CN104191900A - 一体式板材无焊缝车轮及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体式板材无焊缝车轮成型方法，其包括下列步骤：辗压；轮辋轮辐初成型；滚型；压缩整形，以制得一体式板材无焊缝车轮。本发明公开的一体式板材无焊缝车轮成型方法通过冷辗压、冷滚型、冷挤压来成型板材无焊缝车轮，从而使得能耗减少了45-55％，材料成本减少了5-15％；同时却使得车轮强度提高了20-30％。采用本发明所述的方法可以冷轧成型各断面不等厚同时符合力学强度要求的不等厚车轮，此外其还能大大提高车轮的精度等级，使车轮的偏摆量和跳动量减小到最小。另外，采用本发明所述的方法生产出的车轮安全性更好，不需要进行常规的气密性试验。相应地，本发明还公开了采用该一体式板材无焊缝车轮成型方法制得的一体式板材无焊缝车轮。

Description

一体式板材无焊缝车轮及其成型方法

技术领域

本发明涉及一种汽车配件的制造方法，尤其涉及一种板材无焊缝车轮的制造方法。

背景技术

现有的板材车轮制造方法是先分别制造轮辋和轮辐，然后将制造好的轮辋和轮辐合成、焊接在一起，以形成车轮。具体工艺流程包括：

生产轮辋：R-1开卷；R-2压平；R-3对焊；R-4圈圆；R-5对焊；R-6刮渣；R-7端切；R-8、9、10三工序冷轧成型；R-11扩张定径；R-12冲气门孔。

生产轮辐：D-1开卷；D-2轧平；D-3下方料；D-4多工位压型；D-5反拉伸；D-6冲孔；D-7挤压中心孔和螺孔。

将轮辋和轮辐合成为车轮：A-1定位滚道；A-2压配轮辋轮辐；A-3合成焊接。

由此可见，现有的生产板材车轮的工序非常繁杂，上述工序还不包括一些辅助工序，就有二十几道之多，因此其生产效率较低。此外，采用这种工艺生产出的板材车轮还要经过繁杂的气密性检查，从而进一步降低了生产效率。

此外，如图1所示，按照上述工序生产得到的板材车轮在轮辋1和轮辐2之间具有焊缝3，此外还具有轮辋对焊缝4，因此这种车轮的整体强度和刚性并不是很好，在焊缝3和轮辋对焊缝4处很容易发生疲劳断裂。

基于此，希望提供一种大幅提高车轮生产效率和质量强度的板材车轮成型方法，并提供一种由该成型方法生产出的一体式板材无焊缝车轮。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一体式板材无焊缝车轮成型方法，其较之于传统的车轮制造方法能够大幅减少制造工序，从而大大提高生产效率，并能生产出强度高、刚性好、使用寿命长的车轮；此外采用该方法还能够生产出高精度的车轮，采用该方法生产出的车轮，其所有受力面上强度相等而厚度不同。此外，采用该方法生产出的车轮不需要进行焊接，没有焊缝，其不会漏气，不需要气密性检测。

为了实现上述目的，本发明提出了一种一体式板材无焊缝车轮成型方法，其包括步骤：

(1)辗压：将圆料放置于一辗压靠模内，所述辗压靠模的外部轮廓为圆形，采用至少两个沿辗压靠模的圆周方向对称设置的辗压轮，在所述辗压靠模内对圆料进行平面同步辗压，将圆料辗压成车轮坯料；所谓平面辗压，是指辗压轮的辗压轨迹始终是在一个平面内，所谓同步辗压是指至少两个辗压轮的辗压动作是同步的，从而保证圆料的被辗压表面质量均匀，保证圆料表面致密，因此辗压轮越多，圆料表面的辗压痕迹就越致密，表面质量就越好，但辗压轮的设置数量还需要综合考虑经济成本和受力因素；

(2)轮辋轮辐初成型：采用压型凸模和压型凹模在车轮坯料的轴向方向上施加压力，以将车轮坯料压出板材车轮的轮辋轮辐初型；

(3)滚型：滚型：将车轮坯料定位于滚型凸模和滚型凹模之间并压紧，控制滚型凸模和滚型凹模绕其轴心同步转动，同时采用一个或若干个侧压辊在车轮坯料的径向方向上向经过初成型的轮辋初型部分(也即车轮坯料的侧壁部分)施加压力以通过挤压对轮辋初型部分进行进一步精确成型，所述侧压辊在施加压力的同时也绕其自身轴心转动；

(4)压缩整形：将经过滚型步骤的坯料定位于整形凸模和整形凹模之间，由整形凸模和整形凹模在车轮坯料的轴向方向上施加压力，同时采用整形侧压模在车轮坯料整个圆周的径向方向上向坯料的轮辋初型部分施加压力，以同时进行压平、压缩和精整而形成一体式板材无焊缝车轮。

本发明所述的一体式板材无焊缝车轮成型方法中的辗压步骤优选为平面同步错位辗压。所谓错位辗压是指各辗压轮在初始位置的设置是彼此错位的，从而使各辗压轮在圆料表面的辗压轨迹不重合，从而使得圆料表面更加致密。

进一步地，本发明所述的一体式板材无焊缝车轮成型方法，在所述步骤(1)之前还具有步骤：下圆料以及在圆料上冲定位孔，该定位孔用于将圆料稳定放置于辗压靠模内。

进一步地，本发明所述的一体式板材无焊缝车轮成型方法，在所述步骤(3)和步骤(4)之间还包括步骤：挤压中心孔。

进一步地，本发明所述的一体式板材无焊缝车轮成型方法，在所述步骤(3)和步骤(4)之间还包括步骤：挤压螺孔。

进一步地，本发明所述的一体式板材无焊缝车轮成型方法，在所述步骤(3)和步骤(4)之间还包括步骤：挤压风孔。

进一步地，本发明所述的一体式板材无焊缝车轮成型方法还包括步骤(5)：在一体式板材无焊缝车轮上冲气门孔。

上述冲定位孔、挤压中心孔、挤压螺孔、挤压风孔和冲气门孔与现有板材车轮制造工艺中的相应工序并无实质区别，因此本案对这些步骤不再进行详细描述。

进一步地，在本发明所述的一体式板材无焊缝车轮成型方法中，所述步骤(1)中至少两辗压轮的辗压动作包括：至少两辗压轮沿水平方向的进给动作，以及各辗压轮的自转。

进一步地，在本发明所述的一体式板材无焊缝车轮成型方法的步骤(4)中，采用三个侧压辊逐步分三次在车轮坯料的径向方向上向经过初成型的轮辋初型部分施加压力以通过挤压对轮辋初型部分进行进一步精确成型，所述三个侧压辊沿车轮坯料的圆周方向均匀布置。

相应地，本发明还提供了一种采用上述一体式板材无焊缝车轮成型方法制得的一体式板材无焊缝车轮。

进一步地，本发明所述的一体式板材无焊缝车轮的材料为碳钢、铝、镁铝合金或不锈钢。

本发明所述的一体式板材无焊缝车轮成型方法是一种完全不同于现有板材车轮制造方法的生产工艺，如本案的背景技术所述，现有板材车轮制造方法是先分别生产轮辋和轮辐，然后将轮辋和轮辐合成焊接在一起，从而制得有焊缝的板材车轮。而本技术方案采用了一体成型的工艺，其与现有技术完全不同，其主要体现在：

(1)在一体式板材无焊缝车轮的成型过程中开创性地采用了辗压成型工艺，该辗压成型工艺是平面辗压成型，辗压轮除了自转以外，只在辗压靠模的水平面上进给，同时辗压靠模对材料施加约束力，材料通过辗压轮和辗压靠模的相互作用力而变形，因此材料的上表面和下表面均发生变形。采用辗压工艺生产的工件结构更紧密，强度更高，重量更轻，材料消耗更低。此外，采用辗压成型工艺，工件受力大，在成型过程中由于辗压靠模对工件变形具有限制作用而产生变形阻力，促使工件坯料受到挤压，因此工件坯料的变形更加精确。另外，采用辗压成型工艺可以使同一种材料生产的工件的弯曲疲劳寿命大大提高。采用辗压成型工艺，工件的成型方式受限制范围大，属于强制成型，因此可以根据辗压靠模腔体的形状精确成型各种逐步变形的几何截面，成型后轴向和圆周方向的质量均衡、动平衡精度高。还有，通过采用辗压成型工艺可以辗压出等强度车轮(即车轮的所有受力面的强度均相等，符合强度要求)，这种等强度车轮是不等厚车轮，车轮各受力点的受力可以根据需求不同而改变材料的厚度，例如受力小的位置就可以减少材料厚度，从而减少用料，而这种不等厚车轮采用现有的制造方法是无法生产出来的，只有采用本技术方案所述的方法，由于圆料首先是在辗压靠模中成型，因此可以根据车轮的受力要求设计与之相应的辗压靠模。而现有技术无论是生产轮辋，还是生产轮辐，其均采用滚压冲压变形的生产方式，在滚形变形的过程中，滚压靠模是开放式的，其对材料不具有约束力，且滚压轮受控在径向方向上发生位移，其仅改变工件表面的形状，而不会改变工件的厚度。

(2)采用了复合压型(即轮辋轮辐初成型)工艺，从而直接从坯料中压出了一体式板材车轮的轮辋轮辐初型。

(3)采用滚型工艺进一步完成轮辋的变形，从而直接从一体式板材车轮的轮辋轮辐初型进一步精确成型出板材车轮的轮辋部分，从而完成了制造无焊缝板材车轮的关键步骤，该滚型工艺步骤是在材料的塑性变形范围内进行逐步缓慢地冷轧、冷挤压成型和弯曲变形，成型出高强度的轮辋断面。需要说明的是，如同辗压靠模，本技术方案不对滚型凸模、滚型凹模和侧压辊的具体形状进行限定，本技术方案的关键在于这种成型方式，本领域内的技术人员应当可以根据实际产品形状、尺寸等需要设计侧压辊的外轮廓，从而形成符合要求的轮辋形状。

(4)采用了压缩整形工艺，从而保证轮辋和轮辐的相对位置和偏距，确保轮辋标准直径和偏摆要求。

由此可见，本发明所述的一体式板材无焊缝车轮成型方法的生产工序远远少于现有的板材车轮制造方法，因此采用本发明所述的成型方法可以大幅提高生产效率。

此外，由于本发明所述的一体式板材无焊缝车轮成型方法采用了辗压成型和滚型工艺，使得板材车轮的生产过程实现了一体成型，而无需对焊，因此大大提高了车轮的刚性、强度和寿命。此外省略了对焊步骤也相应免除了相关的对焊设备、吸风装置等的设备消耗和功率消耗，还避免了焊接造成的飞溅、烟雾等给环境带来的污染。

同样，采用本发明所述的一体式板材无焊缝车轮成型方法制造的一体式板材无焊缝车轮与通过焊接合成的板材车轮相比，其没有焊缝，安全性更好，不需要进行常规的气密性试验。

采用本发明所述的一体式板材无焊缝车轮成型方法制造的一体式板材无焊缝车轮可以用于乘用车，也可以用于商用车。

附图说明

图1显示了现有的板材车轮的结构。

图2为本发明所述的一体式板材无焊缝车轮成型方法在一种实施方式下的流程示意图。

图3-图14分别显示了图2所示的流程的各步骤。

图15显示了本发明所述的一体式板材无焊缝车轮成型方法在一种实施方式下的滚型步骤中采用的立式冷轧滚型机。

图16为本发明所述的一体式板材无焊缝车轮的结构示意图。

具体实施方式

下面将根据具体实施例和说明书附图对本发明所述的一体式板材无焊缝车轮成型方法做进一步说明，但是具体实施例和相关说明并不构成对于本发明的技术方案的不当限定。

图2显示了本发明所述的一体式板材无焊缝车轮成型方法在一种实施方式下的流程示意图。图3-图14分别显示了各步骤。如图2-图14所示，本实施例按照下述步骤制造一体式板材无焊缝车轮：

B-1：下圆料1(图3)。

B-2：在圆料1上冲中心孔2(图4)。

B-3：将圆料放置于外部轮廓为圆形的辗压靠模3内，采用两个沿辗压靠模的圆周方向对称设置的辗压轮4在辗压靠模3内对圆料进行平面同步错位辗压，将圆料辗压成车轮坯料5，从图中可以看出，在本实施例中，辗压靠模上有两个内陷的腔体31，因此经过辗压的车轮坯料的下表面具有两处凸起。该辗压过程可以由辗压机完成，公开号为CN201744545U的中国专利文献公开了一种辗压机，但是应当了解的是，本发明所涉及的辗压过程的实现并不应当仅限于该辗压机(图5)。

B-4：压型(即轮辋轮辐初成型)：用压型凸模6和压型凹模7在车轮坯料的轴向方向上施加压力，以将车轮坯料压出板材车轮的轮辋轮辐初型(图6)。

B-5，B-6，B-7：三工位复合滚型：将车轮坯料定位于滚型凸模8和滚型凹模9之间，控制滚型凸模8和滚型凹模9绕其共同的轴心同步转动，同时采用三个侧压辊10、11和12逐步分三次在车轮坯料的径向方向上向车轮坯料的侧壁施加压力以在车轮坯料上对轮辋初型部分进行进一步地精确成型，侧压辊10、11和12在施加压力的同时也绕其自身轴心转动，在本技术方案中，滚型凸模8和滚型凹模9与车轮坯料全部接触并压紧，侧压辊10、11、12对车轮坯料施加压力；在本实施例中，侧压辊10、11、12分别分三步完成对轮辋的进一步精确成型，其中步骤B-5中的侧压辊10完成轮辋深槽R的冷轧和挤压，其慢速将材料推进槽腔，并挤压成型(图7)；步骤B-6中的侧压辊11将轮辋平直部分冷轧成型并成型出斜面P，使轮辋部分的形状初步符合轮辋的形状要求(图8)；步骤B-7中的侧压辊12完成轮辋的R边Q的成型(图9)。

在本实施例中，滚型步骤由如图15所示的立式冷轧滚型机完成，但是应当了解的是，该立式冷轧滚型机只是能够实现滚型步骤的一种装置，本技术方案并不应当受限于图15所示的滚型机。

如图15所示，本实施例中的立式冷轧滚型机包括：机架，该机架包括上梁51，底座52，底座支架53，以及六根固定设于上梁51和底座52之间的立柱54，六根立柱54以立式冷轧滚型机的轴心为中心在圆周上均匀布置，即两相邻的立柱54之间的夹角为60°；下传动总成55设于底座52上；三副油缸总成56固定设于上梁51上，油缸总成56的油缸杆与滑块57固定连接，滑块57与上压头总成58固定连接，因此油缸总成56可以驱动上压头总成58在立式冷轧滚型机的轴向方向上(即竖直方向)进给；液压马达，其与下传动总成55和上压头总成58连接，以驱动下传动总成55和上压头总成58绕各自的轴心同步转动；三个侧轧辊总成59以立式冷轧滚型机的轴心为中心在圆周上均匀布置，即两相邻的侧轧辊总成之间的夹角为120°；三个侧轧辊进给油缸，其分别与各侧轧辊总成59连接，以驱动侧轧辊总成59在圆周的径向方向上进给，这三个侧轧辊总成可以同步进给，也可以分别进给；侧轧辊液压马达，其与侧轧辊总成59连接，以驱动侧轧辊总成绕着其各自的轴心转动，侧轧辊液压马达可以控制三个侧轧辊总成同步转动，也可以控制三个侧轧辊总成分别各自转动；滚型凸模510与上压头总成58固定连接；滚型凹模511与下传动总成55固定连接。此外，该立式冷轧滚型机还包括图中未示出的控制系统，该控制系统包括：对应设于各侧轧辊进给机构上位移传感器，用于检测侧轧辊总成的进给位置；伺服阀，其分别与液压马达、侧轧辊进给油缸和侧轧辊液压马达对应连接；控制PLC，其与位移传感器、各伺服阀以及油缸总成连接，实现对各元件转速和进给速度的控制。为了滚型加工的方便，该立式冷轧滚型机的侧轧辊总成在立式冷轧滚型机的轴向方向上(即竖直方向)的位置是可调的，其通过与侧轧辊总成连接的侧轧辊竖直位置调整机构实现。

采用上述立式冷轧滚型机进行滚型的过程为：

(1)将车轮坯料放入凹模511内；

(2)控制油缸总成56带动上压头总成58沿着立式冷轧滚型机的轴向方向向竖直向下进给，直至滚型凸模510压紧车轮坯料；

(3)控制液压马达带动下传动总成55和上压头总成58同步转动，进而带动滚型凸模510、滚型凹模511以及车轮坯料也相应同步转动；

(4)控制侧轧辊进给油缸驱动侧轧辊总成朝着圆周的径向方向进给(水平进给)从而向车轮坯料的侧壁施加变形力，在侧轧辊总成向车轮坯料的侧壁施加变形力的同时，控制侧轧辊液压马达驱动侧轧辊总成自转，直至完成滚型步骤。

B-8：挤压中心孔13(图10)。

B-9：挤压螺孔14(图11)。

B-10：挤压风孔15(图12)。

B-11：压缩整形：将车轮坯料定位于整形凸模16和整形凹模17之间，由整形凸模16和整形凹模17在车轮坯料的轴向方向上施加压力，同时采用整形侧压模18在车轮坯料的径向方向上向车轮坯料的轮辋初型部分施加压力，以形成板材无焊缝车轮(图13)。

B-12：冲气门孔19(图14)。

图16显示了采用上述步骤制得的一体式板材无焊缝车轮，从图中可以看出，该一体式板材无焊缝车轮的形状与现有的板材无焊缝车轮形状相同，但是其轮辐和轮辋过渡处不具有焊缝，因此其强度、刚性、寿命都要远远高于现有的板材车轮。

要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种一体式板材无焊缝车轮成型方法，其特征在于，包括步骤：

(1)辗压：将圆料放置于一辗压靠模内，所述辗压靠模的外部轮廓为圆形，采用至少两个沿辗压靠模的圆周方向对称设置的辗压轮，在所述辗压靠模内对圆料进行平面同步辗压，将圆料辗压成车轮坯料；

(2)轮辋轮辐初成型：采用压型凸模和压型凹模在车轮坯料的轴向方向上施加压力，以将车轮坯料压出板材车轮的轮辋轮辐初型；

(3)滚型：将车轮坯料定位于滚型凸模和滚型凹模之间并压紧，控制滚型凸模和滚型凹模绕其轴心同步转动，同时采用侧压辊在车轮坯料的径向方向上向经过初成型的轮辋初型部分施加压力以通过挤压对轮辋初型部分进行进一步精确成型，所述侧压辊在施加压力的同时也绕其自身轴心转动；

(4)压缩整形：将经过滚型步骤的坯料定位于整形凸模和整形凹模之间，由整形凸模和整形凹模在车轮坯料的轴向方向上施加压力，同时采用整形侧压模在车轮坯料整个圆周的径向方向上向坯料的轮辋初型部分施加压力，以同时进行压平、压缩和精整而形成一体式板材无焊缝车轮。

2.如权利要求1所述的一体式板材无焊缝车轮成型方法，其特征在于，在所述步骤(1)之前还具有步骤：下圆料以及在圆料上冲定位孔。

3.如权利要求1所述的一体式板材无焊缝车轮成型方法，其特征在于，在所述步骤(3)和步骤(4)之间还包括步骤：挤压中心孔。

4.如权利要求1所述的一体式板材无焊缝车轮成型方法，其特征在于，在所述步骤(3)和步骤(4)之间还包括步骤：挤压螺孔。

5.如权利要求1所述的一体式板材无焊缝车轮成型方法，其特征在于，在所述步骤(3)和步骤(4)之间还包括步骤：挤压风孔。

6.如权利要求1所述的一体式板材无焊缝车轮成型方法，其特征在于，还包括步骤(5)：在一体式板材无焊缝车轮上冲气门孔。

7.如权利要求1所述的一体式板材无焊缝车轮成型方法，其特征在于，所述步骤(1)中至少两辗压轮的辗压动作包括：至少两辗压轮沿水平方向的进给动作，以及各辗压轮的自转。

8.如权利要求1所述的一体式板材无焊缝车轮成型方法，其特征在于，所述步骤(3)中，采用三个侧压辊在车轮坯料的径向方向上向经过初成型的轮辋初型部分施加压力以通过挤压对轮辋初型部分进行进一步精确成型，所述三个侧压辊沿车轮坯料的圆周方向均匀布置。

9.一种采用如权利要求1-8中任意一项所述的一体式板材无焊缝车轮成型方法制得的一体式板材无焊缝车轮。

10.如权利要求9所述的一体式板材无焊缝车轮，其特征在于，其材料为碳钢、铝、镁铝合金或不锈钢。