CN108971903A - 一种轮辐轮毂全旋压制造车轮的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮辐轮毂全旋压制造的方法，包括以下加工步骤：旋压坯料准备和装机，轮辐和轮毂旋压成形，后期机械加工和热处理。本发明针对现有车轮制造技术中多片式的轮毂和轮辐在制造时需要开设多条产线，相应的很可能会有多家原材供应商，分体制造完成后还需要组装线，如果采用焊接方式组装还会恶化工作环境，这样就会占用太多的资源；而一片式锻造需要的设备造价高，中小企业难以承受的问题，提供了一种轮辐轮毂全旋压制造车轮的方法。使用本发明提供的方法，大大减化了车轮制造流水线的布局和减少了各种机台的使用数量，降低了能耗，减化了生产管理，减少了人员的操作数次，使汽车车轮成品合格率大大提升。

Description

一种轮辐轮毂全旋压制造车轮的方法

技术领域

本发明涉及机械制造领域，特别是涉及一种轮辐轮毂全旋压制造车轮的方法。

背景技术

目前，对于所有的地面交通工具，也就是汽车，都需要车轮与轮胎，同样的情况也适用于航空器在地面停放和滑行状态，航空器的起落装置也需要机轮和轮胎。

车轮(机轮)与轮胎是汽车行驶系(航空器的起落装置)中的重要部件，其功用是：支承整车(航空器)；缓和由路面传来的冲击力；通过轮胎同路面间存在的附着作用来产生—驱动力和制动力厂，汽车(航空器)转弯行驶时产生平衡离心力的侧抗力，在保证汽车(航空器)正常转向行驶的同时，通过车轮(机轮)产生的自动回正力矩，使汽车(航空器)保持直线行驶方向等。

车轮(机轮)是介于轮胎和轴之间，承受负荷的旋转组件，通常由两个主要部件轮毂和轮辐组成。轮毂俗称轮圈，是车轮周边安装轮胎的部件。轮辐是在车轮上介于车轴和轮毂之间的支承部件。

轨道交通车轮通常是由轮毂、轮幅及形成轮缘与轮轨接触面的轮辋组成。轮幅是由相连接的平面、锥面或曲线形的薄壳系统组成的薄壳。轮幅幅板的形状有直幅板、s型幅板、波浪型幅板、盆型幅板。幅板的形状对车轮的结构强度和刚度有较大的影响，其径向刚度可使车轮有较大的弹性，可以改善制动热负荷下车轮的应力状态和降低轮轨动作用力。幅板的轴向刚度应尽量大，减少车轮的轴向变形，防止轮轨正常接触位置和轮缘角度，影响车辆运行性能和增加爬轨的可能性。

轮毂和轮辐可以是整体式的、永久连接式的或可拆卸式的。一片式锻造轮毂是在轮毂锻造的时候将整体铝放在锻压模具上一次挤压成型，轮辐基本造型和轮毂一起成型后轮毂是一个整体，无论是轮辐还是轮毂都不可拆卸，所以被称作一片式。对于永久连接式的或可拆卸式的轮毂和轮辐，则有两片式和三片式，可统称为多片式。

多片式轮毂和轮辐的制造方法有三种：重力铸造、锻造、低压精密铸造。1.重力铸造法，利用重力把合金溶液浇注到模具内，成形后经车床处理打磨，即可完成生产。制造过程较简单，不需精密的铸造工艺，成本低而生产效率高，但是容易产生气泡(砂眼)，密度不均匀，表面平滑度不够。2.锻造法，整块金属锭由千吨级的压力机在模具上直接挤压成型，好处是密度均匀，表面平滑细致，轮毂壁薄而重量轻，材料强度最高，比铸造方法高三成以上，但由于需要较精良的生产设备，而且成品率只有五到六成，制造成本较高。3.低压精密铸造法，在0.1Mpa的低压下精密铸造，这种铸造方式的成形性好，轮廓清晰，密度均匀，表面光洁，既能达到高强度、轻量化，又能控制成本，而且成品率在九成以上，是高品质合金轮毂和轮辐的主流制造方法，但是对于一些特殊造型的轮辐易出现缩松等质量问题。

多片式的轮毂和轮辐在制造时需要开设多条产线，相应的很可能会有多家原材供应商，分体制造完成后还需要组装线，如果采用焊接方式组装还会恶化工作环境。这样就会占用太多的资源。一片式锻造需要的设备造价高，中小企业难以承受。

使用旋压工艺制作轮毂已经是一项成熟的技术，也有一些专利提及使用旋压工艺制作轮辐，如专利CN201410164698.0和专利CN201410147202.9，但这些专利涉及到的轮辐形状均为圆形回转件，而不是目前汽车上常用的5幅、7幅轮辐，无法应用于对外观要求较高的汽车车轮上，难以满足客户的个性化需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的轮辐和轮毂制造技术的不足，提供了一种轮辐轮毂全旋压制造车轮的方法，以解决现有技术中的设备采购费用高，资源占用多，产品质量难以保证等技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：本发明公开了一种轮辐轮毂全旋压制造车轮的方法，特点是车轮的轮辐和轮毂一体化，一站式成型。包括以下加工步骤：旋压坯料准备和装机，轮辐和轮毂旋压成形，后期机械加工和热处理。具体内容为：

旋压坯料准备：选取金属板材作为旋压坯料，下圆形坯料并喷砂，冲中心定位孔；

旋压坯料装机：在强力旋压机上压座上安装轮毂旋压模，在强力旋压机的旋压下模座固定轮辐旋压模，将步骤A得到的旋压坯料固定在轮辐旋压模上表面；

轮辐旋压成形：让强力旋压机的主轴旋转，由强力旋压机的主轴带动旋压下模座、轮辐旋压模和旋压坯料一同旋转；用强力旋压机的轮辐旋轮从旋压坯料的上表面沿着垂直方向对旋压坯料施加一个预先设定的压力，同时让轮辐旋轮按照预先设定好的程序沿着旋压坯料的径向移动，使旋压坯料的下表面中央贴向轮辐旋压模的表面从而形成具有轮辐形状的初始成型件；

轮毂旋压成形：强力旋压机上压座带动轮毂旋压模压紧初始成型件上表面并旋转，同时让强力旋压机的轮毂旋轮按照预先设定好的程序沿着初始成型件的径向和轴向移动，使旋压坯料的上表面贴向轮毂旋压模的外圆表面从而形成具有轮毂形状的最终成型件；

精机械加工：在数控机床上对最终成型件进行精加工，以中心孔定位，加工最终成型件的外侧，使包括产品尺寸、精度和公差在内的参数符合预设要求；并在轮辐部分加工若干螺丝孔和若干通风孔；最后对所得工件进行抛光；

最终处理：机械加工完成后，进行强化热处理，固溶，保温，水冷，之后进行自然时效。

进一步的，步骤A选取的金属板材的厚度范围在5-30毫米范围内，步骤C轮辐旋压成形后的轮辐厚度在8-45毫米范围内，具体的厚度根据零件旋压前后材料体积不变原则按照最终成型件的体积计算。

进一步的，步骤C中，轮辐旋压成形时，采用多旋轮的错距旋压方式。错距旋压就是指两轮或两轮以上的旋压成型轮在工件轴线方向上相互错开一定距离，在工件周向依次使毛坯厚度减薄或变形的一种旋压工作方式。这种旋压方式相较于同步旋压，减薄率大，生产效率高。特别是因为增加了对变形区域材料的约束，可使旋压工件直径精度和母线不直度指标得到改善和提高。强力旋压机主轴转速设为300-700转/分，旋轮进给率设为0.1-1毫米/转，旋轮的压力设为20-50吨，旋压坯料在两旋轮错距受力情况下，材料产生大体积流动。最终受压材料流向轮辐旋压模中的各凹槽中形成形状复杂的辐条。

进一步的，步骤D中，轮毂旋压成形时，强力旋压机主轴转速设为300-700转/分，旋轮进给率为0.1-1毫米/转，旋轮的压力设为20-50吨。

进一步的，金属板材的材质为铝合金、铜合金或镁合金等合金的一种。

由于在旋压过程中，旋轮与毛坯总是通过点接触的，材料的变形过程是由局部逐渐扩展二完成，变形阻力小，相应机器质量小，造价低；由于材料在旋压过程中承受多方压力，使其材料内部位错移动重新分布，提高材料强度；旋压过程中可以使得通风孔位置的壁厚变得很薄，冲压废料质量小，材料利用率高。

总之，使用本发明提供的方法，车轮由于轮毂和轮辐一体化成型，无装配焊接过程引起的整体强度和焊接缺陷，且大大减化了车轮制造流水线的布局和减少各种机台的使用数量，降低了能耗，减化了生产管理，减少了人员的操作数次，使汽车车轮成品合格率大大提升。

附图说明

图1为本发明旋压坯料示意图；

图2为本发明轮辐旋压成形示意图；

图3为本发明初始成型件示意图；

图4为本发明轮毂旋压成形件示意图；

图5为本发明轮毂旋压成形件示意图

图6为本发明最终成型件示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例公开了一种轮辐轮毂全旋压制造铝合金车轮的方法，包括以下加工步骤：旋压坯料准备和装机，轮辐和轮毂旋压成形，后期机械加工和热处理。具体内容为：

旋压坯料10准备：选取铝合金板材作为旋压坯料的原料，厚度20mm，直径400mm。下圆形坯料并喷砂，冲直径40mm的中心定位孔，如图1所示；

旋压坯料10装机：在强力旋压机1上压座6上安装轮毂旋压模7，在强力旋压机1的旋压下模座3固定轮辐旋压模4，将上个步骤得到的旋压坯料10固定在轮辐旋压模4上表面；

轮辐旋压成形：让强力旋压机1的主轴2旋转，由强力旋压机1的主轴2带动旋压下模座3、轮辐旋压模4和旋压坯料10一同旋转；用强力旋压机1的轮辐旋轮5从旋压坯料10的上表面沿着垂直方向对旋压坯料10施加一个预先设定的压力，同时让轮辐旋轮5按照预先设定好的程序沿着旋压坯料10的径向移动，使旋压坯料10的下表面中央贴向轮辐旋压模4的表面从而形成具有轮辐形状的初始成型件11，如图2和图3所示；

轮毂旋压成形：强力旋压机1上压座6带动轮毂旋压模7压紧初始成型件11上表面并旋转，同时让轮毂旋轮8按照预先设定好的程序沿着初始成型件的径向和轴向移动，使初始成型件11的上表面贴向轮毂旋压模7的外圆表面从而形成具有轮毂形状的最终成型件12，如图4和图5所示；

精机械加工：在数控机床上对最终成型件12进行精加工，以中心孔定位，加工最终成型件的外侧，使包括产品尺寸、精度和公差在内的参数符合预设要求；并在轮辐部分加工若干螺丝孔和若干通风孔；最后对所得工件13进行抛光，如图6所示；

最终处理：机械加工完成后，进行强化热处理，固溶，保温，水冷，之后进行自然时效。

铝合金牌号为6061—T6，强力旋压机型号为CDC-WS24。轮辐旋压成形后的轮辐厚度在25-29毫米范围内。轮辐旋压成形时，采用多旋轮的错距旋压方式，强力旋压机主轴转速设为500转/分，旋轮进给率设为0.5毫米/转，旋轮的压力设为40吨，旋压坯料在两旋轮错距受力情况下，材料产生大体积流动。最终受压材料流向轮辐旋压模中的各凹槽中形成形状复杂的辐条；轮毂旋压成形时，强力旋压机主轴转速设为500转/分，旋轮进给率为0.8毫米/转，旋轮的压力设为40吨。

需要说明的是，除了铝合金以外，铜合金与镁合金同样适于使用本发明公开的全旋压方法制造车轮。如牌号为21HFe59-1-1的铁黄铜，作为旋压坯料的铜合金板材厚度5mm，直径100mm，对应的强力旋压机型号为CDC-WS24。轮辐旋压成形后的轮辐厚度在6-8毫米范围内。轮辐旋压成形时，采用多旋轮的错距旋压方式，强力旋压机主轴转速设为700转/分，旋轮进给率设为0.1毫米/转，旋轮的压力设为20吨，旋压坯料在两旋轮错距受力情况下，材料产生大体积流动，最终受压材料流向轮辐旋压模中的各凹槽中形成形状复杂的辐条；轮毂旋压成形时，强力旋压机主轴转速设为700转/分，旋轮进给率为1毫米/转，旋轮的压力设为20吨。

又如牌号为AZ80的镁合金，作为旋压坯料的镁合金板材厚度10mm，直径200mm，对应的强力旋压机型号为CDC-WS24。轮辐旋压成形后的轮辐厚度在12-15毫米范围内。轮辐旋压成形时，采用多旋轮的错距旋压方式，强力旋压机主轴转速设为600转/分，旋轮进给率设为0.2毫米/转，旋轮的压力设为30吨，旋压坯料在两旋轮错距受力情况下，材料产生大体积流动，最终受压材料流向轮辐旋压模中的各凹槽中形成形状复杂的辐条；轮毂旋压成形时，强力旋压机主轴转速设为600转/分，旋轮进给率为0.1毫米/转，旋轮的压力设为30吨。

Claims (5)

1.一种轮辐轮毂全旋压制造车轮的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.旋压坯料准备：选取板材作为原材，下圆形旋压坯料并喷砂，冲中心定位孔；

B.旋压坯料装机：在强力旋压机上压座上安装轮毂旋压模，在强力旋压机的旋压下模座固定轮辐旋压模，将步骤A得到的旋压坯料固定在轮辐旋压模上表面；

C.轮辐旋压成形：让强力旋压机的主轴旋转，由强力旋压机的主轴带动旋压下模座、轮辐旋压模和旋压坯料一同旋转；用强力旋压机的轮辐旋轮从旋压坯料的上表面沿着垂直方向对旋压坯料施加一个预先设定的压力，同时让轮辐旋轮按照预先设定好的程序沿着旋压坯料的径向移动，使旋压坯料的下表面贴向轮辐旋压模的表面从而形成具有轮辐形状的初始成型件，移开轮辐旋轮；

D.轮毂旋压成形：强力旋压机上压座带动轮毂旋压模压紧步骤C所得初始成型件上表面并旋转，同时让轮毂旋轮按照预先设定好的程序沿着初始成型件的径向和轴向移动，使旋压坯料的上表面贴向轮毂旋压模的外圆表面从而形成具有轮毂形状的最终成型件；

E.精机械加工：在数控机床上对步骤D所得最终成型件进行精加工，以所述中心孔定位，加工所述步骤D所得最终成型件的外侧，使包括产品尺寸、精度和公差在内的参数符合预设要求，并在轮辐部分加工若干螺丝孔和若干通风孔，最后对所得工件进行抛光；

F.最终处理：机械加工完成后，进行强化热处理，固溶，保温，水冷，之后进行自然时效。

2.根据权利要求1所述的一种轮辐轮毂全旋压制造车轮的方法，其特征在于，所述步骤A选取的金属板材的厚度范围在5-30毫米范围内，所述步骤C轮辐旋压成形后的轮辐厚度在8-45毫米范围内。

3.根据权利要求1所述的轮辐轮毂全旋压制造车轮的方法，其特征在于，所述步骤C中，轮辐旋压成形时，采用多旋轮的错距旋压方式，所述强力旋压机主轴转速设为500-700转/分，旋轮进给率设为0.1-0.5毫米/转，旋轮的压力设为20-40吨。

4.根据权利要求1所述的轮辐轮毂全旋压制造车轮的方法，其特征在于，所述步骤D中，轮毂旋压成形时，所述强力旋压机主轴转速设为500-700转/分，旋轮进给率为0.1-1毫米/转，旋轮的压力设为20-40吨。

5.根据权利要求1所述的一种轮辐轮毂全旋压制造车轮的方法，其特征在于，所述板材的材质为铝合金、铜合金或镁合金。