在“十二五”汽車工業(yè)發(fā)展規(guī)劃意見中，對汽車行業(yè)提出了提高自主創(chuàng)新能力，掌握關(guān)鍵零部件核心技術(shù)，提高節(jié)能、環(huán)保和安全技術(shù)水平等要求；同時，“機械基礎(chǔ)零部件”之一的轎車三代輪轂軸承，也是我國機械行業(yè)產(chǎn)業(yè)振興及結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要發(fā)展方向。
作為汽車關(guān)鍵零部件的轎車用第三代輪轂軸承單元，輪轂軸承本體、輪轂法蘭、高強度螺等采用一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計，軸承單元功能和ABS防抱死系統(tǒng)高度集成，具有預(yù)調(diào)游隙、終身潤滑、密封可靠、結(jié)構(gòu)簡單化、拆裝方便、安全可靠等優(yōu)點，目前已經(jīng)成為轎車輪轂軸承的更新?lián)Q代產(chǎn)品。但是，受制于我國鍛造行業(yè)的發(fā)展，本生產(chǎn)線交付之前國內(nèi)還沒有中國鍛造企業(yè)采用中國自己生產(chǎn)的熱模鍛壓力機為鍛造主機，并配置多工位精密模具模架和伺服步進式機械手，多工位自動化鍛造完成轎車用第三代輪轂軸承單元內(nèi)外圈的精密熱鍛。
本成套裝備與技術(shù)，將以轎車用第三代輪轂軸承單元內(nèi)、外圈鍛件為工藝對象，以新型HFP2500t熱模鍛壓力機為鍛造主機，采用多工位精密熱鍛成形工藝，研制全自動模具模架快速更換和模具自動潤滑冷卻裝置，并選配伺服步進式機械手等，組成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高效精密自動化鍛造生產(chǎn)線，完成轎車用第三代輪轂軸承內(nèi)、外圈的全自動高效精密鍛造。
HFP2500t新型熱模鍛壓力機的研制
在德國引進的技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合多工位精密熱鍛的工藝特點，參考國內(nèi)外機械式壓力機設(shè)計和制造技術(shù)的最新趨勢，進行了極大的技術(shù)改進和品質(zhì)提升。在標準2500t熱模鍛壓力機的技術(shù)基礎(chǔ)上，工作臺面左右寬度加大到1500mm，可以適應(yīng)輪轂軸承單元內(nèi)外圈5個鍛造工位的排布；并創(chuàng)造性的研制了齒形導向的閘塊式離合器和制動器，提高離合器制動器動作精度和結(jié)合性能，并適當加大離合制動扭矩，機床的振動和噪音極大減��；還優(yōu)化設(shè)計了高協(xié)調(diào)性上下頂出系統(tǒng)、高柔性封閉高度調(diào)整系統(tǒng)、機械式防連沖安全機構(gòu)等
輪轂軸承內(nèi)、外圈多工位精密熱鍛工藝研究
內(nèi)圈閉式無飛邊精密熱鍛工藝的研究
⑴工步圖設(shè)計。
轎車用第三代輪轂軸承內(nèi)圈工件一般為回轉(zhuǎn)體軸對稱零件，部分產(chǎn)品在法蘭背面均布設(shè)計加強凸臺，并且法蘭直徑一般不超過φ150mm，重量一般不超過3.5kg，該工件采用閉式無飛邊鍛造工藝
從左往右依次為：下料，鐓粗，預(yù)成形，預(yù)鍛，終鍛，沖孔，在熱模鍛壓機上同時完成5個工步的鍛造；圖中工件的下料重量為2.696kg，沖孔后連皮廢料重量為0.076kg，鍛件材料利用率為97.2%。
⑵Deform 3D工藝分析過程。
通過上述工藝設(shè)計、工步圖繪制，結(jié)合實際設(shè)計經(jīng)驗，采用Deform 3D模擬軟件進行CAE工藝仿真分析，研究變形趨勢、鍛造力能和模具狀態(tài)等。
內(nèi)圈5個鍛造工步照片，從鍛件外形來看，充滿狀況良好且周圈均勻一致，凸模和凹模間隙之間的豎向毛刺也控制在0.5mm以內(nèi)。在下料過程中精確控制棒料重量和端面尺寸，并且嚴格控制鍛造溫度，工件的尺寸偏差較小，鍛件厚度一致性較高，壓力機配備的噸位計顯示的實際鍛造噸位也比較穩(wěn)定，如某下料重量3.26kg、外徑φ151mm的輪轂軸承內(nèi)圈5工位加起來的鍛造力基本上穩(wěn)定在1970t左右，且偏差不超過50t。
外圈開式小飛邊精密熱鍛工藝的研究
⑴工步圖設(shè)計。
轎車用第三代輪轂軸承外圈工件的基本形狀一般為回轉(zhuǎn)體加異形法蘭，異形法蘭主要有三角狀、水滴狀和四角弧形凸臺狀等，其法蘭最大對邊尺寸一般不超過120mm，重量一般不超過2.5kg，該工件采用開式小飛邊鍛造工藝
從左往右依次是：下料，拍扁，預(yù)鍛，終鍛，沖孔，切邊，5個鍛造工位同時在熱模鍛壓力機上完成；上圖所示的工件下料重量為2.15kg，沖孔、切邊后的鍛件凈重為1.65kg，鍛件材料利用率為76.8%。
⑵Deform 3D工藝分析過程。
通過上述工藝設(shè)計、工步圖繪制，結(jié)合實際設(shè)計經(jīng)驗，采用Deform 3D模擬軟件進行CAE工藝仿真分析，研究變形趨勢、鍛造力能和模具狀態(tài)等
外圈5個鍛造工步照片，從鍛件外形來看，充滿狀況良好且周圈基本均勻一致。并且由于精確控制下料重量和端面尺寸，嚴格控制鍛造溫度，工件的尺寸偏差較小，厚度基本一致，壓力機配備的噸位計顯示的實際鍛造噸位也比較穩(wěn)定，如對邊尺寸約120mm的三角形法蘭輪轂軸承外圈5工位加起來的鍛造力基本上穩(wěn)定在1550t左右，且偏差不超過50t。
模具模架的設(shè)計和制造
通過綜合鍛造成形理論設(shè)計，以及Deform軟件模擬仿真分析，設(shè)計了多工位精密鍛造工藝，并依據(jù)多工位鍛造工步圖，設(shè)計了精密鍛造模具；還結(jié)合熱模鍛壓力機的模具空間，以及模具模架快速更換的機械接口，設(shè)計了多工位精密鍛造模架；并且采用高端精密加工設(shè)備保證模具和模架的加工制造精度；模具和模架采用模塊化設(shè)計，更換模具或調(diào)整產(chǎn)品時只需要更換少數(shù)幾個模芯，模具的返修也可以通過等高墊塊配模實現(xiàn)多次沉降修模。
3 T型設(shè)置的全自動模具模架快速更換裝置的研制
熱鍛模具的壽命較短，一般為3000～10000次左右，因此經(jīng)過幾個小時的工作，模具需要拆卸下來修整或更換；而熱模鍛壓力機上一般會裝配3～5套模具來完成多工位鍛造，如果需要將預(yù)鍛和終鍛等4～6個模芯從壓力機內(nèi)部逐個拆卸再重新裝配，一般需要2～4個小時才能完成，而且工人操作也極不方便。因此，在熱模鍛壓力機全自動生產(chǎn)線中，還可以配備全自動快速換模裝置，節(jié)省換模時間，提高產(chǎn)品切換效率，提高設(shè)備有效開動率，提高產(chǎn)能，實現(xiàn)熱模鍛壓力機生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率最大化。
本生產(chǎn)線中，在壓力機內(nèi)部的工作墊板內(nèi)設(shè)置有模架液壓頂升裝置和模架液壓快速夾持裝置；在壓力機前方或后側(cè)約3m處，設(shè)置有T型全自動快速換模中心（圖11）：包括一臺自動換模臺車，液壓升降換模平臺，左右兩個模架庫，移動伸縮升降換模臂等。可以完成備用模架的模芯更換，并儲存2套備用模架；液壓升降換模平臺具備液壓托舉、液壓起吊上模座等功能；液壓升降換模平臺立柱上設(shè)置的三段移動伸縮升降換模臂，可以輔助拆裝模芯；兩個模架庫在液壓升降換模平臺左右兩側(cè)各一個，用于儲存?zhèn)溆媚＜芑蚋鼡Q模架時周轉(zhuǎn)使用。該全自動模具模架快速更換裝置具備獨立的PLC控制系統(tǒng)和操作站，以便工人在自動線工作時修整模具，實現(xiàn)壓力機外換模。
模具自動潤滑冷卻裝置的研究
為了對模具進行定點定量精確噴霧冷卻潤滑，降低模具溫度，并在模具型腔表面涂覆鍛造潤滑劑，在步進式機械手前步進橫梁上設(shè)置有移動噴嘴，并由機械手PLC控制系統(tǒng)提供信號控制噴霧的啟動和停止，可在機械手夾起工件后的移動過程中，慢速運動或中間停止時對上下模具型腔進行噴霧冷卻潤滑，機械手臂上設(shè)置有5組噴嘴，可對5個工位的上下模具同步進行噴霧潤滑和冷卻（包括鐓粗、沖孔和切邊工位）。
在預(yù)鍛和終鍛工位附近，通過模架及模筒內(nèi)部的預(yù)制管路，設(shè)置有固定式斜向噴霧噴嘴，在機械手夾持工件行走過程中，對預(yù)鍛和終鍛模芯進行噴霧冷卻潤滑，保證沖頭側(cè)面及凹模深處和側(cè)面能夠均勻附著潤滑劑，且沖頭能夠快速冷卻下來。
生產(chǎn)線連線設(shè)計
根據(jù)車間設(shè)備排布、工藝需求及客戶實際技術(shù)要求，將生產(chǎn)線從左往右依次排開，上料輸送帶及自動中頻加熱爐位于壓力機左側(cè)，快速換模裝置放置在壓力機后側(cè)，整個車間中，還設(shè)計了車間自動化物流，鍛件送出鍛造區(qū)域后，通過地下輸送帶直接送至熱處理區(qū)域
結(jié)束語
HFP2500t熱模鍛壓力機轎車用第三代輪轂軸承單元內(nèi)外圈自動鍛造生產(chǎn)線，可以完成內(nèi)、外圈這兩種配對零件的自動化多工位鍛造，整條生產(chǎn)線中只需要2～3名操作工人，且工人只進行生產(chǎn)線安全巡視及產(chǎn)品巡檢等，其生產(chǎn)效率可達15件/分鐘，單班產(chǎn)量可達6000件，主體模具壽命也超過6000件，可以大幅提升鍛件質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動強度，節(jié)能減排。
在我國鍛造行業(yè)中，批量較大的差速器傘齒輪、變速箱直斜齒輪、發(fā)動機連桿、等速萬向節(jié)、傳動凸緣等汽車鍛件，工程機械的鏈軌節(jié)、支重輪、托舉輪，機械工業(yè)上的滾動軸承套圈等鍛造領(lǐng)域，也都需要高精、高效、高環(huán)境友好性的全自動智能化鍛造中心；本文的技術(shù)成果，可以很好的拓展到其他鍛造領(lǐng)域，推動我國機械工業(yè)的發(fā)展，具有可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。
