DACF34.01汽車輪轂軸承的模具設(shè)計和加工

羅斌

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摘要：在綜合分析DACF34.01產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和成型質(zhì)量及模具制造成本的基礎(chǔ)上，論述了模型的建立、工藝設(shè)計分析和模具設(shè)計的過程，CAD數(shù)型保證了產(chǎn)品及模具設(shè)計與造的一致性，體現(xiàn)了CAD/CAM數(shù)字一體化。

關(guān)鍵詞：DACF34.01：模具設(shè)計；三維CAD造型；數(shù)控加工

前言

DACF34.01產(chǎn)品是一種汽車輪轂軸承，它主要的作用是承重和為汽車輪轂的轉(zhuǎn)動提供精確引導，它即承受軸向載荷又承受徑向載荷，是一個非常重要的零部件。與傳統(tǒng)的由兩套圓錐滾子軸承或球軸承組成的車輪軸承相比。輪轂軸承是在標準角接觸球軸承和圓錐滾子軸承的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它將兩套軸承做為一體，具有組裝性能好、可省略游隙調(diào)整、重量輕、結(jié)構(gòu)緊奏、載荷容量大、為密封軸承可事先裝入潤滑脂、省略外部輪轂密封及免于維修等優(yōu)點，已廣泛用于轎車中。下面說明輪轂軸承鍛件模具的設(shè)計過程。

1鍛件模型的建立

分析輪轂軸承了解其結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求。

輪轂軸承即承受軸向載荷又承受徑向載荷，中間安裝軸承部分要求最高，所以產(chǎn)品毛坯必須是鍛件。工件三維造型時先使用旋轉(zhuǎn)命令生成旋轉(zhuǎn)體，通過拉伸等命令做出單個的加強筋板，因這些加強筋板是沿圓周均勻分布的，所以可以通過陣列命令，對剛做好的連接筋板進行圓周陣列操作，這樣產(chǎn)品的3D模芯做好了。

完成產(chǎn)品的三維實體幾何造型后，對幾何模型要進行鍛造工藝處理。加工面上添加加工余量：工件表面、外圓周單邊為1.5mm，其余部位不加工，做出拔模斜度；拔模斜度取30；中間部分為2.5mm：拔模斜度為5～100，連皮厚度為8.5mm，沖孔直徑為38mm：部分棱邊倒圓角處理；對整個幾何模型進行比例縮放1.015倍。

2工藝設(shè)計及分析

根據(jù)鍛件圖，非加工表面及～66mm處將在下模成型，分型面取在法.蘭盤表面。鍛件由計算重約1 75KG，高59ram，最大直徑為Φ122.8，投影面積為87.87cm²。

選擇螺旋壓力機的噸位的計算公式如下：

P=（64～73）F/q：

式中P——螺旋壓力機噸位（KN）；

F——鍛件連同飛邊的投影面積（cm2）；

（64～73）——復雜鍛件系數(shù)取73，簡單件取64：

q——是一個變形系數(shù)，按螺旋壓力機模鍛中的行程和變形功可分為：

①鍛件需要大的變形行程、變形量和變形功進行模鍛時，q=0.9～1.1；

②鍛件需要較小的變形行程和變形功進行模鍛時q=1.3；

③鍛件只需要很小的變形行程，但需要很大的變形力進行精壓時q=1.6。

所以鍛件所需壓力P=73*87.87/1.3=4934（KN），接合我廠設(shè)備實際鍛件將由J53-630T摩擦壓力機成型。鍛件成型按加熱、鐓粗、預(yù)鍛、終鍛、沖孔五個工步生產(chǎn)。

3模具設(shè)計

由鍛件圖知道鍛件成型只需上下模就可以成型。分型面取在法蘭盤處，因此上模較簡單由旋轉(zhuǎn)體組成，加工通過車床就能達到要求。下模由于成型非加工表面和四個加強筋，必須由車床和加工中心才能完成。所以模具設(shè)計時重點在結(jié)構(gòu)和下模?？紤]批量產(chǎn)品生產(chǎn)模具便于維修，下模中間做成活動結(jié)構(gòu)，增加可更換的模芯形式。

鍛造是一種借助工具或模具在沖擊或壓力作用下，對金屬坯料施加外力，使其產(chǎn)生塑性變形，改變尺寸、形狀及性能，用以制造機械零件或零件毛坯的成形加工方法。同時鍛造也具有細化晶粒、致密組織，并可具有連貫的鍛造流線，從而可以改善金屬的力學性能及節(jié)省材料的優(yōu)點。

根據(jù)模鍛特點，模具結(jié)構(gòu)有閉式和開式兩種。開式模鍛結(jié)構(gòu)相對簡單，但由于開式模鍛生產(chǎn)時，在鍛件周圍會產(chǎn)生飛邊，這樣增加了材料消耗、降低了材料利用率、增加成本、增大了鍛造力。閉式模鍛鍛件即無飛邊模鍛，一般在鍛造過程中上模與下模的間隙不變，坯料在四周封閉的模膛中成型，不產(chǎn)生橫向飛邊，少量的多余材料將形成縱向飛刺，飛刺在后續(xù)工序中除去。鍛件幾何形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量最大限度地接近產(chǎn)品，省去了飛邊，與開式模鍛相比，閉式模鍛可以大大提高金屬材料的利用率。

下面是開式和閉式兩種思路設(shè)計的鍛模結(jié)構(gòu)（上、下模和模芯）。

a.開式模鍛（方案一）

b.閉式模鍛（方案二）

通過上圖比較，不難發(fā)現(xiàn)兩種方案的優(yōu)缺點。方案一的模具制造周期比后者的快一倍，下模在加工中心的加工難度降低，這為后續(xù)批量生產(chǎn)反應(yīng)迅速提供便利，缺點是產(chǎn)品飛邊多，鍛件下料重量為1.9KG。方案二的模.具結(jié)構(gòu)和裝配精度高于前者，模具的制造周期和難易程度大于比方案一，但材料利用率高下料重量為1.75KG，比前者節(jié)約材料8%。最后模具在方案一的基礎(chǔ)上修改為閉式模鍛，這樣就體現(xiàn)了閉式模鍛材料利用率高、節(jié)省生產(chǎn)工序、減少能源消耗等優(yōu)點，具體見下圖。

4模具的加工

由上圖可知上模為旋轉(zhuǎn)體用數(shù)控車加工即可保證技術(shù)要求。下模的曲面型腔部分將在加工中心加工，旋轉(zhuǎn)體部分在數(shù)控車完成?，F(xiàn)在具體說明下模在加工中心加工的工藝。

下模是用舊模改造而成，模具硬度HRC=55，模具加工工藝如下：

T1 H1 D63R0.8銑分型面，深度ap=0.2～0.25mm，加工余量=0.00，S900 F350

T2 H2 D10R0.3型腔開粗，深度ap=0.2～0.3mm，加工余量=0.05，$2000 F1600

T3 H3 D6R0.3型腔二次開粗，深度ap=0.10～0.15mm，加工余量=0.05，S2800 F2200

T4 H4 R3曲面加工，深度ap=0.05mm，加工余量=0.0，S3500F2300

T5 H5 R2.5曲面清角，深度ap=0.06mm，加工余量=0.02，S3800F1800

T6 H6 D0.1A25°曲面刻字加工，深度ap=0.03mm，加工余量=0.0，S6000 F600

5結(jié)論

運用CAD技術(shù)手段進行模具開發(fā)，優(yōu)化了設(shè)計工藝，縮短了開發(fā)周期。模具CAD過程中所產(chǎn)生的準確的高質(zhì)量的數(shù)學模型（鍛件模型），既是造型鍛模所采用的參數(shù)實體，又是進行數(shù)控加工所采用的參數(shù)實體，這就從根本上保證了模具設(shè)計與制造的一致性，體現(xiàn)了CAD/CAM一體化的工藝方法，為CAM奠定了良好的基礎(chǔ)。