CN102248114B - 轻合金整体模锻挤压汽车轮毂成型工艺及模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻合金整体模锻挤压汽车轮毂成型模具及工艺，坯料采用低温固态整体锻造挤压技术，第一步采用预成型模，首先完成轮毂子午线以上所有几何形状成型，并预成型轮辋为锥形喇叭状圆形直桶；第二步采用垂直方向施力的上、下模芯和来自二个以上水平方向施力的成型哈夫，完成子午线以下所有几何形状成型；所述预成型模包括上压头模芯、下压头模芯凹模滑块和凹模座套；所述成型模包括上、下模芯和成型哈夫。本发明具有液压机负荷小，结构简单，开模脱模快，模具制造容易、牢固、可靠，成型模具更换十分方便；模具体积小而且成型尺寸精确，加工余量少，适合大批量生产。

Description

轻合金整体模锻挤压汽车轮毂成型工艺及模具

技术领域

本发明涉及一种模锻挤压成型技术，尤其涉及一种轻合金整体模锻挤压汽车轮毂成型工艺及模具。

背景技术

汽车工业迅猛发展，2010年我国汽车产量达到1800万辆。汽车工业的发展面临着能源消耗，废气排放，环境污染的制约。只有不断实现汽车轻量化，才能节约能源，做到绿色环保，有利于人类生存，也有利于汽车工业的健康发展。汽车轮毂是汽车的重要负载部件，其质量的好坏将直接影响车辆的操控性能，及行驶安全，能源消耗。

汽车轮毂发展的历史也是汽车工业发展的历史，已从钢轮逐步发展到铝轮，对汽车轻量化发展有很大的提升，减重效果也十分明显。但目前铝、镁合金制造的轮毂，仍然是沿用了传统的浇铸、低压铸造和压铸工艺。也就是采用的液态制造工艺。该工艺存在着极大的缺陷，使铸件易产生缩孔、缩痕，抗拉强度差。与高强度固态锻造挤压工艺轮毂相比，在抗拉强度、韧性、质量有很大的差距。

随着高强度制造工艺的创造应用和发展，以及加工技术的提高，汽车轮毂会更加轻量化，性能会更好，更能节约能源，更能提高汽车和新能源汽车续航能力。

近年来，国内外对铝、镁轻合金采用固体模锻成型工艺技术时有报道。如中国专利申请101491873公开了一种汽车轮毂的两步塑性成型方法及其配套成型模具，该专利公开第一步：将坯料放入挤压成型模具中采用挤压方式先成型出轮幅部分并同时成型出轮辋的前、后轮缘部分；第二步：将预成型件放入扩口模具中将轮辋前、后轮缘部分一次扩口成型。该成型方法的扩口和翻边工艺可以成型条幅在圆筒内中间部分的产品。如摩托车轮毂，但汽车轮毂的条幅在上端面与周圆边缘连结在一起。第二步对前轮辋扩口翻边造成强拉条幅，易胀裂破损，难以成型。该发明预成型轮辋部分为直线桶状。如图b。挤压成型后，直线圆筒状铝、镁合金毛坯热胀后冷缩，紧紧包住直筒型模芯，在脱模过程中，由于缺乏脱模斜度。(铝、镁合金脱模斜度一般在3°以上)顶出困难，使毛坯顶裂变形。同时采用沿导滑槽模具来扩口、翻边成型，由于扩口翻边(从小口扩为大口)变形系数较大，容易开裂，成型困难，成品率低。该模具因设置弯梢、滑槽，所需模具体积庞大、制造较为复杂，而且弯梢、滑槽，模具容易损坏、维修、更换比较困难。

发明内容

本发明主要目的是为了克服现有技术所存在的不足，从而开发一种液压机负荷小，开模脱模快，结构简单，模具制造容易、可靠的轻合金整体模锻挤压汽车轮毂成型工艺及模具。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种轻合金整体模锻挤压汽车轮毂成型工艺

其特征在于：

坯料采用低温固态整体锻造挤压技术；用两套模具分二步成型：

第一步采用垂直方向施力的预成型模，首先完成轮毂子午线(中线)以上包括平峰线、轮胎装配线、上端面的中心孔、条幅、轮缘所有几何形状成型，并预成型轮辋为锥形喇叭状圆形直桶；

第二步采用垂直方向施力的成型模和来自二个以上水平方向外周施力的成型哈夫相结合，完成子午线以下包括平峰线、轮胎装配线及轮缘的所有几何形状成型；

坯料温度为220℃-530℃；其中铝合金控制在320℃-530℃，镁合金控制在220℃-430℃；

模具温度比坯料低20℃-40℃；其中用于铝合金的模具比坯料低约30℃，用于镁合金的模具比坯料低约20℃；

其步骤是：

对坯料进行预处理，所述预处理包括取料、金相检查和加热到设定温度，将已预处理好的坯料放入立式油压机的轮毂预成型模型腔内；上压头模芯在液压力作用下，挤压坯料一次到位，(不得将毛坯顶出后，再将毛坯放入模腔内锻压，这样容易造成模具损坏)使材料充满模腔；在实施过程中一次到位完成，然后启动顶出机构，使多件滑块向上移动，同时顶出压头向上移动，使预成型轮毂毛坯脱离预成型模型腔；

将脱离预成型模型腔后的预成型轮毂毛坯进行检查修正；

将检查修正后的预成型轮毂毛坯进行加温处理；

将加温处理预成型轮毂毛坯放入垂直方向施压的上、下模芯和来自二个以上水平方向施压的成形哈夫中，然后接受然后接受上、下模芯垂直方向和二个以上水平方向成型哈夫的挤压，一次到位，完成了毛坯轮毂的子午线以下的下半部平峰线、轮胎装配线以及外圆周边的成型，液压设备复位后，即可将标准合格的毛坯轮毂取出。

所述的轻合金为铝、镁、钛合金。

一种轻合金整体模锻挤压汽车轮毂成型模具

具有加热系统和冷却系统，其特征在于：包括预成型模和成型模；所述预成型模包括位于上面的上压头模芯，位于下面的下压头模芯，位于外周的凹模滑块和与凹模滑块配合的凹模座套；所述成型模包括位于下面的上模芯、位于上面的下模芯和位于外周的二个以上成型哈夫。

本发明的技术方案还可以进一步完善：

作为优选，所述上压头模芯外围尺寸为轮毂上端面外径尺寸，并设有轮毂的中心孔、条幅以及连结外径周圆的所有几何形状；上压头模芯的外径与由凹模滑块组成的凹模模腔内径之间为能够上下移动的配合。

作为优选，所述下压头模芯外径为锥形喇叭状，其下端部最大直径不大于上压头模芯上端的直径，并与凹模滑块形成的凹模模腔配合，两者之间留有成型件的厚度和高度的余量；所述下压头模芯上端面设有轮毂安装面的所有几何形状尺寸及中心孔，中间设有顶出压头。

作为优选，所述凹模滑块由二件以上组合在一起，从而形成凹模模腔。而每件凹模滑块的侧面之间组合应紧密，无明显缝隙。凹模滑块与凹模座套配合同样要紧密，无明显缝隙，同时又可以上下滑动，凹模座套为圆形桶状或方形。但必须坚实牢固，可靠，保证凹模滑块受力后无明显膨胀现象。

作为优选，所述凹模模腔内设置轮毂直径外圆边缘线轮胎安装线，平峰线，以及预成型锥形喇叭状轮辋；并为下半部平峰线，轮胎安装线，外圆边缘留有足够的成型余量。

作为优选，所述凹模滑块与凹模座套呈斜度配合，凹模滑块侧面视应上端大，下端小，所述斜度为5°-25°；配合面采用燕尾槽、方槽或圆槽结构。凹模滑块与凹模座套配合同样要紧密，无明显缝隙，同时又可以上下滑动，凹模座套为圆形桶状或方形。但必须坚实牢固，可靠，保证凹模滑块受力后无明显膨胀现象。

作为优选，所述成型哈夫固定在哈夫座垫板上，并与油缸柱塞固定。

作为优选，所述上模芯与下模芯分别固定在上、下模芯座板与上，所述模芯座板与油缸柱塞连结固定。

作为优选，所述上模芯与下模芯分别固定在上、下模芯座板与上，上模芯座板固定在工作台上，下模芯座板与油缸柱塞连结固定或下模芯座板固定在工作台上，上模芯座板与油缸柱塞连结固定。

本发明的有益效果是：

首先将汽车轮毂的子午线(中线)上半部以及端面的所有几何形状一次成型到位，并预成型子午线以下的下半部轮辋为锥形喇叭状直线圆桶，同时采用来自三个、四个、或多个方向的液压机成型轮毂子午线下端部所有几何形状，具有液压机负荷小，结构简单，开模脱模快，模具制造容易、牢固、可靠，成型模具更换十分方便；模具体积小，节省了大量模具投入；而且成型尺寸精确，加工余量少，适合大批量生产。

附图说明

附图1是坯料示意图；

附图2是预成型毛坯轮毂示意图；

附图3是成型毛坯轮毂示意图；

附图4是本发明的一种预成型模结构示意图；

附图5是本发明的一种成型模结构示意图；

附图6是本发明的一种四哈夫成型俯视图。

附图标记说明：中心孔1，条辐2，轮缘3，轮胎装配线4，平峰线5，轮毂宽度中心线6，冷却系统1-1，上模板1-2，加热系统1-3，上压头模芯1-4，凹模滑块1-5，坯料1-6，下压头模芯1-7，下模座1-8，顶出压头1-10，顶杆1-11，凹模座套1-12，预成型轮毂毛坯1-13，模座柄2-1，下模芯座板2-2，油缸柱塞2-4，下模芯2-6，成型轮毂毛坯2-7，上模芯座板2-8，上模芯2-11，哈夫座垫板2-12，成型哈夫2-13。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体说明。

实施例1：

如图所示的轻合金整体模锻挤压汽车轮毂成型模具，包括预成型模和成型模，所述预成型模包括位于上面的上压头模芯1-4，位于下面的下压头模芯1-7，位于外周的凹模滑块1-5和与凹模滑块配合的凹模座套1-12。

所述成型模包括位于下面的上模芯2-11，位于上面的下模芯2-6和位于外周的四个成型哈夫2-13；所述上模芯与下模芯分别固定在上、下模芯座板2-8、2-2上，所述模芯座板与油缸柱塞2-4连结固定；所述成型哈夫固定在哈夫座垫板2-12上，并与油缸柱塞2-4固定。

所述上压头模芯1-4的外围尺寸为轮毂上端面外径尺寸，并设有轮毂的中心孔1、条幅2以及连结外径周圆的所有几何形状；上压头模芯的外径与由凹模滑块1-5组成的凹模模腔内径之间为能够上下移动的配合。

所述下压头模芯1-7外径为锥形喇叭状，其下端部最大直径不大于上压头模芯1-4上端的直径，并与凹模滑块1-5形成的凹模模腔配合，两者之间留有成型件的厚度和高度的余量；所述下压头模芯上端面设有轮毂安装面的所有几何形状尺寸及中心孔1，下压头模芯1-7中间设有顶出压头1-10。

所述凹模滑块1-5由二件组合在一起，从而形成凹模模腔。而每件凹模滑块的侧面之间组合应紧密，无明显缝隙。

所述凹模滑块1-5所组成的模腔内设置轮缘3，轮胎装配线4，平峰线5，以及预成型锥形喇叭状轮辋；并为下半部平峰线，轮胎安装线，外圆边缘留有足够的成型余量。

所述凹模滑块1-5与凹模座套1-12呈斜度配合，从凹模滑块侧面观察，应该上端大，下端小，所述斜度为15°，配合面采用燕尾槽结构。凹模滑块1-5与凹模座套1-12配合同样要紧密，无明显缝隙，同时又可以上下滑动。凹模座套1-12外径为圆形桶状，但必须坚实牢固，可靠，保证凹模滑块受力后无明显膨胀现象。

所述成型哈夫2-13固定在哈夫座垫板2-12上，并与油缸柱塞2-4固定。所述上模芯2-11与下模芯2-6分别固定在上、下模芯座板2-8与2-2上，所述模芯座板与油缸柱塞2-4连结固定。

本发明的坯料采用低温固态整体锻造挤压技术，加工镁合金汽车轮毂；用两套模具分二步成型：

第一步采用垂直方向施力的预成型模，首先完成轮毂子午线以上包括上端面的中心孔1、条幅2、轮缘3、轮胎装配线4、平峰线5所有几何形状成型，并预成型轮辋为锥形喇叭状圆形直桶；

第二步用专用液压设备，采用垂直方向施力的上、下模芯2-11、2-6和来自四个水平方向施力的成型哈夫2-13，完成子午线以下包括平峰线、轮胎安装线及圆周边缘的所有几何形状成型；

其步骤是：

选择合金牌号为AZ80的镁合金，对坯料1-6进行金相分析，是否有气孔、缩痕，两端面应机加工切削平整。将坯料温度加热到约300℃，将模具温度加热到约280℃，把加热好的坯料放入立式油压机的轮毂预成型模型腔内；上压头模芯1-4在液压力作用下，挤压坯料1-6一次到位，使材料充满模腔；然后启动顶杆1-11，使顶出机构的多件凹模滑块1-5向上移动，同时顶出压头1-10向上移动，使预成型轮毂毛坯1-13脱离预成型模型腔；

将脱离预成型模型腔后的预成型轮毂毛坯进行检查修正；

将检查修正后的预成型轮毂毛坯1-13进行预加温处理到约300℃；

将预成型轮毂毛坯放入垂直方向施力的上、下模芯2-11、2-6和来自四个水平方向施力的成形哈夫2-5中(定型模温度控制在约280℃)，然后接受垂直方向上、下模芯和四个水平方向成型哈夫2-13的挤压，一次到位，然后液压机油缸复位，即可得到成型轮毂毛坯2-7。

实施例2：

所述凹模滑块1-5由四件组合在一起，从而形成凹模模腔。

所述凹模滑块1-5与凹模座套1-12呈斜度配合，所述斜度为20°，配合面采用方槽结构。

所述成型哈夫2-13由三个组成型腔；

所述上模芯2-11与下模芯2-6分别固定在上、下模芯座板2-8与2-2上，上模芯座板2-8固定在工作台上，下模芯座板2-2与油缸柱塞2-4连结固定。

本发明加工铝合金汽车轮毂，合金牌号为6061，坯料温度加热到约420℃，模具温度加热到约380℃。

其余同实施例1。

Claims (5)

1. 一种轻合金整体模锻挤压汽车轮毂成型模具，具有加热系统和冷却系统，其特征在于：包括预成型模和成型模；所述预成型模包括位于上面的上压头模芯（1-4），位于下面的下压头模芯（1-7），位于外周的凹模滑块（1-5）和与凹模滑块配合的凹模座套（1-12）；所述成型模包括位于下面的上模芯（2-11）、位于上面的下模芯（2-6）和位于外周的二个以上成型哈夫（2-13）；

所述上压头模芯（1-4）外围尺寸为轮毂上端面外径尺寸，并设有轮毂的中心孔、条幅以及连结外径周圆的所有几何形状；上压头模芯（1-4）的外径与由凹模滑块（1-5）组成的凹模模腔内径之间为能够上下移动的配合；

所述下压头模芯（1-7）外径为锥形喇叭状，其下端部最大直径不大于上压头模芯（1-4）上端的直径，并与凹模滑块（1-5）形成的凹模模腔配合，两者之间留有成型件的厚度和高度的余量；所述下压头模芯（1-7）上端面设有轮毂安装面的所有几何形状尺寸及中心孔，中间设有顶出压头（1-10）；

所述凹模滑块（1-5）由二件以上组合在一起，从而形成凹模模腔；

所述凹模模腔内设置轮缘线（3）轮胎安装线（4），平峰线（5），以及预成型锥形喇叭状轮辋；并为下半部平峰线，轮胎安装线，外圆边缘留有足够的成型余量；

所述成型哈夫（2-13）固定在哈夫座垫板（2-12）上，并与油缸柱塞（2-4）固定。

2.根据权利要求1所述的轻合金整体模锻挤压汽车轮毂成型模具，其特征在于：所述凹模滑块（1-5）与凹模座套（1-12）呈斜度配合，所述斜度为5°-25°；配合面采用燕尾槽、方槽或圆槽结构。

3.根据权利要求1或2所述的轻合金整体模锻挤压汽车轮毂成型模具，其特征在于：所述上模芯（2-11）与下模芯（2-6）分别固定在上、下模芯座板（2-8）与（2-2）上，所述模芯座板与油缸柱塞（2-4）连结固定。

4.根据权利要求1或2所述的轻合金整体模锻挤压汽车轮毂成型模具，其特征在于：所述上模芯（2-11）与下模芯（2-6）分别固定在上、下模芯座板（2-8）与（2-2）上，上模芯座板（2-8）固定在工作台上，下模芯座板（2-2）与油缸柱塞（2-4）连结固定或下模芯座板（2-2）固定在工作台上，上模芯座板（2-8）与油缸柱塞（2-4）连结固定。

5.一种轻合金整体模锻挤压汽车轮毂成型工艺，其特征在于：

坯料采用低温固态整体锻造挤压技术；用两套模具分二步成型：

第一步采用垂直方向施力的预成型模，首先完成轮毂子午线以上包括平峰线（5）、轮胎安装线（4）、上端面的中心孔（1）、条幅（2）轮毂直径外圆边缘线（3）所有几何形状成型，并预成型轮辋为锥形喇叭状圆形直桶；

第二步采用垂直方向施力的上、下模芯和来自二个以上水平方向施力的成型哈夫，完成子午线以下包括平峰线（5）、轮胎装配线（4）及轮缘（3）的所有几何形状成型；

坯料温度为220℃-530℃；

模具温度比坯料低20℃-40℃；

其步骤是：

1）对坯料（1-6）进行预处理，所述预处理包括取料、金相检查和加热；

2）对已预处理好的坯料放入立式油压机的轮毂预成型模型腔内；上压头模芯（1-4）在液压力作用下，挤压坯料一次到位，使材料充满模腔；然后启动顶出机构，使预成型轮毂毛坯（1-13）脱离预成型模型腔；

3）对脱离预成型模型腔后的预成型轮毂毛坯（1-13）进行检查修正；

4）对检查修正后的预成型轮毂毛坯（1-13）进行加温处理；

5）对加温处理后的预成型轮毂毛坯放入垂直方向施力的成型模和来自二个以上水平方向施力的成形哈夫中，然后接受垂直方向和二个以上水平方向成型哈夫（2-13）的挤压，一次到位，然后复位，即可得到成型轮毂毛坯（2-7）。

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