CN103950353A - 一种整体式铝合金旋压轮毂及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种整体式铝合金旋压轮毂的制造方法，其方法主要包括（1）选用铝合金中厚板材为初始坯料；（2）采用强力弯曲旋压将铝合金板材中部材料成形轮辐和将铝合金板材边部材料预成形轮辋；（3）采用劈开旋压将预成形轮辋劈开为轮辋前片坯料和后片坯料；（4）采用强力变薄旋压将前片坯料和后片坯料分别成形轮辋前片和轮辋后片。此工艺生产的旋压轮毂，材料利用率高，且材料经过多道次塑性变形，强度高；无需预制锻造或者铸造毛坯，工艺简单，加工成本低，生产效率高；前片和后片无需焊接和螺钉连接，机械性能稳定，安全性能高。

Description

一种整体式铝合金旋压轮毂及其制造方法

技术领域

本发明属于铝合金轮毂制造领域，具体涉及一种整体式铝合金旋压轮毂及其制造方法。

背景技术

长期以来，钢制轮毂占据着汽车轮毂生产的主导地位。随着人们对汽车的安全舒适、节能环保等方面要求的提高，钢制轮毂已不再适应现代汽车的需求，铝合金轮毂的出现，以优异的性能和迅猛的技术发展在现代汽车中得到了广泛的应用。

和钢制轮毂相比，铝合金轮毂重量减轻约30%-40%，有效提高轮毂的转动惯性，使汽车易于加速，并减少了制动所需的能耗，从而降低了油耗；铝合金轮毂吸收振动性能强，减少了行驶中的震动，改善车辆的重心，从而提高了行车的平衡性；铝合金轮毂的散温系数是普通钢铁轮毂的2~3倍，在长时间的高速行驶时仍然可以保持合适的温度，降低刹车系统和轮胎的老化，减少爆胎危险，从而提高了行车的安全性。

和其它铝合金轮毂制作方法相比，旋压法是生产铝合金轮毂的先进方法，该方法的成形工艺具有不受尺寸限制、性能优良、安全性好、节省材料等优点，弥补了低压铸造无法满足大尺寸、锻造法生产成本高以及高负荷的高端产品市场需求等等缺陷；而且该方法生产的轮毂可以使金属保持较高的致密度和轮毂的动平衡，在保证轮毂钢度的同时，又可以使轮毂轻便耐用。

目前，旋压铝合金轮毂，主要分为两片式、三片式和多片式旋压轮毂。这些款式铝合金轮毂，均存在一定程度的连接问题。而其他的整体式铝合金旋压轮毂通常使用锻造-旋压、铸造-旋压等方法，其工艺复杂，制作周期长且成本昂贵。有鉴于此，研制一款整体式铝合金旋压轮毂，就非常有必要。

专利申请号为200910152728.5的“轻质铝合金轮辋的锻旋制造方法”，其专利虽然也提供了一种整体式铝合金旋压轮辋的制造方法，但是其初始坯料需要经过锻造形成，而且后续旋压需要进行加热，成本昂贵，加工周期长。

专利申请号为201010285410.7的“超轻量化汽车铝合金轮毂及其制作方法”，其专利提供的铝合金轮毂的制作方法中轮辋部分和轮辐部分需要进行焊接拼接起来，且其轮辋需要进行卷板和焊接的步骤，工艺复杂，加工周期长，成本昂贵。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种整体式铝合金旋压轮毂。

本发明还提供了一种整体式铝合金旋压轮毂的制造方法，包括以下加工步骤：初始坯料准备、轮辐旋压成形、轮辋劈开旋压成形、轮辋前片和后片旋压成形和精机械加工。

初始坯料准备：选取中厚铝合金板材，分别加工中心孔和外圆边至预定尺寸。

轮辐旋压成形包括以下具体步骤：在旋压机上安装轮辐成形模具；采用尾顶将步骤A所得工件固定在所述轮辐成形模具上；在所述旋压机主轴驱动下，轮辐成形模具、步骤A所得工件及尾顶同时旋转；所述的旋压机旋轮沿轴向和径向进给；在所述的旋压机旋轮的作用下，强力弯曲旋压成形轮辐同时预成形轮辋；经过若干个道次，轮辐旋压成形结束后，取下工件，并卸下所述轮辐成形模具；

轮辋劈开旋压成形包括以下具体步骤：在旋压机上安装轮辋成形模具；采用尾顶将步骤B所得工件固定在所述轮辋前片成形模具上；在所述旋压机主轴驱动下，轮辋成形模具、步骤B所得工件及尾顶同时旋转；所述旋压机的旋轮沿轴向和径向进给；在所述的旋压机旋轮的作用下，将预成形轮辋劈开为轮辋前片坯料和轮辋后片坯料；

轮辋前片和轮辋后片旋压成形包括以下具体步骤：在所述旋压机主轴驱动下，轮辋成形模具、步骤C所得工件及尾顶同时旋转；所述旋压机旋轮沿轴向和径向进给；在所述旋压机旋轮的作用下，将轮辋前片坯料强力变薄旋压成形轮辋前片；所述旋压机旋轮沿轴向和径向进给；在所述旋压机旋轮的作用下，将轮辋后片坯料变薄旋压成形轮辋后片；经过若干个道次，轮辋后片旋压成形结束后，取下工件，并卸下所述轮辋成形模具；

精机械加工包括以下具体步骤：在数控机床上对上述轮毂进行精加工，以中心孔定位，加工轮毂的外侧，使得符合产品的尺寸、精度和公差要求，还需要在轮辐部分加工出螺丝孔和通风孔，最后对所得工件进行抛光。

一种整体式铝合金轮毂，包括轮辋和轮辐，所述轮辋和所述轮辐由同一块铝合金板材旋压而成； 所述由铝合金板材中部材料旋压成形的轮辐连接由铝合金板材边部材料旋压而成的轮辋，所述轮辋包括轮辋前片和轮辋后片，所述轮辐呈向外凸出的盆形结构，所述轮辋前片和所述轮辋后片外侧均成阶梯状。轮辐上设有中心孔，中心孔外围第一圆周设有均匀分布的螺栓孔，中心孔外围第二圆周设有均匀分布的通风孔，第一圆周的半径小于所述第二圆周的半径。

本发明提供的整体式铝合金旋压轮毂及其制造方法具有以下显著效果：

1、本发明中的汽车铝合金旋压轮毂，采用大批量生产的轧制板材制造，原材料成本低，适合大批量工业生产；

2、本发明中的汽车铝合金旋压轮毂，材料利用率高；且材料经过多道次塑性变形，强度高；

3、本发明中的铝合金轮毂制造方法，采用整体式旋压成形工艺，材料利用率高，加工成本低，生产效率高；

4、本发明中的整体式铝合金轮毂，避免了多片式旋压轮毂的连接问题，机械性能稳定，安全性能高，并且外形美观，表面质量好。

附图说明

图1为本发明提供的整体式铝合金旋压轮毂的总体结构示意图。

图2为本发明步骤A所得工件的示意图。

图3为本发明步骤B旋压后轮辐的示意图。

图4为本发明步骤C旋压后的劈开轮辋的示意图。

图5为本发明步骤D旋压后的轮辋前片和后片的示意图。

上图中序号为：1-轮辋、2-轮辐、3-通风孔、4-螺栓孔、5-中心孔。

具体实施方式

以下结合附图，以实施例的方式对本发明的构思、具体结构、制造过程和产生的效果作进一步说明，以充分地了解本发明。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种汽车的整体式铝合金轮毂，包括轮辋1和轮辐2，所述轮辋1和所述轮辐2由同一块铝合金板材旋压而成；所述轮辐2的轴心设有中心孔5，所述轮辐2设有若干螺栓孔4，所述螺栓孔4围绕所述中心孔5均匀分布，所述轮辐2的侧壁设有若干均匀分布的通风孔3，所述通风孔3围绕所述定位孔5均匀分布，且所述通风孔3到中心孔5中心的距离大于所述螺栓孔4到中心孔5中心的距离；所述轮辋1包括轮辋前片和轮辋后片，所述轮辋前片和所述轮辋后片外侧均成阶梯状。

本发明还提供了一种汽车铝合金板旋轮毂的制作方法，采用计算机数字控制的旋压机，将铝合金板料旋压成整体式铝合金轮毂，其加工步骤如下：

A. 初始坯料准备：选取型号为5052的铝合金轧制板材，板材厚度为25毫米，分别按照预定尺寸加工中心孔5和外圆边。其中内圆孔尺寸为160毫米，外圆边尺寸为640毫米，如图2所示。本实施例中铝合金轧制板材的型号、厚度以及所设中心孔、外圆尺寸的大小，仅是为了具体的说明本实施例，并不对被发明的保护范围作进一步的限定，选取其他型号、厚度的铝合金轧制板材、制作其他尺寸的中心孔及外圆边尺寸仍属于本发明的保护范围。

优选的，选取的铝合金轧制板材的厚度范围在8-50毫米范围内，所述步骤B轮辐旋压成形后的侧壁厚度在5-45毫米范围内，所述轮辋前片和所述轮辋后片成形后厚度在0.5-40.0毫米范围内。这种厚度的选取，本申请人是经过创造性的设计的，不仅能达到轮辋和轮辐由同一块铝合金板材旋压而成；而且能达到轮辋前片和轮辋后片也在同一块板上旋压成形。最为重要的是，整体式铝合金旋压轮毂制成后的各项性能符合使用要求。

B. 轮辐旋压成形：在旋压机上安装轮辐成形模具；采用尾顶将步骤A所得工件固定在所述轮辐成形模具上；在所述旋压机主轴驱动下，轮辐成形模具、步骤A所得工件及尾顶同时旋转；所述旋压机旋轮沿轴向和径向进给；在所述的旋压机旋轮的作用下，强力弯曲旋压成形轮辐同时预成形轮辋；此过程需要2-20个道次；其中主轴转速为2-200转/分，旋轮进给率设为0.1-100毫米/转，旋轮的压力设为2-120吨。经过若干个道次，轮辐旋压成形结束后，取下工件，并卸下所述轮辐成形模具；步骤B所得工件如图3所示。本实施例中，步骤B选择的道次数、主轴转速、旋轮进给率、旋轮的压力，仅是为了说明本实施例，并不对被发明的保护范围作进一步的限定。

C. 轮辋劈开旋压成形：在旋压机上安装轮辋成形模具；采用尾顶将步骤B所得工件固定在所述轮辋前片成形模具上；在所述旋压机主轴驱动下，轮辋成形模具、步骤B所得工件及尾顶同时旋转；所述的旋压机的旋轮沿轴向和径向进给；在所述的旋压机旋轮的作用下，将预成形轮辋劈开为轮辋前片坯料和后片坯料；此过程经过1-10个道次，其中主轴转速为1-200转/分，旋轮进给率为0.1-100毫米/转，旋轮的压力为1-60吨。步骤C所得工件轮辋前片如图4所示。本实施例中，步骤C选择的道次数、主轴转速、旋轮进给率、旋轮的压力，仅是为了说明本实施例，并不对被发明的保护范围作进一步的限定。

D、轮辋前片和轮辋后片旋压成形：轮辋前片和轮辋后片旋压成形：在所述旋压机主轴驱动下，轮辋成形模具、步骤C所得工件及尾顶同时旋转；所述旋压机旋轮沿轴向和径向进给；在所述旋压机旋轮的作用下，将前片坯料强力变薄旋压成形轮辋前片；所述旋压机旋轮沿轴向和径向进给；在所述旋压机旋轮的作用下，将后片坯料变薄旋压成形轮辋后片；此过程经过10-50个道次，其中主轴转速为2-300转/分，旋轮进给率为0.1-100毫米/转，旋轮的压力为1-60吨。轮辋后片旋压成形结束后，取下工件，并卸下所述轮辋成形模具；步骤D所得工件轮辋后片如图4所示工件。本实施例中，步骤D选择的道次数、主轴转速、旋轮进给率、旋轮的压力，仅是为了说明本实施例，并不对被发明的保护范围作进一步的限定。

E、精机械加工：在数控机床上对上述轮毂进行精加工，以中心孔5定位，加工轮毂的外侧，使得符合产品的尺寸、精度和公差要求；并在轮辐部分加工8个螺丝孔和8个通风孔，螺栓孔均匀分布在中心孔5外围第一圆周，通风孔均匀分布在中心孔5外围第二圆周，第一圆周的半径小于第二圆周的半径；最后进行抛光。步骤E所得轮毂如图1所示。

在传统制造整体式铝合金轮毂的方法中，主要采用锻造-旋压或者铸造-旋压工艺，工艺复杂，制造成本高。本发明整体式的板材旋压轮毂及其制造工艺首先取消了锻造或者铸造这一步骤，此工艺生产出来的产品工艺简单，加工成本低，生产效率高。此外，此产品消除了二片式或者多片式旋压轮毂的连接不稳定的问题，提高了安全系数和使用寿命。

以上仅是本发明的一个实施例，并非局限本发明。

一种整体式铝合金轮毂的制造方法，至少包括以下步骤：

（1）选用成本低的铝合金中厚板材为初始坯料；

（2）采用强力弯曲旋压将铝合金板材中部材料成形轮辐和将铝合金板材边部材料预成形轮辋；

（3）采用劈开旋压将预成形轮辋劈开为轮辋前片坯料和后片坯料；

（4）采用强力变薄旋压将前片坯料和后片坯料分别成形轮辋前片和轮辋后片。

步骤（2）是通过旋压机上安装轮辐成形模具，进行强力弯曲旋压，成形轮辐，同时预成形轮辋；步骤（3）是通过旋压机上安装轮辋成形模具，进行劈开旋压，将预成形轮辋劈开为轮辋前片坯料和后片坯料成形；步骤（4）是通过强力变薄旋压，先后进行轮辋前片旋压成形和轮辋后片旋压成形。

本发明中的整体式铝合金轮毂，避免了多片式旋压轮毂的连接问题，提高了机械强度稳定性，提高了安全系数，并且外形美观，表面质量好。

采用强力弯曲旋压具体是指在强作用力下旋压，将铝合金板材弯曲成形，包括但不限定旋压机和模具共同实现；

采用劈开旋压具体是指将一块铝合金材料，劈开成不可分割的两部分，包括但不限定旋压机和模具共同实现；

采用强力变薄旋压具体是指在强作用力下旋压，将铝合金板材减薄、延展并成形，包括但不限定旋压机和模具共同实现；

也就是说，本发明的核心在于，整体式铝合金轮毂，避免了多片式旋压轮毂的连接问题，大大提升机械性能稳定，安全性能高。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。显然，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1. 一种整体式铝合金旋压轮毂制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

A. 初始坯料：选取中厚铝合金板材作为旋压坯料，在所述旋压坯料上分别加工一中心孔和外圆边，使所述旋压坯料成为空心圆柱状工件；

B. 轮辐旋压成形：在旋压机上安装轮辐成形模具；采用尾顶将步骤A所得工件固定在所述轮辐成形模具上；在所述旋压机主轴驱动下，轮辐成形模具、步骤A所得工件及尾顶同时旋转；所述的旋压机旋轮沿轴向和径向进给；在所述的旋压机旋轮的作用下，强力弯曲旋压成形轮辐同时预成形轮辋；经过若干个道次，轮辐旋压成形结束后，取下工件，并卸下所述轮辐成形模具；

C. 轮辋劈开旋压成形：在旋压机上安装轮辋成形模具；采用尾顶将步骤B所得工件固定在所述轮辋前片成形模具上；在所述旋压机主轴驱动下，轮辋成形模具、步骤B所得工件及尾顶同时旋转；所述旋压机的旋轮沿轴向和径向进给；在所述的旋压机旋轮的作用下，将预成形轮辋劈开为轮辋前片坯料和后片坯料； 

D. 轮辋前片和轮辋后片旋压成形：在所述旋压机主轴驱动下，轮辋成形模具、步骤C所得工件及尾顶同时旋转；所述旋压机旋轮沿轴向和径向进给；在所述旋压机旋轮的作用下，将所述前片坯料强力变薄旋压成形轮辋前片；所述旋压机旋轮沿轴向和径向进给；在所述的旋压机旋轮的作用下，将所述后片坯料变薄旋压成形轮辋后片；经过若干个道次，轮辋后片旋压成形结束后，取下工件，并卸下所述轮辋成形模具；

E、精机械加工：在数控机床上对步骤D所得工件进行精加工，以所述中心孔定位，加工所述步骤D所得工件的外侧，使包括产品尺寸、精度和公差在内的参数符合预设要求；并在轮辐部分加工若干螺丝孔和若干通风孔；最后对所得工件进行抛光。

2. 根据权利要求1所述的一种整体式铝合金旋压轮毂制造方法，其特征在于，所述步骤A选取的铝合金轧制板材的厚度范围在8-50毫米范围内，所述步骤B轮辐旋压成形后的侧壁厚度在5-45毫米范围内，所述轮辋前片和所述轮辋后片成形后厚度在0.5-40.0毫米范围内。

3. 根据权利要求1所述的一种整体式铝合金旋压轮毂制造方法，其特征在于，所述步骤B中，轮辐旋压成形时，所述旋压机主轴转速设为2-200转/分，旋轮进给率设为0.1-100毫米/转，旋轮的压力设为2-120吨。

4. 根据权利要求1所述的一种整体式铝合金旋压轮毂制造方法，其特征在于，所述步骤C中，轮辋前片旋压成形时，所述旋压机主轴转速设为1-200转/分，旋轮进给率为0.1-100毫米/转，旋轮的压力设为1-60吨。

5. 根据权利要求1所述的一种整体式铝合金旋压轮毂制造方法，其特征在于，所述步骤D中，轮辋前片旋压成形时，所述旋压机主轴转速设为2-300转/分，旋轮进给率为0.1-100毫米/转，旋轮的压力设为1-60吨。

6. 一种整体式铝合金轮毂的制造方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

（1）选用铝合金中厚板材为初始坯料；

（2）采用强力弯曲旋压将铝合金板材中部材料成形轮辐和将铝合金板材边部材料预成形轮辋；

（3）采用劈开旋压将预成形轮辋劈开为轮辋前片坯料和后片坯料；

（4）采用强力变薄旋压将前片坯料和后片坯料分别成形轮辋前片和轮辋后片。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，

步骤（2）是通过旋压机上安装轮辐成形模具，进行强力弯曲旋压，成形轮辐，同时预成形轮辋；

步骤（3）是通过旋压机上安装轮辋成形模具，进行劈开旋压，将预成形轮辋劈开为轮辋前片坯料和后片坯料成形；

步骤（4）是通过强力变薄旋压，先后进行轮辋前片旋压成形和轮辋后片旋压成形。

8.一种整体式铝合金轮毂，其特征在于，包括轮辋和轮辐，所述轮辋和所述轮辐由同一块铝合金板材旋压而成；所述由铝合金板材中部材料旋压成形的轮辐连接由铝合金板材边部材料旋压而成的轮辋，所述轮辋包括轮辋前片和轮辋后片，所述轮辐呈向外凸出的盆形结构，所述轮辋前片和所述轮辋后片外侧均成阶梯状。

9.如权利要求8所述的一种整体式铝合金轮毂，其特征在于，所述轮辐上设有一中心孔，所述中心孔外围第一圆周设有均匀分布的螺栓孔，所述中心孔外围第二圆周设有均匀分布的通风孔，所述第一圆周的半径小于所述第二圆周的半径。

10.如权利要求8所述的一种整体式铝合金轮毂，其特征在于，铝合金轧制板材的厚度范围在8-50毫米范围内，轮辐旋压成形后的侧壁厚度在5-45毫米范围内，所述轮辋前片和所述轮辋后片成形后厚度在0.5-40.0毫米范围内。