汽车轮毂轴承单元铆装新工艺

肖晖　编译

（洛阳轴承研究所，河南洛阳　471039）

　　1　铆装工艺的概况

　　1.1原理

　　传统的轴铆装工艺采用所谓的“回转式锻压”或“摇摆模锻”。在这种方法中，冲头与轮毂轴的圆柱形端头之间的相对旋转运动使轴端形成规定的形状。图1是铆装过程的示意图。冲头中心轴OB与轮毂中心轴OA的夹角为θ。冲头围绕着O点在轮毂轴上方作轨迹运动。当冲头压入轮毂轴时，轮毂轴逐渐被旋压成图示虚线形状。

　　与整体表面压锻方法比较，铆装工艺的优点在于减小了加工载荷（冲头压力P），这是因为减小了冲头与工件之间的接触面积。虽然由于冲头呈θ倾角加工载荷减小，但铆装过程中对组件施加的轴向和径向载荷会对轴承性能造成潜在的不利影响，如滚动体和滚道变形或产生压痕。因此必须精确控制冲头的压力才能消除这些不利影响，精确控制冲头压力是稳定轴承性能的关键因。

　　1.2卡紧力

　　利用高速（1000幅图/s）视频运动分析观察了铆装过程中轮毂轴变形的过程，在内圈安装一应变仪来同步监测内圈载荷。图2是内圈载荷随时间的变化情况。观测表明：轮毂轴变形随冲头和模具旋压轨迹运动的下降而扩展，这一过程可分为三个阶段：阶段，冲头下降，与轮毂轴接触，变形开始；第二阶段，变形进一步扩展，轮毂轴沿径向扩展，与内圈倒角接触；Z后是第三阶段，铆装过程完成。在阶段中，几乎所有的冲头压力都用于轮毂轴的Z初成形，内圈载荷很小且恒定。进入第二阶段，冲头压力传递到内圈，内圈载荷迅速增大。在第三阶段，冲头压力使内圈载荷逐渐增大直至饱合。铆装结束后，甚至冲头已抬起，内圈载荷仍未消除，仍保留某些载荷。可以认为残余载荷形成了卡紧力。

　　采用动态分析软件来检验卡紧力产生的机理，发现在内圈产生压应力，在轴上产生拉应力，这一应力平衡分布造成卡紧力的产生。另外，可以推测第二阶段，即内圈载荷快速增加的阶段就是轴向应力产生的阶段。

　　一般来说，轮毂轴采用碳钢制造，需要强化的区域如滚道和内圈配合面由感应淬火工艺进行硬化处理，未硬化的部分保持原有的退火硬度，在此条件下进行轴铆装时，必须注意铆装区域的硬度。因为随着轮毂轴硬度的增大，卡紧力减小而内圈外径增大，因此优化轮毂轴铆合区域的硬度是控制卡紧力和变形的关键。

　　2　第三代铆装轮毂轴承单元

　　在传统的第三代轮毂轴承单元的设计中，两个内圈是用锁紧螺母牢固地连接在一起的，而新结构的第三代轮毂轴承单元是通过轴端的旋压铆装，轴向力使带凸缘的内圈产生塑性变形，与小内圈压紧而成，如图3所示。

　　去掉螺母有助于减小轮毂单元的重量和尺寸，驱动轮和非驱动轮都适用。用于驱动轮的第三代轮毂轴承单元保留了一个螺母以便轴承与一个等速万向节（CVJ）联接起来，如图4所示。采用旋压铆装工艺，可靠性将得以提高，即使连接螺母松动，轴承自身也可以提供预载保证。

　　通过运转耐久性试验和静强度试验及实际车辆试验可以确定，铆装式轮毂单元等同于甚至优于带锁紧螺母的传统型轮毂轴承。在保证高可靠性的前提下，重量和尺寸减小，满足了当前的市场需求，降低了车辆燃料消耗。

　　轴铆装工艺采用的旋压技术是一项常用的技术，一直长期用于金属材料成形。为了将这一传统工艺用于轴承，进行了多项改进，使其在轴承内圈、钢球和外圈无变形的情况下获得Z佳轴向力。
 

来源：《轴承》2003年10期