CN104999858A - 钢铝复合材料轻量化轮毂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及轮毂技术领域，具体涉及一种钢铝复合材料轻量化轮毂，所述轮毂包括铝合金基体、外侧轴承孔钢套、内侧轴承孔钢套及多个螺栓孔钢镶件；所述铝合金基体法兰周侧多个车轮螺栓孔和制动盘螺栓孔设有钢镶件；外侧轴承外圈及内侧轴承外圈分别过盈压装入外侧轴承钢套及内侧轴承钢套，从而与所述轮毂连接固定。本发明可实现的技术效果如下：重量轻：相对于黑色金属，减重比例大于50%；强度高：相对于铝合金等轻质材料，局部屈服强度由206Mpa提高到353Mpa以上，提高30%，同时还留有较大的工艺调整范围；工艺面广：成型工艺适用于所有结构形状的轮毂产品；成本低：相对于采用整体高强度铝合金，降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及轮毂技术领域，具体涉及一种钢铝复合材料轻量化轮毂。
背景技术
随着科学的发展，社会的进步，低碳环保已经成为主旋律，应用新技术、新工艺、新材料实现低成本、低能耗、低污染，产品部件的轻量化符合这一趋势，是企业自身发展的需求也是企业应尽的社会义务与责任。轮毂是运动机械的重要组成部分，轻量化轮毂可以减轻运动质量，减小转动惯性，减少运转阻力，有效提高机械传动效率。现有传统技术中的轮毂大多采用铸铁合金或合金结构钢、单一化轻质化材料成型，然而上述两种轮毂存在以下缺陷，具体为：
传统的铸铁合金或合金结构钢轮毂：
在车桥中，轮毂连接半轴、车轮和制动鼓以传递驱动和制动力和力矩，这一使用功能要求轮毂具有较高的强度、刚度和韧性，因此，传统上采用强度和韧性较高的材料制作轮毂，如球铁QT450-5、合金结构钢42CrMo等材料，成型方法主要是铸造和锻造，相对于轻合金材料，铁合金材料轮毂产品生产过程中熔炼温度高能耗高，切削困难加工成本高；在使用过程中，由于密度高重量大，使得驱动能耗高，不利于节能减排。对现用的铁合金材料轮毂进行有限元轻量化结构优化设计，可到达到的减重比例有限，一般不超过10%，满足不了汽车整车根据越来越高的能耗和排放法规对零部件产品提出的轻量化要求。
单一轻质化材料成型的轮毂。
针对铸铁合金和钢材的以上不足，一些密度相对较低的轻质材料被用于制造轮毂，如铝合金、镁合金和高分子聚合体等，成型工艺有砂型铸造、金属型高压铸造、重力或低压铸造、锻造和热固成型。以铝合金为例，其密度和弹性模量大约都只有钢铁材料的三分之一，所以不得不使用更多体积的铝合金以满足产品刚度和强度的要求，减重比例一般不超过40%，同时，铝合金还有一些难以克服的缺点，例如屈服强度低、热膨胀系数大、热衰退显著等，不能可靠地满足使用要求，从而限制了铝合金轮毂的推广应用。
发明内容
为了有效解决上述问题，本发明提供一种钢铝复合材料轻量化轮毂。
所述钢铝复合材料轻量化轮毂的具体技术方案如下：
一种钢铝复合材料轻量化轮毂，所述钢铝复合材料轻量化轮毂采用钢、铝合金材质整体复合制成。
进一步地，所述轮毂包括铝合金基体、外侧轴承孔钢套、内侧轴承孔钢套、外侧轴承外圈、内侧轴承外圈及多个螺栓孔钢镶件；所述外侧轴承外圈及内侧轴承外圈分别过盈配合压装入外侧轴承孔钢套及内侧轴承孔钢套，从而与所述轮毂连接固定，所述铝合金基体法兰周侧的多个螺栓孔设有螺栓孔钢镶件。
进一步地，所述螺栓孔周边围设有螺栓孔钢镶件，所述钢镶件的端面裸露在铝合金基体法兰面上，直接接触螺栓头或其他紧固连接件。
进一步地，车轮螺栓穿过所述车轮螺栓孔镶件，用车轮螺母将轮辋和制动鼓紧固在所述轮毂上；当使用盘式制动器时，制动盘螺栓穿过制动盘螺栓孔镶件（图1中件64），将制动盘紧固在所述轮毂上；当使用ABS装置时，制动加速度传感器的端面齿圈也安装在轮毂上。
进一步地，所述外侧轴承孔钢套采用与所述外侧轴承外圈相同热膨胀系数的材料制成，所述内侧轴承孔钢套采用与所述内侧轴承外圈相同热膨胀系数的材料制成。
一种钢铝复合材料轻量化轮毂的制备方法，用于制备上述的钢铝复合材料轻量化轮毂，所述钢铝复合材料轻量化轮毂通过低压铸造或重力浇铸的工艺成型，制备步骤具体包括：1）制备钢套和镶件，对其表面做过渡金属活性处理；2）熔炼配制铝合金；3）将铝合金液注入安装好预热钢套和镶件的模具中；4）整体成型；5）T6热处理；6）加工检测，装配和使用。
本发明可实现的技术效果如下：
重量轻：相对于黑色金属，减重比例大于50%；
强度高：相对于铝合金等轻质材料，局部屈服强度由206Mpa提高到353Mpa以上，提高30%，同时还留有较大的工艺调整范围；
工艺面广：成型工艺适用于所有结构形状的轮毂产品；
成本低：相对于采用整体高强度铝合金，降低了成本。
附图说明
图1为本发明（钢铝复合轻量化轮毂）的剖面结构示意图；
图2为本发明在轮边部件中的装配结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
本发明提供一种钢铝复合材料轻量化轮毂，如图1所示，所述钢铝复合材料轻量化轮毂包括轮毂本体1，所述轮毂本体1为铝合金基体，采用铝合金整体成形，实现了车桥轮毂的轻量化。
所述外侧轴承孔钢套3和内侧轴承孔钢套5 以及多个螺栓孔镶件61、64通过整体铸造成型工艺与所述轮毂本体1连接固定；
外侧轴承外圈2和内侧轴承外圈4是轴承标准件的一部分，由轴承专业厂提供，其材料一般为碳素合金钢；外侧轴承外圈2和内侧轴承外圈4分别通过过盈配合装配入外侧轴承孔钢套3和内侧轴承孔钢套5中，从而实现所述轻量化轮毂与桥壳的旋转连接。
通过镶铸和轴承外圈相同热膨胀系数的外侧轴承孔钢套3和内侧轴承孔钢套5，实现材料性能的过度，解决了轴承外圈和轴承安装孔之间由于材料不同而引起的热膨胀系数不同，从而导致配合面的热变形不协调问题，本发明在温度变化时，保持了原始设计配合副的配合关系不变，解决了“甩圈”、 ‘“温差装配”、过盈量变化而导致预紧力变化等设计、工艺和使用问题。
并所述钢套和镶件（内侧轴承孔钢套3、外侧轴承孔钢套5以及多个镶件）采用特殊的结构和制备工艺，具体为滚花、沟槽和平面，以及特殊的异种材料连接处理工艺，以激活材料基体，使钢和铝的结合面通过物理和化学的方法更有效的结合。
如图2所示，所述轮毂本体1外周侧均匀设有螺栓孔6，所述螺栓孔6周侧设有螺栓孔镶件61，车轮螺栓62穿过车轮螺栓孔镶件61将轮辋轮圈7和制动鼓8连接在所述轮毂上，并用车轮螺母63紧固；所述螺栓孔镶件61由屈服强度较高的钢材制成，用以直接接触车轮螺栓62和车轮螺母等紧固连接件，以提高产品局部的压溃强度。
本发明还提供一种钢铝复合材料轻量化轮毂的制备方法，用于制备上述的钢铝复合材料轻量化轮毂，所述钢铝复合材料轻量化轮毂通过低压铸造或重力浇铸的工艺成型，制备步骤具体包括：1）制备钢套和镶件，对其表面做过渡金属活性处理；2）熔炼配制铝合金；3）将铝合金液注入安装好预热钢套和镶件的模具中；4）整体成型；5）T6热处理；5）加工检测，装配和使用。
Claims (7)
1.一种钢铝复合材料轻量化轮毂，其特征在于，所述钢铝复合材料轻量化轮毂采用钢、铝合金材质整体复合制成。
2.根据权利要求1所述的一种钢铝复合材料轻量化轮毂，其特征在于，所述轮毂包括铝合金基体、外侧轴承孔钢套、内侧轴承孔钢套、外侧轴承外圈、内侧轴承外圈及多个螺栓孔钢镶件；所述外侧轴承外圈及内侧轴承外圈分别过盈配合压装入外侧轴承孔钢套及内侧轴承孔钢套，从而与所述轮毂连接固定，所述铝合金基体法兰周侧的多个螺栓孔设有螺栓孔钢镶件。
3.根据权利要求2所述的一种钢铝复合材料轻量化轮毂，其特征在于，所述螺栓孔周边围设有螺栓孔钢镶件，所述钢镶件的端面裸露在铝合金基体法兰面上，直接接触螺栓头或其他紧固连接件。
4.根据权利要求3所述的一种钢铝复合材料轻量化轮毂，其特征在于，车轮螺栓穿过所述车轮螺栓孔镶件，用车轮螺母将轮辋和制动鼓紧固在所述轮毂上；当使用盘式制动器时，制动盘螺栓穿过制动盘螺栓孔镶件，将制动盘紧固在所述轮毂上；当使用ABS装置时，制动加速度传感器的端面齿圈也安装在轮毂上。
5.根据权利要求2所述的一种钢铝复合材料轻量化轮毂，其特征在于，所述外侧轴承孔钢套采用与所述外侧轴承外圈相同热膨胀系数的材料制成，所述内侧轴承孔钢套采用与所述内侧轴承外圈相同热膨胀系数的材料制成。
6.一种钢铝复合材料轻量化轮毂的制备方法，用于制备上述权利要求1-5之一所述的钢铝复合材料轻量化轮毂，其特征在于，所述钢铝复合材料轻量化轮毂通过低压铸造或重力浇铸的工艺成型，制备步骤具体包括：1）制备钢套和镶件，对其表面做过渡金属活性处理；2）熔炼配制铝合金；3）将铝合金液注入安装好预热钢套和镶件的模具中；4）整体成型；5）T6热处理；6）加工检测，装配和使用。
7.一种仿生学的设计方法，其特征在于，用高刚度、高强度和和高硬度的材料制成骨架，复合在铝合金基体上。
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