CN113857417A - 一种镁合金轮毂的旋压工艺 - Google Patents

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Abstract

一种镁合金轮毂的旋压工艺，包括以下步骤：步骤1.将镁合金棒料加热到350－430℃，保温20分钟；步骤２.在锻造压力机下对棒料进行初锻成型，锻造下压速度为6－15mm/s；步骤3.在锻造压力机下对棒料进行终锻成型，锻造下压速度为5－8mm/s；步骤4.将终锻后镁合金坯料进行去应力退火；步骤5.将退火后镁合金坯料进行固溶；步骤6.将固溶后坯料取出，利用旋压机直接进行旋压；步骤7.热处理，热处理时效处理。通过本工艺获得具有优秀性能的镁合金轮毂，大大提升旋压工艺及加工效率。

Description

一种镁合金轮毂的旋压工艺
技术领域
本发明涉及车轮技术领域，具体地说是一种镁合金轮毂的旋压工艺。
背景技术
镁合金是以镁为基础加入其他元素组成的合金，密度小，比强度高，比弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能等特点，在实用金属中是最轻的金属，镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4因此广泛应用于汽车、航空和航天等领域，尤其应用于汽车领域，譬如用镁合金制成的制件可使汽车达到轻量化的目的。如今，汽车的轻量化要求越来越高，铝合金的应用对汽车的减重效果已经遇到了瓶颈，镁合金在汽车上的应用势在必行。最近几年，汽车行业发展迅猛，变化巨大，世界各国纷纷出台了禁售燃油车的时间节点，电动汽车的大规模应用，为镁合金汽车零部件的发展带来了契机。
镁合金轮毂以其美观大方、安全舒适等特点博得了越来越多使用者的青睐。由于镁合金轮毂重量轻、制造精度高，所以在高速转动时变形小、惯性阻力也小。镁合金轮毂具有吸收振动和反弹力量的金属特性，经数控机床加工尺寸精度、真圆度高、偏摆跳动小、平衡好，使汽车行驶平稳舒适。
目前锻造镁合金轮毂生产方法通常采用锻造挤压工艺进行，轮辐部分通常通过锻造工艺获得，轮辋部位通常通过挤压工艺获得。
众所周知锻造材料的性能跟锻造工艺及顺序有很大的关系，在镁合金旋压过程中，旋压工艺及顺序的选择会对镁合金轮毂的性能产生重要的影响，由于镁合金材料的面心立方结构，导致镁合金材料表现出很差的旋压属性，使用传统的锻造挤压工艺即使能够锻造出相应的产品，往往也表现出很差的材料性能。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种镁合金轮毂的旋压工艺，提升镁合金材料的可旋压性，能够获得具有优秀机械性能的镁合金轮毂。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种镁合金轮毂的旋压工艺，包括以下步骤：步骤1.将镁合金棒料加热到350－430℃，保温20分钟；步骤２.在锻造压力机下对棒料进行初锻成型，锻造下压速度为6－15mm/s；步骤3.在锻造压力机下对棒料进行终锻成型，锻造下压速度为5－8mm/s；步骤4.将终锻后镁合金坯料进行去应力退火；步骤5.将退火后镁合金坯料进行固溶；步骤6.将固溶后坯料取出，利用旋压机直接进行旋压；步骤 7.热处理，热处理时效处理。
在一些实施例中，锻造压力机包括6000吨的锻造压力机。
在一些实施例中，步骤４中去应力退火温度在300－350℃，保温时间为6－8h。
在一些实施例中，步骤５中固溶温度在390－420℃，时间为16h－24h；
在一些实施例中，步骤７中时效处理温度140－170℃，时效处理时间16－24h。
在一些实施例中，步骤６中的旋压分三道次进行减薄，旋压减薄量分别为25－36%，14－22%，6－12%，总减薄量达45－70%。
在一些实施例中，旋压进给速度为120－190mm/min，主轴转速为280－350r/min。
在一些实施例中，所述镁合金包括AZ80镁铝锌合金。
在一些实施例中，所述镁合金包括ZK60镁锌锆合金。
在一些实施例中，时效处理后通过机加工制作镁合金轮毂。
本发明的镁合金轮毂的制作方法具有以下优势：
本发明将镁合金棒料加热到预设温度，镁合金棒料更容易变形，不易产生锻造裂纹；对终锻后的毛坯先进行低温保温处理，再升温进行16h以上的固溶处理，然后在固溶温度390－420℃下直接进行旋压，旋压分三道次进行，减薄（加工）量分别为25－36%，14－22%，6－12%，总减薄量达45－70%，需要控制进给速度在120－190mm/min，主轴转速控制在280－350r/min,这样使镁合金变形过程更加连续，使旋压过程更加容易，获得具有优秀性能的镁合金轮毂，大大提升旋压工艺及加工效率。
并且利用上述方法获得的镁合金轮毂仍然具有优秀的机械性能，满足美国车轮SAE J175及SAE J328-2005标准，即13度冲击强度、径向疲劳、弯曲疲劳性能要求，同时也能满足车轮强度及疲劳国标GB/T 5334-2005、GB/T 15704-1995要求及行业标准QC/T 991-2015 乘用车轻合金车轮90°冲击试验方法的要求。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种镁合金轮毂的旋压工艺流程图。
图2为本发明一种镁合金轮毂的旋压工艺的棒料示意图。
图3为本发明一种镁合金轮毂的旋压工艺终锻后毛坯图。
图4为本发明一种镁合金轮毂的制作方法的轮毂剖面图。
图5为本发明一种镁合金轮毂的新旋压工艺轮辋部位的200倍金相组织。
图6为本发明一种镁合金轮毂的传统锻造工艺轮辋部位的200倍金相组织。
图7为本发明一种镁合金轮毂的旋压工艺轮辋部位的材料性能图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面参考图1至图7并结合实施例描述本发明实施例的镁合金轮毂的旋压工艺。
一种镁合金轮毂的旋压工艺，包括以下步骤：
步骤1. 通过预先对每个镁合金轮毂的用料长度及用料比进行计算，选出最合适最经济的棒料长度将镁合金棒料切割成满足轮毂制作所需要的长度；在加热炉中，将镁合金棒料加热到350-420℃，保温20分钟。
步骤2. 在6000吨的锻造压力机下对棒料进行初锻成型，呈内凹饼状，锻造下压速度为6－15mm/s。
步骤3. 在6000吨的锻造压力机下对棒料进行终锻成型，锻造下压速度为5－8mm/s。
步骤4.将终锻后镁合金坯料进行去应力退火，退火温度在300－350℃，保温时间为6－8h。
步骤5.将退火后镁合金坯料进行固溶，固溶温度在390－420℃，时间为16h－24h。
步骤6.将固溶后坯料取出，利用旋压机直接进行旋压，旋压分三道次进行，减薄（加工）量分别为25－36%，14－22%，6－12%，总减薄量达45－70%，需要控制进给速度在120－190mm/min，主轴转速控制在280－350r/min。
步骤 7. 热处理，热处理时效处理，时效温度140－170℃，时效时间16－24h。
步骤8. 根据镁合金轮毂图纸及设计要求，通过数控加工中心机床，加工成满足要求的镁合金轮毂。
本发明选用AZ80镁铝锌合金以及ZK60镁锌锆合金材质的坯料。
对加工后的镁合金轮毂进行材料性能测试，采用拉伸试验机及硬度检测仪对旋压材料的材料性能，包括、抗拉强度、屈服强度、延伸率、硬度等进行测试。
实施例1
如图1所示，本发明实施例提供一种镁合金轮毂的旋压工艺，包括
步骤1.将镁合金棒料切割后加热到锻造变形所需要的温度。
其中将镁合金棒料切割过程，通过预先对每个镁合金轮毂的用料长度及用料比进行计算，选出最合适最经济的棒料长度，通过金属切割机进行棒料切割；将镁合金棒料加热到锻造变形所需要的温度过程，将镁合金棒料在加热炉中加热到一定的温度，并保温一段时间，其中，所述加热炉可以为电磁加热炉等；所述预设温度大于或等于360摄氏度，但不允许超过420摄氏度；400温度为镁合金变形最容易且不易断裂的温度，保证在后续锻造过程中不会出现开裂的情况。
步骤2.初锻成型，得到初锻毛坯。对图2所示毛坯进行初锻成型，初锻，锻造下压速度控制在6－15mm/s。初锻的目的是定位，保证锻造过程棒料不发生开裂。
步骤3.终锻成型，得到具有轮辐基本结构的轮毂毛坯，如图3所示。
步骤4.将终锻后镁合金坯料进行去应力退火，保温温度在300－350℃，保温时间在6－8h，去应力退火的目的是去除内应力，释放形变储能或减弱形变储能，防止后续升温加热过程晶粒异常长大。
步骤5. 将终锻后镁合金坯料进行固溶处理，保温温度在390－420℃，固溶时间大于等于16h，固溶的目的是将AZ80合金和ZK60合金中的沉淀相均固溶到基体，并使合金元素均匀分布，降低在晶界处成分偏聚，令晶粒更容易发生再结晶。
步骤6. 将固溶后坯料取出，利用旋压机直接进行旋压，旋压分三道次进行，减薄（加工）量分别为25－36%，14－22%，6－12%，总减薄量达45－70%，需要控制进给速度在120－190mm/min，主轴转速控制在280－350r/min,分三道次旋压的目的在于所选的AZ80镁合金和ZK60镁合金的塑形变形较差，一次性加工量过大，会引起拉裂，控制旋压速度的目的是防止速度过慢，旋压过程中温度下降过快，导致加工区间变窄，而旋压速度过快，则造成横向拉裂。旋压后轮辋结构如图7所示。
步骤7.热处理。时效处理，时效温度为140－170℃，时效时间为16－24h。
步骤8. 根据镁合金轮毂图纸及设计要求，通过数控加工中心机床，加工成满足要求的镁合金轮毂，如图4所示。
如图5和图7所示，旋压轮辋部位拥有优秀的组织及力学性能，屈服强度达到213MPa，抗拉强度达到329MPa，延伸率达到16%。
如图5所示；从图中可以观察到，轮辋部位组织晶粒细小且均匀，呈完全再结晶组织，屈服强度达到184MPa，抗拉强度达到291MPa,延伸率达到5%。
传统的锻造挤压工艺加工需要大吨位的锻造设备，加工风险大，金属损失大，成本高。
如图6和图7所示，从图中可以观察到，传统的挤压工艺获得车轮的轮辋部位呈晶粒存在不完全再结晶组织，晶粒大小不均，屈服强度达到177MPa，抗拉强度达到296.5MPa，延伸率达到7.3%。
对实施例1的镁合金机动车轮毂进行了各种性能试验。在中信戴卡股份有限公司的试验中心对以上的车轮进行了13度冲击强度、径向疲劳、弯曲疲劳等车轮强度及疲劳试验。试验表明，该轮毂满足美国车轮SAE J175及SAE J328-2005标准，即13度冲击强度、径向疲劳、弯曲疲劳性能要求，同时也能满足国标GB/T 5334-2005、GB/T 15704-1995车轮强度及疲劳性能要求及行业标准QC/T 991-2015 乘用车轻合金车轮90°冲击试验方法的要求。
又分别对传统锻压工艺的镁合金轮毂及新旋压工艺镁合金轮毂，按照行业标准QC/T 991-2015要求做了90°冲击试验，结果显示，传统锻造挤压工艺镁合金轮毂的冲击后表征轮辋强度的内轮缘变形量为12mm，新旋压工艺的镁合金轮毂冲击后表征轮辋强度的内轮缘变形量为6.7mm，新旋压工艺生产出的镁合金轮毂的抗冲击性能更强。由此可以推断，如果满足相同的使用要求，新旋压工艺生产的镁合金轮毂减重空间更大。
本发明的镁合金轮毂的制作方法具有以下优势：
本发明将镁合金棒料加热到预设温度，镁合金棒料更容易变形，不易产生锻造裂纹；对终锻后的毛坯先进行16h以上的固溶处理，然后在固溶温度400－420℃下直接进行旋压，旋压分三道次进行，减薄（加工）量分别为25－36%，14－22%，6－12%，总减薄量达45－70%，需要控制进给速度在120－190mm/min，主轴转速控制在280－350r/min,这样使镁合金变形过程更加连续，使旋压过程更加容易，获得具有优秀性能的镁合金轮毂，大大提升旋压工艺及加工效率。
并且利用上述方法获得的镁合金轮毂仍然具有优秀的机械性能，满足美国车轮SAE J175及SAE J328-2005标准，即13度冲击强度、径向疲劳、弯曲疲劳性能要求，同时也能满足车轮强度及疲劳国标GB/T 5334-2005、GB/T 15704-1995要求及行业标准QC/T 991-2015 乘用车轻合金车轮90°冲击试验方法的要求。下表为冲击、疲劳等可靠性试验数据表。
制备工艺 90°冲击(轮缘变形量) 径向疲劳 弯曲疲劳（重载） 弯曲疲劳（轻载） 13°冲击
传统锻造工艺 12 mm 280万（极限） 35万（极限） 190万（极限） 合格
新旋压工艺 6.7 mm 360万（极限） 50万（极限） 600万(极限) 合格
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种镁合金轮毂的旋压工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.将镁合金棒料加热到350－430℃，保温20分钟；
步骤2.在锻造压力机下对棒料进行初锻成型，锻造下压速度为6－15mm/s；
步骤3.在锻造压力机下对棒料进行终锻成型，锻造下压速度为5－8mm/s；
步骤4.将终锻后镁合金坯料进行去应力退火；
步骤5.将退火后镁合金坯料进行固溶；
步骤6.将固溶后坯料取出，利用旋压机直接进行旋压；
步骤 7.热处理，热处理时效处理。
2.根据权利要求1所述的镁合金轮毂的旋压工艺，其特征在于，锻造压力机包括6000吨的锻造压力机。
3.根据权利要求1所述的镁合金轮毂的旋压工艺，其特征在于，步骤４中去应力退火温度在300－350℃，保温时间为6－8h。
4.根据权利要求1所述的镁合金轮毂的旋压工艺，其特征在于，步骤５中固溶温度在390－420℃，时间为16h－24h；
根据权利要求1所述的镁合金轮毂的旋压工艺，其特征在于，步骤７中时效处理温度140－170℃，时效处理时间16－24h。
5.根据权利要求1所述的镁合金轮毂的旋压工艺，其特征在于，步骤６中的旋压分三道次进行减薄，旋压减薄量分别为25－36%，14－22%，6－12%，总减薄量达45－70%。
6.根据权利要求６所述的镁合金轮毂的旋压工艺，其特征在于，旋压进给速度为120－190mm/min，主轴转速为280－350r/min。
7.根据权利要求1所述的镁合金轮毂的旋压工艺，其特征在于，所述镁合金包括AZ80镁铝锌合金。
8.根据权利要求1所述的镁合金轮毂的旋压工艺，其特征在于，所述镁合金包括ZK60镁锌锆合金。
9.根据权利要求1所述的镁合金轮毂的旋压工艺，其特征在于，时效处理后通过机加工制作镁合金轮毂。
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