第三代輪轂軸承的鍛造工藝及其自動化裝備

文/李倫·濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司

第三代輪轂軸承的鍛造工藝及其自動化裝備

文/李倫·濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司

第三代輪轂軸承簡介

近年來汽車制造業(yè)得到了迅速發(fā)展，汽車的性能不斷提高，對汽車輪轂軸承的鍛造精度也提出了更高的要求。當(dāng)前世界上新型中高級汽車輪轂軸承全面采用了輪轂軸承單元技術(shù)。用了搖輾技術(shù)的第三代輪轂軸承無論是用于驅(qū)動輪還是非驅(qū)動輪都具有以下優(yōu)點：

⑴第三代輪轂軸承集成了ABS傳感器（圖1），普遍采用搖輾技術(shù)(swaging)自鎖半內(nèi)圈，搖輾過程中對帶法蘭盤的輪轂軸端施加軸向載荷使其變形，使半內(nèi)圈得到固定。

⑵第三代輪轂軸承(非驅(qū)動輪用)有助于減少汽車體積和重量，同時降低生產(chǎn)成本。由于第三代輪轂軸承(驅(qū)動輪用)在組裝到汽車之前已經(jīng)預(yù)置了載荷，因此免去了調(diào)整內(nèi)部零部件位置的步驟。

第三代輪轂軸承的鍛造工藝十分復(fù)雜，過程要求非常嚴(yán)格，是輪轂軸承中最難加工的一種結(jié)構(gòu)。濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司（JIER）近年來圍繞智能鍛造、精密鍛造投入了大量的研發(fā)力量及相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備，聘請了國內(nèi)著名的“冷、溫、熱”模鍛及其自動化專家，為用戶提供各種模鍛件的完整解決方案。本文將介紹濟(jì)南二機(jī)床近年來對第三代輪轂軸承外圈（圖2）和內(nèi)圈（圖3）自動化鍛造工藝的開發(fā)及其相關(guān)設(shè)備的開發(fā)和制造。

圖1 三代輪轂軸承（帶ABS）

圖2 三代輪轂軸承外圈

圖3 三代輪轂軸承內(nèi)圈

鍛造工藝

輪轂軸承套圈毛坯的外圈具有壁厚薄、寬度大、內(nèi)圈大小尺寸相差較大的特點，結(jié)構(gòu)復(fù)雜不對稱，異形多樣化等缺點；而內(nèi)圈具有法蘭大，套筒深而薄的特點，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，異形多樣化等缺點，故而其套圈毛坯鍛造難度非常大。

通過對零件結(jié)構(gòu)的技術(shù)工藝分析，采用閉式精鍛成形為宜，精密閉式鍛造工藝與普通模鍛工藝相比，能獲得表面質(zhì)量好、機(jī)械加工余量少和尺寸精度較高的鍛件，并且金屬流線沿零件輪廓分布合理，材料利用率高。

輪轂軸承屬于生產(chǎn)批量大的中小型鍛件，故采用精密閉式鍛造成形方法生產(chǎn)可顯著提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)效益顯著。其主要鍛造工序為精密下料、中頻感應(yīng)加熱、多工位鍛造成形。

考慮到內(nèi)圈和外圈可在同一臺自動化設(shè)備上生產(chǎn)，內(nèi)圈和外圈均采用鐓粗→預(yù)鐓→預(yù)鍛→終鍛→沖孔五工位，采用S-D26-2500熱模鍛壓力機(jī)生產(chǎn)。設(shè)備完全由伺服步進(jìn)梁操作，柔性自動控制管理，自動吹掃及噴涂模具潤滑劑。五個工步每個行程出一件，即每行程每工位均有件。按正常生產(chǎn)，帶有自動換模裝置，每班8h，每分鐘20件，去除換模具及調(diào)試時間，每班大約可生產(chǎn)8500件。由于采用自動化生產(chǎn)，工人勞動強(qiáng)度大幅降低，每天至少可以采用兩班或三班生產(chǎn)。

自動化專用熱模鍛壓力機(jī)

鍛造車間的環(huán)境非常惡劣,很難滿足精密鍛造對設(shè)備精度和穩(wěn)定性的要求；而輪轂的自動化精密鍛造對鍛造設(shè)備本身及自動化設(shè)備的要求很高，目前輪轂自動化鍛造設(shè)備的制造都被國外企業(yè)壟斷，針對以上情況，濟(jì)南二機(jī)床開發(fā)了一款適合國內(nèi)用戶的S-D26-2500型熱模鍛自動化生產(chǎn)線。

圖4 三代輪轂軸承外圈自動化鍛造工藝

圖5 三代輪轂軸承內(nèi)圈自動化鍛造工藝

圖6 輪轂軸承鍛造步進(jìn)梁機(jī)構(gòu)簡圖

圖7 輪轂軸承五工位自動鍛造簡圖

該生產(chǎn)線為步進(jìn)梁式伺服送料全自動鍛造生產(chǎn)線，壓力機(jī)為步進(jìn)梁自動化生產(chǎn)專用的S-D26熱模鍛壓力機(jī)（可根據(jù)工藝要求設(shè)計）。該機(jī)具有機(jī)身剛性好，滑塊速度快，沖擊成形好的特點；步進(jìn)梁式伺服送料系統(tǒng)具有送進(jìn)精度高，重復(fù)精度高，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠的特點；步進(jìn)梁的夾緊、抬起、送進(jìn)三個坐標(biāo)的運動軌跡和速度均可柔性可編，適合多種鍛件的自動送料，并且可將各種鍛件的工藝數(shù)據(jù)存儲，再次使用時調(diào)出數(shù)據(jù)系統(tǒng)就可以運轉(zhuǎn)，大大減少了生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，提高了生產(chǎn)效率。該生產(chǎn)線的布置簡圖如圖6、7所示。

S-D26系列熱模鍛壓力機(jī)是在引進(jìn)原德國Eumuco公司MP系列熱模鍛壓力機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)和完善的一種機(jī)型，主要由機(jī)身、傳動、連桿、滑塊、偏心軸、離合器、制動器、滑塊調(diào)整裝置、上頂料、下頂料、平衡缸，以及氣動系統(tǒng)等主要部件組成。配有自動潤滑系統(tǒng)，對壓力機(jī)的導(dǎo)軌及軸承進(jìn)行自動潤滑，壓力機(jī)采用“電—氣”微型電子計算機(jī)控制，控制壓力機(jī)的啟動、工作及停止。同時設(shè)有噸位指示、溫度監(jiān)控、潤滑監(jiān)控、油位監(jiān)控及故障顯示等自動監(jiān)視壓力機(jī)的工作狀態(tài)。

該壓力機(jī)是采用直接傳動，通過裝在床身后面的電機(jī)，窄V三角帶來驅(qū)動裝在床身軸套上的飛輪，在飛輪上裝有浮動摩擦塊式的離合器，并通過它與在滾動軸承中運轉(zhuǎn)的偏心軸相互連接，偏心軸的另一端裝有浮動摩擦塊式制動器。離合器和制動器用電動—氣動防干涉連鎖控制。

偏心軸中部裝有連桿，連桿通過夾緊桿、壓力銷將滑塊懸掛起來，并在床身內(nèi)進(jìn)行導(dǎo)向。偏心軸的運動通過連桿傳到裝在床身內(nèi)的滑塊上，床身內(nèi)有導(dǎo)向板，滑塊間隙可以通過導(dǎo)向板進(jìn)行調(diào)節(jié)，偏心軸、滑塊、連桿，以及上模座的重量通過裝在床身上的兩個動態(tài)平衡缸進(jìn)行平衡。

滑塊的位置通過裝在控制盤上的按鈕進(jìn)行控制，由電機(jī)進(jìn)行調(diào)整，頂料裝置分別設(shè)置在床身上的工作臺和滑塊內(nèi)。當(dāng)滑塊通過下死點以后，它們從模具中將鍛件頂出，作用在下頂料上，使已頂出的鍛件保持一定的時間，以便于步進(jìn)梁夾爪將鍛件取出。機(jī)架兩側(cè)開有大型側(cè)窗口以配備步進(jìn)梁送料系統(tǒng)，實現(xiàn)全自動鍛造工藝。

結(jié)束語

與通用軸承相比，輪轂軸承與汽車其他構(gòu)件的連接關(guān)系特殊，結(jié)構(gòu)形式和承載工況更為復(fù)雜。之前在歐美等發(fā)達(dá)國家大多采用多工位高速鐓鍛機(jī)進(jìn)行軸承套圈毛坯的熱鍛生產(chǎn)，而目前國外生產(chǎn)汽車輪轂軸承單元比較先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備是全自動多工位熱模鍛壓力機(jī)。

國內(nèi)鍛造企業(yè)出于對生產(chǎn)成本的考慮，大多采用勞動力密集型的螺旋壓力機(jī)聯(lián)線生產(chǎn)，毛坯質(zhì)量差，廢品率高，生產(chǎn)效率低，材料利用率低，此種工藝不符合汽車輪轂軸承單元高質(zhì)量的要求，完全不能滿足國內(nèi)外高檔汽車輪轂軸承單元的技術(shù)發(fā)展需要，不能適應(yīng)我國未來市場的發(fā)展。