CN102601587A

CN102601587A - 大型车辆铝合金轮辋的制造工艺

Info

Publication number: CN102601587A
Application number: CN2012100794628A
Authority: CN
Inventors: 卢森锴; 喻亮; 苏建欢; 陆正杰; 廖树德; 韦文儒; 姜艳丽; 毛献昌
Original assignee: Hechi University
Current assignee: Hechi University
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2032-03-23
Also published as: CN102601587B

Abstract

一种大型车辆铝合金轮辋的制造工艺，涉及一种轮辋的制造工艺，包括以下步骤：A、下料；B、预制坯：摆碾机上进行摆动辗压；C、冲孔：在压力机上；D、预锻：在压力机上通过反向挤压模具进行反向挤压；E、终锻：继续在压力机上；F、扩口切边；G、旋压：在旋压机上通过旋压轮进行旋压；H、热处理；I、机加工；J、表面处理。本发明采用摆动辗压、反向挤压、旋压相结合的技术，不仅可提高产品质量，还能减少对摆碾设备的投资，同时具有模具寿命长、产品成本低、生产过程能耗少、易实现机械自动化、易于推广应用、劳动环境好的特点。

Description

大型车辆铝合金轮辋的制造工艺

技术领域

本发明涉及一种轮辋的制造工艺，特别是一种大型车辆铝合金轮辋的制造工艺。

背景技术

传统的无内胎板材车轮轮辋一般是滚焊钢制轮辋，这种滚焊钢制轮辋都是通过滚压成型，但滚压成型的方法不能实现轮辋等强度的要求，而且轮辋的原材料形状一般是先由钢厂轧成，再由车轮制造厂家通过卷圆、焊接、扩整等工序加工而成，这种工艺效率低、精度低，不能适应大批量生产，特别是不能适应大型车辆轮辋的生产要求。

随着整车轻量化、高性能的需求和锻造工艺的成熟，滚焊钢制轮辋的生产工艺正面临新工艺的挑战，近几年国外有生产厂家用锻造工艺制造载重汽车无内胎车轮轮辋，制得的锻造铝合金轮辋无论在重量、承载能力、强度等方面均比传统的滚焊钢制轮辋更胜一筹，以22.5英寸载重汽车无内胎车轮轮辋为例：（1）、重量更轻：锻造铝合金轮辋为25公斤，传统的滚焊钢制轮辋至少45公斤，锻造铝合金轮辋的重量只相当于传统的滚焊钢制轮辋的二分之一；（2）承载能力更大：锻造铝合金轮辋的承载能量是传统的滚焊钢制轮辋的5倍；（3）、强度更高：锻造铝合金轮辋在承受70000公斤后才变形4—5厘米，而传统的滚焊钢制轮辋只承受13000公斤后已变形4—5厘米，即锻造铝合金轮辋是传统的滚焊钢制轮辋的5倍以上；（4）、造型更美观。因此，锻造铝合金轮辋以其重量轻、强度高、造型美观已成为滚焊钢制轮辋的强劲竞争产品。但是目前锻造铝合金轮辋在加工过程中所使用的锻压设备价格昂贵，导致产品成本较高，因此，锻造铝合金轮辋仍难以在国内推广使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种大型车辆铝合金轮辋的制造工艺，在提高产品质量的同时，解决现有技术存在的上述设备价格昂贵、产品成本较高的不足之处。

解决上述技术问题的技术方案是：一种大型车辆铝合金轮辋的制造工艺，该工艺包括以下步骤：

A、下料：将铝合金棒料按定长分段锯成圆柱坯料；

B、预制坯：将圆柱坯料送到摆碾机上进行摆动辗压，得到圆饼坯料；

C、冲孔：在压力机上分别对圆饼坯料的上下两端进行冲孔，制得带上、下两盲孔的圆台状坯料，所述上、下两盲孔也分别带有锥度；

D、预锻：将经冲孔后的圆台状坯料切掉盲孔连皮后，在压力机上通过反向挤压模具进行反向挤压，使圆台状坯料的上、下两盲孔形成上大下小的台阶孔，该台阶孔也带有锥度，并使圆台状坯料长度加长形成筒状坯料，制得带上大下小台阶孔的筒状坯料；

E、终锻：继续在压力机上将经预锻后的带上大下小台阶孔的筒状坯料进行终锻，终锻温度为350～400℃，制得带环形轮辐的筒状坯料；

F、扩口切边：对经终锻后的带环形轮辐的筒状坯料进行扩口切边处理；

G、旋压：在旋压机上对经扩口切边后的带环形轮辐的筒状坯料进行旋压，得到轮辋毛坯；

H、热处理：将旋压后的轮辋毛坯进行固溶强化处理；

I、机加工：将经热处理后的轮辋毛坯进行机加工，得到轮辋半成品；

J、表面处理：对轮辋半成品进行表面处理，得到大型车辆铝合金轮辋成品。

本发明的进一步技术方案是：所述的步骤B、预制坯中包括以下具体工序：

B.1、准备摆动辗压模具：准备包括上辗压模和下辗压模的摆动辗压模具，所述上辗压模的底部为圆锥体，所述下辗压模带有圆饼状模腔；

B.2、安装摆动辗压模具和坯料：将摆动辗压模具的下辗压模固定安装在立式摆碾机的工作台面上，并在400～450℃温度下将圆柱坯料固定在下辗压模的模腔内，同时将底部为圆锥体的上辗压模安装在立式摆碾机的上滑块上；

B.3、摆动辗压：启动立式摆碾机，使上滑块围绕主轴作倾斜一定角度的碾压，上辗压模随着上滑块对圆柱坯料进行摆动旋转辗压，制得圆饼坯料；

B.4、卸料：关闭立式摆碾机，将圆饼坯料从下辗压模的模腔内顶出。

本发明的进一步技术方案是：所述的步骤D，预锻包括以下具体工序：

D.1、准备反向挤压模具：准备包括有反向挤压上模和反向挤压下模的反向挤压模具，所述的反向挤压下模上设有模腔；

D.2、安装反向挤压模具：将反向挤压模具的反向挤压上模安装在压力机的上滑块上，将反向挤压下模安装在压力机的工作台面上；

D.3、安装圆台状坯料：在450～500℃温度下将冲孔后制得带上、下两盲孔的圆台状坯料在切掉盲孔连皮后放入反向挤压下模的模腔中。

D.4、反向挤压：启动压力机，压力机的冲头带动反向挤压上模向下运行至与圆台状坯料接触后继续下行，圆台状坯料的材料在反向挤压上模的挤压下材料只能反向向上流动，使圆台状坯料长度加长形成筒状坯料，制得上大下小的台阶孔的筒状坯料；

D5、卸料：将带上大下小台阶孔的筒状坯料从反向挤压下模的模腔中顶出。

本发明的再进一步技术方案是：所述的D.1、准备反向挤压模具工序中，反向挤压模具的反向挤压上模和反向挤压下模需经预热处理，预热温度为：250～350℃。

本发明的更进一步技术方案是：所述的反向挤压模具包括反向挤压上模和反向挤压下模，反向挤压上模包括上模板、凸模，并在上模板与凸模之间还安装有凸模垫板，所述的上模板安装在压力机的上滑块上，上模板、凸模垫板以及凸模之间通过紧固件连接在一起；所述的反向挤压下模包括下模板以及凹模，下模板安装在压力机的工作台面上，下模板的中部安装有顶杆，凹模为带有圆形内孔的圆筒状结构，该凹模圆形内孔的上部分为模腔，下部分安装有起顶料作用的杯状套圈，杯状套圈的底部与下模板相接触；所述的下模板与凹模之间还安装有圆环状的下垫板，下垫板套在杯状套圈外，并且凹模、下垫板以及下模板之间通过紧固件连接在一起。

所述的杯状套圈内还安装有其内孔可起凸模导向作用的垫环，并在杯状套圈及垫环的顶面上还安装有圆环状的垫块。

所述的顶杆为上大下小的台阶状柱体；所述的凹模上表面还设置两个挡块。

所述的步骤G、旋压包括以下具体工序：

G.1：准备旋压轮和成形模：准备旋压轮和固定工件的成形模；

G.2、安装固定工件的成形模：将固定工件的成形模固定在旋转的主轴上；

G.3、安装坯料：经扩口切边后的带环形轮辐的筒状坯料套置固定在成形模上；

G.4、安装旋压轮：将旋压轮安装在径向进给机构上；

G.5、旋压轮辋：旋压轮接触工件腹面，按路径加压带环形轮辐的筒状坯料，主轴带动成形模高速旋转，制得轮辋毛坯；

G.6、卸料：停止旋压机，将制得的轮辋毛坯从成形模上卸下。

在步骤H、热处理中，所述的将旋压后的轮辋毛坯进行固溶强化处理，该固溶强化为T6处理。

在步骤J、表面处理中，所述的表面处理是抛光、喷涂。

由于采用上述技术方案，本发明之大型车辆铝合金轮辋的制造工艺与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、可减少对设备的投资和降低产品成本：

由于本发明在步骤B预制坯中采用了摆动辗压技术，该技术是利用底部为圆锥体的上辗压模对圆柱坯料局部进行加工、并绕圆柱坯料中心旋转连续滚动的加工方法。由于摆动辗压是局部接触，顺次加压连续成形，而且在预锻和终锻步骤中的坯料内孔均带有锥度，使得上模和坯料之间的接触面积及单位压力都较小，其变形力为一般锻造变形力的1/5～1/20，故成形时所用设备吨位较小，因此，本发明能大幅度减少对摆碾设备的投资，从而也可降低产品的成本。

此外，由于本发明在预制坯步骤和终锻步骤之间增加预锻步骤，使预制坯经过预锻变形接近于终锻件形状，可降低终锻对设备吨位的要求，从而也可减小对设备的投资。

2、产品质量好：

（1）、由于本发明在预制坯工序中采用了摆动辗压技术，经摆动碾压后的圆饼坯料其内部组织致密、机械性能有所提高，产品质量好，不易开裂；而且摆动辗压得到的圆饼坯料形状规整，非常利于后续的成形加工。

（2）、由于大型车辆铝合金轮辋的零件形状复杂，成形困难，本发明在预制坯步骤和终锻步骤之间增加预锻步骤，使预制坯经过预锻变形接近于终锻件形状，以保证终锻时制品充满模腔而不出现折叠或裂纹等缺陷，同时本发明在预锻步骤中采用了反向挤压技术，经反向挤压后的筒状坯料尺寸精度较高,组织均匀，机械性能优良。

（3）、本发明还采用了旋压技术，经旋压成型后制得的轮辋毛坯造型非常美观；尺寸精度高，装配真空胎后与胎面接合紧密，而且废品率低。

3、可延长模具的使用寿命：

由于本发明在步骤B预制坯中采用了摆动辗压技术，而摆动碾压成形力低，因此，本发明能够降低模具的磨损，延长模具的使用寿命。

4、可降低挤压力，提高挤压速度和成品率：

由于本发明在步骤预锻中采用了反向挤压方法（即是材料流动与凸模运动方向相反），该方法与正向挤压相比,反向挤压具有非常大的优势,它可降低挤压力30～40%,提高挤压速度0.3～1.0倍,提高成品率10～20%；而且在反向挤压方法中所采用的反向挤压模具属于温变形模具，该温变形模具的成形在冷、热变形之间，即：比冷变形温度高,既降低了塑性变形抗力，减少了模具的荷载，但又低于再结晶温度，使工件保留了加工硬化，又提高了力学性能。

综上所述，由于本发明采用了摆动辗压、反向挤压、旋压技术相结合，不仅可大大提高大型车辆铝合金轮辋产品的质量，而且还能减少对摆碾设备的投资，降低产品的成本，还具有生产过程能耗少、易实现机械化、自动化、易于推广应用、劳动环境好的特点。

下面，结合附图和实施例对本发明之大型车辆铝合金轮辋的制造工艺的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1～图7：本发明之大型车辆铝合金轮辋的制造工艺的部分步骤制得的制品结构示意图，其中，

图1：步骤A制得的圆柱坯料，

图2：步骤B制得的圆饼坯料，

图3：步骤C制得的圆台状坯料，

图4：步骤D制得的带上大下小台阶孔的筒状坯料，

图5：步骤E制得的带环形轮辐的筒状坯料，

图6：步骤F制得的经扩口切边后的带环形轮辐的筒状坯料，

图7：步骤G制得的轮辋毛坯。

图8～图10：本发明之大型车辆铝合金轮辋的制造工艺的部分步骤所使用模具的结构示意图，其中，

图8：本发明所述步骤B预制坯中的摆动辗压模具的结构示意图，

图9：本发明所述步骤D预锻中反向挤压模具的结构示意图，

图10：本发明所述步骤G旋压中旋压模具的结构示意图。

在上述附图中，各零件标号如下：

1-步骤A制得的圆柱坯料， 2-步骤B制得的圆饼坯料，

3-步骤C制得的圆台状坯料， 4-步骤D制得的带上大下小台阶孔的筒状坯料，

5-步骤E制得的带环形轮辐的筒状坯料，

6-步骤F制得的带环形轮辐的筒状坯料， 7-步骤G制得的轮辋毛坯，

8-摆动辗压模具， 81-上辗压模， 82-下辗压模， 9-反向挤压模具，

91-反向挤压上模， 911-上模板， 912-凸模垫板， 913-凸模，

92-反向挤压下模， 921-下模板， 922-下垫板， 923-杯状套圈，

924垫环， 925-垫块， 926-凹模， 927-顶杆，

10-成形模， 11-旋压轮。

具体实施例

实施例一：

1．一种大型车辆铝合金轮辋的制造工艺，其特征在于：该工艺包括以下步骤：

A、下料：将铝合金棒料按定长分段锯成圆柱坯料1；

B、预制坯：将圆柱坯料送到摆碾机上进行摆动辗压，得到圆饼坯料2；

C、冲孔：在压力机上分别对圆饼坯料的上下两端进行冲孔，制得带上、下两盲孔的圆台状坯料3，所述上、下两盲孔也分别带有锥度；

D、预锻：将经冲孔后的圆台状坯料切掉盲孔连皮后，在压力机上通过反向挤压模具进行反向挤压，使圆台状坯料的上、下两盲孔形成上大下小的台阶孔，该台阶孔也带有锥度，并使圆台状坯料长度加长形成筒状坯料，制得带上大下小台阶孔的筒状坯料4；

E、终锻：继续在压力机上将经预锻后的带上大下小台阶孔的筒状坯料进行终锻，终锻温度为350～400℃，制得带环形轮辐的筒状坯料5；

G、旋压：在旋压机上对经扩口切边后的带环形轮辐的筒状坯料进行旋压，得到轮辋毛坯7；

H、热处理：将旋压后的轮辋毛坯进行固溶强化处理，该固溶强化处理为T6处理，其固溶处理温度500℃；

J、表面处理：对轮辋半成品进行抛光、喷涂表面处理，得到大型车辆铝合金轮辋成品。

所述的步骤B、预制坯中包括以下具体工序：

B.1、准备摆动辗压模具：准备包括上辗压模81和下辗压模82的摆动辗压模具8，所述上辗压模81的底部为圆锥体，所述下辗压模82带有圆饼状模腔；

B.2、安装摆动辗压模具和坯料：将摆动辗压模具的下辗压模82固定安装在立式摆碾机的工作台面上，并在400～450℃温度下将圆柱坯料固定在下辗压模的模腔内，同时将底部为圆锥体的上辗压模安装在立式摆碾机的上滑块上；

所述的步骤D，预锻包括以下具体工序：

D.1、准备反向挤压模具：准备包括有反向挤压上模和反向挤压下模的反向挤压模具，所述的反向挤压下模上设有模腔，所述的反向挤压上模和反向挤压下模需经预热处理，防止加热的工件在成形过程中温度不致于快速下降，预热温度为：250～350℃；

在步骤D、预锻中所述的反向挤压模具9具体结构如下：所述的反向挤压模具9包括反向挤压上模91和反向挤压下模92（参见图9），反向挤压上模91包括上模板911、凸模913，并在上模板911与凸模913之间还安装有凸模垫板912，所述的上模板911安装在压力机的上滑块上，上模板911、凸模垫板912以及凸模913之间通过紧固件连接在一起；所述的反向挤压下模92包括下模板921以及凹模926，下模板921安装在压力机的工作台面上，下模板921的中部安装有顶杆927，凹模926为带有圆形内孔的圆筒状结构，该凹模926圆形内孔的上部分为模腔，下部分安装有起顶料作用的杯状套圈923，杯状套圈923的底部与下模板921相接触；所述的下模板921与凹模926之间还安装有圆环状的下垫板922，下垫板922套在杯状套圈923外，并且凹模926、下垫板922以及下模板921之间通过紧固件连接在一起。所述的杯状套圈923内还安装有其内孔可起凸模导向作用的垫环924，并在杯状套圈923及垫环924的顶面上还安装有圆环状的垫块925。所述的顶杆927为上大下小的台阶状柱体；所述的凹模926上表面还设置两个挡块（该挡块未在图9中示出）。

所述的步骤G、旋压包括以下具体工序：

G.4、安装旋压轮：将旋压轮安装在径向进给机构上；

上述步骤中，所采用的压力机、旋压机均为常用的设备，这里不再对其详细结构作一一赘述。

Claims

1.一种大型车辆铝合金轮辋的制造工艺，其特征在于：该工艺包括以下步骤：

A、下料：将铝合金棒料按定长分段锯成圆柱坯料（1）；

B、预制坯：将圆柱坯料送到摆碾机上进行摆动辗压，得到圆饼坯料（2）；

C、冲孔：在压力机上分别对圆饼坯料的上下两端进行冲孔，制得带上、下两盲孔的圆台状坯料（3），所述上、下两盲孔也分别带有锥度；

D、预锻：将经冲孔后的圆台状坯料切掉盲孔连皮后，在压力机上通过反向挤压模具进行反向挤压，使圆台状坯料的上、下两盲孔形成上大下小的台阶孔，该台阶孔也带有锥度，并使圆台状坯料长度加长形成筒状坯料，制得带上大下小台阶孔的筒状坯料（4）；

E、终锻：继续在压力机上将经预锻后的带上大下小台阶孔的筒状坯料进行终锻，终锻温度为350～400℃，制得带环形轮辐的筒状坯料（5）；

G、旋压：在旋压机上对经扩口切边后的带环形轮辐的筒状坯料进行旋压，得到轮辋毛坯（7）；

H、热处理：将旋压后的轮辋毛坯进行固溶强化处理；

2.根据权利要求1所述的大型车辆铝合金轮辋的制造工艺，其特征在于：所述的步骤B、预制坯中包括以下具体工序：

B.1、准备摆动辗压模具：准备包括上辗压模（81）和下辗压模（82）的摆动辗压模具（8），所述上辗压模（81）的底部为圆锥体，所述下辗压模（82）带有圆饼状模腔；

B.2、安装摆动辗压模具和坯料：将摆动辗压模具的下辗压模（82）固定安装在立式摆碾机的工作台面上，并在400～450℃温度下将圆柱坯料固定在下辗压模的模腔内，同时将底部为圆锥体的上辗压模安装在立式摆碾机的上滑块上；

3.根据权利要求1所述的大型车辆铝合金轮辋的制造工艺，其特征在于：所述的步骤D，预锻包括以下具体工序：

D.1、准备反向挤压模具：准备包括有反向挤压上模和反向挤压下模的反向挤压模具（9），所述的反向挤压下模上设有模腔；

D.3、安装圆台状坯料：在450～500℃温度下将冲孔后制得带上、下两盲孔的圆台状坯料在切掉盲孔连皮后放入反向挤压下模的模腔中；

4.根据权利要求3所述的大型车辆铝合金轮辋的制造工艺，其特征在于：所述的D.1、准备反向挤压模具工序中，反向挤压模具的反向挤压上模和反向挤压下模需经预热处理，预热温度为：250～350℃。

5.根据权利要求3或4所述的大型车辆铝合金轮辋的制造工艺，其特征在于：所述的反向挤压模具（9）包括反向挤压上模（91）和反向挤压下模（92），反向挤压上模（91）包括上模板（911）、凸模（913），并在上模板（911）与凸模（913）之间还安装有凸模垫板（912），所述的上模板（911）安装在压力机的上滑块上，上模板（911）、凸模垫板（912）以及凸模（913）之间通过紧固件连接在一起；所述的反向挤压下模（92）包括下模板（921）以及凹模（926），下模板（921）安装在压力机的工作台面上，下模板（921）的中部安装有顶杆（927），凹模（926）为带有圆形内孔的圆筒状结构，该凹模（926）圆形内孔的上部分为模腔，下部分安装有起顶料作用的杯状套圈（923），杯状套圈（923）的底部与下模板（921）相接触；所述的下模板（921）与凹模（926）之间还安装有圆环状的下垫板（922），下垫板（922）套在杯状套圈（923）外，并且凹模（926）、下垫板（922）以及下模板（921）之间通过紧固件连接在一起。

6.根据权利要求5所述的大型车辆铝合金轮辋的制造工艺，其特征在于：所述的杯状套圈（923）内还安装有其内孔可起凸模导向作用的垫环（924），并在杯状套圈（923）及垫环（924）的顶面上还安装有圆环状的垫块（925）。

7.根据权利要求5所述的大型车辆铝合金轮辋的制造工艺，其特征在于：所述的顶杆（927）为上大下小的台阶状柱体；所述的凹模（926）上表面还设置两个挡块。

8.根据权利要求1所述的大型车辆铝合金轮辋的制造工艺，其特征在于：所述的步骤G、旋压包括以下具体工序：

G.4、安装旋压轮：将旋压轮安装在径向进给机构上；

9.根据权利要求1所述的大型车辆铝合金轮辋的制造工艺，其特征在于：在步骤H、热处理中，所述的将旋压后的轮辋毛坯进行固溶强化处理，该固溶强化为T6处理。

10.根据权利要求1所述的大型车辆铝合金轮辋的制造工艺，其特征在于：在步骤J、表面处理中，所述的表面处理是抛光、喷涂。