CN106862752A - 一种轮毂复合成型方法 - Google Patents

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Abstract

一种轮毂复合成型方法，该方法主要包括：轮辋成型、轮辐成型、轮辋与轮辐的装配连接三个工序，其中轮辋和轮辐通过摩擦焊的方式进行连接。本发明有益效果：可以实现相同材质或者不同材质、相同工艺或者不同工艺制作的轮辋与轮辐的自由连接，并且可以使连接部位强度、金相组织、轮辐与轮辋的同轴度等指标均得到保障。

Description

一种轮毂复合成型方法
技术领域
本发明属于轮毂成型技术领域，具体涉及一种轮毂复合成型方法。
背景技术
目前对于汽车轮毂，主要有钢铁轮毂、铝合金轮毂、镁合金轮毂、复合材料等几种材质。对于钢铁轮毂，通常采用板材焊接-旋压方式制作轮辋与板材冲压制作轮辐焊接拼装的方式生产。对于铝合金轮毂，通常采用铸造、铸造-旋压、锻造-旋压等方式生产，在公开文献及专利中，也有轮辋与轮辐分开制作，然后进行螺栓连接或过盈配合加搅拌摩擦焊连接的报道。对于镁合金轮毂的成型，通常采用低压铸造、锻压（挤压）成型、锻压（挤压）-旋压成型等方式生产。
但是，对于以上各种材质轮毂的各种成型手段，都有一定的局限性并且存在一定的缺点，例如：
（1）钢铁轮毂、铝合金轮毂采用轮辐、轮辋分别制作再通过焊接组装的方式，存在如下问题：①轮辋与轮辐的同轴度无法得到很好的保障；②轮辋与轮辐必须是同种材质或者成分差别不大的材质，否则在焊接组装时存在无法焊合或因为双方收缩率不同而存在焊接应力的问题；③普通焊接热影响区大，焊缝强度低。
（2）铝合金、镁合金轮毂采用整体模锻或模锻-旋压复合成型方式的，存在以下问题：①模锻时成型压力大；②模具结构复杂，设计难度大，成型过程中，容易产生折料、开裂等缺陷；③对坯料的热塑性要求高，坯料必须有良好的成型性能；④不能根据轮辐部分与轮辋部分具体的要求分别进行性能控制。
（3）轮辋与轮辐采用螺栓连接的，存在以下问题：①需要加工连接部位，造成材料浪费，增加轮毂重量，不利于车辆的减重；②螺栓孔周围是车轮的薄弱部位，容易造成车轮失效。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种轮毂复合成型方法，解决目前轮毂成型中存在的问题。
图1为本发明采用惯性摩擦焊方式时的原理图，下面以惯性摩擦焊方式的制作过程来对本发明技术方案进行阐述，种轮毂复合成型方法，包括以下步骤：
步骤一、轮辋制作：将胚料进行加工成型得到轮辋，对成型后的轮辋进行热处理、机械加工并找正，对焊接部位进行清理；
步骤二、轮辐制作：将胚料进行加工成型得到轮辐，对成型后的轮辐进行热处理、机械加工并找正，对焊接部位进行清理；
步骤三、轮辋与轮辐摩擦焊接
（1）将轮辐或轮辋通过夹具夹持到旋转摩擦焊机的固定端；
（2）将轮辋或轮辐通过夹具夹持到旋转摩擦焊机的旋转端，轮辋与轮辐保持一定间距；
（3）使在离合器处于合的状态下，开动电机或液压马达，带动飞轮及轮辋或轮辐旋转；
（4）当飞轮及轮辋或轮辐转速达到要求时，分开离合器；
（5）将旋转摩擦焊机的固定端连同其上的轮辐或轮辋推向旋转端，使轮辋与轮辐的焊接部位接触，并施加轴向顶锻力，飞轮及其上面的轮辋或轮辐所具有的转动机械能经过摩擦作用，转化为内能，使焊接部位温度升高，达到塑性区及焊合温度，从而实现焊合；
步骤四、成型机加工：对焊接完成的轮毂进行机械精加工，并对轮毂表面进行清洗与处理。
本发明步骤三所述工艺过程针对的是惯性摩擦焊，还可以采用连续驱动摩擦焊、相位摩擦焊等其他旋转摩擦焊方式进行。
本发明所述步骤一中轮辋成型的方式为铸造、挤压-环轧、挤压-旋压、挤压、铸造-环轧、铸造-旋压、铸造-挤压中的任一种。
本发明所述步骤二中轮辐成型的方式为铸造、挤压-环轧、挤压、旋压、铸造-环轧、铸造-旋压、铸造-挤压中的任一种。
本发明所述轮辋材质采用镁合金或铝合金或钢铁。
本发明所述轮辐材质采用镁合金或铝合金或钢铁。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种轮毂成型方法，可以实现不同材质、不同工艺制作的轮辋与轮辐自由连接，并且可以使连接部位强度、轮辐与轮辋的同轴度均得到保障，具有以下优点：（1）轮辋部分与轮辐部分分开制作，减小了整体式轮毂成型的成型难度和模具的复杂程度；（2）轮辋部分与轮辐部分分开制作，可以根据各部分不同的受力特点及性能要求，实现不同的成型工艺或者采用不同的材质；（3）轮辋部分与轮辐部分采用旋转摩擦焊方式连接，是一种扩散结合，可以实现不同材质的焊接；（4）轮辋部分与轮辐部分采用旋转摩擦焊方式连接，焊接过程中，轮辐与轮辋有一个相对旋转的轴心，可以使轮辐与轮辋的同轴度得到充分保障；（5）采用旋转摩擦焊的方式连接轮辋与轮辐部分，由于焊缝两侧工件的剪切作用，焊缝区晶粒细小，焊缝强度高，可以提高连接部位的强度；（6）旋转摩擦焊热影响区小，焊缝强度高。
附图说明
图1为本发明轮辋与轮辐摩擦焊接的示意图；
图中标记：1、轮辋，2、轮辐，3、夹具，4、飞轮，5、离合器，6、导轨，F、轴向顶锻力。
具体实施方式
一种轮毂复合成型方法，包括以下步骤：
步骤一、轮辋制作：将胚料进行加工成型得到轮辋，对成型后的轮辋进行热处理、机械加工并找正，对焊接部位进行清理；
步骤二、轮辐制作：将胚料进行加工成型得到轮辐，对成型后的轮辐进行热处理、机械加工并找正，对焊接部位进行清理；
步骤三、轮辋与轮辐摩擦焊接
（1）将轮辐或轮辋通过夹具夹持到旋转摩擦焊机的固定端；
（2）将轮辋或轮辐通过夹具夹持到旋转摩擦焊机的旋转端，该旋转端安装有飞轮；
（3）使轮辋与轮辐保持0~50mm的距离，设定飞轮的转动惯量为0-5000kg*m2，在离合器处于合的状态下，开动电机，带动飞轮及轮辋或轮辐旋转；
（4）当飞轮及轮辋或轮辐转速达到1~5000r/min时，分开离合器；
（5）将旋转摩擦焊机的固定端连同其上的轮辐或轮辋推向旋转端，使轮辋与轮辐的焊接部位接触，并施加0~5MN的轴向顶锻力，飞轮及其上面的轮辋或轮辐所具有的转动机械能经过摩擦作用，转化为内能，使焊接部位温度升高，达到塑性区及焊合温度，从而实现焊合；
步骤四、成型机加工：对焊接完成的轮毂进行机械精加工，并对轮毂表面进行清洗与处理。
进一步，所述步骤一中轮辋成型的方式为铸造、挤压-环轧、挤压-旋压、挤压、铸造-环轧、铸造-旋压、铸造-挤压中的任一种。
进一步，所述步骤二中轮辐成型的方式为铸造、挤压-环轧、挤压、旋压、挤压、铸造-环轧、铸造-旋压、铸造-挤压中的任一种。
进一步，所述步骤一中轮辋的具体成型方式为：将胚料加热到400-450℃，放入锻压模具中，通过锻压形成环状毛坯；将环状毛坯通过环轧方式形成轮辋毛坯。
进一步，所述步骤二中轮辐的具体成型方式为：将坯料加热到400-450℃，放入锻压模具中，通过锻压形成轮辐毛坯。
进一步，所述轮辋材质采用镁合金或铝合金或钢铁。
进一步，所述轮辐材质采用镁合金或铝合金或钢铁。
进一步，所述步骤四中对成型轮毂进行机械加工的方式为精车成型及门气孔成型精加工。
进一步，所述步骤四中对轮毂进行的处理为微弧氧化处理及表面涂装处理。
本发明的创造性在于轮毂的轮辋、轮辐可以采用同一种方法成形，也可以采用不同种方法成形，可以采用同种材质，也可以采用不同材质，通过旋转摩擦焊<惯性摩擦焊、相位摩擦焊、连续旋转摩擦焊都可以>的方式进行轮辋与轮辐的连接。
进一步，当轮辋与轮辐材质不同时，推荐但不限于下表1所示材质组合方式：
表1轮辐与轮辋材质组合方式
部位及部位 钢铁轮辐 铝合金轮辐 镁合金轮辐
钢铁轮辋 √ √
铝合金轮辋 √ √ √
镁合金轮辋 √ √
下面结合实施例对本发明的实施方式作具体说明：
实施例1
轮辋部分采用AM60镁合金锻压及环轧成型，轮辐部分采用AZ31B镁合金锻压成型，具体步骤如下：
步骤一、轮辋成型：
（1）将坯料加热到400℃，放入锻压模具中，通过锻压形成环状毛坯；
（2）将环状毛坯通过环轧方式生产AM60镁合金轮辋毛坯；
（3）通过立车加工轮辋外侧以及轮辋内侧焊接区并找正；
步骤二、轮辐成型：
（1）将坯料加热到410℃，放入锻压模具中，通过锻压形成AZ31B镁合金轮辐毛坯；
（2）通过立车加工轮辐外侧焊接区并找正；
步骤三、轮辋与轮辐摩擦焊接
（1）将轮辋通过夹具夹持到旋转摩擦焊机的固定端；
（2）将轮辐通过夹具夹持到旋转摩擦焊机与飞轮连接的旋转端；
（3）使轮辋与轮辐保持20mm的距离，设置飞轮的转动惯量为3kg*m2，在离合器处于合的状态下，开动电机，带动飞轮及轮辐旋转；
（4）当飞轮及轮辐转速达到4000r/min时，使离合器器分离，然后将选装摩擦焊机的固定端及其上的轮辋推向轮辐，使轮辋与轮辐的焊接部位接触，施加并保持40N的轴向顶锻力；
（5）当飞轮停止转动后，完成焊接；
步骤四、将焊接完成的轮毂在立车及加工中心进行精车成型及气门孔等成型精加工；
步骤五、对成型轮毂进行微弧氧化处理及涂装等表面处理。
实施例2
轮辋部分采用AZ31B镁合金锻压成型，轮辐部分采用6061B铝合金锻压成型，具体步骤如下：
步骤一、轮辋成型：
（1）将坯料加热到400℃，放入锻压模具中，通过锻压形成轮辋毛坯；
（2）通过立车加工轮辋外以及轮辋内侧焊接区并找正；
步骤二、轮辐成型：
（1）将坯料加热到450℃，放入锻压模具中，通过锻压形成轮辐毛坯；
（2）对轮辐进行T6处理使其强度得到提升；
（3）通过立车加工轮辐外侧焊接区并找正；
步骤三、轮辋与轮辐焊接：
（1）将轮辋通过夹具夹持到旋转摩擦焊机的固定端；
（2）将轮辐通过夹具夹持到旋转摩擦焊机焊机与飞轮连接的旋转端；
（3）使轮辋与轮辐保持2mm的距离，设置飞轮的转动惯量为2.5kg*m2，在离合器处于合的状态下，开动电机，带动飞轮及轮辐旋转；
（4）当飞轮及轮辐转速达到4500r/min时，使离合器器分离，然后将选装摩擦焊机的固定端及其上的轮辋推向轮辐，使轮辋与轮辐的焊接部位接触，施加并保持40N的轴向顶锻力；
（5）当飞轮停止转动后，完成焊接；
步骤四、将焊接完成的轮毂在立车及加工中心进行精车成型及气门孔等成型精加工；
步骤五、对成型轮毂进行微弧氧化处理及涂装等表面处理。

Claims (7)

1.一种轮毂复合成型方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、轮辋制作：将胚料进行加工成型得到轮辋，对成型后的轮辋进行热处理、机械加工并找正，对焊接部位进行清理；
步骤二、轮辐制作：将胚料进行加工成型得到轮辐，对成型后的轮辐进行热处理、机械加工并找正，对焊接部位进行清理；
步骤三、轮辋与轮辐摩擦焊接
（1）将轮辐或轮辋通过夹具夹持到旋转摩擦焊机的固定端；
（2）将轮辋或轮辐通过夹具夹持到旋转摩擦焊机的旋转端，该旋转端安装有飞轮；
（3）使轮辋与轮辐保持距离，在离合器处于合的状态下，开动电机，带动飞轮及轮辋或轮辐旋转；
（4）当飞轮及轮辋或轮辐转速达到要求时，分开离合器；
（5）将旋转摩擦焊机的固定端连同其上的轮辐或轮辋推向旋转端，使轮辋与轮辐的焊接部位接触，并施加轴向顶锻力，飞轮以及其上面的轮辋或轮辐所具有的转动机械能经过摩擦作用，转化为内能，使焊接部位温度升高，达到塑性区及焊合温度，从而实现焊合；
步骤四、成型机加工：对焊接完成的轮毂进行机械精加工，并对轮毂表面进行清洗与处理。
2.根据权利要求1所述的一种轮毂复合成型方法，其特征在于：轮辋部分与轮辐部分分别制作，通过旋转摩擦焊的方式进行连接。
3.根据权利要求1所述的一种轮毂复合成型方法，其特征在于：旋转摩擦焊采用惯性摩擦焊或连续驱动摩擦焊或相位摩擦焊。
4.根据权利要求1所述的一种轮毂复合成型方法，其特征在于：所述步骤一中轮辋成型的方式为铸造、挤压-环轧、挤压-旋压、挤压、铸造-环轧、铸造-旋压、铸造-挤压中的任一种。
5.根据权利要求1所述的一种轮毂复合成型方法，其特征在于：所述步骤二中轮辐成型的方式为铸造、挤压-环轧、挤压、旋压、铸造-环轧、铸造-旋压、铸造-挤压中的任一种。
6.根据权利要求1所述的一种轮毂复合成型方法，其特征在于：所述轮辋材质采用镁合金或铝合金或钢铁。
7.根据权利要求1所述的一种轮毂复合成型方法，其特征在于：所述轮辐材质采用镁合金或铝合金或钢铁。
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