CN109926532B - 轮毂轴承外圈多工位精密成形工艺及其实现装置 - Google Patents
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Abstract
一种轮毂轴承外圈多工位精密成形工艺及其实现装置，通过闭式多工位成形模具对毛坯依次进行独立的压扁、双杯挤压、成形、冲孔、切边工艺，实现轴承外圈的优化成形；该轮毂轴承外圈成形模具，依次排列的压扁单元、双杯挤压单元、成形单元、冲孔单元和切边单元，每个单元的上模及其对应的下模分别设置于模架上模板和模架下模板上，该模架上模板中设有缸体式氮气弹簧，能够根据设备顶出运动曲线设计成形模具，实现成形生产过程中无跳料模式。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属热成形领域的技术，具体涉及一种轮毂轴承外圈锻件的多工位精密成形工艺及其实现装置。
背景技术
轮毂轴承关键件是汽车底盘中的重要组成零部件，而轮毂轴承外圈属于轮毂轴承关键件其中较为重要的一类。现有轮毂轴承外圈成形工艺及模具设计，利用开式多工位(多台设备连线) 热模锻工艺改善了产品流线问题，但由于多台设备连线生产过程中热量流失快，导致产品硬度不合格，且未能改善产品料废多，产品精度低的问题。此外，在生产过程通过机械手或步进梁来对各个工位毛坯搬送，机械搬送的装置对产品从模具出来瞬间要求平稳无移位，这才可以保证产品准确夹持进下一单元中，但这一问题未被彻底解决，成为阻碍自动化生产的难题。因此如何保证产品从模具中平稳准确被夹持同样是急需解决的问题。
发明内容
本发明针对现有上述问题存在的不足，提出一种轮毂轴承外圈多工位精密成形工艺及其实现装置，通过多工位成形对坯料塑性成形过程进行优化材料分配，在此基础上增加上下模具导向结构设计、闭式成形工艺设计以及增加氮气弹簧压料结合顶出料设计技术，解决了成形过程精度低、料废多的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种轮毂轴承外圈多工位精密成形工艺，通过闭式多工位成形模具对毛坯依次进行独立的压扁、双杯挤压、成形、冲孔、切边工艺，实现轴承外圈的优化成形。
本发明涉及一种实现上述工艺的轮毂轴承外圈成形模具，包括：依次排列的压扁单元、双杯挤压单元、成形单元、冲孔单元和切边单元，其中：每个单元的上模及其对应的下模分别设置于模架上模板和模架下模板上，该模架上模板中设有缸体式氮气弹簧，能够根据设备顶出运动曲线设计成形模具，实现成形生产过程中无跳料模式。
所述的成形工位的成形上模的外形直径比成形单元的成形下模的内腔直径小0.15mm/ 单边，实现成形过程中的导向作用达到产品高精度的要求。
所述的成形单元的成形下模的飞边外轮廓部位的尺寸，通过以下方式得到：通过三维模拟方式获得最先充填完全形成飞边位置，并得到此位置的飞边宽度；然后根据最小飞边宽度值对产品飞边形状进行修改调整，得到缩小后的飞边形状；根据缩小后的飞边形状将成形工位关键模具设计为闭式模具，从而解决了由于优先充填完全位置的飞边过大且飞边不均衡的问题。
本发明涉及一种基于上述闭式多工位成形模具的控制方法，当成形处理完成后，通过控制下顶料杆顶出成形工位的完成品的同时，控制模架上模板向上移动，此时位于模具上模板内的氮气弹簧作相对运动，即顶出成形上模中顶杆以稳定产品；当成形下模的内腔内气体排空后，控制下顶杆继续向上移动并将成形工位的完成品机械刚性顶出成形下模的内腔，当下顶出杆移动到末端后，启动下模板中液压装置将成形工位的完成品顶出，从而继续保持产品平稳移动。
技术效果
与现有技术相比，本发明采用了包括压扁、双杯挤压、成形、冲孔、切边的多工位精密成形工艺，优化了产品在成形过程中前期的材料分配，减小了成形时的吨位，解决了成形过程中不必要飞边的产生，实现了轮毂轴承外圈的少飞边精密成形工艺，避免了由于飞边形成产生的材料浪费。成形工位关键模具结构设计为闭式模具，上模成形时处在下模的模腔内，将上模与下模的间隙缩小，提高了产品尺寸精度，并在上模边缘设置储料槽降低了材料波动对模具寿命的影响。双杯挤压、成形工位利用氮气弹簧结合顶出运动曲线设计，实现产品顶出模腔前氮气弹簧一直保持压料作用，保证生产过程中无跳料等异常情况发生。
附图说明
图1为本发明工序示意简图；
图中由左至右依次为压扁、双杯挤压、成形、冲孔、切边各工位基本形状；
图2和图3为实施例中切边单元设计示意图；
图4为成形单元稳定顶出模具结构示意图；
图5为图4放大示意图；
图中：下模顶料杆1、缸体式氮气弹簧2、毛坯3、上模4、下模5、模架上模板6、模架下模板7、下模顶出行程I、上模顶出行程K、上下模间隙为0.15mm/单边；
图6为缸体式氮气弹簧示意图；
图中：活塞杆201、缸体203、缸盖202、充气机构204、缸底205、密封圈206。
具体实施方式
如图1所示，本实施例包括依次独立处理的压扁、双杯挤压、成形、冲孔、切边五道处理工艺，其中：
所述的压扁是指：通过压扁单元的上模、下模对毛坯进行挤压，将其高度降低的同时直径放大至比正挤单元直径小0.5mm～1mm范围内，并通过压扁工序去除加热后产生的氧化皮。
所述的双杯挤压是指：通过预成形单元的上模、下模将压扁后的半成品头部直径放大，从而减小成形工位的模具成形载荷，同时将产品形状挤压为接近成形单元产品形状，实现成形单元产品成形过程中的流线分布优化。
所述的成形是指：通过成形单元的上模、下模对半成品进行成形处理至所需要的形状尺寸，成形过程中通过使用缸体式氮气弹簧，结合顶出运动曲线实现顶出过程中产品相对模具静态平稳顶出下模的。
如图4所示，所述的缸体式氮气弹簧2包括：缸体203、缸盖202和缸底205组成的壳体部分以及设置于壳体部分内的活塞杆201，其中壳体部分内部通过充气机构204注入高压氮气，在成形过程时活塞杆受载荷力作用伸入缸体内并压缩缸体内气体，变形完成后，载荷力释放，活塞杆受缸体内高压气体作用伸出缸体，并作用于上模结构上与下模同时对产品施加反方向载荷，实现产品与上下模相对静止。
所述的冲孔是指：通过冲孔单元的上模、下模作用下将半成品芯部多余材料去除，实现后续产品车削过程中的成本降低。
所述的切边是指：通过切边单元的上模、下模作用下将半成品外部飞边多余材料去除，完成轮毂轴承外圈制备。
本实施例通过以下步骤完成目标产品工艺设计及模具结构设计：
步骤1：从最终目标产品反向设计各工位形状，依次递推设计得到冲孔、成形、双杯挤压、压扁工位产品形状。
步骤2：设计成形工位飞边形状：如图2所示，按照常规模具设计模具图纸，然后建立成形单元上模、下模三维模型，使用三维模型进行仿真并模拟得到最终产品最先充满位置F及其对应的飞边宽度X，将此宽度设至 为最小飞边宽度；如图3所示，根据最小飞边宽度值X对产品飞边形状进行修改调整，绘制优化后的飞边形状，按照产品原有轮廓沿形放大X值，可得到优化缩小后的飞边形状，图3中虚线G为飞边未优化前的飞边形状。
步骤3：根据设计完成的多工位形状进行模具设计，模具设计时使用缸体式氮气弹簧，结合顶出运动曲线，设计完成全部工位闭式模具装配图。
步骤4：根据模具图纸设计制造模具部件时按照上模外形直径比下模内腔直径小0.15mm/单边要求执行，实现各单元导向作用。
步骤5：在生产时将加热后的棒料依次通过压扁、双杯挤压、成形、冲孔、切边模具进行压力加工，完成最终产品制造。
与现有技术相比，本发明中的压扁工序能够为去除产品加热后表面氧化皮；预成形工序能够为优化产品材料分配并优化产品材料流动方向控制，实现产品流线优化作用；成形工序能够为成形产品外形尺寸，其中成形工序中对产品飞边优化设计，并根据优化后的飞边设计成形工位闭式模具，可提高产品材料利用率约15％，并提升产品的同轴度精度0.5以内的要求，其中使用氮气弹簧装置实现产品成形后顶出过程的稳定顶出，保证在自动化生产中的产品顶出稳定性，可大幅度提高生产效率。冲孔工序能够为将产品芯部多余材料去除，可有效节约产品锻造成本及锻后机加工成本。切边工序能够为将产品外部多余飞边材料去除。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (1)
1.一种轮毂轴承外圈的优化实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：从最终目标产品反向设计各工位形状，依次递推设计得到冲孔、成形、双杯挤压、压扁工位产品形状；
步骤2：设计成形工位飞边形状：按照常规模具设计模具图纸，然后建立成形单元上模、下模三维模型，使用三维模型进行仿真并模拟得到最终产品最先充满位置F及其对应的飞边宽度X，将此宽度设 至 为最小飞边宽度；根据最小飞边宽度值X对产品飞边形状进行修改调整，绘制优化后的飞边形状，按照产品原有轮廓沿形放大X值，得到优化缩小后的飞边形状；
步骤3：根据设计完成的多工位形状进行模具设计，模具设计时使用缸体式氮气弹簧，结合顶出运动曲线，设计完成全部工位闭式模具装配图；
步骤4：根据模具图纸设计制造模具部件时按照上模外形直径比下模内腔直径小0.15mm/单边要求执行，实现各单元导向作用；
步骤5：通过闭式多工位成形模具对毛坯依次进行独立的压扁、双杯挤压、成形、冲孔、切边工艺，实现轴承外圈的优化成形，其中：
所述的压扁是指：将其高度降低的同时直径放大至比正挤单元直径小0.5mm～1mm范围内，并通过压扁工序去除加热后产生的氧化皮；
所述的双杯挤压是指：通过预成形单元的上模、下模将压扁后的半成品头部直径放大，从而减小成形工位的模具成形载荷，同时将产品形状挤压为接近成形单元产品形状，实现成形单元产品成形过程中的流线分布优化；
所述的成形是指：通过上模、下模对半成品进行成形处理至所需要的形状尺寸，成形过程中通过使用缸体式氮气弹簧，结合顶出运动曲线实现顶出过程中产品相对模具静态平稳顶出下模；
所述的缸体式氮气弹簧包括：缸体、缸盖和缸底组成的壳体部分以及设置于壳体部分内的活塞杆，其中壳体部分内部通过充气机构注入高压氮气，在成形过程时活塞杆受载荷力作用伸入缸体内并压缩缸体内气体，变形完成后，载荷力释放，活塞杆受缸体内高压气体作用伸出缸体，并作用于上模结构上与下模同时对产品施加反方向载荷，实现产品与上下模相对静止；
所述的闭式多工位成形模具包括：依次排列的压扁单元、双杯挤压单元、成形单元、冲孔单元和切边单元，其中：每个单元的上模及其对应的下模分别设置于模架上模板和模架下模板上，该模架上模板中设有缸体式氮气弹簧，能够根据设备顶出运动曲线设计成形模具，实现成形生产过程中无跳料模式；
所述的缸体式氮气弹簧包括：缸体、缸盖和缸底组成的壳体部分以及设置于壳体部分内的活塞杆，其中壳体部分内部通过充气机构注入高压氮气，在成形过程时活塞杆受载荷力作用伸入缸体内并压缩缸体内气体，变形完成后，载荷力释放，活塞杆受缸体内高压气体作用伸出缸体，并作用于上模结构上与下模同时对产品施加反方向载荷，实现产品与上下模相对静止；
所述的成形工位的成形上模的外形直径比成形单元的成形下模的内腔直径小0.15mm/单边，实现成形过程中的导向作用达到产品高精度的要求；
所述的成形单元的成形下模的飞边外轮廓部位的尺寸，通过以下方式得到：通过三维模拟方式获得最先充填完全形成飞边位置，并得到此位置的飞边宽度；然后根据最小飞边宽度值对产品飞边形状进行修改调整，得到缩小后的飞边形状；根据缩小后的飞边形状将成形工位关键模具设计为闭式模具；当成形处理完成后，通过控制下顶料杆顶出成形工位的完成品的同时，控制模架上模板向上移动，此时位于模具上模板内的氮气弹簧作相对运动，即顶出成形上模中顶杆以稳定产品；当成形下模的内腔内气体排空后，控制下顶杆继续向上移动并将成形工位的完成品机械刚性顶出成形下模的内腔，当下顶出杆移动到末端后，启动下模板中液压装置将成形工位的完成品顶出，从而继续保持产品平稳移动。
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