专利名称：沟球截面环件冷辗扩成形方法
技术领域：
本发明涉及一种沟球截面环件的冷辗扩成形方法。
背景技术：
沟球截面环件产品在工业中应用和需求量很大，比如轴承内外圈等，它不仅精度要求高，而且还要求有较长的使用寿命，而这些要求的关键就在于沟球截面环件的成形质量。现有的沟球截面环件的成形往往通过车削等机加工手段来实现，传统的加工工艺为下料、镦粗、冲孔、退火、内外径粗车和精车、平端面、沟球粗车和精车。这样的加工工艺既浪费了材料，又费时，导致生产效率低，成本高，而且产品的组织性能也不是很好，沟球截面环件的金属纤维不连续。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的在于提供一种成本低、生产效率高的沟球截面环件冷辗扩成形的方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是沟球截面环件冷辗扩成形方法，其特征是包括如下步骤1).下料将棒材剪切成料段，料段长度为L＝(1-3)B，B为环件毛坯的轴向尺寸；2).制坯将料段加热到热变形温度后镦粗，然后冲孔、冲连皮，制成环件坯料；3).退火环件坯料退火；4).毛坯粗车环件坯料车削成为辗扩用的环件毛坯，所述的环件毛坯孔径为d=dfλ]]>，环件毛坯的轴向尺寸为B＝Bf+m，m＝0～0.4Bf，环件毛坯的外径D根据沟球截面环件产品的体积与环件毛坯相等的条件确定；沟球截面环件产品的外径为Df，沟球截面环件产品的内径为df，沟球截面环件产品的轴向尺寸为Bf，当量辗扩比为λ，λ＝1.2～5；5).辗扩将环件毛坯在常温下放入辗扩机孔型内，通过冷辗扩工艺对环件毛坯进行辗扩。
所述的冷辗扩工艺，在辗扩中的进给速度数值按下式计算υ=0.7f2n1R12R(1+R1R2)2(1+R1R2+R1R-R1r)]]>其中υ为辗扩进给速度(即芯辊进给速度)，n1为驱动辊转速，R1，R2分别为驱动辊和芯辊半径，R，r分别为沟球截面环件产品的外半径和内半径，R＝Df/2，r＝df/2，f为环件与辗扩孔型之间的摩擦系数，f＝0.05～0.4。
本发明由于采用冷辗扩工艺，不仅在毛坯准备阶段(下料步骤)可以节省一部分材料，而且在成形阶段不需要象传统工艺那样车削掉大量材料，同时可使沟球处形成连续的金属纤维组织，沟球截面环件的机械物理性能得到大幅度提高。本发明采用半闭式孔型，即孔型有侧壁，但侧壁径向尺寸较小，使得在环件毛坯辗扩开始阶段，仅有环件毛坯的部分端面轴向变形受到孔型侧壁约束，只是到了环件毛坯辗扩变形结束阶段环件的整个截面才受到辗扩孔型的完全封闭。环件毛坯经过多转连续辗扩变形达到预定尺寸，改善工件的金属组织和性能，缩短了生产时间，节约了原材料，降低成本，提高了生产效率；通过合理设计环件毛坯尺寸，节约了原材料，降低成本；减小了端面鱼尾变形，保证了沟球截面环件的质量。
图1-1是本发明内沟球截面环件产品的结构示意1-2是本发明外沟球截面环件产品的结构示意2-1是本发明冷辗扩用内沟球截面环件毛坯结构示意2-2是本发明冷辗扩用外沟球截面环件毛坯结构示意3-1是本发明采用的半闭式孔型示意3-2是本发明内沟球截面环件冷辗扩的孔型示意3-3是本发明外沟球截面环件冷辗扩的孔型示意4是本发明沟球截面环件冷辗扩工作原理5是本发明的进给曲线示意1-1中A为沟球轴向宽度，r0为沟球半径。图3-2中D2为芯辊直径。图4中P为油缸施加给导向辊支撑杆的力，ω为驱动辊转速，υ为芯辊进给速度。
具体实施例方式
沟球截面环件冷辗扩成形方法，实现步骤如下1).下料将棒材锯切或剪切成料段，料段长度为L＝(1-3)B，B为环件毛坯的轴向尺寸。
2).制坯将料段从室温均匀加热到高塑性、低抗力的热变形温度，钢铁材料环件热变形温度一般为1200℃-800℃，铝合金环件热变形温度一般为550℃-350℃；将热态的料段镦粗、冲孔、冲连皮，制成环件坯料。
3).退火环件坯料退火，退火温度为600℃-800℃，时间为1～3小时。
4).毛坯粗车环件坯料车削成为辗扩用环件毛坯。
为了减小沟球截面环件产品孔缘毛刺，在环件毛坯内外孔边缘倒角，其倒角数值为C×45°，其中C＝0.5-1.5毫米。
如图1-1、图1-2所示，沟球截面环件产品的孔径为df、轴向尺寸为Bf、当量辗扩比为λ，λ＝1.2～5，则辗扩用环件毛坯的孔径为d=dfλ]]>；环件毛坯的轴向尺寸为B＝Bf+m，m＝0～0.4Bf；环件毛坯的外径D根据沟球截面环件体积与环件毛坯相等的条件确定。沟球截面环件产品的外径为Df。典型的沟球截面环件毛坯结构示意图如图2-1、图2-2所示，内沟球环件毛坯为矩形，外沟球环件毛坯为了使成形质量更好及满足工艺要求，须预先车削出初步的沟球。
为了便于辗扩成形，镦锻制坯时要严格保证辗扩用毛坯几何精度，消除环件毛坯内孔偏心、表面锤头印、冲孔毛刺等缺陷。
5).辗扩将环件毛坯在常温下放入辗扩机孔型内，通过冷辗扩工艺对毛坯进行辗扩，使环件毛坯壁厚减小、内外直径扩大，成为规定形状尺寸的环件，辗扩过程中用稀油进行润滑冷却；沟球截面环件辗扩成形如图4所示，在驱动辊1的旋转轧制运动和芯辊2的直线进给运动作用下，环件毛坯3连续地咬入驱动辊和芯辊构成的辗扩孔型，产生壁厚减小、内外直径扩大的连续局部塑性变形。同时，在导向辊4的作用下，辗扩过程平稳，且环件毛坯圆度控制的较好。通过多转反复辗扩变形，使环件毛坯直径扩大到了规定尺寸的环件(通过检测装置检测)，这时环件辗扩过程结束。
对于沟球截面环件的冷辗扩成形，设计如图3-1、图3-2、图3-3所示的半闭式孔型，该孔型的驱动辊直径较闭式孔型的小，也不要求辗扩机驱动辊与芯辊有很大的中心距，且改善了芯辊的强度和刚度。随着辗扩的进行，开始的半开式辗扩孔型如图3-1所示，芯辊逐渐进给，环件截面逐渐进入孔型，渐渐成为接近于闭式辗扩，并在辗扩结束时，环件截面完全进入孔型，有利于环件端面质量。驱动辊和芯辊的内腔棱角处均须倒圆角，这样辗扩出来的环件端面质量和尺寸精度会更好。
沟球截面环件的辗扩成形是在常温下进行的，且辗扩过程由于容易产生与轧辊粘连现象而损坏环件表面质量，因此需要油来进行润滑和冷却。其辗扩工艺参数主要包括辗扩进给速度和辗扩比。
一般来说，辗扩进给速度数值按下式计算υ=0.7f2n1R12R(1+R1R2)2(1+R1R2+R1R-R1r)]]>这里υ为辗扩进给速度(即芯辊进给速度)，n1为驱动辊转速，R1，R2分别为驱动辊和芯辊半径，R，r分别为沟球截面环件产品的外半径和内半径，R＝Df/2，r＝df/2，f为环件毛坯与辗扩孔型之间的摩擦系数，f＝0.05～0.4。为了减小和控制沟球截面环件端面鱼尾变形，经过研究分析和大量的实验验证，沟球截面环件辗扩中采用阶梯速度分段进给的方式来进给，即在最初的一段时间内以较高的速度进给，在第二个时间段内，以稍低点的速度进给，在第三段时间段内，以相对更低的速度进给……，直至辗扩过程结束(如图5所示)。以这样的多工进的方式进给，可以获得尺寸圆度和质量都较好的产品。
辗扩比综合反映了环件辗扩变形量、变形力和辗扩成形规律。对于沟球截面冷辗扩成形，其辗扩比λ可以在1.2～5范围选取。
实例1深沟球轴承外圈辗扩成形要求辗扩的深沟球轴承外圈的环件产品尺寸为外圆直径Df为Φ90mm，内孔直径df为Φ75mm，轴向尺寸Bf为23mm。环件毛坯的内孔直径d为Φ48mm，轴向尺寸B为23.1mm。环件毛坯的外径D根据外圈环件产品体积与环件毛坯相等的条件确定，环件毛坯的外圆直径D为Φ67.5mm，采用如图3-2所示的半封闭孔型。辗扩进给速度为分段阶梯速度进给，芯辊的进给曲线示意图如图5所示，当量轧比为1.56。在常温下放入辗扩机孔型内进行辗扩，辗扩过程中环件与轧辊间保持良好的润滑，当环件毛坯经过多转辗扩变形且直径扩大到设定尺寸时，环件外圆表面与检测装置接触，完成辗扩，整个辗扩过程大概需要10秒左右。
实例2深沟球轴承内圈辗扩成形要求辗扩的深沟球轴承内圈的环件产品尺寸为外圆直径Df为Φ43mm，内孔直径df为Φ28mm，轴向尺寸Bf为18mm。环件毛坯的内孔直径d为Φ18mm，轴向尺寸B为18.3mm。环件毛坯的外径D根据内圈环件产品体积与环件毛坯相等的条件确定，环件毛坯的外圆直径D为Φ35mm，采用如图3-3所示的半封闭孔型。辗扩进给速度为分段阶梯速度进给，当量轧比为1.56。在常温下放入辗扩机孔型内进行辗扩，辗扩过程中环件与轧辊间保持良好的润滑，当环件毛坯经过多转辗扩变形且直径扩大到设定尺寸时，环件外圆表面与检测装置接触，完成辗扩。
本发明设计了沟球截面环件冷辗扩成形的辗扩孔型、辗扩用环件毛坯、辗扩工艺参数，提出了这种冷辗扩成形工艺规程和工艺操作措施。本发明由于采用冷辗扩工艺，不仅在毛坯准备阶段下料时可以节省一部分材料，而且在成形阶段不需要象传统工艺那样车削掉大量材料，因此使成本大大降低，同时可使沟球处形成连续的金属纤维组织，环件的机械物理性能得到大幅度提高。而且由于冷辗扩过程耗时很短，因此环件的生产效率相比传统工艺也提高了很多。
权利要求
1.沟球截面环件冷辗扩成形方法，其特征是包括如下步骤1).下料将棒材剪切成料段，料段长度为L＝(1-3)B，B为环件毛坯的轴向尺寸；2).制坯将料段加热到热变形温度后镦粗，然后冲孔、冲连皮，制成环件坯料；3).退火环件坯料退火；4).毛坯粗车环件坯料车削成为辗扩用的环件毛坯，所述的环件毛坯孔径为d=dfλ,]]>环件毛坯的轴向尺寸为B＝Bf+m，m＝0～0.4Bf，环件毛坯的外径D根据沟球截面环件的体积与环件毛坯相等的条件确定；沟球截面环件的内径为df，沟球截面环件的轴向尺寸为Bf，当量辗扩比为λ，λ＝1.2～5；5).辗扩将环件毛坯在常温下放入辗扩机孔型内，通过冷辗扩工艺对环件毛坯进行辗扩。
2.根据权利要求1所述的沟球截面环件冷辗扩成形方法，其特征是步骤5)中所述的冷辗扩工艺，在辗扩中的进给速度数值按下式计算υ=0.7f2n1R12R(1+R1R2)2(1+R1R2+R1R-R1r)]]>其中υ为辗扩进给速度，n1为驱动辊转速，R1，R2分别为驱动辊和芯辊半径，R，r分别为沟球截面环件产品的外半径和内半径，R＝Df/2，r＝df/2，f为环件与辗扩孔型之间的摩擦系数，f＝0.05～0.4。
3.根据权利要求1所述的沟球截面环件冷辗扩成形方法，其特征是步骤3)中环件坯料退火温度为600℃-800℃，时间为1～3小时。
4.根据权利要求1所述的沟球截面环件冷辗扩成形方法，其特征是步骤4)中环件毛坯内外孔边缘倒角，其倒角数值为C×45°，其中C＝0.5-1.5毫米。
5.根据权利要求1所述的沟球截面环件冷辗扩成形方法，其特征是步骤4)中环件毛坯为外沟球环件毛坯时，预先车削出初步的沟球。
全文摘要
本发明涉及一种沟球截面环件的冷辗扩成形方法。沟球截面环件冷辗扩成形方法，其特征是包括如下步骤1)下料将棒材剪切成料段，料段长度为L＝(1－3)B，B为环件毛坯的轴向尺寸；2)制坯将料段加热到热变形温度后镦粗，然后冲孔、冲连皮，制成环件坯料；3)退火环件坯料退火；4)毛坯粗车环件坯料车削成为辗扩用的环件毛坯；5)辗扩将环件毛坯在常温下放入辗扩机孔型内，通过冷辗扩工艺对环件毛坯进行辗扩。本发明具有成本低，节省材料，产品组织性能好，生产效率高的特点。
文档编号B23P23/04GK1709640SQ20051001914
公开日2005年12月21日 申请日期2005年7月22日 优先权日2005年7月22日
发明者华林, 毛华杰, 赵玉民, 潘利波 申请人:武汉理工大学