CN101214605A

CN101214605A - 轮毂制造工艺

Info

Publication number: CN101214605A
Application number: CNA2008100257994A
Authority: CN
Inventors: 张新颖; 潘增源
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-01-14
Filing date: 2008-01-14
Publication date: 2008-07-09

Abstract

本发明公开了一种轮毂制造工艺，包括以下步骤：一、轮盘用铸造工艺制作；二、将裁截好的轮辋板材卷成筒体，焊接筒缝，清除毛刺；三、将筒体在立式压床上加压扩口；四、将已扩口的筒体，在旋压机上旋压成型为轮辋；五、在定位工装台上，将步骤一成型的轮盘和步骤四成型的轮辋通过搅拌摩擦焊焊接。本工艺只用水平分型的上下模铸型结构，免去了传统轮毂必须用的侧模结构，大大简化了铸造模具结构和成本；回避了铸造过程中铸造热节的产生；因为轮辋与轮盘采用搅拌摩擦焊这种非常成熟的焊接工艺连结，其连结部位的机械性能得以保证，解决了90°冲击实验不成功的问题。

Description

轮毂制造工艺

技术领域

本发明涉及轮毂的制造技术，特别涉及一种轮毂制造工艺。

背景技术

传统车轮按轮辋和轮盘结合形式的不同，轮毂可分如下结构：

一、一片式(整体式)轮毂：轮辋和轮盘是由一个整体组成的；

二、两片式轮毂：由轮辋和轮盘结合起来的结构，连接方式可为焊接或者螺纹连接；

三、三片式轮毂：由2个轮辋零件和轮盘组合起来的结构，连接方式一般为螺纹连接。

所以轮毂的制造有一片式(整体式)制造、两片式制造和三片式制造。

一、一片式制造：采用重力铸造或低压铸造，其原材料为A356或AlSi11铝合金。而两者相比，虽然重力铸造的设备投资成本较低，但由于该法使用的是重力补缩，浇注系统较复杂，金属材料利用率很低(通常只有50％左右的利用率)，且所得产品的抗泄漏性能不及低压铸造，所以汽车主机厂一般都不希望采用该法制造的轮毂装到汽车上。低压铸造虽然设备投资较普通重力铸造机稍高，但比重力铸造有更好的结晶凝固效果，且因压力场下有提高氢在合金中溶解度的作用，而可以相对减少针孔产生的效果，故被大多汽车制造商广泛的接纳使用。尽管如此，低压铸造在轻合金轮毂生产中，在技术依然存在一些难于摆脱的问题：

1、整个轮毂的熔体在充填到铸型中的过程中，全部熔体都需通过轮毂的轮盘中心处部位，使这里吸收大量热量，整个轮毂在凝固过程中，这里是热量最集中的地方，也是凝固速度最迟的部位，所以，这里也是整个轮毂晶粒最粗大的部位，从而也成了整个车轮机械性能最差的部位。

2、传统车轮都存在轮盘和轮辋交界处的铸造热节，图1为传统铝合金轮毂低压铸造结构图，图中轮辋和轮盘相交处，形成一个铸造热节(图1中的黑色圆圈部分)，该热节与轮辋有着明显的壁厚差，从而使轮毂铸造凝固过程和产品品质提高受都到很大抑制：

(1)大的壁厚差易造成连结处收缩的收缩应力，给车轮使用中的受冲击带来隐患；

(2)铸造热节处凝固速度缓慢，成为铸件最不容易得到有效补缩的部位，通常情况下，这里很难做到绝对没有缩松的可能，多数情况下，这里的缩松度都在五级以上，是整个轮毂最危险的断面；

(3)为确保铸造热节处缩松度带来的不安全性，制造商往往用增加与它连结处的壁厚，来缩小壁厚差的办法，但这种缓解办法恰恰与车轮轻量化的目标正好背道而驰；

(4)由于铸造热节的存在，给型腔顺序凝固条件带来了致命的破坏，给模具设计和铸造中的温度场控制，带来了极大困难，直接影响到产品的不良率，也关系到整个生产成本上升。

一片式制造也采用锻造和旋压技术，其原材料为6061铝合金。较之于铸造技术，锻造和旋压技术很好的解决了轮毂的机械性能问题，但其昂贵的设备投资和极低的材料利用率，使其在目前不能够大规模的普及。

一片式制造还采用铸坯旋压技术，该技术是铸造、锻造、旋压技术的结合：将一片式的铸造毛坯通过旋压技术加工后轮辋，是适应轮胎扁平化，轮毂大尺寸化趋势而对后轮辋的抗冲击性优化的一项技术。铸旋虽然从一定程度上提高了后轮辋的机械性能，但前轮辋和轮盘因铸造技术而留下的缺陷依然存在且合格率不高，且旋压后轮辋的成本也较高。

二、两片式制造：轮辋采用锻造或旋压技术完成，轮盘采用锻造完成(也有部分采用铸造完成)。两片式的结构及制造工艺，不仅决定了其高昂的制造成本，同时也决定了其外观的单一性，具体来讲，这种制造工艺只能制造具有深轮唇外观的轮毂。

三、三片式制造：和两片式的制造工艺类同，缺点也类同。

搅拌摩擦焊技术发明至今14年以来，无论在国外还是在国内，已经成功跨出试验研究阶段，发展成为在铝合金结构制造中可以替代熔焊技术的工业化实用的固相连接技术；这项新型的焊接技术在航空航天飞行器、高速舰船快艇、高速轨道列车、汽车等轻型化结构以及各种铝合金型材拼焊结构制造中，已经展示出显著的技术和经济效益，诸如：根除了熔焊所固有的焊接缺陷(气孔、凝固裂纹等)、提高了接头和结构的连接质量、降低了焊接变形等；并且在其他轻金属如镁、铜、锌等材料结构的制造中也正在实施工程化应用。但是，这项技术还未应用到轮毂的轮辋和轮盘的连接工艺。

发明内容

本发明为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种降低成本、提高轮毂生产效率、提高轮毂机械性能的轮毂制造工艺。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：本轮毂制造工艺，其特征在于包括以下步骤：

(1)、轮盘用铸造工艺制作；

(2)、将裁截好的轮辋板材卷成筒体，焊接筒缝，清除毛刺；

(3)、将筒体在立式压床上加压扩口；

(4)、将已扩口的筒体，在旋压机上旋压成型为轮辋；

(5)、在定位工装台上，将步骤(1)成型的轮盘和步骤(4)成型的轮辋通过搅拌摩擦焊焊接。

所述步骤(1)的铸造工艺为重力铸造、低压铸造或者液态挤压铸造。

在所述步骤(1)的铸造工艺过程中，对铸造热节的部位进行掏料处理。

所述步骤(1)的铸造工艺采用上下水平分型，不带侧模的铸模结构进行铸造。

所述步骤(1)的轮盘为A356、Al-Si系铝合金材料或者其它铸造轻合金。

所述步骤(2)的轮辋板材为5系或6系变形铝合金材料。

所述步骤(5)的轮盘和轮辋搭接配合后通过搅拌摩擦焊焊接，搭接配合处的结构为阶梯形结构。

本发明相对于现有技术具有如下的优点：本轮毂制造工艺作为一种全新的轮毂制造工艺，将带动轮毂制造技术的突飞猛进，具体如下：

1、只用水平分型的上下模铸型结构，免去了传统轮毂必须用的侧模结构，大大简化了铸造模具结构和成本；

2、铸件设计时，对铸造热节的部位进行掏料处理，回避了铸造过程中铸造热节的产生，极大的提高轮毂的整体性能；

3、采用铸造工艺和旋压技术的工艺组合，能充分有效地发挥二种技术特点，确保轮毂力学性并实现轻量化需要。不仅如此，轮毂更能适应组织多品种款式生产的需要，迎合市场对产品款式多变化的要求。

4、因为轮辋与轮盘采用搅拌摩擦焊这种非常成熟的焊接工艺连结，其连结部位的机械性能得以保证，从而很好的发挥了其后轮辋采用6061铝合金的性能特点，加之铸造热节部位的减小和消失，可从根本上解决90°冲击实验不成功的问题，而相对于全部使用6061铝合金制造的轮毂，其成本又降低了很多；

5、解决了两片式、三片式轮毂造型单一的问题；

6、为目前的OEM市场提供了新的低成本、高性能、轻量化的产品对象。

本轮毂制造工艺能适合汽车轻合金二片式、三片式的双金属复合轮毂结构。如图9所示，为使用本轮毂制造工艺生产的三片式轮毂。

随着材料科学的快速发展，本发明的轮盘和轮辋可以采用更多的材料，如镁合金等，从而更好的提高轮毂性能。

附图说明

图1是传统铝合金轮毂低压铸造结构图。

图2是本发明的生产轮盘的模具的结构示意图。

图3是本发明的轮盘的结构示意图。

图4是将裁截好的轮辋板材卷成筒体的结构示意图。

图5是将筒体扩口的结构示意图。

图6是筒体旋压成型为轮辋的结构示意图。

图7是轮盘和轮辋焊接的结构示意图。

图8是图7的部分放大图。

图9是使用本轮毂制造工艺生产的三片式轮毂的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图2～8所示，本轮毂制造工艺，包括以下步骤：

一、轮盘1用铸造工艺制作，可以采用重力铸造、低压铸造、液态挤压铸造或者其它压力场铸造等各种传统的办法制造，此部分的铸造，因为轮盘1高度较之整个轮毂，没有后轮辋部分，所以高度要低很多，故大大降低了工艺难度，提高了生产效率，同时，此铸造可只通过上模2、下模3完成，而不需要侧模，如图2所示，大大降低模具成本的同时也可以对其原来易产生铸造热节的部位4进行掏料处理，如图3所示，从而从根本上解决铸造轮盘1的铸造热节问题。轮盘1采用A356或Al-Si系铝合金材料，或者其它铸造轻合金。

二、将裁截好的轮辋板材卷成筒体5，如图4所示，焊接筒缝，清除毛刺；轮辋板材为6061铝合金材料，或者其它变形合金。

6061铝合金，较之传统的铸造用A356铝合金，6061铝合金的性能优势如下表：

三、将筒体5在立式压床上加压扩口，如图5所示，为下道工序作变形准备；

四、将已扩口的筒体5，在旋压机上旋压成型为轮辋6，如图6所示；

五、如图7和图8所示，在定位工装台7上，将成型的轮盘1和轮辋6搭接配合后通过搅拌摩擦焊(图7和图8中的标号8为焊头)焊接，搭接配合处的结构为阶梯形结构。

实施例2：

如图9所示，图9是使用本轮毂制造工艺生产的三片式轮毂。图中的两个轮辋6和轮盘1通过搅拌摩擦焊焊接，其制造工艺和实施例1类似。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明的权利要求进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.轮毂制造工艺，其特征在于包括以下步骤：

(1)、轮盘用铸造工艺制作；

(2)、将裁截好的轮辋板材卷成筒体，焊接筒缝，清除毛刺；

(3)、将筒体在立式压床上加压扩口；

(4)、将已扩口的筒体，在旋压机上旋压成型为轮辋；

2.根据权利要求1所述的轮毂制造工艺，其特征在于：所述步骤(1)的铸造工艺为重力铸造、低压铸造或者液态挤压铸造。

3.根据权利要求1所述的轮毂制造工艺，其特征在于：在所述步骤(1)的铸造工艺过程中，对铸造热节的部位进行掏料处理。

4.根据权利要求1所述的轮毂制造工艺，其特征在于：所述步骤(1)的铸造工艺采用上下水平分型，不带侧模的铸模结构进行铸造。

5.根据权利要求1所述的轮毂制造工艺，其特征在于：所述步骤(1)的轮盘为A356或Al-Si系铝合金材料。

6.根据权利要求1所述的轮毂制造工艺，其特征在于：所述步骤(2)的轮辋板材为5系或6系变形铝合金材料。

7.根据权利要求1所述的轮毂制造工艺，其特征在于：所述步骤(5)的轮盘和轮辋搭接配合后通过搅拌摩擦焊焊接，搭接配合处的结构为阶梯形结构。