【文章內容簡介】 中，沖頭與輪轂軸的圓柱形端頭之間的相對旋轉運動使軸端形成規(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點在輪轂軸上方作軌跡運動。當沖頭壓人輪轂軸時，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)點在于減小了加工載荷 (沖頭 壓力 P)，這是因為減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，但鉚裝過程中對組件施加的軸向和徑向載荷會對軸承性能造成潛在的不利影響 ，如滾動體和滾道變形或產生壓痕。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)定軸承性能的關鍵因 素 。在旋壓過程中輪轂軸的變形可分為三個階段 ：（1）第一階段，沖頭下降，與輪轂軸接觸，變形開始；（2）第二階段，變形進一步擴展,輪轂軸沿徑向擴展,與內圈倒角接觸；（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，內圈載荷很小且恒定。進入第二階段，沖頭壓力傳遞到內圈，內圈載荷迅速增大。在第三階段，沖頭壓力使內圈載荷逐漸增大直至飽合。鉚裝結束后，甚至沖頭已抬起，內圈載荷仍未消除，仍保留某些載荷。傳統(tǒng)的模鍛使整個工件壓縮，產生塑性變形。因此，加工大尺寸工件時，需要很大的壓力，而且當運用于軸承上時，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。通過重載下的運轉耐久性試驗檢驗了鉚壓成形緣的疲勞強度和內圈抗蠕變能力，進行靜強度試驗以考察鉚壓成形緣的靜強度以及軸承的力矩載荷剛變試驗，因為軸承的剛性會影響車輛轉彎時的操縱穩(wěn)定性，結果表明，軸鉚合裝配式輪轂軸承性能合格。由于此工藝要求，所以本旋壓機床必須具有以下特點：1）動力頭能產生足夠的徑向力、軸向力，電動機要有足夠的功率。進給采用液壓傳動并能進行無級調速。2）機床的床身、動力頭、工作臺等部份要有足夠的剛度，以減少在加工中主軸與工作臺的變形、偏擺。3）主軸需采用重型滾動軸承承受較大的工作壓力。對軸承需進行良好的冷卻與潤滑。4）為保證產品質量、提高效率、減輕體力勞動，應采用半自動或自動工作循環(huán)。二 擺動輾壓基本原理及工藝特點 擺動輾壓的工作原理擺動輾壓又稱旋轉鍛造(Rotary Forging)，是20世紀60年代發(fā)展起來的金屬壓力加工新工藝，也是鍛件生產行業(yè)中的特種鍛造成形工藝，可用于中小型鍛件精化生產。擺動輾壓和我們日常生活中常見的搟餃子皮道理相似。所謂擺動輾壓，是利用一個帶圓錐形的上模對毛坯局部加壓，并繞中心連續(xù)滾動的加工方法．擺動輾壓工作原理如圖21所示。1—— 上模；2—— 毛坯；3——滑塊：4—— 油缸圖21 擺動輾壓工作原理示意圖圖21中，帶錐形的上模其中心線OZ與機器主軸中心線OM 相交成了角，此角稱擺角。當主軸旋轉時，OZ繞OM 旋轉，于是上模便產生了擺動。與此同時，滑塊3在油缸4作用下上升對毛坯施壓，這樣上模母線就在毛坯上連續(xù)不斷的滾動，最后達到整體成形的目的。擺頭運動軌跡不僅對金屬流動和填充影響很大, 而且對電機功率及設計剛度等均有影響, 特別是對于形狀不同的鍛件成型影響更大。 因此, 擺頭要設計出不同的軌跡以適應不同形狀的鍛件需要, 目前常用的四種擺頭軌跡為: 圓軌跡、多葉玫瑰線軌跡、螺旋線軌跡和直線軌跡, 如圖22 所示. 本文設計的冷擺碾機屬于通用型, 擺頭軌跡可以用以上四種軌跡。實現(xiàn)擺頭的四種軌跡, 可以有多種方法, 最常用的是內、外偏心套法, 如圖22所示. 采用偏心套的方法, 就是將擺頭的一端置于內偏心套內, 通過內偏心套和外偏心套不同的相對轉動,合成出四種不同的擺頭軌跡。 內、外偏心套不同的相對轉動主要是用它們的速比來表現(xiàn)的, 即：圖22　擺頭的四種軌跡1)圓軌跡：當內、外偏心套的速比時，擺頭軌跡為圓軌跡；2)直線軌跡：當內、外偏心套的速比時，擺頭軌跡為直線軌跡；3)螺旋線軌跡：當內、外偏心套的速比時，擺頭軌跡為螺旋線軌跡；4)多葉玫瑰線軌跡：當內、外偏心套的速比時，擺頭軌跡為多葉玫瑰線軌跡。 擺動輾壓的特點（1）省力。因擺輾是以連續(xù)局部變形代替常規(guī)鍛造工藝的一次整體變形，因此可以大大降低變形力。實踐證明，加工相同鍛件，其輾壓力僅是常規(guī)鍛造方法變形力的1/5～1/20；（2）產品質量高，節(jié)省原材料，可實現(xiàn)少無切削加工。如果模具制造尺寸精度很高，且進行過拋光，～。（3）擺動輾壓適合加工薄而形狀復雜的餅盤類鍛件。加工薄餅類鍛件，擺輾所需的變形力比常規(guī)鍛造力小很多，而且工件愈薄，用擺輾法成形愈省力。（4）勞動環(huán)境好，勞動強度低。擺輾時機器無噪聲、震動小，易于實現(xiàn)機械化、自動化。（5）設備投資少，制造周期短，見效快，占地面積小。 擺動輾壓的力能參數(shù)計算擺輾過程中工件與鉚頭接觸的端面為螺旋曲面，其螺距為每轉進給量S（mm/s）。因S的大小與工件半徑相比很?。ǎ?，可以把工件的這個端面近似為平面。在圖示23所示的三維坐標系中，該平面方程為（將螺旋曲面簡化為螺旋面）：擺輾的擺動模錐面方程為圖23 擺輾的接觸面積聯(lián)立上式，解得接觸輪廓曲線方程上式可簡化為： 擺輾的接觸面投影面積(1) 圓盤件其受力后的投影圖如土24所示。在滾壓過程中，忽略工件和模具的彈性變形，也忽略工件在徑向的塑性變形，則AOB是過圓心的直線。圖24 擺輾的接觸投影分析圖接觸面投影面積由AOBCDA輪廓圍成，忽略輾壓引起的工件外輪廓變形，則工件輪廓方程為：聯(lián)立 （ADC的曲線方程）求得C點坐標為： A點坐標為： 定義： 由幾何關系： 則： 截面輪廓曲線轉化為極坐標方程：(2) 環(huán)形件其投影分析圖如圖25所示，由前面可以知：圖25投影分析圖 聯(lián)立求得A點坐標為： (3)接觸面積系數(shù)波蘭馬爾辛民克教授提出的公式：胡克民公式：當是變值時，也是變值三 輪轂軸承鉚合裝配專用設備總體方案 擺輾機的主要技術指標序 號要求數(shù)值1. 11. 21. 31. 41. 51. 6旋壓鉚合直徑最大鉚接力油泵最大輸出壓力功耗自動方式軸承變形情度內孔φ16mm，外徑φ28mm150KN5MPa≤2 .12. 22. 32. 42. 52. 62. 72. 82. 9生產效率旋壓鉚合最大行程滾碾壓頭到工作臺距離工作臺升降距離主軸到床身立柱距離滾壓頭伸出長度工作臺尺寸機床外形尺寸機床凈重≥450個/小時25~30mm0~250mm0~250mm200mm取100~120mm4002007207202500100022003. 13. 23. 33. 43. 5安全可靠容易傳送軸承外形美觀、噪音小故障自檢、易排除損壞零件易更換 總體方案的論證設計由于汽車輪轂軸承單元為粗短零件且需要的鉚接力較大，綜合考慮臥式、立式的優(yōu)缺點，選用立式機床。而立式機床又可分單立柱式和多立柱式，下圖為立式方案的簡圖： 確定方案：四柱立式結構單柱式方案：一根立柱既要承受拉伸力，又要承受切應力，立柱彎曲變形情度較大。對于小功率的情況，變形情度可以控制在允許的范圍之內，另外結構緊湊，節(jié)省空間，操作方便，開敞性好，工件裝卸方便；但剛性不好，對中性差；并在加工過程中，由于工作臺處于懸臂，而使工作臺受力不均，產生震動和噪音，影響了零件的加工精度，難保零件的合格。多立柱式方案：機床對中性好，剛度強，鋼性特佳，結構永不變形，使用壽命長。適用于大平面、大出力之裁斷作業(yè)。一種液壓機工作臺四柱支撐結構，在液壓機下梁頂出缸接觸面上至少設置有四組支撐柱，各組支撐柱分為上支撐柱和下支撐柱，上支撐柱與液壓機移動工作臺連接固定，下支撐柱連接固定在下梁與下梁頂出缸接觸面上，在上支撐柱和下支撐柱之間設置有一定的間隙，與下梁頂出缸連接的液壓墊上開有大于上支撐柱和下支撐柱直徑的導向孔。其優(yōu)點在于：可大大降低了液壓機移動工作臺上面板的厚度，不僅節(jié)省材料、降低了制造成本，同時還能保證機器的強度和加工精度，因此該結構具有較為廣闊的發(fā)展前景。綜合考慮，選擇四柱式液壓機床結構。機床方案設計包括運動功能分析，機床布局，機床總體結構設計，在設計過程中充分考慮到加工操作方便，加工質量好，制造成本合理。 運動功能分析本機床主運動為電動機主軸帶動鉚頭旋轉，進給運動設計為液壓缸驅動工作臺進行鉚接，同時考慮到縮短鉚接工作行程，設計工作臺升降機構形式，調節(jié)工作臺與動力的距離，減少鉚接過程的空行程。使鉚接過程更節(jié)省時間。整個過程的運動置于動力頭內。旋壓機床需要兩個運動即主軸旋轉運動和主軸縱向往復運動來完成鉚接。 機床總體結構布局設計機床的總體布局設計需要根據工作的要求，充分考慮到操作方便，加工效率高，性能穩(wěn)定、安全，加工質量好等因素；對于立式鉚接擺輾機包括主傳動部分、進給傳動部分、床身本體、電控與液壓系統(tǒng)，液壓站和電控箱，開關等。主傳動系主要布置在動力頭處，包括電動機、偏心機構。進給傳動系統(tǒng)采用液壓系統(tǒng)進行驅動。另外，主傳動、進給傳動要考慮各自的穩(wěn)定性以及配合的，為節(jié)省空間，電控與檢測系統(tǒng)包含于床身本體。對于液壓站其包括了液壓系統(tǒng)的供油裝置、控制調節(jié)裝置等，將其獨立于機床之外，可以使安裝維修方便，液壓裝置的振動、發(fā)熱都與機床隔開。考慮到工人操作的方便和效率的提高，選用用腳踏開關作為操作的控制，結合安全操作，腳踏開關開關設置在底座的開槽內。根據運動系統(tǒng)組合的不同，擬定以下布局方案。 擺輾機方案確定形式動力頭與液壓缸部分分開，主軸只作旋轉運動而不作上下往復運動，鉚合時由液壓缸推動工作臺實現(xiàn)向上進給運動。這種立案讓動力頭只負責旋轉軌跡運動，而縱向往復運動則由工作臺來完成。大大簡化了動力頭里面的機構，使得整個機械機構更加簡單，另外用液壓系統(tǒng)實現(xiàn)工作臺的縱向往復運動也是比較容易實現(xiàn)的。與傳統(tǒng)鉚合機床相比，這種設計結構更加簡單，把兩個運動分開，省去了原來復雜的結構。由于鉚頭只要實現(xiàn)螺旋線擺動，結構簡化了許多，對軸承和整體的精度和工藝要求也降低了許多，降低制造成本的同時也使機器維修起來更加方便。工作臺把原先四柱或單柱支持改成液壓升降機構實現(xiàn)上下位移，實現(xiàn)起來很簡單，液壓系統(tǒng)不復雜，更加有利于現(xiàn)代化生產。四柱式液壓機床結構的特點：精密四柱導向承載機構有潤滑加油系統(tǒng)，保證機床長期使用壽命； 更加獨特的是，四柱尾部有定位套，確保機床在承受側向負荷時，工作可靠,四柱式結構簡單、經濟、實用?？蚣苁浇Y構剛性