CN106583963A - 一种提升钢质乘用车车轮疲劳寿命的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提升钢质乘用车车轮疲劳寿命的工艺方法，包括先分别单独加工完成轮辐及轮辋；再将轮辐及轮辋焊接组合成车轮钢圈；最后对车轮钢圈进行油漆烘烤；轮辐和轮辋加工分别采用冲压和辊压工序成形，在轮辐冲压和轮辋辊压成形过程中，二者成形变形量均控制在1.9％～2.1％之间，且确保在冲压或辊压成形过程中构件各部位厚度差≤15％；在轮辐与轮辋焊接时，采用富氩混合气体保护焊，焊丝直径1.2mm，轮辐和轮辋间的焊接接触面开口角度≤0.5°；在对车轮钢圈进行涂漆烘烤时，在150～170℃的环境温度下进行，并持续烘烤50～70min。本发明的有益效果是，钢圈疲劳寿命长、重量轻，加工方法简单、工艺参数容易控制。

Description

一种提升钢质乘用车车轮疲劳寿命的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种乘用车钢质车轮的制造方法，特别涉及本发明涉及一种提升钢质乘用车车轮疲劳寿命的工艺方法。

背景技术

目前，国内外汽车工业界对汽车轻量化有着日益紧迫的要求，为满足汽车轻量化发展需求，在车身上采用高强钢材是实现汽车轻量化的最为基本的技术路线之一。与普通钢种相比，高强钢材除具有更高的强度，还同时拥有较好的工艺性，并有利于提升汽车在碰撞过程中的能量吸收，在减重和安全方面具有双重优势，成为当前及未来实现汽车轻量化的首选材料之一，广泛应用于汽车制造业。

车轮是汽车上典型的承载构件，对于实现汽车的整体轻量化及保证安全性方面具有重要意义。当前国内汽车车轮产量巨大，但普遍采用抗拉强度300～500MPa的低强度级别的材料生产。与国外产品相比，存在尺寸大、质量重等问题。基于此，近年来国内正大力致力于先进高强钢等新材料在汽车车轮上的应用。车轮在实际服役过程中，主要承受来自路面及车身传递的疲劳应力，疲劳性能是评价车轮服役水平的最为关键的性能指标之一。车轮的疲劳性能一般与制造用材、工艺方法有关。与普通钢种相比，先进高强钢在制造过程中更易出现缺陷，影响车轮的疲劳性能。因此，采用合理的工艺流程对于保证车轮的疲劳性能至关重要，而目前国内对此研究涉及较少，未提出成熟的制造工艺方法，指导先进高强钢车轮生产。因此，探索基于钢质车轮疲劳性能提升的工艺方法是当前国内汽车行业急需解决的关键技术问题之一。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种提升钢质乘用车车轮疲劳寿命的工艺方法，该工艺方法通过对轮辐和轮辋几何尺寸、形状，以及焊接过程和焊后处理进行合理规范和控制，以预防或消除加工过程中出现影响疲劳寿命的缺陷，减小或消除钢圈内应力，提高其强度和韧性，从而达到提高疲劳寿命的目的。

为实现前述目的，本发明采用如下技术方案。

一种提升钢质乘用车车轮疲劳寿命的工艺方法，包括先分别加工好轮辐及轮辋，再将轮辐及轮辋焊接组合成车轮钢圈，最后对车轮钢圈再进行油漆烘烤；其中，轮辐的加工包括冲压成形，轮辋的加工包括辊压成形；

在所述轮辐的冲压成形和轮辋的辊压成形过程中，成形塑性变形量控制在1.9％～2.1％之间，且冲压或辊压成形状态的轮辋和轮辐各部位的厚度差≤15％；

在所述轮辐与轮辋焊接时，采用混合气体保护焊，并采用直径1.2或1.6mm的焊丝，且轮辐和轮辋间的焊接接触面开口角度≤0.5°；

在对所述焊接后的车轮钢圈进行涂漆烘烤时，在150～170℃的环境温度下进行，并持续烘烤50～70min。

采用前述技术方案的本发明，通过合理控制成形应变量降低轮辋和轮辐内应力；应变小，强化效应不够，车轮疲劳性能差，应变大容易车轮导致冲压开裂，更容易出现早期破坏；通过控制成形状态的轮辋和轮辐各部位的厚度差，确保轮辋和轮辐自身的整体强度，消除厚度差异较大存在的强度薄弱截面；采用较小直径焊丝，形成低线能量输入的焊接，避免焊缝过热，减小热影响区，缩小焊接应力影响范围；通过轮辐和轮辋间接触面的开口角度控制，使轮辐与轮辋形成良好接触，并可有效减少二者因焊接变形和焊接应力；并充分利用材料的烤漆硬化特性，通过合理控制涂漆温度和时间，对车轮材料产生显著的强化效应，提升车轮疲劳寿命。

在本方案中，材料成形塑性变形量控制为2％、焊丝直径1.2mm、烘烤温度为160℃、烘烤温度为60min时为最佳。

其中，所述混合气体为氩气与二氧化碳形成的富氩混合气体；所述焊丝材料型号ER50-6、ER2205或ER2209。富氩混合气体中的二氧化碳与氩气混合比例的体积比为2∶8。ER50-6碳钢氩弧焊丝为最佳，其具有良好塑性，韧性，抗裂性能，可焊接碳钢和某些低合金钢，所以适用于车轮这类对成形性、抗疲劳性等有较高要求的零件焊接。当然，ER2205、ER2209也都是不错的焊接材料；以通过合理选择焊丝材料型号，确保焊缝强度；同时，利用惰性气体的氩气分别与二氧化碳及合理比例的混合，以适应于高强度钢之间的焊接。

本发明的有益效果是，钢圈疲劳寿命长、重量轻，加工方法简单、工艺参数容易控制。

附图说明

图1是本发明中轮毂钢圈的结构示意图。

图2是本发明中轮辐与轮辋的焊接位置示意图。

图3是本发明图2中的A部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

一种提升钢质乘用车车轮疲劳寿命的工艺方法，用于某系列车型的高强度钢焊接钢圈，该钢圈的轮辐1和轮辋2分别采用DP600和FB540钢板加工，并满足弯曲疲劳寿命≥20万次和径向疲劳寿命≥100万次的要求；DP600和FB540的化学成分见表1。其加工路线为：先分别加工成轮辐1及轮辋2，再将轮辐1和轮辋2两部分通过焊接组合成如图1所示的车轮钢圈，最后对车轮钢圈进行涂漆烘烤处理得到成品，二者的焊接部位如图2所示。

表1轮辐及轮辋用钢化学成分(wt％)

其中，轮辐1加工流程为：下料→预拉延→冲轮毂孔1a→冲压成形→冲轮毂螺栓孔1b→倒角→整形；轮辋2的加工流程为：下料→辊压成形→焊接→翻边→倒角→整形。在轮辐1冲压成形以及轮辋2的辊压成形过程中，成形塑性变形量控制在2.0％，轮辐1与轮辋2各自成形零件后各部位处的最大厚度差≤15％；轮辐1与轮辋2通过直流焊机和气体保护焊焊接成车轮钢圈，并采用直径为1.2mm的ER50-6气体保护焊丝，保护气体为富氩混合气体，其通过氩气和二氧化碳混合形成，二氧化碳与氩气的比例为2∶8的体积百分比，焊接电流大小为110kA、电压为12V、焊速为1～1.5mm/s、保护气体流量0.4～0.6m³/h；轮辐1和轮辋2在轮辐1口部圆周形成无间隙配合，二者之间的焊缝位于轮辐1的口部，在远离轮辐1口部的轮辐底部的二者之间允许有一定间隙，该间隙由口部向底部方向逐渐增大，即在同一相位的轮辐1外母线和轮辋2内母线之间形成一如图3所示夹角α，该夹角称为接触面开口角，该接触面开口角α≤0.5°；再利用轮辐1与轮辋2所使用的DP600和FB540两种钢材的烤漆硬化特性，在焊接后再进行油漆烘烤时，在160℃的环境温度下进行，并持续烘烤60min。

本实施例中，根据轮辐1和轮辋2的厚度中较薄者选择焊丝直径为1.2mm，当厚度较大时，焊丝直径可采用1.6mm；焊丝材料型号可选用ER2205和ER2209中的一种。车轮钢圈涂漆后的烘烤温度还可采用150～170℃中除160℃以外的其他任意温度，如150、155、165、170℃等；烘烤时间也可以采用50～70min中除60min以外的其他时间，如50、55、65、70min等。

根据本发明方法，在不同的工艺条件下获得的多个车轮钢圈试件，其疲劳寿命结果见表2。

表2不同工艺条件下车轮钢圈疲劳寿命

从表2可以看出：采用本发明方法所获得的车轮钢圈的疲劳寿命指标均满足设计要求。超出合理的参数范围或者缺少必要硬化处理，则难以实现发明目的。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，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 (5)

1.一种提升钢质乘用车车轮疲劳寿命的工艺方法，包括以下步骤：

S1：分别单独加工完成轮辐及轮辋；

S2：将轮辐及轮辋焊接组合成车轮钢圈；

S3：对车轮钢圈进行油漆烘烤；

所述轮辐加工包括冲压成形工序；所述轮辋加工包括辊压成形工序；其特征在于，

在所述轮辐冲压和轮辋辊压的成形过程中，二者的成形塑性变形量均控制在1.9％～2.1％之间，且冲压或辊压成形状态的轮辋和轮辐的各部位厚度差≤15％；

在所述轮辐与轮辋焊接时，采用混合气体保护焊，焊丝直径1.2mm或1.6mm，且轮辐和轮辋间的焊接接触面开口角度≤0.5°；

在对所述车轮钢圈进行涂漆烘烤时，在150～170℃的环境温度下进行，并持续烘烤50～70min。

2.根据权利要求1所述的提升钢质乘用车车轮疲劳寿命的工艺方法，其特征在于，所述成形塑性变形量为2％。

3.根据权利要求1所述的提升钢质乘用车车轮疲劳寿命的工艺方法，其特征在于，所述混合气体为富氩混合气体；所述焊丝材料型号ER50-6、ER2205或ER2209。

4.根据权利要求1所述的提升钢质乘用车车轮疲劳寿命的工艺方法，其特征在于，所述烘烤温度为160℃。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的提升钢质乘用车车轮疲劳寿命的工艺方法，其特征在于，所述烘烤时间为60min。