CN102873252B - 大型铝合金轮毂锻造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型铝合金轮毂锻造工艺，特征是：采用大型铝合金轮毂锻造生产线的加工工艺，包括如下步骤：铝合金棒料切割、棒料加热、坯料经预锻液压机预锻压制、工件二次加热保温、工件经轮毂终锻液压机终锻压制及工件扩孔切边整形；生产线包括：棒料切割机、棒料加热炉、夹取工件机械手、预锻液压机、轮毂终锻液压机、轮毂扩孔切边液压机和轮毂压制模具。优点是：可大幅度提高轮毂成品件的机械性能与物理性能及成品率，实现铝合金轮毂一次压制成型，简化铝合金轮毂的压制工艺，大大节省二次加工整形的费用、时间与人力，提高设备在生产制造中的安全性与工作效率。本锻造工艺的自动化程度高，可满足铝合金轮毂的现代化生产制造工艺。

Description

大型铝合金轮毂锻造工艺

技术领域

本发明属于汽车轮毂加工技术领域，特别是涉及一种大型铝合金轮毂锻造工艺。

背景技术

轮毂作为汽车最重要的运动部件之一，对其性能、重量及使用寿命均有很高的要求。近年来，由于铝合金轮毂以其质量轻、散热快、减震性能好、寿命长平衡好等优势，在汽车工业中脱颖而出，并普遍为各种新车型所采用。目前，国内外制造铝合金轮毂的方法主要分为两大类：一类是锻造法，其中，国外最先进的工艺是由连铸工序和三个锻造工序组成，该法虽然质量好，但成品率只有50％左右，价格昂贵。另一类是铸造法，分重力铸造和低压铸造。重力铸造法产品中缩孔、疏松、气孔等缺陷严重，机械强度低，成品率低，国外已经淘汰。传统的压制模具大多采用整体结构，当整体结构模具在压制损坏后，则需要整体更换上、下模具，因此费工费时费料，加大铝合金轮毂生产成本，造成资源极大的浪费；此外，上述压制模具存在加工精度和自动化水平低的缺陷，故不适用于全自动化铝合金轮毂生产线。由于铝轮毂是一种材料密集型、劳动力密集型的低附加值产品，再加上铝铸造是一个有污染、耗能高、工人劳动条件差的行业。因此传统的铝合金轮毂制造方法及配套使用的压制模具急待改进。

基于铝合金的特点：与钢合金相比，相同体积形状下，整体重量减轻，物理性能提升。尤其在汽车，飞机，桥梁，机械机床中等多种领域发展迅速。铝合金轮毂在汽车发展过程中是革命性的进步，降低后的整车重量不仅可大幅度降低能耗，达到节能减排的效果，还可实现降低轮毂对轮胎的损耗，提高轮胎的使用寿命。但是，铝合金压制的温度范围比较窄，毛坯料在一定温度下加热之后，放入预热的模具中进行初、精度锻造，锻压机在低速挤压过程中，补偿工件损失的热量，令工件在极为稳定的温度区间内完成锻压工艺，工件从锻压开始到结束以至整个保压过程中，内部的拉伸、延展和变形相同，以此实现良好的锻压效果。上述等温锻造过程中，保持锻造温度稳定是保证产品质量的关键，传统锻造液压机的温度保持不够稳定，压制速度相对较快，温度转换的速度不如被锻压工件将温度传递给模具之后散失的速度快，所以工件的模锻效果不佳，成品率低。

对于采用传统工艺铸造的轮毂，需要将铝合金棒料加热到溶化易流动的状态，并需要较大功率的加热炉，且加热时间较长，加热完成后所需移动浇注的运行成本较高。冷却开模后，铸造缺陷体现在无法预见和因特殊情况导致的内部沙眼气孔，进而导致轮毂成品率较低，并且铸造成型后几乎所有的表面均需加工。

铝合金轮毂以其美观、安全、稳定、舒适、节能的优异性能普遍为各种新车型所采用，锻造是制造铝合金轮毂的最先进的方法，经锻造的铝合金轮毂强度是一般铝轮毂的3倍，而且重量比铸造的铝合金轮毂轻20％。但是有些造型美观且结构相对复杂的铝合金轮毂，往往不可能一次锻压成型，因而需要进行二次加工，即将压制后的飞边等需经过简单的加工与打磨，上述方式不仅浪费人力、物力和财力，而且加工时间长，故需要与其配套使用的整形切边液压机。目前，传统的切边液压机切边后的飞边废料均是通过人工取出，很多情况下，由于人工操作很容易发生安全事故，进而给生产安全带来很大隐患。

铝合金轮毂在预锻压制和终锻压制完成后均需要对模具的上下模腔进行喷雾润滑处理，大部分铝合金轮毂液压机的喷雾润滑均采用水基石墨。由于该物质极易产生烟雾和有毒有害的气体，对人体产生毒害作用，操作工人在操作时均需要戴着防护口罩，但是由于周围环境长期受到释放污染，因此防护口罩只是简单的防护，而无法达到真正意义上的对工人身体健康保护，很多情况下，这种环境污染对操作人员的身体健康造成了极大的危害。

综上所述，采用传统的铸造或锻压设备已无法满足高生产效率和降低运营成本的需求，故需要铝合金轮毂的自动化生产制造工艺。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种大型铝合金轮毂锻造工艺。

本发明的目的是提供一种可大幅度提高轮毂成品件的机械性能与物理性能以及轮毂锻造效果和成品率，实现结构复杂的铝合金轮毂一次压制成型，进一步简化铝合金轮毂的压制工艺，大大节省后期二次加工整形的费用、时间与人力，提高设备在生产制造中的安全性与工作效率。本锻造工艺的预锻压制、终锻压制及扩孔切边液压机均为全程可视操作，可有效防止有害气雾对操作人员身体造成伤害。此外，工件送料和上料定位准确，便于操作，自动化程度高，故可满足铝合金轮毂的自动化生产制造工艺。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

大型铝合金轮毂锻造工艺，其特征在于：采用大型铝合金轮毂锻造生产线的加工工艺，包括如下步骤：

1)按照设定的长度对铝合金棒料进行切割；

2)将切割的铝合金棒料放置棒料加热炉中加热；

3)将加热的铝合金坯料通过预锻液压机进行预锻压制；

4)预锻压制的工件送入中间加热炉进行二次加热保温；

5)将加热保温的工件送入轮毂终锻液压机中进行终锻压制；

6)经终锻压制的工件通过铝合金轮毂扩孔切边液压机进行扩孔切边整形；

所述大型铝合金轮毂锻造生产线包括：棒料切割机、棒料加热炉、用于取送工件的一号机械手及位于一号机械手一侧的预锻液压机、用于取送工件的二号机械手及设置在二号机械手一侧的轮毂终锻液压机、三号机械手及设置在三号机械手一侧的铝合金轮毂扩孔切边液压机和铝合金轮毂压制模具，所述棒料切割机与棒料加热炉之间设有冷料传输辊道，棒料加热炉另一端与一号机械手之间设有热料传输辊道，所述预锻液压机一侧设置模具加热炉、换模小车及换模小车轨道，在预锻液压机另一侧设有预锻润滑喷雾装置，所述一号机械手与二号机械手之间设置中间加热炉，在二号机械手与三号机械手之间设置传送辊道，在所述轮毂终锻液压机一侧设有终锻润滑喷雾装置。

切割好的铝合金棒料放置棒料加热炉中加热，将铝合金棒料在棒料加热炉内加热达到450-500℃，在棒料加热炉输出铝合金棒料之前，检测铝合金棒料内外温度，使其内外温差保持在20℃；

所述预锻压制的工件通过一号机械手送入中间加热炉对其进行二次加热保温3-5分钟，使其达到500℃。

本发明还可以采用如下技术方案：

加热至450-500℃的铝合金坯料通过一号机械手送入预锻液压机的模具中进行预锻压制，并将铝合金坯料压制成盘状，并由预锻液压机顶出盘状工件，然后通过预锻润滑喷雾装置对预锻液压机模具中心区域喷涂油基石墨润滑剂。

将二次加热保温至500℃的盘状工件通过二号机械手送入轮毂终锻液压机中进行终锻压制成底盘轮辐状，并由轮毂终锻液压机顶出底盘轮辐状工件，通过终锻润滑喷雾装置对终锻液压机模具中心区域喷涂油基石墨润滑剂。

经终锻压制的工件通过铝合金轮毂扩孔切边液压机进行扩孔切边整形，通过所述三号机械手送入扩孔切边液压机内的扩孔切边整形模具的下模上，下模为凸形模具；扩孔切边液压机的滑块下行，使扩孔切边整形模具的凹形上模下压，使上模与下模合模，并将轮毂下压入凸形下模上，此时可完成轮毂的扩孔加工，在其接近完成扩孔的同时，即凹形上模完全下移到位时，由凹形上模的切刀对轮毂周边的飞边进行切边；与此同时，启动自动切边打料装置的打料气缸，再将切下的飞边通过打料头打到位于机身左侧的集废料盒中，然后，扩孔切边液压机的下顶出缸将铝合金轮毂顶起，由三号机械手从扩孔切边液压机内取出铝合金轮毂，至此完成了铝合金轮毂一次切边整型操作；经扩孔切边整形后的轮毂开口处呈喇叭口状，在轮毂底面制有中心孔。

本发明具有的优点和积极效果是：由于本大型铝合金轮毂锻造工艺采用热模锻造和扩孔切边加工相结合的工艺形式，并通过自动化控制和人工监控来实现全工艺的最大程度自动化生产，从棒料切割，传送，锻造，扩孔，取料放料，喷雾润滑，均实现了自动化控制，为整个锻造工艺的规模化生产提供了有力的支持。不仅可实现结构复杂的铝合金轮毂一次压制成型，进一步简化铝合金轮毂的压制工艺，大幅度节省后期二次加工整形的费用、时间与人力，提高设备在生产制造中的安全性与工作效率；而且还可改善了操作人员在锻造现场的工作环境，以防止锻造车间粉尘灰尘烟雾等对环境和人身体造成的污染。通过锻造工艺所生产的铝合金轮毂重量较之铸造轮毂的重量更轻，组织结构更加均布，锻造轮毂工艺提高了轮毂锻造后的整体性能，大大缩短了生产时间，提高了生产效率，适合大批量，大规模的轮毂生产。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图；

图2是本发明工艺中采用的大型轮毂锻造生产线示意图；

图3是图2中轮毂预锻压机结构示意图；

图4是图3中预锻、终锻压机使用的压制模具结构示意图；

图5是图3中铝合金轮毂扩孔切边液压机的结构示意图；

图6是图5中铝合金轮毂扩孔切边液压机自动切边打料装置的结构示意图。

图中：1、棒料切割机；2、冷料传输辊道；3、棒料加热炉；4、热料传输辊道；5、模具加热炉；6、换模小车；7、轮毂预锻液压机；8、一号机械手；9、中间加热炉；10、预锻润滑喷雾装置；11、轮毂终锻液压机；12、二号机械手；13、终锻润滑喷雾装置；14、传送辊道；15、三号机械手；16、轮毂扩孔切边液压机；16-1、机身；16-2、主缸；16-3、滑块；16-4、上顶出缸；16-5、自动切边打料装置；16-5-1、打料气缸；16-5-2、气缸支架；16-5-3、高度微调机构；16-5-4、定距调整板；16-5-5、打料头；16-5-6、支架；16-6、工作台垫板；16-7、上支撑轨道；16-8、下支撑轨道；16-9、可视操作安全门；16-10、下顶出缸；17、压制模具；17-1、下模座；17-2、下模芯；17-3、下模顶料器；17-4、上模座；17-5、上模芯；17-6、上模顶料杆；17-7、上模芯定位销；17-8、上下模导柱；17-9、下模芯定位销；17-10、卡板；17-11、下模板；17-12、垫板；17-13、下模座定位销；17-14、上模板；17-15、中心孔；18、换模小车轨道。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1-图6，大型铝合金轮毂锻造工艺，采用大型铝合金轮毂锻造生产线的加工工艺，包括如下步骤：

1)按照设定的长度对铝合金棒料进行切割；

2)将切割的铝合金棒料放置棒料加热炉中加热；

3)将加热的铝合金坯料通过预锻液压机进行预锻压制；

4)预锻压制的工件送入中间加热炉进行二次加热保温；

5)将加热保温的工件送入轮毂终锻液压机中进行终锻压制；

6)经终锻压制的工件通过铝合金轮毂扩孔切边液压机进行扩孔切边整形；

所述大型铝合金轮毂锻造生产线包括：棒料切割机1、棒料加热炉3、用于取送工件的一号机械手8及位于一号机械手一侧的预锻液压机7、用于取送工件的二号机械手12及设置在二号机械手一侧的轮毂终锻液压机13、三号机械手15及设置在三号机械手一侧的铝合金轮毂扩孔切边液压机16和铝合金轮毂压制模具17，所述棒料切割机与棒料加热炉之间设有冷料传输辊道2，棒料加热炉另一端与一号机械手之间设有热料传输辊道4，所述预锻液压机一侧设置模具加热炉5、换模小车6及换模小车轨道18，在预锻液压机另一侧设有预锻润滑喷雾装置10，所述一号机械手与二号机械手之间设置中间加热炉9，在二号机械手与三号机械手之间设置传送辊道14，在所述轮毂终锻液压机一侧设有终锻润滑喷雾装置13。

所述铝合金轮毂压制模具17包括上模板17-14和下模板17-11，所述上模板与压机滑块下端的上保温板连接，所述下模板11与压机下梁上的下保温板连接，在上模板和下模板的中心部位均设有中心孔17-15。在上模板底面紧固有上模座17-4，所述上模座上固装有上模芯17-5，在上模芯对应上模板中心孔的位置处设有与压机上顶出缸活塞杆连接的上模顶料杆17-6。本实施例中，所述上模座通过上下模导柱17-8与下模座17-1固定，所述上模板通过上模芯定位销17-7与上模座和上模芯固定。所述下模板上端面紧固有垫板17-12和位于垫板两侧的下模座，在垫板上固装下模芯17-2，所述下模芯对应下模板中心孔位置处设有贯穿下模芯和垫板的下模顶料器17-3，所述下模顶料器下端制有导向台肩。本实施例中，所述下模板通过下模座定位销17-13与下模座固定，所述下模芯通过下模芯定位销17-9与垫板固定，在下模芯中心孔靠近下端的内壁上制有便于卡板上下运动的导向槽，所述导向槽内设有用于下模顶料器导向的卡板17-10。

所述铝合金轮毂切边液压机16包括上梁、下梁及支柱构成的机身16-1、安装在上梁上的主缸16-2以及与主缸连接的滑块16-3，在滑块内装有上顶出缸16-4，下梁上端面装有工作台垫板16-6，在下梁内装有下顶出缸16-10。所述机身支柱内侧安装有自动切边打料装置16-5，所述自动切边打料装置包括安装于机身支柱内侧的支架16-5-6和与其连接的定距调整板16-5-4，所述支架上装有高度微调机构16-5-3，所述支柱该侧还装有一端与气缸支架16-5-2连接的打料气缸16-5-1，所述打料气缸前端部连接有打料头16-5-5。

所述机身正面通过上支撑轨道16-7装有可在其上滑动的护罩16-10，并通过下支撑轨道16-8和滑轮12安装有可视操作安全门16-9。所述可视操作安全门9上装有可视窗，本实施例中，所述可视窗为耐高温有机玻璃制作。

大型铝合金轮毂锻造工艺的具体步骤：

将铝合金棒料输送到棒料切割机1上，按照设定的长度进行切割，切割过程中要求铝合金棒料的两端切断面相互平行。

将切割好的铝合金棒料通过冷料传输辊道2自动传送并放置棒料加热炉3中加热，本实施例中，所述铝合金棒料加热炉3采用中频加热炉。将铝合金棒料在棒料加热炉内加热达到450-500℃，棒料加热炉送出铝合金棒料之前，需要检测铝合金棒料内外温度，使其内外温差保持在20℃。不合格棒料继续加热或被剔除。

所述加热至450-500℃的铝合金坯料通过一号机械手8夹取并送入预锻液压机7的铝合金轮毂压制模具17中进行预锻压制，经一号机械手送至预锻压机的压制模具中，放好后，预锻压机的滑块下行，并带动上模下移。上模压制到位，经定位销与下模完全封闭贴合，预锻压机挤压成型，经过30秒钟的保压，滑块回程至上行位置，此时上模顶料杆始终顶住铝合金轮毂工件使其保持在下模内，然后滑块与预锻压机上顶出缸同步上升至一定高度后(适合喷淋或人工观察的高度)，下顶出缸同时向上定出铝合金轮毂工件，并使其完全顶出下模腔，以方便机械手夹取，然后下顶出缸退回，即铝合金轮毂完成压制成型。将铝合金坯料压制成盘状，其完成预锻成型的工件温度约为450℃。

经过预锻压制的盘状工件由一号机械手8夹取，并旋转送到中间加热9的炉口，放置盘状工件入炉继续加热保温。此时，当一号机械手取出工件后，下一个工件未放入前，由预锻润滑喷雾装置10对压制模具上下模腔的中心区域进行2-3秒的喷雾润滑，喷涂油基石墨润滑剂。

所述预锻压制呈盘状工件通过一号机械手送入中间加热炉9对其进行二次加热保温3-5分钟，使其加热温度达到500℃。中间加热炉的作用为在预锻成型后的工件再次进行加热，以提高铝合金的金属流动性，降低抗性。

将二次加热保温至500℃的盘状工件通过二号机械手12夹取送入轮毂终锻液压机11中进行终锻压制成底盘轮辐状，并由轮毂终锻液压机顶出底盘轮辐状工件，轮毂终锻压机的压制动作和预锻压机压制动作一致。然后，由二号机械手夹取工件放置到二号机械手与三号机械手15之间的传送辊道14上。此时，通过终锻润滑喷雾装置13对终锻液压机模具中心区域进行2-3秒的喷雾润滑，喷涂油基石墨润滑剂。

终锻工件的扩孔切边工序：经终锻压制的工件进行通过铝合金轮毂扩孔切边液压机16进行扩孔切边整形，被终锻后的工件由二号机械手12夹取放在中间暂存平台上，再由三3号机械手15夹取放入扩孔切边液压机内，完成扩孔切边冲孔加工，此项加工所需要时间约为15-20s。

通过所述三号机械手送入扩孔切边液压机扩孔切边整形模具的下模上，下模为凸形模具；扩孔切边液压机的滑块下行，使扩孔切边整形模具的凹形上模下压，使上模与下模合模，并将轮毂下压入凸形下模上，此时可完成轮毂的扩孔加工，在其接近完成扩孔的同时，即凹形上模完全下移到位时，由凹形上模的切刀对轮毂周边的飞边进行切边；与此同时，启动自动切边打料装置16-5的打料气缸16-5-1，再将切下的飞边通过打料头16-5-5打到位于机身左侧的集废料盒中，然后，扩孔切边液压机的下顶出缸将铝合金轮毂顶起，由三号机械手从扩孔切边液压机内取出铝合金轮毂，至此完成了铝合金轮毂一次切边整型操作；经扩孔切边整形后的轮毂开口处呈喇叭口状，轮毂底部的中心孔依靠扩孔切边液压机的上顶出缸，在合模后完成冲压完成。

所述预锻液压机一侧设置模具加热炉5、换模小车6及换模小车轨道18，通过换模小车将模具加热炉中加热的模具分别放入预锻成型液压机和终锻成型液压机中，由压机中的快速换模夹紧器将模具和压机上下工作台进行快速夹紧。

Claims (4)

1.一种大型铝合金轮毂锻造工艺，其特征在于：采用大型铝合金轮毂锻造生产线的加工工艺，包括如下步骤：

1)按照设定的长度对铝合金棒料进行切割；

2)将切割的铝合金棒料放置棒料加热炉中加热；

3)将述加热的铝合金坯料通过预锻液压机进行预锻压制；

4)预锻压制的工件送入中间加热炉进行二次加热保温；

5)将加热保温的工件送入轮毂终锻液压机中进行终锻压制；

6)经终锻压制的工件通过铝合金轮毂扩孔切边液压机进行扩孔切边整形；

所述大型铝合金轮毂锻造生产线包括：棒料切割机、棒料加热炉、用于取送工件的一号机械手及位于一号机械手一侧的预锻液压机、用于取送工件的二号机械手及设置在二号机械手一侧的轮毂终锻液压机、三号机械手及设置在三号机械手一侧的铝合金轮毂扩孔切边液压机和铝合金轮毂压制模具，所述棒料切割机与棒料加热炉之间设有冷料传输辊道，棒料加热炉另一端与一号机械手之间设有热料传输辊道，所述预锻液压机一侧设置模具加热炉、换模小车及换模小车轨道，在预锻液压机另一侧设有预锻润滑喷雾装置，所述一号机械手与二号机械手之间设置中间加热炉，在二号机械手与三号机械手之间设置传送辊道，在所述轮毂终锻液压机一侧设有终锻润滑喷雾装置；

将切割好的铝合金棒料放置棒料加热炉中加热，将铝合金棒料在棒料加热炉内加热达到450-500℃，在棒料加热炉输出铝合金棒料之前，检测铝合金棒料内外温度，使其内外温差保持在20℃；

所述预锻压制的工件通过一号机械手送入中间加热炉对其进行二次加热保温3-5分钟，使其达到500℃。

2.根据权利要求1所述的大型铝合金轮毂锻造工艺，其特征在于：加热至450-500℃的铝合金坯料通过一号机械手送入预锻液压机的模具中进行预锻压制，并将铝合金坯料压制成盘状，并由预锻液压机顶出盘状工件，然后通过预锻润滑喷雾装置对预锻液压机模具中心区域喷涂油基石墨润滑剂。

3.根据权利要求1所述的大型铝合金轮毂锻造工艺，其特征在于：将二次加热保温至500℃的盘状工件通过二号机械手送入轮毂终锻液压机中进行终锻压制成底盘轮辐状，并由轮毂终锻液压机顶出底盘轮辐状工件，通过终锻润滑喷雾装置对终锻液压机模具中心区域喷涂油基石墨润滑剂。

4.根据权利要求1所述的大型铝合金轮毂锻造工艺，其特征在于：经终锻压制的工件通过铝合金轮毂扩孔切边液压机进行扩孔切边整形，通过所述三号机械手送入扩孔切边液压机内的扩孔切边整形模具的下模上，下模为凸形模具；扩孔切边液压机的滑块下行，使扩孔切边整形模具的凹形上模下压，使上模与下模合模，并将轮毂下压入凸形下模上，此时可完成轮毂的扩孔加工，在其接近完成扩孔的同时，即凹形上模完全下移到位时，由凹形上模的切刀对轮毂周边的飞边进行切边；与此同时，启动自动切边打料装置的打料气缸，再将切下的飞边通过打料头打到位于机身左侧的集废料盒中，然后，扩孔切边液压机的下顶出缸将铝合金轮毂顶起，由三号机械手从扩孔切边液压机内取出铝合金轮毂，至此完成了铝合金轮毂一次切边整型操作；经扩孔切边整形后的轮毂开口处呈喇叭口状，在轮毂底面制有中心孔。