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摘要：通過对旋铆裂纹产生机理的分析，确定影响裂纹产生的粗糙度、铆压过程参数、工装参数等因子，利用回归分析的方法对相关因子进行分析确定，同时，利用实际的加工数据对分析结果进行验证。
关键词：轮毂法兰；裂纹；回归分析
中图分类号：U463.343文献标识码： A
汽车轮毂单元是车辆承重和转动的重要零部件。随着技术的发展，汽车轮毂单元已经发展到了第三代，相比第二代使用螺母固定轴承内圈的方式，第三代轮毂单元采取了对法兰杆部进行旋铆的方法锁紧轴承内圈。这种旋铆工艺具有结构轻、工艺简单、成本低、可靠性高等诸多优势，目前已被广泛采用。然而，这种工艺也存在一定的缺点，即在旋铆过程中，变形部位容易出现折叠，而在其后的使用过程中，受外应力的作用折叠处形成了裂纹源，严重者导致旋铆部位断裂，内圈脱落、车辆飞出，存在安全隐患。通过对轮毂法兰杆部旋铆过程中裂纹产生的原因进行分析，提出相应的控制措施，大大减少或杜绝了旋铆部位裂纹缺陷的产生，提高了轮毂法兰旋铆工艺的可靠性。
1 旋铆裂纹产生部位及形貌
1.1 旋铆工艺介绍
图1 法兰旋铆示意图
轮毂法兰旋铆工艺是指在轴承内圈装配在法兰杆部之后，通过压力设备及带有轨道的压头，对法兰杆部施加轴向力使得法兰口部弯转以贴合固定内圈，如图1示意。裂纹集中出现的部位为法兰弯转变形的RC部位及RI部位[1]，这里称RC部位裂纹称之为外表面裂纹，RI部位裂纹称为内表面裂纹。
1.2 裂纹形貌
轮毂法兰旋铆部位的外表面裂纹及内表面裂纹由于位置、压力等条件不同，呈现出的裂纹形貌也不相同。外表面裂纹经分析主要为源于车刀纹的圆环状疲劳裂纹，该种裂纹在承受到较大冲击载荷时，通常会造成该部位开裂并导致法兰弯转部位断裂，如图2所示。外表面
图2 外表面裂纹形貌图3 内表面裂纹形貌
裂纹的产生一般是在旋铆过程中，由于材料延展拉伸，导致材料表面原有的车刀痕发生扩展，从而引起表面的裂纹，裂纹形态一般较容易发现，在低倍显微镜或肉眼即可发现。内表面裂纹通常为旋铆过程中由于材料发生挤压，当材料流动不畅或遇到杂质时，发生材料折叠，进而表现为微裂纹状态，如图3所示。图4为折叠裂纹的微观状态。
图4 内表面裂纹显微形貌
2 旋铆部位外表面裂纹影响因素分析和解决
外表面裂纹的主要与旋铆前法兰旋铆成型区域的内表面粗糙度和旋铆工装的表面质量等因素相关，为此结合工艺验证，将法兰内孔表面粗糙度由Ra3.2 提升Ra1.6，将工装表面进行涂覆处理以提高其表面光洁度，并且在加工前对产品进行清洗去除加工部位的杂质。通过以上三项措施的调整，外表面的裂纹得到了完全改善，宏观和微观裂纹都没有发生。
3 旋铆部位内表面裂纹影响因素分析
内表面裂纹通常表现为材料的折叠，是材料流转过程中由于微观速度不一致，导致材料相互挤压堆积而成，裂纹长度和形状并不规则。其中纵向裂纹在轮毂单元工作过程中由于轴向力作用，会逐渐发生扩展，当扩展到一定程度时，在突发外力作用下将导致旋铆部位脱落，造成事故。由于发生在旋铆后的产品内部结构，无法实施常规检查，必须对零件进行破坏分析。为此在产品设计前期对相关影响因素的分析和控制将尤为重要。
根据旋铆过程中工装对产品加载状况和裂纹方向的分析，选择法兰杆部内/外表面粗糙度、铆头工装的形状参数、旋铆工件转速和铆压保压压力作为影响因子，将旋铆后产品内表面的最大裂纹长度作为响应，利用统计工具的回归分析方法进行参数拟合分析。五个影响因子的分析曲线分别如图5-图9。
图5 最大裂纹长度与杆部内表面粗糙度拟合图 图6 最大裂纹长度与杆部外表面粗糙度拟合图
图7. 最大裂纹长度与旋铆工装角度拟合图 图8. 最大裂纹长度与铆压工件转速拟合图
图9. 最大裂纹长度与铆压保压压力拟合图
4 加工过程控制及改进
结合回归分析的结果曲线，可以确定，法兰杆部内表面粗糙度对内裂纹的影响为非关键因素，但考虑外侧裂纹因素，仍然将该要求设定为Ra1.6。法兰杆部外表面粗糙度对裂纹具有相关性，结合分析结果，需要对该表面的加工进行修正，由原来的精车工艺改为磨加工工艺，控制粗糙度要求在Ra0.8-Ra1，铆压工装的角度加工到4.0-4.5度，加工过程的转速设置为900rpm，保压压力控制在80Mpa。
5 结论
完成上述技术要求和过程参数的设定改进后，通过对产品实际加工过程中，对裂纹的检测监控，旋铆产品的外表面裂纹完全消除，内表面最大裂纹能够控制在产品要求的最大范围以内。后续将根据改进的结果，对相关参数、工艺进行固化，并逐步减少裂纹检测频次，实现满足产品质量、降低成本的目的。
参考文献
[1]K.TODA.Development of Hub Units with Shaft Clinching for Automotive Wheel Bearings[J].KOYO Engineering Journal English Edition No.158E(2001):1.
关键词：轮毂法兰；裂纹；回归分析
中图分类号：U463.343文献标识码： A
汽车轮毂单元是车辆承重和转动的重要零部件。随着技术的发展，汽车轮毂单元已经发展到了第三代，相比第二代使用螺母固定轴承内圈的方式，第三代轮毂单元采取了对法兰杆部进行旋铆的方法锁紧轴承内圈。这种旋铆工艺具有结构轻、工艺简单、成本低、可靠性高等诸多优势，目前已被广泛采用。然而，这种工艺也存在一定的缺点，即在旋铆过程中，变形部位容易出现折叠，而在其后的使用过程中，受外应力的作用折叠处形成了裂纹源，严重者导致旋铆部位断裂，内圈脱落、车辆飞出，存在安全隐患。通过对轮毂法兰杆部旋铆过程中裂纹产生的原因进行分析，提出相应的控制措施，大大减少或杜绝了旋铆部位裂纹缺陷的产生，提高了轮毂法兰旋铆工艺的可靠性。
1 旋铆裂纹产生部位及形貌
1.1 旋铆工艺介绍
图1 法兰旋铆示意图
轮毂法兰旋铆工艺是指在轴承内圈装配在法兰杆部之后，通过压力设备及带有轨道的压头，对法兰杆部施加轴向力使得法兰口部弯转以贴合固定内圈，如图1示意。裂纹集中出现的部位为法兰弯转变形的RC部位及RI部位[1]，这里称RC部位裂纹称之为外表面裂纹，RI部位裂纹称为内表面裂纹。
1.2 裂纹形貌
轮毂法兰旋铆部位的外表面裂纹及内表面裂纹由于位置、压力等条件不同，呈现出的裂纹形貌也不相同。外表面裂纹经分析主要为源于车刀纹的圆环状疲劳裂纹，该种裂纹在承受到较大冲击载荷时，通常会造成该部位开裂并导致法兰弯转部位断裂，如图2所示。外表面
图2 外表面裂纹形貌图3 内表面裂纹形貌
裂纹的产生一般是在旋铆过程中，由于材料延展拉伸，导致材料表面原有的车刀痕发生扩展，从而引起表面的裂纹，裂纹形态一般较容易发现，在低倍显微镜或肉眼即可发现。内表面裂纹通常为旋铆过程中由于材料发生挤压，当材料流动不畅或遇到杂质时，发生材料折叠，进而表现为微裂纹状态，如图3所示。图4为折叠裂纹的微观状态。
图4 内表面裂纹显微形貌
2 旋铆部位外表面裂纹影响因素分析和解决
外表面裂纹的主要与旋铆前法兰旋铆成型区域的内表面粗糙度和旋铆工装的表面质量等因素相关，为此结合工艺验证，将法兰内孔表面粗糙度由Ra3.2 提升Ra1.6，将工装表面进行涂覆处理以提高其表面光洁度，并且在加工前对产品进行清洗去除加工部位的杂质。通过以上三项措施的调整，外表面的裂纹得到了完全改善，宏观和微观裂纹都没有发生。
3 旋铆部位内表面裂纹影响因素分析
内表面裂纹通常表现为材料的折叠，是材料流转过程中由于微观速度不一致，导致材料相互挤压堆积而成，裂纹长度和形状并不规则。其中纵向裂纹在轮毂单元工作过程中由于轴向力作用，会逐渐发生扩展，当扩展到一定程度时，在突发外力作用下将导致旋铆部位脱落，造成事故。由于发生在旋铆后的产品内部结构，无法实施常规检查，必须对零件进行破坏分析。为此在产品设计前期对相关影响因素的分析和控制将尤为重要。
根据旋铆过程中工装对产品加载状况和裂纹方向的分析，选择法兰杆部内/外表面粗糙度、铆头工装的形状参数、旋铆工件转速和铆压保压压力作为影响因子，将旋铆后产品内表面的最大裂纹长度作为响应，利用统计工具的回归分析方法进行参数拟合分析。五个影响因子的分析曲线分别如图5-图9。
图5 最大裂纹长度与杆部内表面粗糙度拟合图 图6 最大裂纹长度与杆部外表面粗糙度拟合图
图7. 最大裂纹长度与旋铆工装角度拟合图 图8. 最大裂纹长度与铆压工件转速拟合图
图9. 最大裂纹长度与铆压保压压力拟合图
4 加工过程控制及改进
结合回归分析的结果曲线，可以确定，法兰杆部内表面粗糙度对内裂纹的影响为非关键因素，但考虑外侧裂纹因素，仍然将该要求设定为Ra1.6。法兰杆部外表面粗糙度对裂纹具有相关性，结合分析结果，需要对该表面的加工进行修正，由原来的精车工艺改为磨加工工艺，控制粗糙度要求在Ra0.8-Ra1，铆压工装的角度加工到4.0-4.5度，加工过程的转速设置为900rpm，保压压力控制在80Mpa。
5 结论
完成上述技术要求和过程参数的设定改进后，通过对产品实际加工过程中，对裂纹的检测监控，旋铆产品的外表面裂纹完全消除，内表面最大裂纹能够控制在产品要求的最大范围以内。后续将根据改进的结果，对相关参数、工艺进行固化，并逐步减少裂纹检测频次，实现满足产品质量、降低成本的目的。
参考文献
[1]K.TODA.Development of Hub Units with Shaft Clinching for Automotive Wheel Bearings[J].KOYO Engineering Journal English Edition No.158E(2001):1.