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摘要：通過對軸承套圈擠壓工藝的分析，研究了用熱擠壓方式一次成形軸承套圈內六球形滑道的方法，闡述了實現這種工藝的模具設計。
關鍵詞：球形件；熱擠壓；模具設計

一、前言

軸承套圈與星形套組成汽車上等角速球籠式萬向節，用在前驅動的轎車上。零件形狀如圖1所示。該種零件為杯—桿形梯形件，頭部的杯體口部小、內腔大，在中間球形腔上均勻分布六個球形滑道。工作時，在六個球道處由六個球與星形套配合，是汽車上的轉向零件。因為要求轉向靈活自如，球道內表面尺寸精度高，六個球道的位置精度±3。

圖1軸承套圈零件圖

我國傳統的加工方法采用正擠壓桿部、反擠壓杯部，使杯體內部直徑達到中間球形腔最小徑向尺寸，為直壁圓筒，然后在專用設備上先銑出中間球形腔、再銑出六個球形滑道，熱處理后精磨球道。這種加工方法的顯著缺點是機械加工工時長，材料利用率低，生產成本高。目前，國外采用冷縮徑工藝成形內六球道，將經過處理的反擠毛坯口部縮小，使杯體內壁與鑲塊式球形凸模貼模，其特點是成形后彈性恢復大，另外，由于是冷變形，所需變形力大，而且在冷縮徑前需要對坯料進行表面處理和磷化處理，增加了一道工序。國內的生產廠家尚未采用這種工藝。基于這種情況，我們與廠家合作，共同研究了一套采用熱擠壓方式一次成形內六球道的工藝，設計出了實現該工藝的模具。

二、熱擠壓內六球道工藝分析

軸承套圈內六球道所在圓的直徑為φ61.54mm，加上磨量和收縮率后直徑為φ60.33mm，采用中頻感應爐加熱，無氧化皮，取尺寸公差為±0.50mm。在預成形的反擠工序中，杯部內直壁筒直徑可達到φ48mm，這樣，在擠壓內六球道的工序中，需要單面擠出的最大尺寸為6.17mm，變形程度為：

坯料材料為55號鋼，它的Ψ許用＝55%～68%［1］，因為Ψ＜Ψ許用，所以可以用反擠壓的方式擠出六個球面。同時，每個球面的半徑僅為R6.6mm，這樣，擠出球面的凸模零件尺寸很小，為了保證凸模強度，采用熱擠壓來降低擠壓力，選擇始擠溫度為1150℃，終擠溫度為900℃。

軸承套圈擠壓成形工序如圖2所示。工藝過程：下料→加熱→熱擠壓桿部、鐓粗頭部→反擠壓頭部成杯形→熱擠壓內六球形滑道。

圖2擠壓成形工序圖

三、熱擠壓內六球道受力分析

采用組合凸模擠壓內六球道，擠壓過程中，圓柱凸模的球面逐漸被壓進坯料，隨著接觸面積和變形量的增大，變形力增大，在接近最大直徑處，變形力達到最大值，假設接觸面受均布載荷的作用，毛坯及圓柱凸模受力如圖3所示。圓柱形凸模的直徑大小既要滿足自身的強度要求，又要保證凸模保持架的直徑足夠大，承受六個圓柱凸模同時的壓力，經優化設計后，對選取的零件尺寸進行強度校核滿足要求。

圖3毛坯及圓柱凸模受力圖

四、熱擠壓內六球道模具設計

熱擠壓內六球形滑道模具設計是整個工藝成敗的關鍵，在此我們設計了具有雙動功能的模具結構。模具結構如圖4所示。

擠壓時，凸模保持架1首先下行接觸毛坯，由前端的錐形面定位在毛坯中央，此時，圓柱凸模3已經與毛坯接觸在I的位置。隨后凸模2推動圓柱凸模3沿著凸模固定架1的弧面運動，由初始位置Ⅰ到終了位置Ⅱ。由于在圓周方向均布六個小球，在一次工作行程中能同時壓出六個球道，保證了六球道的位置精度。回程時，凸模先上行，然后凸模固定架帶動圓柱凸模沿著已成形的球道滾動，退出擠壓件的內球道。

圖4熱擠壓內六球道模具結構圖
1.凸模保持架2.凸模3.圓柱凸模
4.坯料5.凹模6.凸模固定板7.凸模墊板

在工作過程中，圓柱凸模始終處于高溫動載狀況，屬于易損件，因而將凸模做成組合形式，便于更換。其次，由于圓柱凸模端面為球形，在擠壓坯料時為弧線接觸，逐漸壓入，所承受的變形力小，有益于延長模具壽命。另外，模具結構簡單，適合于實際生產，可以盡快轉變為經濟效益。

參考文獻
［1］劉廷宇等.鍛壓技術手冊.北京：國防工業出版社，1989.
［2］洪深澤等.擠壓工藝及模具設計.北京：機械工業出版社，1996.
［3］李洪波等.球形殼冷縮徑工藝及模具.模具工業，1997(9).

文章地址：http://www.www.direxe.cn/Article/mjjs/200809/330.html