孫亮

（浙江萬(wàn)向精工有限公司，杭州 311202）

0 引言

冷輾擴(kuò)加工是利用金屬材料的塑性變形來(lái)獲得所需零件形狀和尺寸的方法，軸承套圈毛坯在輾輪和芯輥之間經(jīng)輾擴(kuò)后截面縮小而工件直徑擴(kuò)大，沒(méi)有材料的切除，因而具有切削加工所不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

冷輾擴(kuò)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一種工藝技術(shù)，在國(guó)外的應(yīng)用已較為成熟，如瑞典SKF公司的軸承套圈很多采用冷搌擴(kuò)工藝加工，尤其是中小型軸承及環(huán)形機(jī)械產(chǎn)品，該技術(shù)的應(yīng)用仍處于行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先地位，這也是國(guó)外的一些產(chǎn)品質(zhì)量可靠，且生產(chǎn)成本相對(duì)較低的原因之一。

在20世紀(jì)80年代末和20世紀(jì)90年代初開(kāi)始，該技術(shù)受到國(guó)內(nèi)軸承行業(yè)的重視，多家軸承企業(yè)先后派員出國(guó)考察和洽談引進(jìn)冷輾擴(kuò)設(shè)備，這些引進(jìn)的設(shè)備有的在生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，有的因受制于原材料質(zhì)量、毛坯重量與精度、冷輾工藝的不成熟，以及缺乏高性價(jià)比的設(shè)備等原因，并未能得到廣泛應(yīng)用，因此了解冷輾擴(kuò)工藝有助于企業(yè)對(duì)于冷輾擴(kuò)的應(yīng)用作出正確選擇。

1 技術(shù)原理

冷輾技術(shù)的實(shí)質(zhì)是在常溫下將環(huán)形零件采用擠壓使金屬塑性變形而成形的一種冷加工方法，毛坯件套在芯輥上，芯輥與輾輪形成一個(gè)成型模腔，毛坯件與之接觸后在其帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，在連續(xù)小進(jìn)給量的壓縮變形下，工件毛坯圓周切向產(chǎn)生延伸變形，而徑向壁厚不斷減小，同時(shí)使內(nèi)、外徑尺寸擴(kuò)大，最后得到符合設(shè)計(jì)要求的工件，這一工作過(guò)程是一種連續(xù)小變形量的成形過(guò)程。冷輾過(guò)程中工件的變化如圖1、圖2所示。

2 輾擴(kuò)件金屬材料的性能

軸承套圈的疲勞損壞多發(fā)生在其工作表面金屬流線斷開(kāi)的部位，而冷輾是利用金屬冷塑性成形原理，利用不同形狀模具，可將形狀簡(jiǎn)單的毛坯一次成形加工，其流線按模具輪廓取向，無(wú)切斷，金屬組織內(nèi)部流線延工件表面延伸，晶粒組織更加致密，不像常規(guī)車削工藝那樣將工作表面的金屬流線切斷，如圖3、圖4所示，這可大幅度提高軸承套圈的抗疲勞強(qiáng)度、提高軸承成品的使用壽命。

圖1 輾擴(kuò)前的毛坯件圖2 輾擴(kuò)后的工件

圖3 采用車削工藝的金屬流線

圖4 采用冷輾工藝的金屬流線

冷輾還可改善磨削性能，經(jīng)過(guò)輾擴(kuò)的套圈晶粒呈圓周方向分布，且晶粒細(xì)化，表面光潔，因此機(jī)械加工性能好［1］。

3 提高材料利用率的特點(diǎn)

采用冷輾擴(kuò)工藝可以顯著降低原材料的消耗，與傳統(tǒng)的車削加工方式相比，工件原來(lái)要用車加工切除多余金屬來(lái)得到的輪廓，這里可利用材料的塑性變形來(lái)得到，因而減少了金屬材料的損耗，材料節(jié)省率可達(dá)10%～15%，以DAC407440軸承外圈為例，常規(guī)車削工藝的材料消耗定額為815g，而采用冷輾工藝的材料消耗定額為705g。

4 關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

1）輾成品設(shè)計(jì)。輾成品設(shè)計(jì)要注意一些特殊的部位在加工時(shí)是否有困難，能否控制在公差要求范圍內(nèi)，如套圈的密封槽，尺寸能否嚴(yán)格控制對(duì)于軸承的性能影響較大，要充分考慮冷輾加工的尺寸公差能否滿足控制要求，再據(jù)此決定此類部位是通過(guò)冷輾加工還是后續(xù)通過(guò)其它方式加工。

2）選擇合適的輾擴(kuò)比。輾擴(kuò)比的選擇要考慮最大限度地節(jié)省鋼材原材料以及套圈毛坯的內(nèi)徑，輾擴(kuò)比選擇過(guò)小，將導(dǎo)致不能最大限度地節(jié)省原材料、不能最大限度發(fā)揮冷輾擴(kuò)設(shè)備節(jié)能降耗的功效，若選擇輾擴(kuò)比過(guò)大，將導(dǎo)致毛坯內(nèi)徑過(guò)小，致使芯輥直徑不得不相應(yīng)減小，容易導(dǎo)致芯輥發(fā)生斷裂或壽命太短，使芯輥的制作成本上升。軸承套圈的常用輾擴(kuò)比為k=1.45～1.65，其中k=d/d0，d0為冷輾毛坯內(nèi)徑，d為冷輾套圈成品內(nèi)徑。

3）設(shè)計(jì)出合理的毛坯外形尺寸。根據(jù)輾擴(kuò)比可以計(jì)算確定毛坯內(nèi)徑d0。毛坯寬度Bm=Bn-Δ，其中，Bn為輾成品寬度，Δ=1.2～1.8mm，Δ的取值與輾擴(kuò)比、輾擴(kuò)件寬度有關(guān)，輾擴(kuò)比大或輾擴(kuò)件較寬時(shí)取較大值，反之則取較小值［2］。確定好內(nèi)徑與寬度后，再根據(jù)輾擴(kuò)前后毛坯重量與輾成品重量相等的原則計(jì)算出毛坯的外徑尺寸。毛坯的重量應(yīng)嚴(yán)格控制，目前很多冷輾擴(kuò)設(shè)備都具有將毛坯重量不符合要求范圍的不合格件剔除，這樣有利于保障輾成品的各尺寸符合圖紙要求、有利于減少輾成品端面的毛刺。

4）模具外形尺寸。冷輾設(shè)備工作時(shí)，輾輪、芯輥、工件相對(duì)位置如圖5所示，輾輪按照輾成品的形狀和尺寸設(shè)計(jì)，為防止輾擴(kuò)后應(yīng)力回彈、套圈變形，輾輪應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)傾角c，以便給予補(bǔ)償，傾角c通?？扇?.5°。芯輥按照毛坯內(nèi)徑、輾成品的形狀和尺寸設(shè)計(jì)，芯輥輾壓面最小處直徑應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)恰當(dāng)?shù)某叽?，該尺寸若大，容易造成芯輥與毛坯發(fā)生碰撞，若小，容易造成芯輥使用壽命降低。為防止輾后工件端面毛刺過(guò)大，輾輪和芯輥均應(yīng)設(shè)計(jì)一脫模角，如圖 5 中所示角 a 與角 b，脫模角可選 3°～15°［3］。

圖5 輾輪、芯輥、工件相對(duì)位置圖

5）模具材料選擇。模具材料的選擇至關(guān)重要，選擇一種合適的材料，可以提高模具的使用壽命，最大限度地發(fā)揮冷輾擴(kuò)工藝降低生產(chǎn)成本的功效。輾輪的材料多以采用高速鋼和冷作模具鋼為主，如W6Mo5Cr4V2、Cr12MoV等，芯輥的材料多以高速鋼和基體鋼為主，如W6Mo5Cr4V2、65Nb等。

5 結(jié)語(yǔ)

由于冷輾工藝具有節(jié)省材料、提高產(chǎn)品使用壽命的特性，掌握并推廣它，能給我們這個(gè)人均資源相對(duì)匱乏的國(guó)家做出一定的貢獻(xiàn)，可使我們的企業(yè)在采用先進(jìn)技術(shù)方面領(lǐng)先一步，獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 夏新濤，馬偉，頡譚成，等.滾動(dòng)軸承制造工藝學(xué)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［2］ 劉梅華，廖春惠，利義旭.第1代輪轂軸承外圈冷輾擴(kuò)工藝設(shè)計(jì)［J］.軸承，2014（9）:22-24.

［3］ 劉國(guó)倉(cāng)，王延召.軸承套圈冷輾件端面出現(xiàn)毛刺的原因分析及改進(jìn)［J］.軸承，2010（11）:17，22.