一種成型軸承圈的冷軋方法

2023-05-08 07:40:31

一種成型軸承圈的冷軋方法
【專利摘要】本發明為一種成型軸承圈的冷軋方法。兩個相同的環形坯料(20、30)，其每個具有平坦側表面(27、37)，這兩個環形坯料並排布置在內部成型芯軸(M)和旋轉的外部成型工具(R)之間，並且所述側表面在軸向對稱平面中並置；芯軸和外部工具分別具有關於平面(p)軸向對稱的外工作表面(A、C)；芯軸和外部工具旋轉並且靠近，以便在工作表面(A、C)之間徑向擠壓並塑性變形所述環形毛坯(20、30)。
【專利說明】一種成型軸承圈的冷軋方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於成型軸承圈、特別是不對稱的內圈的冷軋方法。
【背景技術】
[0002]為了更好地理解現有技術及其內在的問題，首先描述常規的冷軋方法。在圖1中，為了成型外軸承圈(圖2)，由附圖標記40表示的環形毛坯經過了軋製成型過程以形成其外周表面41和其內表面42。毛坯40在外部成型輥和內部成型芯軸(未示出)之間被徑向擠壓並且旋轉。外部輥和內部芯軸應具有分別對應於外表面41和內表面42輪廓的輪廓。驅動外部成型輥旋轉並且產生使毛坯和內芯軸轉動的徑向推力。該旋轉和成型輥與芯軸之間的徑向擠壓的聯合作用使得環形工件具有所需的變形。該工件從如毛坯(圖1)的形狀塑性變形至成品形狀(圖2)。軋製成型導致成品軸承圈的成品直徑相對於環形毛坯的直徑有所增加。圖2所不的軋制圈具有圓柱形外周表面41和徑向內表面42,該徑向內表面具有兩個軸向側滾道43、44，用於軸承的滾動元件(未示出)。
[0003]可由軋製成型工藝得到的優點是已知的。
[0004]使用這些類型的工藝，環形毛坯的幾乎所有材料都用於成品件的變形。軋製成型還在成型輥的作用下使軸承圈的表面金屬層緻密並定向。由於這些作用，獲得的軸承圈通常比包括材料去除(例如車削加工工藝)的工藝製得的軸承圈具有更長的壽命。
[0005]迄今為止，上述類型的軋制工藝僅可以成功應用於成型具有基本對稱的段的環形件，例如圖2所示的環形件。直到現在為止軋製成型還不能應用於成型具有不對稱段的軸承圈，如圖3所示的軸承圈，其為徑向內軸承圈。實際上，由於軸承圈的外輪廓不對稱，常規軋制方法不可避免地在不對稱軸承圈中生成了具有難以進入的錐度的表面。
[0006]出於這些原因，目前為止，具有不對稱截面的軸承圈通常是在車床上機加工的，從外周直徑基本對應於軸承圈成品直徑的鍛制毛坯(圖4)開始。由鍛造元件(圖4)通過去除底部部分Fl和車削軸承圈(圖5)的外表面獲得環形毛坯(圖5)。

【發明內容】

[0007]本發明旨在將冷軋技術應用於成型具有不對稱截面的軸承圈。從而提高製造效率並且節省整體製造成本，尤其是節省原材料。
[0008]在下文中將更好地理解上述和其他目標和優點，其根據本發明通過所附權利要求所限定的冷軋方法實現。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]現在將描述根據本發明的方法的實施方式，該實施方式是參照附圖以非限制性的實施例的方式給出的，其中:
[0010]圖1是根據現有技術的用於製造外軸承圈的環形毛坯的軸向截面圖；
[0011]圖2是由圖1的環形毛坯製得的外軸承圈的軸向截面圖；[0012]圖3是不對稱內軸承圈的實施方式的軸向截面圖；
[0013]圖4和5是根據現有技術的鍛制坯料的軸向截面示意圖；
[0014]圖6是描述根據本發明實施方式方法的前期步驟的軸向截面示意圖；
[0015]圖7和8是描述根據本發明實施方式方法的初始步驟和最終步驟的示意圖；
[0016]圖9是根據本發明的用於製造軸承圈的鍛制毛坯的軸向截面示意圖；
[0017]圖10是從圖9的鍛制毛坯獲得的毛坯工件的部分軸向截面示意圖。
【具體實施方式】
[0018]參照圖3，該方法的最終產品是具有不對稱設計的徑向內軸承圈10，其限定出中心軸線X。軸承圈10具有徑向內表面11和徑向外表面12。徑向內表面11可以是大致圓柱形的，如實施例中所示，或者是錐形的。外表面12形成第一軸段13，在圓柱形的這個實施例中，該第一軸段13具有第一外直徑dl ;該外表面12還形成具有比第一外直徑dl大的外直徑d2的第二徑向增厚軸端14以及將第一軸端13連接至第二軸端14的滾道15。在第二軸端的一側上，軸承圈10具有垂直於中心軸線X的平坦側表面17。
[0019]在此描述和說明的方法的實施方式涉及用於滾珠元件的軋制軸承圈，其滾道15具有彎曲輪廓。可以理解的是，該方法同等地應用於成型滾柱軸承圈，例如具有圓錐形滾道的錐形滾柱軸承圈。
[0020]在該方法的前期步驟中，提供兩個相同的環形毛坯20、30(圖6)，優選通過鍛造獲得，並且每個毛坯限定一中心軸線X。貫穿本說明書並且在權利要求中，例如「徑向」和「軸向」的表示位置和方向的術語和表述應該理解為參照該X軸線。
[0021]根據軋製成型領域的技術人員公知的方法，每個環形毛坯的體積近似對應於待製造的成品軸承圈的體積。為了減少軋製成型機器所需作的功並且為了充分利用材料，優先選擇使毛坯軸向截面的形狀基本對應於在成型工藝完成時成品軸承圈的軸向截面將具有的形狀。因此，根據該方法的一個實施方式，每個環形毛坯具有整體上不對稱的軸向截面，且在毛坯的兩個軸端之一處具有徑向增厚部分26、36。
[0022]為了獲得圖3中的軸承圈，在示出的實施方式中，每個毛坯20、30(圖6)具有徑向內表面21、31和成形的徑向外表面22、32。徑向內表面21、31可以大致是圓柱形的，如實施例所示，或是截錐形的。當從軸向截面觀察時，每個毛坯20、30的徑向外表面22、32優選具有不對稱的輪廓。在每個毛坯中，徑向外表面包括具有第一外直徑d3的第一圓柱形軸端區域23、33以及位於徑向增厚部分26、36周圍的第二軸端區域24、34。第二軸端區域24、34具有比第一外直徑d3大的第二外直徑d4。徑向外表面還具有將第一軸端區域連接至第二軸端區域的錐形表面25、35。每個毛坯20、30的增厚的軸端具有垂直於中心軸線x延伸的平坦側表面27、37。
[0023]兩個毛坯20、30軸向並排並置，且它們的側表面27、37彼此鄰接。兩個環形毛坯在內部成型芯軸M和外部成型工具之間並排布置，在此實施方式中該外部成型工具為軋輥R的形式。
[0024]芯軸M具有外工作表面A，其受迫徑向抵靠兩個毛坯的徑向內表面。內部成型芯軸的工作表面是關於由芯軸限定的第一中心軸線xl旋轉的表面。工作表面A具有可選的輪廓，適於使兩個毛坯的徑向內表面22、32具有相應輪廓。[0025]優選地，內部芯軸的工作表面A具有軸向中心環形凸起B。芯軸M的工作表面A具有關於幾何平面P軸向對稱的形狀，該幾何平面穿過該環形凸起B。該環形凸起防止兩個毛坯20、30發生不期望的軸向位移。環形凸起B還有利於在通過上述工藝製造的軸承圈中生成倒圓面。
[0026]外部成型輥R具有外工作表面C，其受迫徑向抵靠兩個毛坯的徑向外表面。外部成型輥的工作表面是關於由相同的輥R限定的第二中心軸線x2旋轉的表面。Χ2軸線的取向平行於芯軸的軸線xl。工作表面C具有可選輪廓，其能夠使兩個毛坯的徑向外表面22、32具有相應的輪廓。同樣，外部輥R的工作表面C關於軸向對稱平面P軸向對稱。在描述的實施方式中，工作表面C具有形狀如同環形凹陷的部分，該環形凹陷具有關於軸向對稱平面P軸向對稱的形狀，適於接收、軸向容納和成型環形毛坯的增厚端26、36。
[0027]在描述的實施方式中，工作表面C的環形凹陷包括具有兩個錐形側面Cl、C2的環形凹谷，這兩個錐形側面設置在對稱平面P的相對兩側上並且朝向對稱平面P。這種布置利於消除在環形毛坯的成型工具之間交換的作用力和反作用力的合力的軸向分力。在描述的實施方式中，當以軸向截面觀察時，每個錐形側面Cl、C2具有凸起彎曲的輪廓，用於成型滾道，該滾道具有用於滾珠軸承的圓形截面。在其他實施方式中(未示出)，該錐形側面Cl、C2可以是圓錐形的，以成型滾柱軸承的滾道。
[0028]在其他實施方式中，外部成型工具可以具有不同於輥的形狀。例如，在一個可替代實施方式中(未示出)，外部成型工具可以製成為具有內圓柱表面的成型模，工作表面C在該成型模中成型，該工作表面C具有例如與圖6所示相同的輪廓，但為凹表面而不是例如輥的凸表面。
[0029]兩個毛坯20、30並排布置，且兩個側表面27、37相互緊靠地布置在對稱平面P中。
[0030]芯軸M和輥R分別圍繞它們各自的軸線xl、χ2旋轉。同時，第一軸線xl和第二軸線x2之間的距離以可控的方式變化，使得外部成型輥R的工作表面C接觸環形毛坯的徑向外表面22、32，並且使得成型芯軸M的工作表面A接觸徑向內表面21、31。環形毛坯20、30相互軸向推壓，從而在內部成型芯軸M和外部成型輥R之間被徑向擠壓並塑性變形。由此，在軋製成型的最終階段獲得了兩個幾乎相同的軸承圈，每個包括徑向外表面12和徑向內表面11 ;該徑向外表面12的輪廓等於外部棍的工作表面C的一半輪廓,該徑向內表面11的輪廓等於成型芯軸的工作表面A的一半輪廓。包括該內部成型芯軸和該外部輥的軋製成型裝置的運行模式可以隨需要而變化，並且不會明顯異於公知軋製成型工藝的運行模式。
[0031]由於成型表面A和C的軸向對稱設置，在軋制步驟期間由輥R施加的推力的合力是軸向平衡的，從而導致兩個環形坯料的徑向擠壓。單獨地考慮，每個毛坯20、30承受的由輥R的相應部分施加於其上的這兩個推力具有相互平衡並抵消的反向不穩定軸向分力。這兩個相同的毛坯共同形成關於平面P的軸向對稱單元或鏡像單元。相互抵靠的兩個相對的側表面27、37為彼此提供垂直於軸承圈中心軸線的穩定鄰接側表面。
[0032]根據本發明的方法可以擴大通常通過軋製成型達到的優點，還可製造具有不對稱截面的軸承圈。可以理解的是，相比於用於不對稱軸承圈的傳統方法，本方法可以大量節省材料。如可以從圖4、5和9、10的對比中得到的，隨後經受車削(圖5)處理的、傳統通過鍛造(圖4)獲得的坯料SI具有比待軋制的坯料S2(圖9)的底部F2明顯更大的底部F1。後者的底部F2在相同的成品軸承圈軸向截面區域中具有明顯更小的直徑，隨之具有相比於常規機加工工藝而減少的耗材量。由 申請人:進行的實驗測試顯示出了 10-13%量級的耗材減少量，其隨軸承圈的尺寸而變化。除此之外，通過軋製成型得到的已知優點包括材料層的額外擠壓，其增加了滾道硬度。
[0033]可以理解的是本發明不限於在此描述和說明的實施例，這些實施例被視為本方法的示例。本領域技術人員可以容易地理解，在不脫離由所附權利要求及其等效變化所限定的本發明的範圍的情況下，可在形狀、尺寸、構造和功能細節以及成型工具的配置方面做出
一些變化。
【權利要求】
1.一種用於成型軸承圈(10)的冷軋方法，所述軸承圈包括具有給定輪廓的外表面(12)和具有給定輪廓的內表面(11)，所述方法包括以下步驟: (a)提供兩個基本相同的環形毛坯(20、30)，其每個限定有中心軸線(X)並且每個具有徑向內表面(21、31)、徑向外表面(22、32)和垂直於所述中心軸線(x)延伸的側表面(27、37)； (b)提供成型芯軸(M)，其圍繞第一軸線(xi)旋轉並且具有工作表面(A)，所述工作表面具有外輪廓，所述外輪廓相對於所述第一軸線(xi)定義一對稱平面(P); (c)提供外部成型工具(R)，其圍繞平行於所述第一軸線(xi)的第二軸線(x2)旋轉，所述外部成型工具(R)具有工作表面(C)，所述工作表面(C)具有關於所述對稱平面(P)軸向對稱的輪廓； (d)將兩個環形坯料(20、30)置於成型芯軸(M)和外部成型工具(R)之間，使兩個坯料軸向並排放置並且各自的側面在所述對稱平面(P)中相互鄰接； (e)使成型芯軸(M)和外部成型工具(R)分別圍繞第一和第二軸線(xl、x2)旋轉，並且同時以可控的方式改變第一軸線(xl)和第二軸線(x2)之間的距離，使得外部成型工具的工作表面(C)接觸環形坯料的徑向外表面(22、32)，並且使得成型芯軸的工作表面(A)接觸環形坯料的徑向內表面(21、31)，從而在成型芯軸(M)和外部成型工具(R)之間徑向擠壓並塑性變形所述環形坯料(20、30)。
2.根據權利要 求1所述的方法，其中，當從軸向截面觀察時，每個環形坯料(20、30)的徑向外表面(22、32)具有不對稱輪廓，所述不對稱輪廓具有兩個相對的軸端和在兩個軸端之一處的徑向增厚部分(26、36)。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，垂直於中心軸線(X)延伸的所述側表面(27、37)位於具有所述徑向增厚部分(26、36)的軸端處。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的方法，其中，環形坯料(20、30)的徑向外表面(22,32)如此成形以使得每個外表面包括具有第一外直徑(d3)的第一圓柱形軸端區域(23、33)、具有大於第一外直徑(d3)的第二外直徑(d4)的第二軸端區域(24、34)以及將第一軸端區域連接至第二軸端區域的表面(25、35)。
5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，環形坯料(20、30)的徑向內表面(21,31)為大致圓柱形或錐形。
6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，成型芯軸(M)的工作表面(A)包括具有關於平面(P)軸向對稱的形狀的環形凸起(B)。
7.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，外部成型工具(R)的工作表面(C)至少包括形狀如同環形凹陷(B)的部分，所述環形凹陷(B)具有關於平面(P)軸向對稱的形狀。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，形狀如同環形凹槽的所述部分包括位於對稱平面(P)的相對側上並且面向所述平面(P)的兩個錐形側面(C1、C2)。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，當從軸向截面觀察時，每個錐形側面(C1、C2)具有彎曲的凸起輪廓。
10.根據杈利要求8所述的方法，其中，錐形側面(C1、C2)是圓錐形的。
11.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述外部成型工具是輥(R)。
12.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，步驟(a)包括鍛造環形坯料(20、30)的步驟。
13.—種通過根據前述權利要求中任一項所述的方法獲得的軋制不對稱軸承圈(10)。
14.根據權利要求13所述的軸承圈，包括: -大致圓柱形或錐形的徑向內表面(11)； -徑向外表面(12)，包括具有第一外直徑(dl)的第一軸端(13)、具有大於第一外直徑(d3)的第二外直徑(d4)的第二軸端(14)以及將所述第一軸端連接至所述第二軸端的滾道(15)； -在靠近所述第二軸端(14)的軸承圈的一例上的、垂直於中心軸線(X)延伸的平坦側表面(17 ) ο
【文檔編號】B21H1/12GK104001843SQ201410095951
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年2月21日 優先權日:2013年2月21日
【發明者】P·科拉桑蒂, S·理喬德 申請人:Skf公司