CN104815922A - 镁合金汽车轮毂成型装置及成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镁合金汽车轮毂成型装置及成型工艺，包括步骤：A、将轮毂半成品毛坯放入模芯和承压托盘上，调整对应直经的加压盘对轮毂半成品毛坯施加轴向力，压力为0.5~10T；B、采用加热系统对辊压盘，承载模机构的模芯、承压托盘和加压盘，及轮毂半成品毛坯进行加热，加热温度为250~450℃；C、依次选取外边缘圆弧与轮毂半成品毛坯结构对应的辊盘对轮毂半成品毛坯进行辊薄、挤压、延展和翻边的侧向和轴向辊压加工，辊压盘的横向挤压压力为0.5~10T，轴向压力为1~10T。该工艺有效地攻克了传统工艺多步骤、多模具、反复机加工再挤压造成材料流向单一的问题，并使轮毂的材料机械性能得以优化，制造成本降低，有效拓展了镁合金材料在汽车轮毂制作上的应用前景。

Description

镁合金汽车轮毂成型装置及成型工艺

技术领域

本发明涉及一种金属挤压成型装置及成型工艺。特别是涉及经锻造或铸造后的镁合金汽车轮毂半成品毛坯子午线以下及轮辋部份的后续再加工环节，是一种对预留在汽车轮毂半成品毛坯喇叭口筒状部分的材料进行轮辋及子午线下侧的平缝线、止脱线、轮胎安装唇口线和外圆边缘线等再加工的成型装置及成型工艺。

背景技术

汽车工业的快速发展，实现汽车的“轻量化”已在业界达成了共识。

镁合金材料是继铝材以后发现的最轻最强最适宜于制造汽车轮毂的材料。

汽车轮毂属簧下质量，汽车轮毂重量的减轻比车身自重的减轻具有更好的节能效果。

在常温下，镁合金塑性变形比较困难，所以对加工温度的控制要求极为苛刻。同时汽车轮毂的几何形状相对又很复杂，所以在业界内，至今尚未发现用制造铝合金汽车轮毂的工艺技术来制造镁合金汽车轮毂的完整的成功案例。

目前普遍采用铸、锻等常规工艺生产镁合金汽车轮毂。但成型速度慢，模具制造复杂，投入成本高，从而无法形成批量性的规模生产。生产的镁合金汽车轮毂由于制造成本高从而市场售价十分高昂，无法与普通家用骄车和整車厂实现配套。公告)号：CN101234401公开了一种镁合金汽车车轮挤压成形方法及模具，挤压成形方法其工序包括：下料－镦粗－反挤压－机加－正挤压－扩口－热处理－最终机加－表面处理；挤压成形模具包括：反挤压模具、正挤压模具和扩口模具。该发明的方法存在模具多，中间夹带机加后再次模具成型，这样在机加时工件必须冷却后才能进行机加，尔后要再进入模具挤压时势必对工件再升温，反复升温对工件性能不利。并且，采用常规工艺进行轮毂轮辋及子午线以下部份材料的再成型，只能使材料在挤压变形过程中，实现单向直线流动，成型后材料缺乏滑移、攀移、交滑移等充分的位错及位错节点动态再结晶的形核率增加，从而降低材料的韧性强度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种镁合金汽车轮毂成型装置及成型工艺，其颠覆了现有技术的工艺思路，有效地攻克了传统工艺因多步骤、多模具、反复机加工后再挤压造成材料流向单一的问题，采用独特的辊盘机构的侧向和轴向辊薄、挤压、延展、翻边的成型工艺，使镁合金汽车轮毂的生产制造变得简单、可靠、快捷，而且轮毂的材料机械性能得以优化，制造成本大幅度降低，有效拓展了镁合金材料在汽车轮毂制作上的应用前景。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种镁合金汽车轮毂成型装置，包括承载轮毂半成品毛坯的承载模机构、设置在承载模机构周边的辊盘组、速度控制系统和加热系统；所述承载模机构包括模芯、用于承载轮毂半成品毛坯的承压托盘、驱动承压托盘的承载驱动主轴和用于对轮毂半成品毛坯施加轴向压力的加压盘；所述辊盘组包括至少一个辊盘机构；所述辊盘机构包括外边缘呈圆弧的辊压盘和驱动辊压盘横向和轴向移动的伺服机构。该成型装置通过辊盘组中的各辊盘机构依次反复对固定在承载模机构上的轮毂半成品毛坯侧向和轴向辊薄、挤压、延展和翻边成型加工，有效地攻克了传统工艺因多步骤、多模具、反复机加工后再挤压造成材料流向单一的问题，使镁合金汽车轮毂的生产制造变得简单、可靠、快捷，而且轮毂的材料机械性能得以优化，制造成本大幅度降低，有效拓展了镁合金材料在汽车轮毂制作上的应用前景。

为了使辊盘机构中的辊压盘具有一个可靠的加工进刀，所述辊盘机构还包括驱动辊压盘转动的自转机构。通过该自转机构使辊压盘在轮毂半成品毛坯上挤挖形成一定位槽，为后续的辊薄、挤压、延展和翻边加工提供一个有效的入口。

所述辊盘组中的各辊压盘的外边缘圆弧呈不同大小，圆弧分别与成品汽车轮毂的外形各圆弧一致；辊压盘直径根据成品汽车轮毂直径选取，调整范围为￠100~￠450mm。通过选取不同大小外边缘圆弧的辊压盘以切合车轮毂的外形圆弧，使运转平整平稳，保证成型质量和成型速度。

为了使辊压盘，横移支架，升降支架，被动主轴，驱动主轴，以及旋转部件和固定座能长时间正常运行，节省能源损耗，在所述承载模机构的承压托盘、加压盘与各自的转轴之间，以及所述辊盘组中各辊压盘与各自的转轴之间均设有隔热垫片。

一种镁合金汽车轮毂成型工艺，包括步骤：A、毛坯装载，所述毛坯装载包括将轮毂半成品毛坯放入模芯和承压托盘上，调整对应直经的加压盘对轮毂半成品毛坯施加轴向力，压力为0.5~10T；B、加热，采用包括外热式和内热式的加热系统对辊压盘，承载模机构的模芯、承压托盘和加压盘，及轮毂半成品毛坯进行加热，加热温度为250~450℃；C、辊压成型，重复依次从辊盘组中选取外边缘圆弧与轮毂半成品毛坯结构对应的辊盘对所述轮毂半成品毛坯进行辊薄、挤压、延展和翻边的侧向和轴向辊压加工，辊压盘的横向挤压压力为0.5~10T，轴向压力为1~10T；其中，辊压成型时通过速度控制系统对驱动主轴的转动速度和辊压盘的横向或轴向的移动速度进行控制；轮毂半成品毛坯结构包括已完成端面条幅、胎圈座及轮缘部分，并在圆形喇叭口筒状的轮辋上下部位预留轮毂子午线以下部份的成型余量。该加工工艺颠覆了现有技术的工艺思路，有效地攻克了传统工艺因多步骤、多模具、反复机加工后再挤压造成材料流向单一的问题，采用独特的辊盘机构的侧向和轴向辊薄、挤压、延展、翻边的成型工艺，使镁合金汽车轮毂的生产制造变得简单、可靠、快捷，而且轮毂的材料机械性能得以优化，制造成本大幅度降低，有效拓展了镁合金材料在汽车轮毂制作上的应用前景。

为了使辊盘机构中的辊压盘具有一个可靠的加工进刀，为后续的辊薄、挤压、延展和翻边加工提供一个有效的入口，所述辊压成型还包括先选取圆弧较小的辊压盘横向移动接触并启动辊压盘的自转机构挤压轮毂半成品毛坯进行定位槽的挤挖。

为了提高镁合金材料的动态再结晶的晶粒细化，提高轮毂表面成型质量，所述辊压成型还包括辊压盘向轮毂半成品毛坯中心或边缘作轴向上下往复移动过程。

进一步地，为了精细控制挤压加工中材料的流向和成型，控制镁合金材料在额定温度范围内实现动态再结晶时的变形速度和变形程度，所述速度控制系统包括对驱动主轴和辊压盘的速度控制；驱动主轴的速度误差控制在10^-3~10^-2S^-1；辊压盘的速度误差控制在10^-5~10^-3。

为了提高成型加工过程中生产完全，防止金属粉屑在高温下火灾的发生，还包括排屑过程；所述排屑过程采用高压气流的除尘系统。

通过本发明的成型装置和成型工艺对前期镁合金汽车轮毂半成品毛坯制造配套的模具要求低，且模具制作简单，投入成本少，生产周期短。针对汽车轮毂多款式多规格的需求，使用本发明的成型装置可以大大减少轮毂半成品毛坯制造模具的投入，节省投资成本。同时生产过程中更换模具方便，操作简单，比常规模具的换模时间快5~8倍，从而减轻操作工的劳动强度。极大地提高了生产效率，为实现镁合金汽车轮毂产业化和规模化生产提供了有力的技术保障。

附图说明

图1为本发明中成型装置的结构示意图。

图2为本发明中辊盘机构的结构示意图。

图3为本发明中被加工轮毂半成品毛坯的结构示意图。

其中：承载模机构1、驱动主轴固定座10、驱动主轴11、承压托盘12、负压升降系统13、被动主轴固定座14、被动主轴15、加压盘16、辊盘机构2、伺服机构20、横移支架21、升降支架22、辊压盘23、自转机构24、辊轴25、加热系统3、内加热系统30、外加热系统31、恒温控制系统32、速度控制系统4、应变速率控制器40、线速度角速度控制器41、排屑系统5、灭火系统6、冷却循环控制系统7、隔热垫片8、轮毂半成品毛坯9、幅条91、轮缘92、胎圈座93。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

参见图1和图2，一种镁合金汽车轮毂成型装置，包括承载模机构1、设置在承载模机构周边的一辊盘组、加热系统3和控制系统。该承载模机构1包括设置在驱动主轴固定座10上的驱动主轴11、受驱动主轴11驱动的承压托盘12和模芯（图上未示）和负压升降系统13。该负压升降系统13包括设置在一被动主轴固定座14上的被动主轴15和连接在被动主轴15上的加压盘16。驱动主轴11通过一电机驱动。

在承载模机构1周围设置的辊盘组包括多套辊盘机构，可以设立一套、二套、三套或多套，以适应最佳的成型速度和成型质量。根据需要的成型速度和成型质量，适当调整辊轴辊盘机构套数。在本实施例中，由两套辊盘机构2组成一辊盘组。该辊盘组设置在承载模机构的周边。该辊盘机构包括辊轴25、连接在辊轴25一端上的辊压盘23和带动辊压盘上下升降和横向移动的伺服机构20。该伺服机构20为电动或液压伺服机构，包括升降支架22和连接在升降支架22上可竖直上下行走的横移支架21，该辊盘机构2中的辊轴25呈竖直连接在该横移支架21上，辊压盘23通过该横移支架21实现横向移动。参见图3，轮毂半成品毛坯9的结构包括已完成端面条幅91、胎圈座及轮缘部分，并在圆形喇叭口筒状的轮辋上下部位预留轮毂子午线以下部份的成型余量。辊压盘23在与设置在模芯上的轮毂半成品毛坯9挤压时作被动转动。在该辊压盘23中设有一自转机构24可实现自转动功能。辊压盘23的直径大小根据待加工轮毂直径大小进行选择调整，调整范围控制在￠100－￠450mm。辊压盘23的外边缘具有与轮毂切合的圆弧。不同组中的辊压盘23具有不同大小的外边缘圆弧。

该成型装置中的控制系统包括速度控制系统4、恒温控制系统32和冷却循环控制系统7。加热系统3为远红外加热系统，包括外加热系统31和内加热系统30。该加热系统3对辊压盘23，加压盘16，模芯和轮毂半成品毛坯9进行加热，并通过恒温控制系统32进行恒定的温度控制，控制温度范围250~450℃。

该速度控制系统4包括针对辊盘机构2中辊压盘23的线速度角速度控制器41和针对驱动主轴11的应变速率控制器40。线速度角速度控制器41的控制精度为10^-5~10^-3，应变速率控制器40的控制精度为10^-3~10^-2S^-1。

加工时，负压升降系统13中的被动主轴15和加压盘16提升，将镁合金汽车轮毂半成品毛坯9放入模芯上，下降负压升降系统13的被动主轴15和加压盘16将轮毂半成品毛坯9压紧在承压托盘12上，压力为0.5~10T，使在驱动主轴11驱动下能承受轴向力和侧向力的推压，在高速运转中，不会有径向摆动和轴向窜动。由于镁合金材料特性必须在额定的温度范围内可实施深加工。加工前开启内加热系统30和外加热系统31并通过恒温控制系统32进行温度控制，使模芯、辊压盘23和轮毂半成品毛坯9的点面温度达到额定的能成形范围，成形温度为250一450度。镁合金汽车轮毂成形的应变速率控制是轮毂成型成败的关键手段之一。这关系到镁合金材料的动态再结晶的晶粒细化错位，位移，交叉攀移，过快晶粒长大，过慢晶粒不易细化，纤维分佈不均。通过应变速率控制器40控制轮毂半成品毛坯9的转动速度在控制系统范围内，使加工后的轮毂半成品毛坯9表面金相分析晶粒达到2一4μm，使轮毂具有优异的机械性能。

为了使辊压盘23，横移支架21，升降支架22，被动主轴15，驱动主轴11等旋转部件和固定座能长时间正常运行，节省能源损耗，在所述承载模机构1的承压托盘12、加压盘16与各自的主轴之间，以及所述辊盘组中各辊压盘23与各自的辊轴之间均设有隔热垫片8。另外，还设有冷却油或冷却水的冷却循环控制系统7，保证各固定座在15～75度温度内正常运行。成型装置内设置排屑系统5，该排屑系统5采用高压气流。成型装置上部设置的高压吹气管道产生高压气流，将成型装置内的镁屑镁尘带走，进入贮屑桶。为充分保证排屑效果，成型装置内部侧壁呈平整光滑无死角。镁合金在成形过程中产生的遗留镁层残屑通过一采用高压气流的排屑系统进行清理，使尘屑进入固定位置。在成型装置中设有特种镁合金材料灭火系统6。成型装置内壁周围设有温度感应头监测成型装置内部的实际温度，一旦成型装置内温度异常升高并达到系统触发阀值时，感应装置迅速将监测的信号返回灭火装置系统6，系统立即响应，向成型装置内部喷射出隔氧粉体，使异常的温度源与空气迅速隔离，达到扑灭效果。实际上通过除尘系统保证尘屑的及时清理，在成型装置内没有尘屑也就消除了起火的因患。

采用辊盘机构2对轮毂半成品毛坯9进行加工时，选取合适直径的辊压盘23，并确保辊压盘23外边缘圆弧与轮毂、轮辋、平缝线、止脱线、胎唇线及外圆边缘圆弧吻合，使运转平整平稳，保证成型质量和成型速度。加工时，先选取辊压盘23外边缘圆弧大小不同的几套辊盘机构2平行移动到与轮毂半成品毛坯9接触，并启动自转机构24，外边缘圆弧较小的第一组的辊压盘23先接触轮毂半成品毛坯9对轮毂半成品毛坯9进行挤挖定位槽，随后几套按外边缘圆弧大小先小后大来靠近轮毂半成品毛坯9完成定位槽的挤压成形。尔后关闭辊压盘23的自转机构24，使辊压盘23具有被动旋转功能，固定在模芯上的轮毂半成品毛坯9受驱动主轴11驱动带动辊压盘23旋转，开始对轮毂轮辋部分辊薄、挤压、延展、翻边成型加工。加工时通过速度控制系统4中的线速度角速度控制器41对辊压盘23的横向和轴向移动速度进行控制，通过应变速率控制器40控制轮毂半成品毛坯9的转动速度。

采用本发明的成型装置及成型工艺，使镁合金汽车轮毂半成品毛坯轮辋及子午线以下部份材料再加工后的精加工前毛坯，材料流向均匀并相互交叉错位，材料的柔和性及纤维分布得到充分优化，材料的密度更加致密，晶粒也更加细化，机械强度、屈服强度、特别是延伸率等材料性能指标均得到极大的提高。

实际成型的轮辋壁厚度变得更薄更均匀。镁合金材料的利用率可有效提高20~30%，更好地实现了镁合金汽车轮毂毛坯重量的显著减轻，对节省原料、降底轮毂生产成本具有较高的现实意义。而且本发明的实际成型速度比传统的常规设备提高4~6倍。

本发明多功能镁合金汽车轮毂成型装置，对前期镁合金汽车轮毂半成品毛坯制造配套的模具要求低，且模具制作简单，投入成本少，生产周期短。针对汽车轮毂多款式多规格的需求，启用本装置可以大大减少毛坯制造模具的投入，节省投资成本。同时生产过程中更换模具方便，操作简单，比常规模具的换模时间快5~8倍，从而减轻操作工的劳动强度。极大地提高了生产效率，为实现镁合金汽车轮毂产业化和规模化生产提供了有力的技术保障。

具体实施例是为了更清楚地理解本发明，并不作为对本发明权利的一种限制，在不脱离本发明宗旨的前提下，可以有各种各样的变化，所有这些对所述领域技术人员显而易见的修改将包括在本权利要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种镁合金汽车轮毂成型装置，其特征在于：包括承载轮毂半成品毛坯的承载模机构、设置在承载模机构周边的辊盘组、速度控制系统和加热系统；所述承载模机构包括模芯、用于承载轮毂半成品毛坯的承压托盘、驱动承压托盘的承载驱动主轴和用于对轮毂半成品毛坯施加轴向压力的加压盘；所述辊盘组包括至少一个辊盘机构；所述辊盘机构包括外边缘呈圆弧的辊压盘和驱动辊压盘横向和轴向移动的伺服机构。

2.根据权利要求1所述的成型装置，其特征在于：所述辊盘机构还包括驱动辊压盘转动的自转机构。

3.根据权利要求1或2所述的成型装置，其特征在于：所述辊盘组中的各辊压盘的外边缘圆弧呈不同大小，圆弧分别与成品汽车轮毂的外形各圆弧一致；辊压盘直径根据成品汽车轮毂直径选取，调整范围为￠100~￠450mm。

4.根据权利要求1或2所述的成型装置，其特征在于：在所述承载模机构的承压托盘、加压盘与各自的转轴之间，以及所述辊盘组中各辊压盘与各自的转轴之间均设有隔热垫片。

5.一种镁合金汽车轮毂成型工艺，其特征在于包括步骤：

A、毛坯装载，所述毛坯装载包括将轮毂半成品毛坯放入模芯和承压托盘上，调整对应直经的加压盘对轮毂半成品毛坯施加轴向力，压力为0.5~10T；

B、加热，采用包括外热式和内热式的加热系统对辊压盘，承载模机构的模芯、承压托盘和加压盘，及轮毂半成品毛坯进行加热，加热温度为250~450℃；

C、辊压成型，重复依次从辊盘组中选取外边缘圆弧与轮毂半成品毛坯结构对应的辊盘对所述轮毂半成品毛坯进行辊薄、挤压、延展和翻边的侧向和轴向辊压加工，辊压盘的横向挤压压力为0.5~10T，轴向压力为1~10T；

其中，辊压成型时通过速度控制系统对驱动主轴的转动速度和辊压盘的横向或轴向的移动速度进行控制；轮毂半成品毛坯结构包括已完成端面条幅、胎圈座及轮缘部分，并在圆形喇叭口筒状的轮辋上下部位预留轮毂子午线以下部份的成型余量。

6.根据权利要求6所述的成型工艺，其特征在于：所述辊压成型还包括先选取圆弧较小的辊压盘横向移动接触并启动辊压盘的自转机构挤压轮毂半成品毛坯进行定位槽的挤挖。

7.根据权利要求6或7所述的成型工艺，其特征在于：所述辊压成型还包括辊压盘向轮毂半成品毛坯中心或边缘作轴向上下往复移动过程。

8.根据权利要求6或7所述的成型工艺，其特征在于：所述速度控制系统包括对驱动主轴和辊压盘的速度控制；驱动主轴的速度误差控制在10^-3~10^-2S^-1；辊压盘的速度误差控制在10^-5~10^-3。

9.根据权利要求6或7所述的成型工艺，其特征在于：还包括排屑过程；所述排屑过程采用高压气流的除尘系统。

10.根据权利要求6或7所述的成型工艺，其特征在于：还包括排屑过程；所述排屑过程采用高压气流的除尘系统。