CN103341577B - 轮毂轴承外圈的不对称形状冷辗扩成型工艺及闭式冷辗成型模具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轮毂轴承外圈的不对称形状冷辗扩成型工艺，包括以下步骤：1）下料、2）镦粗、3）成型、4）冲孔和5）冷辗扩，所述的成型包括如下步骤：a）锻造成型件设计；b）冷辗坯件尺寸设计；所述的步骤5）冷辗扩具体包括如下步骤:将冷辗坯件封闭在闭式冷辗成型模具的碾压轮和碾压芯轴之间辗扩成型。该闭式冷辗成型模具包括碾压轮和碾压芯轴，辗扩芯轴的两端设计为对称的外围带凸台的结构。本发明的有益效果：节约材料，效率大幅提高，后续加工简便；采用闭式冷辗成型模具将冷辗坯件辗扩成型，碾压轮深度较大，将冷辗坯件两个端面包容，辗扩芯轴的凸台设计使得冷辗坯件成型后成品被完全封闭，保证成型后的成品的对称度。

Description

轮毂轴承外圈的不对称形状冷辗扩成型工艺及闭式冷辗成型模具

技术领域

本发明涉及轿车前轮系统的一代轮毂轴承外圈领域，具体涉及一种轮毂轴承外圈的不对称形状冷辗扩成型工艺及闭式冷辗成型模具。

背景技术

一代轮毂轴承外圈是轿车前轮重要的运转部件，其寿命及可靠性有严格的要求。前轮轮毂轴承总成主要是由外圈、钢球、密封件和内圈组成。内圈基本紧密和车轴配合，外圈和前轮系统配合，轿车运行时随车转动。该系列轴承外圈主要有热锻成型（详见图1）、热锻加热辗扩成型（详见图2）、热锻加冷辗扩成型三种工艺比较普遍。

目前高端轿车，主要是目前的外资和合资车企基本采用最后一种热锻加冷辗扩成型工艺生产的轴承套圈毛坯用于成品制造。但该工艺的坯件大多还是进口件，随着国产化的加快，这些合资车企的主要部件配套企业也在国内加大了推进力度。因该系列轴承外圈内径部位有明显凸起，凸起的两侧是滚道位置，因此常规形状冷辗扩成型很难成型该内部凸起形状，通常内部凹陷的形状反而容易成型，因此外圈的坯件形状设计十分关键，既要考虑冷辗变形的辗扩比，又要考虑宽度增长比例，还要结合高速锻成型的特点。

因此如何设计锻造及冷辗扩工艺成型是技术人员要解决的关键问题，工艺设计不好或不合理，则无法稳定的将成品冷辗扩成型。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述不足，提供一种轮毂轴承外圈的不对称形状冷辗扩成型工艺及闭式冷辗成型模具，将在高速镦锻机上锻造的锻造坯件经过精密冷辗扩得到符合要求的冷辗坯件，既满足成品轴承苛刻的寿命及可靠性要求，又能发挥高速镦锻机的高效、冷辗扩的节材特点。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

轮毂轴承外圈的不对称形状冷辗扩成型工艺，包括以下步骤：1）下料、2）镦粗、3）成型、4）冲孔和5）冷辗扩，

所述的步骤3）成型具体包括如下步骤：

a）不对称形状的锻造成型件设计

将锻造成型件的截面设计成上下不对称形状，上下两端厚度小、中间厚度大，且上端内径比下端内径大、上端外径比下端外径大，这主要为了冷辗扩后冷辗坯件（成品）小内径的凸起部分能成型饱满；同时，锻造成型件沿中线分布的上下两部分体积相等，这样也是为了后续冷辗扩成型成品能对称成型，上下滚道位置不偏离

b）冷辗扩成型坯件的冷辗坯件尺寸设计

根据冷辗坯件成型后的成品尺寸在其外部增加部分余量即可得到冷辗坯件的尺寸及图样，设计冷辗坯件的外径余量为0.6～0.7mm，内径余量为0.75～0.85mm，高度余量为0.8～0.9mm，冷辗坯件的内径部分采用圆弧连接，以让冷辗坯件形状吻合成型后的成品形状，形成最佳的内部金属流线，为长寿命及可靠性打好基础；

所述的步骤5）冷辗扩具体包括如下步骤:将冷辗坯件封闭在闭式冷辗成型模具的碾压轮和碾压芯轴之间辗扩成型，该冷辗成型模具包括碾压轮和碾压芯轴，所述辗扩芯轴的两端设计为对称的外围带凸台（中心凹进）的结构，所述碾压轮与辗扩芯轴的端面形成的空间为封闭式结构，足以包容整个待冷辗成型的冷辗坯件。

按上述方案，所述步骤3）中锻造成型件设计具体包括：

首先确定锻造成型件的大、小内径尺寸，锻造成型件的小内径尺寸满足辗扩比1.4-1.6；锻造成型件的大内径尺寸等于锻造成型件的小内径尺寸加上冷辗坯件的大内径与冷辗坯件的小内径之差；

其次确定锻造成型件的大、小外径尺寸，锻造成型件的大、小外径尺寸差等于冷辗坯件的大内径与小内径之差；

再调整外径厚度大的中间部分的锻造成型件的高度尺寸满足锻造成型件上下两端的体积平均分布；

最后，再加上连皮厚度8-10mm，连皮厚度视锻造成型件总高而定，锻造成型件越高，连皮厚度越大（减少成型力），锻造成型件即设计完成。

按上述方案，所述锻造成型件的上端大外径部分与下部小外径部分衔接处采用圆弧连接；锻造成型件厚度小的上端内径部分与厚度大的中间内径部分衔接处采用圆弧连接；锻造成型件的顶端大内径尺寸的脱模角度取2-3度。

本发明还提供了一种用于上述不对称形状冷辗扩成型工艺的闭式冷辗成型模具，该模具包括碾压轮和碾压芯轴，所述辗扩芯轴的两端设计为对称的外围带凸台（中心凹进）的结构，所述碾压轮与辗扩芯轴的端面形成的空间为封闭式结构。

按上述方案，所述辗扩芯轴两端的凸台的结构对称设计。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、相比热锻成型，大幅节约材料，同时内部金属流线合理，可保证成品长寿命及可靠性；

2、相比热锻及热辗扩成型，本发明锻造成型件在高速镦锻机上生产，通过冷辗扩将上下不对称的形状成型为上下对称的形状，在节约材料的同时，效率即精度大幅提高，且后续加工简便；

3、采用闭式冷辗成型模具将冷辗坯件辗扩成型，完全不同于现在常见的开式冷辗扩成型设计，碾压轮深度较大，将冷辗坯件两个端面包容，辗扩芯轴的凸台设计使得冷辗坯件成型后成品被完全封闭，保证成型后的成品的对称度。

附图说明

图1是传统热锻成型工艺流程图；

图2是传统热锻加热辗扩成型工艺流程图；

图3是本发明不对称形状的锻造成型件设计图；

图4是本发明冷辗扩成型的冷辗坯件尺寸设计图；

图5是本发明轮毂轴承外圈的不对称形状冷辗扩成型工艺流程图；

图6是本发明闭式冷辗扩模具的结构示意图；

图中，1-辗扩芯轴，2-碾压轮，3-凸台，4-冷辗坯件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的工艺过程做进一步的说明，但是不能构成对本发明的限制，且本发明其余未解释部分均与现有技术一致。

参照图3~图5所述，本发明所述的轮毂轴承外圈的不对称形状冷辗扩成型工艺，包括以下步骤：

步骤1）下料：根据锻造成型件尺寸得到下料重量，再依据长径比0.8-1.2选择合适的棒料，随即得到下料尺寸，实施例中棒料直径为45mm，长度为50mm；

步骤2）镦粗：根据锻造成型件尺寸外径最大值减去1mm即可得到镦粗直径，再依据下料重、下料密度、下料体积，根据质量密度体积公式得到镦粗厚度；

步骤3）成型，包括两部分：

a）不对称形状的锻造成型件设计

锻造成型件通过冲孔形成锻造坯件，因此锻造成型件的形状设计非常关键，依据经验，将锻造成型件的截面设计成参照图3所示的上下不对称形状，上下两端厚度小、中间厚度大，且上端内径比下端内径大、上端外径比下端外径大，这主要为了冷辗扩后冷辗坯件（成品）小内径的凸起部分能成型饱满；同时，锻造成型件的设计必须兼顾对称原理：即锻造成型件沿中线分布的上下两部分体积相等，这样也是为了后续冷辗扩成型成品能对称成型，上下滚道位置不偏离；

b）冷辗扩成型坯件的冷辗坯件尺寸设计

参照图4所示，根据冷辗坯件成型后的成品尺寸在其外部增加部分余量即可得到冷辗坯件的尺寸及图样，设计冷辗坯件的外径余量为0.6mm，内径余量为0.75mm，高度余量为0.8mm，冷辗坯件的内径部分采用圆弧连接，以让冷辗坯件形状吻合成型后的成品形状，形成最佳的内部金属流线，为长寿命及可靠性打好基础；

步骤4）冲孔：将上述步骤3）完成的锻造成型件的小内径尺寸设计为冲孔尺寸，冲去锻造成型件的连皮即得到不对称形状的锻造坯件。

步骤5）冷辗扩：参照图6所示，将冷辗坯件4封闭在本发明闭式冷辗成型模具的碾压轮2和碾压芯轴1之间辗扩成型，完全不同于现在常见的开式冷辗扩成型设计，其不同之处是冷辗成型模具的碾压轮2深度较大，基本将冷辗坯件4两个端面包容，辗扩芯轴1独特的凸台设计，使得冷辗坯件成型后成品被完全封闭，最大限度保证成型后成品的对称度。

参照图4所示，所述锻造成型件设计具体包括：

首先确定锻造成型件的大、小内径尺寸，锻造成型件的小内径尺寸满足辗扩比为1.5；锻造成型件的大内径尺寸等于锻造成型件的小内径尺寸加上冷辗坯件的大内径与冷辗坯件的小内径之差；

其次确定锻造成型件的大、小外径尺寸，锻造成型件的大、小外径尺寸差等于冷辗坯件的大内径与小内径之差；

再调整外径厚度大的中间部分的锻造成型件的高度尺寸满足锻造成型件上下两端的体积平均分布；

最后，再加上连皮厚度8-10mm，连皮厚度视锻造成型件总高而定，锻造成型件越高，连皮厚度越大（减少成型力），锻造成型件即设计完成。

锻造成型件的上端大外径部分与下部小外径部分衔接处采用圆弧连接，圆弧角度取20度；锻造成型件厚度小的上端内径部分与厚度大的中间内径部分衔接处采用圆弧连接，圆弧角度取20度；锻造成型件的顶端大内径尺寸的脱模角度取3度。

参照图6所示，本发明还提供了一种用于上述不对称形状冷辗扩成型工艺的闭式冷辗成型模具，该模具包括碾压轮2和碾压芯轴1，所述辗扩芯轴1的两端设计为对称的外围带凸台3（中心凹进）的结构，所述碾压轮2与辗扩芯轴1的端面形成的空间为封闭式结构，足以包容整个待冷辗成型的冷辗坯件4。

所述辗扩芯轴1两端的凸台3的结构对称设计。

本发明将冷辗坯件4基本封闭在闭式冷辗成型模具的碾压轮2和碾压芯轴1之间辗扩成型，完全不同于现在常见的开式冷辗扩成型设计，其不同之处是冷辗成型模具的碾压轮2深度较大，基本将冷辗坯件4两个端面包容，辗扩芯轴1独特的凸台设计，使得冷辗坯件成型后成品被完全封闭，最大限度的保证了成型后成品的对称度。

上述工艺适用的高速镦锻机，在机械手的传递下，一分钟可生产80件产品，再匹配少量精密冷辗机辅以本发明闭式冷辗成型模具，即可高效大批量生产。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.轮毂轴承外圈的不对称形状冷辗扩成型工艺，包括以下步骤：1）下料、2）镦粗、3）成型、4）冲孔和5）冷辗扩，其特征在于：

所述的步骤3）成型具体包括如下步骤：

a）不对称形状的锻造成型件设计

将锻造成型件的截面设计成上下不对称形状，上下两端厚度小、中间厚度大，且上端内径比下端内径大、上端外径比下端外径大；同时，锻造成型件沿中线分布的上下两部分体积相等；锻造成型件设计具体包括：

首先确定锻造成型件的大、小内径尺寸，锻造成型件的小内径尺寸满足辗扩比1.4-1.6；锻造成型件的大内径尺寸等于锻造成型件的小内径尺寸加上冷辗坯件的大内径与冷辗坯件的小内径之差；

其次确定锻造成型件的大、小外径尺寸，锻造成型件的大、小外径尺寸差等于冷辗坯件的大内径与小内径之差；

再调整厚度大的中间部分的锻造成型件的高度尺寸满足锻造成型件上下两端的体积平均分布；

最后，再加上连皮厚度8-10mm，锻造成型件即设计完成；

b）冷辗扩成型坯件的冷辗坯件尺寸设计

根据冷辗坯件成型后的成品尺寸在冷辗坯件外部增加部分余量即可得到冷辗坯件的尺寸及图样，设计冷辗坯件的外径余量为0.6～0.7mm，内径余量为0.75～0.85mm，高度余量为0.8～0.9mm，冷辗坯件的内径部分采用圆弧连接，以让冷辗坯件形状吻合成型后的成品形状；

所述的步骤5）冷辗扩具体包括如下步骤:将冷辗坯件封闭在闭式冷辗成型模具的碾压轮和辗扩芯轴之间辗扩成型，该冷辗成型模具包括碾压轮和辗扩芯轴，所述辗扩芯轴的两端设计为对称的外围带凸台的结构，所述碾压轮与辗扩芯轴的端面形成的空间为封闭式结构。

2.如权利要求1所述的轮毂轴承外圈的不对称形状冷辗扩成型工艺，其特征在于：所述锻造成型件的上端大外径部分与下部小外径部分衔接处采用圆弧连接；锻造成型件厚度小的上端内径部分与厚度大的中间内径部分衔接处采用圆弧连接；锻造成型件的顶端大内径尺寸的脱模角度取2-3度。