【正文】 稱為擺輾）工藝（如圖 14 所示）進(jìn)行，其特點(diǎn)是：傳統(tǒng)的模壓使整個(gè)工件壓縮，產(chǎn)生塑性變形，當(dāng)運(yùn)用于軸承上時(shí)，在加工過程中變形往往超出中心區(qū)域，在這種巨大壓力作用下，球與滾道受到擠壓，在加工過程中軸承很可能損壞；而旋壓成形只在局部產(chǎn)生變形，所需的壓力很小，通過控制加載的壓力，就可實(shí)現(xiàn)軸承的裝配。 8 圖 14 軸鉚合旋壓成形工藝示意圖 軸鉚合裝配通過軸端的旋壓成形，使帶凸緣的內(nèi)圈產(chǎn)生塑性變形 ，從而與小內(nèi)圈壓緊。這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于：因去掉螺母，從而有助于減小輪轂單元的重量和尺寸，降低成本，使緊固部分更加緊湊，提高燃油經(jīng)濟(jì)性，而且旋壓過程中對(duì)軸向載荷（卡緊力）可實(shí)時(shí)精確控制，消除零件制造誤差的影響，從而使預(yù)緊量的波動(dòng)大大減少，保證每個(gè)輪轂單元都在裝配后獲得最佳預(yù)緊量，提高軸承使用壽命，并使韋布爾分布曲線的斜率變大，產(chǎn)品可靠性得到顯著提高；由于鉚合聯(lián)接是不可逆裝配，不會(huì)因使用過程中的振動(dòng)等因素發(fā)生變化，從而消除螺紋防松結(jié)構(gòu)中可能的卸載隱患，大大提高可靠性，也就提高了產(chǎn)品的安全性。這種裝配技術(shù)克服了現(xiàn) 有的螺母卡緊式的缺點(diǎn)，具有諸多優(yōu)勢(shì)： 省材 —— 用于非驅(qū)動(dòng)輪的軸鉚合式輪轂軸承單元可比傳統(tǒng)的螺母卡緊式單元減輕重量 400g 以上； 節(jié)能 —— 軸鉚合式裝配節(jié)省單元的零件數(shù)量，簡化工藝，能減少制造環(huán)節(jié)的能量消耗；使用輕量化的軸鉚合式輪轂單元可減輕轎車車輪質(zhì)量，降低燃油消耗率，節(jié)省燃油； 安全 —— 不可逆的鉚合裝配，能避免螺紋防松結(jié)構(gòu)所存在的安全隱患，提高汽車使用的安全性； 高效 —— 制造一個(gè)螺母需用時(shí) 1 分鐘，車削凸緣軸上的螺紋需用時(shí) 30秒以上，再完成單元裝配及軸向卡緊力的調(diào)整需用時(shí) 2分鐘以上；而軸鉚合式裝配省去了螺母制造的螺紋車削，整個(gè)裝配過程用時(shí)在 5~7 秒以內(nèi)，單是裝配效率就可提高 20 倍以上！ 環(huán)保 —— 降低整車燃油消耗的同時(shí)，減少了汽車的排放，有利于環(huán)保； 近凈成型 —— 無切削加工方法，可實(shí)現(xiàn)凈形加工。 由于軸鉚合裝配方式的先進(jìn)性，其代表了轎車輪轂單元裝配技術(shù)的發(fā)展方向，在 9 新一代轎車輪轂單元中必須采用軸端鉚合裝配，因?yàn)榘馊ΑL動(dòng)體、凸緣軸和小內(nèi)圈的軸承組件是新一代轎車輪轂單元的基礎(chǔ)，這些組件在裝配成一個(gè)單元的過程中，采用鉚合裝配是保證其高性能的關(guān)鍵，因而掌握旋壓鉚合裝配技術(shù)，具有十分重要的意義。 輪轂軸承單 元旋壓鉚合技術(shù)的優(yōu)越性 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的輪轂單元在裝配時(shí)兩個(gè)內(nèi)圈是用鎖緊螺母牢固地連接在一起的，如圖15（ a）所示。這種方式所存在的缺點(diǎn)是：需要在裝配的時(shí)候通過控制螺母的預(yù)緊量來控制輪轂單元的軸向卡緊力，由于單元中的零件存在制造誤差而使卡緊力的控制不精確，預(yù)壓量的波動(dòng)較大，從而導(dǎo)致軸承的負(fù)游隙量偏離最優(yōu)值而使軸承壽命下降，壽命離散度大大增加，使得其韋布爾分布中的斜率較大， 90%可靠性下降；在使用過程中，由于螺紋卡緊采用的螺紋防松結(jié)構(gòu)可能因振動(dòng)等因素而松動(dòng)，從而導(dǎo)致預(yù)載荷卸載，嚴(yán)重時(shí)甚至失效，存在重大安全隱患。而 新的結(jié)構(gòu)是通過軸端的旋壓成形，使帶凸緣的內(nèi)圈產(chǎn)生塑性變形，從而與小內(nèi)圈壓緊。這種方式使 車輪支架和車輪法蘭不再是安裝驅(qū)動(dòng)軸之后才相互連接．而是經(jīng)卷邊鉚接成為具有正常功能的輪轂軸承單元，大大減輕了下一步的裝配工作。采用軸鉚合裝配方式， 對(duì)非驅(qū)動(dòng)輪而言（如圖15（ b）所示），可直接去掉螺母；對(duì)驅(qū)動(dòng)輪而言（如圖 15（ c）所示）， 因?yàn)椴辉傩枰^大的擰緊力矩，可以使用輕型螺母將驅(qū)動(dòng)軸固定在車輪法蘭中，驅(qū)動(dòng)軸帶齒的軸頸也可大大縮短， 從而有助于減小輪轂單元的重量和尺寸， 降低成本，使緊固部分更加緊湊，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。而且旋 壓過程中對(duì)軸向載荷（卡緊力）可實(shí)時(shí)精確控制，消除 零件制造誤差的影響， 從而使預(yù)緊量的波動(dòng)大大減少，保證每一個(gè)輪轂單元都在裝配后獲得最佳預(yù)緊量，這意味著可以大大提高軸承使用壽命，并使韋布爾分布曲線的斜率變小， 90%可靠性得到顯著提高；且由于鉚合聯(lián)接是不可逆裝配，不會(huì)因使用過程中的振動(dòng)等因素發(fā)生變化，從而 消除螺紋防松結(jié)構(gòu)中可能的卸載隱患，大大 提高可靠性，也就提高了產(chǎn)品的安全性。 10 （ a） （ b） （ c） 圖 15 另一方面， 因?yàn)檩嗇瀱卧淖畋∪醯沫h(huán) 節(jié)不是鎖緊位置，而是凸緣根部，而通過FEM 分析可知，小內(nèi)圈在汽車行駛過程中所承受的軸向載荷不是很高， 通過對(duì)當(dāng)前的輪轂單元的結(jié)構(gòu)分析，我們認(rèn)為其軸承組件部分還可進(jìn)一步精減，只要將帶凸緣的軸在端部直接旋壓成滾道形狀，就可省略小內(nèi)圈，達(dá)到軸承組件零件數(shù)目的絕對(duì)最小化，進(jìn)一步精減輪轂單元的結(jié)構(gòu)，提高可靠性，降低生產(chǎn)成本。 本課題的研究意義 與主要任務(wù) 輪轂軸承單元的鉚合技術(shù)顯然在當(dāng)代和將來的汽車發(fā)展中都起到十分重大的作用，但是當(dāng)代的中國的大部分工廠都沒有相應(yīng)的專用鉚合設(shè)備或者是工廠因受到技術(shù)的封鎖而不能 引 進(jìn) 國外的設(shè)備 和技術(shù)。國內(nèi)的輪轂軸承的市場(chǎng)大部分都由國外的廠家占用。 本課題是為填補(bǔ)這一空白的輪轂軸承鉚合專用設(shè)備的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。輪轂軸承單元專用鉚合設(shè)備的鉚合過程的壓力都由液壓系統(tǒng)的主油缸提供，其工作遠(yuǎn)遠(yuǎn)壓力高于其他的工作要求。工進(jìn)是的速度要實(shí)現(xiàn)對(duì)不同的輪轂軸承單元可調(diào)整?？焱藭r(shí)要有較快的速度進(jìn)行 ，以省加工時(shí)間，使工作效率的到提高。送料缸除了要快速上、下料外，還要求工作時(shí)的速度要平穩(wěn)。為滿足以上的要求，本課題要對(duì)主油缸，送料缸和液壓系統(tǒng)的各組成元件的連接和型號(hào)進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。 軸承鉚合技術(shù)和專用 設(shè)備在 國內(nèi)外發(fā)展概況 國外對(duì)輪轂單元軸鉚合技術(shù)的研究，最初報(bào)道是由 NSK 公司于 2020 年前后成功開發(fā)了端部旋壓成形的鉚裝第三代輪轂軸承，此后 KOYO、 SKF 等國際著名的軸承制造企業(yè)也相繼推出了軸鉚裝的輪轂軸承。但是，出于各自的發(fā)展戰(zhàn)略和利益的競(jìng)爭，輪 11 轂軸承的軸鉚裝工藝技術(shù)對(duì)中國是保密的，而軸承則只以成品的形式以較高的價(jià)格提供給中國的中高檔汽車市場(chǎng)，就連掌握了其核心技術(shù)的外國公司在我國興建的轎車輪轂軸承合資企業(yè)，所提供的技術(shù)也是傳統(tǒng)的“ 螺帽卡緊式”裝配技術(shù)。所以， 到目前為止，國內(nèi)的轎車輪轂軸承生產(chǎn)企業(yè)尚未能掌 握軸鉚合裝配技術(shù)，更缺乏對(duì)轎車輪轂單元實(shí)施鉚合裝配的關(guān)鍵設(shè)備， 從而成為限制我國新型轎車輪轂軸承產(chǎn)品競(jìng)爭力的技術(shù)瓶頸。 中國的擺輾研究開始于 70 年代初期。我國的擺輾理論研究和工藝應(yīng)用研究方面已達(dá)到世界先進(jìn)水平。但由于缺乏資金，缺少機(jī)械設(shè)備專業(yè)制造廠的參與，由使用單位將國外主要用于冷擺輾的擺輾機(jī)結(jié)構(gòu)簡化或者照搬而制造出擺輾機(jī)用于熱擺輾，結(jié)果不合理，制造水平低等原因使得軸承易壞、導(dǎo)軌易損。剛度低，其結(jié)果造成產(chǎn)品精度低，設(shè)備維修頻繁而不能正常生產(chǎn)。因此， 80 年代中期以來，中國擺輾設(shè)備的研制開發(fā)處于停止?fàn)顟B(tài)，而只是進(jìn) 口瑞士和波蘭的擺輾機(jī)。我們應(yīng)當(dāng)吸收國外的經(jīng)驗(yàn)，由機(jī)械設(shè)備專業(yè)制造廠制造 I型擺輾機(jī)用于熱擺輾，則能克服上述缺點(diǎn)，促進(jìn)這種先進(jìn)的塑性加工工藝在我國的推廣應(yīng)用。 轎車輪轂軸承的形狀和工藝分析 轎車輪轂軸承的形狀 如圖 16 所示 ,汽車輪轂軸承單元軸鉚合裝配工藝主要是將圖 A中的法蘭盤內(nèi)圈 1鉚合成圖 B 所示的的形狀。此零件是筒形件，材料為 50 號(hào)鋼適合于擺輾成形，而且只對(duì)軸端進(jìn)行鉚合加工因此可一次擺輾成形。 對(duì)此零件的擺輾加工是軸向鉚裝，適于采用立式加工避免受自身重力的影響。 A B 圖 16鉚裝輪轂軸承單元對(duì)比 12 工藝分析 (1)材料 旋壓的零件為法蘭盤外圈，法蘭盤外圈的材料為 5055，毛坯鍛造后進(jìn)行正火處理，硬度不大于 HB210，可在常溫下旋壓，一次旋成。 (2)幾何要素 幾何要素是機(jī)床設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，機(jī)床形式、規(guī)格、精度等都要由它來決定。如圖 16為法蘭盤外圈的幾何要素 (3)零件極限尺寸統(tǒng)計(jì)與機(jī)床幾何尺寸 在同一機(jī)床上加工零件的范圍太 大，會(huì)使機(jī)床過于復(fù)雜，從而給 設(shè)計(jì)、制造、使用帶來不必要的麻煩。因此，應(yīng)將零件的形狀分類，尺寸分級(jí)，把機(jī)床系列化來解決這一矛盾。機(jī)床的幾何尺寸一般是由零件極限尺寸決定的，旋壓力的大小主要由零件的最大厚度來決定；鉚頭到工作臺(tái)的距離主要由旋壓件的最大長度確定。 汽車輪轂軸承單元的 3D 建模與分析 對(duì)加工對(duì)像的深入了解是設(shè)計(jì)設(shè)備的第一步。為了對(duì)加工對(duì)象有一個(gè)非常清晰的認(rèn)識(shí)與研究。我們利用 CAD 技術(shù)， 采用國際先進(jìn)的 3D 設(shè)計(jì)軟件 pro/engineer 進(jìn)行汽車輪轂軸承單元的 3D建模，并對(duì)產(chǎn)品的裝配關(guān)系結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的分析。 13 圖 18 鉚合裝配式第三代汽車輪轂軸承 3D 模型 圖 18 所示為鉚合式第三代輪轂軸承單元（非驅(qū)動(dòng)輪） 3D 模型示意圖，該軸承單元用 pro/engineer 軟件進(jìn)行 1 ： 1 的繪畫 ,一共有 11個(gè)零件。在畫零件實(shí)體過程中，我們?cè)O(shè)計(jì)小組發(fā)現(xiàn)實(shí)體模型與實(shí)物某些細(xì)節(jié)部分不相符，經(jīng)過到工廠進(jìn)行實(shí)物觀察，作了修改。模型裝配先加載內(nèi)法蘭盤 1，再裝內(nèi)圈 密封圈 3，接著裝 ,保持架 4與滾珠 5 的組合體，緊接著裝法蘭外圈 6；下道“工序”再裝保持架 7與滾珠 8的組合體，再次裝另一個(gè)內(nèi)圈 9，最后裝感應(yīng)圈 10 與感應(yīng)圈外罩 11。裝配過程中的定位都采用設(shè)計(jì)的定位基準(zhǔn)。裝配時(shí)發(fā)現(xiàn)最難的部分是保證滾珠的壓力角。每個(gè)零件都是按工程圖所給的尺寸畫出來的，裝配才發(fā)現(xiàn)有的零件之間產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。從以上在實(shí)體建模與虛擬裝配過程中發(fā)現(xiàn)的問題中看出， CAD 可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的不足，有利于指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，可以降低開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期。 軸承單元軸鉚合裝配的認(rèn)識(shí) 軸承單元軸鉚合裝配的 過程 在韶關(guān)東南軸承有限公司參觀中，了解到 以普通車床改裝的簡易旋壓試驗(yàn)裝置 。通過實(shí)地考察了解到軸承單元軸鉚合裝配的鉚接過程，由于鉚接力的作用，（圖 18 14 所示）內(nèi)半蘭盤（圖中 B部 分）產(chǎn)生了徑向的塑性鉚合變形，實(shí)際變形效果如圖中 B所示。由于擺動(dòng)旋壓具有力量大的特點(diǎn)，鉚接非?？?，整個(gè)純鉚接時(shí)間僅為 8秒多，而且鉚接過程未產(chǎn)生任何切屑。因此，擺動(dòng)旋壓是一種高效、清潔和安全的加工技術(shù)。 圖 19 壓制成形的輪轂軸承 輪轂軸承單元軸鉚合裝配旋壓過程的分析 傳統(tǒng)的軸鉚裝工藝采用所謂的“回轉(zhuǎn)式鍛壓” 或“搖擺模鍛”。在這種方法中，沖頭與輪轂軸的 圓柱形端頭之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使軸端形成規(guī)定的形狀。如鉚裝過程的示意圖（圖 19）。沖頭中心軸 OB與輪轂 中心軸 OA的夾角為θ。沖頭圍繞著 O點(diǎn)在輪轂軸上方作軌跡運(yùn)動(dòng)。當(dāng)沖頭壓人輪轂軸時(shí)，輪轂軸逐漸被旋壓成圖示虛線形狀 。 圖 110 鉚接過程示意圖 與整體表面壓鍛方法比較 。鉚裝工藝的優(yōu)點(diǎn)在于減小了加工載荷 (沖頭 壓力 15 P)，這是因?yàn)闇p小了沖頭與工件之間的接觸面積。雖然由于沖頭呈 θ 傾角加工載荷減小，但鉚裝過程中對(duì)組件施加的軸向和徑向載荷會(huì)對(duì)軸承性能造成潛在的不利影響 ， 如滾動(dòng)體和滾道變形或產(chǎn)生壓痕。因此必須精確控制沖頭的壓力才能消除這些不利影響，精確控制沖頭壓力是穩(wěn)定 軸承性能的關(guān)鍵因 素 。在旋壓過程中輪轂軸的變形可分為三個(gè)階段 ： （ 1）第一階段，沖頭下降，與輪轂軸接觸，變形開始； （ 2）第二階段，變形進(jìn)一步擴(kuò)展 ,輪轂軸沿徑向擴(kuò)展 ,與內(nèi)圈倒角接觸； （ 3）最后是第三階段，鉚裝過程完成。 在第一階段中，幾乎所有的沖頭壓力都用于輪轂軸的最初成形，內(nèi)圈載荷很小且恒定。進(jìn)入第二階段，沖頭壓力傳遞到內(nèi)圈，內(nèi)圈載荷迅速增大。在第三階段，沖頭壓力使內(nèi)圈載荷逐漸增大直至飽合。鉚裝結(jié)束后，甚至沖頭已抬起，內(nèi)圈載荷仍未消除，仍保留某些載荷。 傳統(tǒng)的模鍛使整個(gè)工件壓縮，產(chǎn)生塑性變形。因此， 加工大尺寸工件時(shí)，需要很大的壓力，而且當(dāng)運(yùn)用于軸承上時(shí)，變形往往超出中心區(qū)域。在這種巨大壓力作用下，球與滾道受到擠壓，在加工過程軸承很可能損壞，而鉚接工藝只在局部產(chǎn)生變形并且只用很小的壓力。通過控制加載的壓力，這種加工用于軸承的裝配十分適合。通過重載下的運(yùn)轉(zhuǎn)耐久性試驗(yàn)檢驗(yàn)了鉚壓成形緣的疲勞強(qiáng)度和內(nèi)圈抗蠕變能力，進(jìn)行靜強(qiáng)度試驗(yàn)以考察鉚壓成形緣的靜強(qiáng)度以及軸承的力矩載荷剛變?cè)囼?yàn)，因?yàn)檩S承的剛性會(huì)影響車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的操縱穩(wěn)定性 ，結(jié)果表明，軸鉚合裝配式輪轂軸承性能合格。 由于此工藝要求，所以本旋壓機(jī)床必須具有以下特點(diǎn)： 1）動(dòng)力頭能產(chǎn)生足夠的徑向力、軸向力，電動(dòng)機(jī)要有足夠的功率。進(jìn)給采用液壓傳動(dòng)并能進(jìn)行無級(jí)調(diào)速。 2）機(jī)床的床身、動(dòng)力頭、工作臺(tái)等部份要有足夠的剛度，以減少在加工中主軸與工作臺(tái)的變形、偏擺。 3）主軸需采用重型滾動(dòng)軸承承受較大的工作壓力。對(duì)軸承需進(jìn)行良好的冷卻與潤滑。 4）為保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高效率、減輕體力勞動(dòng)，應(yīng)采用半自動(dòng)或自動(dòng)工作循環(huán)。 二 擺動(dòng)輾壓基本原理及工藝特點(diǎn) 擺動(dòng)輾壓的工作原理 擺動(dòng)輾壓又稱旋轉(zhuǎn)鍛造 (Rotary Fing)，是 20 世紀(jì) 60 年代發(fā)展起來的金屬壓力加工新工藝，也是鍛 件生產(chǎn)行業(yè)中的特種鍛造成形工藝，可用于中小型鍛件精化生 16 產(chǎn)。 擺動(dòng)輾壓和我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷膿{餃子皮道理相似。所謂擺動(dòng)輾壓，是利用一個(gè)帶圓錐形的上模對(duì)毛坯局部加壓，并繞中心連續(xù)滾動(dòng)的加工方法．?dāng)[動(dòng)輾壓工作原