文/李倫·濟南二機床集團有限公司

第三代輪轂軸承的鍛造工藝及其自動化裝備

文/李倫·濟南二機床集團有限公司

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。用了搖輾技術的第三代輪轂軸承無論是用于驅動輪還是非驅動輪都具有以下優(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(swaging)自鎖半內圈，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，使半內圈得到固定。

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

第三代輪轂軸承的鍛造工藝十分復雜，過程要求非常嚴格，是輪轂軸承中最難加工的一種結構。濟南二機床集團有限公司（JIER）近年來圍繞智能鍛造、精密鍛造投入了大量的研發(fā)力量及相關生產設備，聘請了國內著名的“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。本文將介紹濟南二機床近年來對第三代輪轂軸承外圈（圖2）和內圈（圖3）自動化鍛造工藝的開發(fā)及其相關設備的開發(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、內圈大小尺寸相差較大的特點，結構復雜不對稱，異形多樣化等缺點；而內圈具有法蘭大，套筒深而薄的特點，結構復雜，異形多樣化等缺點，故而其套圈毛坯鍛造難度非常大。

通過對零件結構的技術工藝分析，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，能獲得表面質量好、機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。

輪轂軸承屬于生產批量大的中小型鍛件，故采用精密閉式鍛造成形方法生產可顯著提高生產效率，降低生產成本和提高產品質量，經濟效益顯著。其主要鍛造工序為精密下料、中頻感應加熱、多工位鍛造成形。

考慮到內圈和外圈可在同一臺自動化設備上生產，內圈和外圈均采用鐓粗→預鐓→預鍛→終鍛→沖孔五工位，采用S-D26-2500熱模鍛壓力機生產。設備完全由伺服步進梁操作，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，帶有自動換模裝置，每班8h，每分鐘20件，去除換模具及調試時間，每班大約可生產8500件。由于采用自動化生產，工人勞動強度大幅降低，每天至少可以采用兩班或三班生產。

自動化專用熱模鍛壓力機

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

圖4 三代輪轂軸承外圈自動化鍛造工藝

圖5 三代輪轂軸承內圈自動化鍛造工藝

圖6 輪轂軸承鍛造步進梁機構簡圖

圖7 輪轂軸承五工位自動鍛造簡圖

該生產線為步進梁式伺服送料全自動鍛造生產線，壓力機為步進梁自動化生產專用的S-D26熱模鍛壓力機（可根據工藝要求設計）。該機具有機身剛性好，滑塊速度快，沖擊成形好的特點；步進梁式伺服送料系統(tǒng)具有送進精度高，重復精度高，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠的特點；步進梁的夾緊、抬起、送進三個坐標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據存儲，再次使用時調出數據系統(tǒng)就可以運轉，大大減少了生產準備時間，提高了生產效率。該生產線的布置簡圖如圖6、7所示。

S-D26系列熱模鍛壓力機是在引進原德國Eumuco公司MP系列熱模鍛壓力機的基礎上進行了改進和完善的一種機型，主要由機身、傳動、連桿、滑塊、偏心軸、離合器、制動器、滑塊調整裝置、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)，對壓力機的導軌及軸承進行自動潤滑，壓力機采用“電—氣”微型電子計算機控制，控制壓力機的啟動、工作及停止。同時設有噸位指示、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)視壓力機的工作狀態(tài)。

該壓力機是采用直接傳動，通過裝在床身后面的電機，窄V三角帶來驅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，并在床身內進行導向。偏心軸的運動通過連桿傳到裝在床身內的滑塊上，床身內有導向板，滑塊間隙可以通過導向板進行調節(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)平衡缸進行平衡。

滑塊的位置通過裝在控制盤上的按鈕進行控制，由電機進行調整，頂料裝置分別設置在床身上的工作臺和滑塊內。當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，以便于步進梁夾爪將鍛件取出。機架兩側開有大型側窗口以配備步進梁送料系統(tǒng)，實現全自動鍛造工藝。

結束語

與通用軸承相比，輪轂軸承與汽車其他構件的連接關系特殊，結構形式和承載工況更為復雜。之前在歐美等發(fā)達國家大多采用多工位高速鐓鍛機進行軸承套圈毛坯的熱鍛生產，而目前國外生產汽車輪轂軸承單元比較先進的生產設備是全自動多工位熱模鍛壓力機。

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