CN108714765A - 一种合金车轮的制造工艺以及合金车轮 - Google Patents

一种合金车轮的制造工艺以及合金车轮 Download PDF

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谭超杰
潘小雨
董琦
余海洋
朱小华
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23P15/00Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60BVEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B3/00Disc wheels, i.e. wheels with load-supporting disc body
    • B60B3/02Disc wheels, i.e. wheels with load-supporting disc body with a single disc body integral with rim

Abstract

本发明公开了一种合金车轮的制造工艺以及合金车轮,所述工艺包括:对物料进行熔炼和铸造,形成车轮的铸造毛坯;利用所述铸造毛坯的剩余温度,对所述铸造毛坯进行热旋压,获得车轮的粗制品;对所述粗制品进行后续加工,获得成品车轮。通过使用该工艺,将熔炼和铸造工序之后所形成的铸造毛坯的剩余温度,作为后续的热旋压工序所需的旋压温度,无需对制件进行额外的加热处理,降低工艺复杂度;并且使得车轮制造过程中所产生的热量能够被合理利用,有效减少车轮制造过程中的热量损失。

Description

一种合金车轮的制造工艺以及合金车轮
技术领域
本发明涉及车轮制造领域,具体涉及一种合金车轮的制造工艺。本发明同时涉及一种合金车轮。
背景技术
在现阶段车轮制造领域中,铝合金车轮具有重量轻、强度大、制动平衡性能好、精度高、导热性好等诸多优点,因此被广泛应用。铝合金车轮的制造流程一般为将铝和其他金属进行高温熔化,将融化后的液态合金注入模具内成型,将成型后的铸造坯料进行后续加工,形成成品车轮。
作为对上述工艺的进一步优化,现阶段广泛使用的制造工艺为在上述铸造工艺的基础上增加了旋压工艺。所增加的旋压工艺,旨在对车轮轮辋进行旋压。该工艺在铸造阶段,将车轮轮辋铸造成圆筒状毛坯,然后对车轮轮辋进行旋压操作,最终形成的车轮轮辋的强度及延伸率较高、结构较致密,因此增强了车轮轮辋的抗冲击能力和气密性。同时,因其轮辋强度较高,故可在满足强度要求的条件下,适当降低轮辋厚度,以减轻整只车轮的质量,实现车轮轻量化,继而降低整车质量,减少燃油消耗。
现阶段,较常用的车轮铸旋工艺为:熔炼—铸造—X光检测—加工定位孔—加热—热旋压—热处理—机加工—整理。然而,该工艺存在以下不足:
在铸造工序和热旋压工序之间存在多个工序,在进行热旋压工序时,铸造后的制件已经冷却,需要对制件进行重新加热,使之达到热旋压所需的温度,因此需增设加热工序,造成工艺复杂度高,且热量损失较大。
发明内容
本发明提供一种合金车轮的制造工艺,以解决现有的合金车轮的制造方法中的工艺复杂度高以及热量损失大的问题。本发明另外提供一种合金车轮。
本发明提供一种合金车轮的制造工艺,该制造工艺包括:
对物料进行熔炼和铸造,形成车轮的铸造毛坯;
利用所述铸造毛坯的剩余温度,对所述铸造毛坯进行热旋压,获得车轮的粗制品;
对所述粗制品进行后续加工,获得成品车轮。
可选的,所述对所述铸造毛坯进行热旋压,包括:
采用无定位孔的旋压方式对所述铸造毛坯的轮辋毛坯进行热旋压操作。
可选的,在所述形成车轮的铸造毛坯之后,在所述利用所述铸造毛坯的剩余温度,对所述铸造毛坯进行热旋压之前,还包括:
对所述车轮的铸造毛坯进行保温,使所述车轮的铸造毛坯的温度保持在热旋压工序所需的温度范围内。
可选的,所述对所述车轮的铸造毛坯进行保温的实现方式包括:
采用自动控温的方式对所述铸造毛坯进行保温。
可选的,所述对所述粗制品进行后续加工,包括:
对所述粗制品进行热处理;
对所述热处理后的制件进行X光检测;
对所述X光检测后的制件进行机加工;
对所述机加工后的制件进行整理。
可选的,所述对所述X光检测后的制件进行机加工,包括:
加工所述制件的中心孔、螺栓孔、通风孔以及气门孔,并对所述制件的表面进行车加工。
本发明还提供一种合金车轮,所述合金车轮采用上述的合金车轮的制造工艺加工而成。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
本申请提供的合金车轮的制造工艺,将熔炼和铸造工序之后所形成的铸造毛坯的剩余温度,作为后续的热旋压工序所需的旋压温度,无需对制件进行额外的加热处理,降低工艺复杂度;并且使得车轮制造过程中所产生的热量能够被合理利用,有效减少车轮制造过程中的热量损失。
附图说明
图1是本申请实施例提供的合金车轮的制造工艺流程图;
图2是本申请实施例提供的熔炼、铸造流程图;
图3是本申请实施例提供的铸造毛坯的结构示意图;
图4是本申请实施例提供的旋压工序的示意图;
图5是本申请实施例提供的在热旋压工序之前和之后,轮辋毛坯的结构对照图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
在本申请提供了一种合金车轮的制造工艺以及一种合金车轮,以下提供实施例对所述工艺进行详细说明。
本实施例提供一种合金车轮的制造工艺,请参考图1,其为本实施例提供的合金车轮的制造工艺流程图。以下结合图1介绍该实施例。
如图1所示,本实施例提供的合金车轮的制造工艺包括以下步骤:
S101,对物料进行熔炼和铸造,形成车轮的铸造毛坯。
本申请提供的合金车轮的制造工艺针对具有一体化结构的合金车轮,该类型车轮的特点是:材质为合金,如铝合金、镁合金等,且车轮轮辐与车轮轮辋为整体式结构。在车轮制造领域,最常见的合金材料为铝合金,如主流的铝硅合金。本实施例以铝合金车轮为例进行说明。
所述对物料进行熔炼和铸造,指的是将合金原材料进行熔化、精炼和铸造。本实施例中该步骤如图2所示,具体为:将指定成份的合金物料、回炉料等进行物料配比,记录配料质量;按预设的熔化参数和熔化温度进行熔化,生成合金液体;用惰性气体将精炼剂吹入合金液中对合金液体进行精炼,用以除去残渣;对合金液体进行除气操作,以除去合金液中溶解的气体,增加其致密性;在上述除气操作的同时,按一定比例向合金液体中添加铝锶、铝钛硼等合金进行合金液体变质操作,以使合金液体在凝固时形成细小晶粒。上述除气操作及变质操作完成后,检测合金液体的密度,如密度达到要求,则将合金液体转注入铸造机的保温炉中,以备后续的铸造工序使用;如果上述合金液体的密度未达到要求,则将合金液体进行浇锭处理(即将合金液体凝固成小体积的块状或棒状等),以便回炉再利用。在上述熔炼合金液体的同时还包括如下过程:清理铸造模具的表面灰尘、残渣等,将铸造模具加热至220℃~250℃,按要求在与合金液体接触的铸造模具表面喷涂保温涂料,再将模具加热至350℃~400℃并安装至铸造机上,最后将浇口套加热至预设温度。在熔炼工序完成、且将铸造模具按上述方式进行处理后,即可进入铸造工序,铸造工序主要包括如下过程:将该合金液体注入铸造模具的型腔中,结合空气冷却或水流冷却等方式进行结晶凝固,使之形成车轮的铸造毛坯。主要的铸造方式包括重力铸造和低压铸造,重力铸造指的是采用重力流动的方式将合金液体注入铸造模具的型腔中,并且采用空气对合金液体进行冷却;低压铸造指的是利用气体压力将所述合金液体压入铸造模具的型腔中,并采用管道压缩空气的方式或水流的方式冷却,并使铸件在一定压力下结晶凝固。
本实施例中采用低压铸造的方式形成车轮的铸造毛坯,如图3所示,所述铸造毛坯为整体式结构,包括轮辐毛坯301和轮辋毛坯302。
S102,利用所述铸造毛坯的剩余温度,对所述铸造毛坯进行热旋压,获得车轮的粗制品。
通过上述熔炼和铸造工序获得铸造毛坯之后,所述铸造毛坯具有较高温度,该温度能够满足后续旋压工序对制件温度的要求,本步骤利用所述铸造毛坯的剩余温度,对所述铸造毛坯进行热旋压,获得车轮粗制品。
旋压指的是将坯料固定在旋压机的模具上,在坯料随机床主轴转动的同时,用旋轮或赶棒加压于坯料,使坯料逐点产生局部塑性变形。使用旋压工序可以完成各种形状的旋转体的拉伸、翻边、缩口、胀形和卷边等工艺。热旋压是相对于常温旋压而言的,指的是使坯料在加热状态下旋压成形,采用热旋压能够较为容易地控制旋压过程中轮辋坯料的变形量以及变形速度,有助于提高旋压精度和旋压效率。
对所述铸造毛坯进行热旋压指的是对所述铸造毛坯的轮辋毛坯进行热旋压。车轮旋压工艺一般通过定位孔配合定位销、以及在模具的压紧作用下进行定位;随着设备精度及强度的提高,也可仅通过模具的压紧作用实现定位。在本实施例中,由于在所述铸造工序后,需要利用铸造毛坯的剩余温度进行热旋压操作,考虑到对所述铸造毛坯加工定位孔所需的时间消耗和温度消耗,因此在所述铸造工序后不进行加工定位孔的操作,在所述铸造工序与旋压工序之间也无其它工序,采用无定位孔、仅使用模具的压紧作用对所述铸造毛坯进行定位的旋压方式对所述铸造毛坯的轮辋毛坯进行热旋压操作,以此保证铸造毛坯的剩余温度能够满足所述轮辋毛坯的热旋压工序对温度的要求。本实施例中,旋压过程如图4所示,在图4中,只需将与铸造毛坯400相接触的旋压模具的上模401、下模402、顶料器403的型面,设计成与所述铸造毛坯400的接触型面完全贴合的形状,同时考虑热胀冷缩引起的细微变化,在尾顶404和顶料块405的压紧作用下使铸造毛坯400与上模401和下模402压紧贴合,以此实现对铸造毛坯400进行定位;在此之后,旋轮406在铸造坯料400随机床主轴转动的同时,根据下模形状对铸造毛坯400进行加压,使所述铸造坯料发生塑性变形,形成预定形状的车轮的粗制品。
例如,在使用铝合金牌号为A356的铝硅合金制造车轮的过程中,熔炼工序时合金液体的温度控制在740℃~760℃,铸造工序时合金液体的温度为690℃~710℃,旋压工序所需的制件温度为340℃~400℃,由此可知,在经铸造工序生成铸造毛坯之后,该铸造毛坯仍然具有较高温度,能够满足热旋压工序所需的温度,可使用所述铸造毛坯的剩余温度作为旋压工序所需温度,而无需对所述铸造毛坯进行重新加热。
需要说明的是,热旋压工序要求制件温度处于特定温度范围内,因此为了防止铸造毛坯的温度下降对上述旋压工序造成影响,需对所述铸造毛坯进行保温操作,使该铸造毛坯的温度保持在热旋压工序所需的温度范围内。本实施例中采用自动控温的方式对所述铸造毛坯进行保温。具体的,以铝合金牌号为A356的铝硅合金为原材料进行车轮铸造后,所生成的铸造毛坯还保留400℃~500℃的温度,将该铸造毛坯放入可进行自动控温的保温炉,该保温炉按预设温度对炉内的铸造毛坯进行温度控制,使得该铸造毛坯在旋压时的温度可保持在340℃~400℃之间,在此之后,轮辋毛坯在旋压机和旋压模具的共同作用下被旋压成型,如图5所示,在图5中,501为热旋压工序之前的铸造毛坯的示意图,502为经热旋压工序之后所获得的车轮的粗制品的示意图。
S103,对所述粗制品进行后续加工,获得成品车轮。
经上述热旋压工序获得车轮的粗制品后,本步骤用于对所述粗制品进行后续加工,以获得最终的成品车轮。本实施例中所述后续加工包括如下工序:热处理—X光检测—机加工—整理,以下对各工序进行详细介绍:
所述热处理指的是对上述工序形成的车轮的粗制品进行热处理,主要包括对所述粗制品进行固溶处理、淬火处理以及时效处理等,固溶处理指的是将车轮的粗制品升温到固溶线以上的单相区域,使溶质全部溶入α基体中,而成为单一固溶相;淬火处理指的是将固溶处理后的单一固溶相淬火到固溶液线以下的温度,得到过饱和固溶体;时效处理指的是将淬火后所得的过饱和固溶体置于恒温中,使其逐渐析出析出物,从而使铸件性质发生变化,该性质包括强度、硬度、韧性、延伸率、疲劳强度、抗腐蚀性、耐应力腐蚀性、导电性等。通过以上的热处理过程,改善合金的切削性能,消除由于车轮的粗制品壁厚不均匀、快速冷却等造成的内应力,稳定铸件的尺寸和组织,防止和消除因高温引起相变从而使制件产生的体积膨大的现象,消除偏析和针状组织,可提高车轮的合金的组织和力学性能。
所述X光检测指的是基于可用信息,采用X射线设备实时检测经热处理之后的粗制品的内部缺陷如缩松、缩孔、针孔等以及缺陷所处位置及分布情况,自动判断缺陷等级并实时反馈。根据X光检测所反馈的结果,可分析产生缺陷的原因并加以改正。该过程主要关注车轮粗制品是否有缺陷,根据所产生的缺陷调整前序工艺,以此达到预防缺陷和保证质量的目的。与超声波、涡流法等可获得车轮表面可见瑕疵的无损检测相比,X光检测能获得车轮铸造缺陷的清晰、完整信息。
所述机加工指的是利用车床或钻床对上述工艺形成的车轮的粗制品的表面进行车削,并对所述车轮的粗制品的中心孔、通风孔、螺栓孔以及气门孔等进行加工,使所述粗制品各部分的构造、形状、尺寸等符合预设的工艺要求。本实施例中,所述机加工采用数控车床及数控加工中心进行加工,以实现加工过程的自动化精确控制。
所述整理指的是对经过上述工序后所形成的车轮制件进行打磨、抛光、电镀或涂装等表面处理,形成成品车轮。
上述实施例提供了一种合金车轮的制造工艺,本申请还提供一种按照上述合金车轮的制造工艺制造而成的合金车轮,该合金车轮的所有加工流程及加工细节严格按照上述实施例所提供的合金车轮的制造工艺进行加工制造,由于上述实施例已对所述制造工艺作了充分说明,在此不再赘述。
本发明虽然以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以做出可能的变动和修改,因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种合金车轮的制造工艺,其特征在于,包括:
对物料进行熔炼和铸造,形成车轮的铸造毛坯;
利用所述铸造毛坯的剩余温度,对所述铸造毛坯进行热旋压,获得车轮的粗制品;
对所述粗制品进行后续加工,获得成品车轮。
2.根据权利要求1所述的合金车轮的制造工艺,其特征在于,所述对所述铸造毛坯进行热旋压,包括:
采用无定位孔的旋压方式对所述铸造毛坯的轮辋毛坯进行热旋压操作。
3.根据权利要求1所述的合金车轮的制造工艺,其特征在于,在所述形成车轮的铸造毛坯之后,在所述利用所述铸造毛坯的剩余温度,对所述铸造毛坯进行热旋压之前,还包括:
对所述车轮的铸造毛坯进行保温,使所述车轮的铸造毛坯的温度保持在热旋压工序所需的温度范围内。
4.根据权利要求3所述的合金车轮的制造工艺,其特征在于,所述对所述车轮的铸造毛坯进行保温的实现方式包括:
采用自动控温的方式对所述铸造毛坯进行保温。
5.根据权利要求1所述的合金车轮的制造工艺,其特征在于,所述对所述粗制品进行后续加工,包括:
对所述粗制品进行热处理;
对所述热处理后的制件进行X光检测;
对所述X光检测后的制件进行机加工;
对所述机加工后的制件进行整理。
6.根据权利要求5所述的合金车轮的制造工艺,其特征在于,所述对所述X光检测后的制件进行机加工,包括:
加工所述制件的中心孔、螺栓孔、通风孔以及气门孔,并对所述制件的表面进行车加工。
7.一种合金车轮,其特征在于,所述合金车轮采用权利要求1-6中的任一项所述的合金车轮的制造工艺加工而成。
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