CN202037202U - 汽车轮毂的组合塑性配套成形模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种汽车轮毂的组合塑性配套成形模具，包括一个瓣合式下模及依次与该瓣合式下模对应配合的挤压上凸模和胀形上凸模，所述瓣合式下模包括由瓣合凹模和下凸模及滑动插装于下凸模中心的顶出器围成的模腔，模腔内由瓣合凹模围成的内壁面与所要成形的轮毂上部轮辋的外表面轮廓吻合、下凸模与顶出器共同构成的上表面与所要成形的轮毂的轮辐外表面轮廓吻合、下凸模与瓣合凹模的结合处设有与所要成形的轮辋下部结构吻合的环槽，所述瓣合凹模由两个以上的凹模瓣块组成，在所述的各凹模瓣块上分别传动连接有开合模驱动机构；所述挤压上凸模的外周面与模腔的最小内径部分组成用于预成形中空管坯结构的反挤压工作带。本实用新型的设备结构简单，其每一步工序的变形抗力都较小，有效的减小了模具尺寸和设备吨位，提高了生产效率、降低了生产成本。

Description

汽车轮毂的组合塑性配套成形模具

技术领域

本实用新型属于轻合金塑性成形技术领域，特别涉及一种铝合金或镁合金汽车轮毂或盘形零件的组合塑性配套的成形模具。

背景技术

汽车工业作为国民经济的支柱产业，发展极其迅速。如何限制能源用量，提高能源利用率，减少废气排放量，对保护生态环境和人们的生活环境尤为重要。节省油耗的一个最有效途是减轻汽车自重，汽车车轮作为车辆运行的基本承载部件，其性能好坏将直接影响车辆的行驶安全、能耗及外观质量。

目前的轻合金汽车轮毂主要是铝合金轮毂和镁合金轮毂。铝合金车轮轮毂具有质轻、防腐、导热性好等特点，可降低轮胎使用过程中的温度，提高其使用寿命，而且铝合金的成形工艺性也比较好，在现代汽车制造中正取代传统的钢制车轮而被广泛地推广应用。镁合金材料的密度低、比强度与比刚度都比较高，且具有较高的减振性和抗冲击性，非常适合车轮的使用条件。采用镁合金作车轮轮毂对车辆的轻量化、提高燃油效率和减少CO₂的排放量都具有重要意义，是小轿车车轮的发展趋势。

铝合金或镁合金汽车轮毂的成形方法主要分为铸造成形和塑性成形两种。由于铸造产品的力学性能较低，存在一定的局限性，因而目前铝合金或镁合金汽车轮毂的生产主要采用塑性成形方法。

专利号为ZL200510010214.8的中国发明专利说明书公开了一种固态热挤压镁合金轮毂的成形装置及其成形方法，该方法采用一次挤压成形镁合金轮毂，工序少，但其变形程度大从而导致单位挤压力大，当轮毂尺寸较大时，模具尺寸就非常大，需要设备吨位也很大，致使成本提高。

专利号为ZL200610012829.9的中国发明专利说明书公开了一种汽车轮毂省力成形方法及装置，其工艺过程为铸造坯料—均匀化处理—预成形制坯—反挤压—墩挤前轮缘—扩口后轮缘—精整工序，该方法采用多道工序的目的是为了减小成形力，但是其工序过于复杂，其中的反挤压、墩挤前轮缘和扩口后轮缘工序需要分别使用独立的模具，每套模具都需要配置相应的操作人员，使得其设备投入较多，人员需求较大，而且在挤制过程中为降低各模具的挤压力，避免发生急冷裂纹，需要在每套模具上都安装加热装置进行单独加热保温，致使其整套成形装置的耗能较大，使用成本增高；特别是轮毂的生产制作需要依次经过三套模具分别进行挤压和脱模，在脱模和更换模具过程中，会因为轮毂处于高温软化状态而产生变形，增加后续加工的难度，生产效率较低，造成塑性成形的成本远高于铸造法，普通轿车还难以承受，目前仅限于一些特殊用途车轮的小批量生产，如在赛车和高档轿车上应用。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种汽车轮毂的组合塑性配套成形模具，以解决现有技术中汽车轮毂的塑性成形模具存在的生产工序多、生产效率低、设备吨位大、模具尺寸大、生产成本高等问题。

其中的一种成套组合模具的技术方案是：一种成套组合模具，包括一个瓣合式下模与两个依次与该瓣合式下模对应配合的挤压上凸模和胀形上凸模，所述瓣合式下模包括由瓣合凹模和下凸模及滑动插装于下凸模中心的顶出器围成的模腔，模腔内由瓣合凹模围成的内壁面与所要成形的轮毂上部轮辋的外表面轮廓吻合、下凸模与顶出器共同构成的上表面与所要成形的轮毂的轮辐外表面轮廓吻合、下凸模与瓣合凹模的结合处设有与所要成形的轮辋下部结构吻合的环槽，所述瓣合凹模由两个以上的凹模瓣块组成，在所述的各凹模瓣块上分别传动连接有开合模驱动机构；所述挤压上凸模的外周面与模腔的最小内径部分组成用于预成形中空管坯结构的反挤压工作带；所述胀形上凸模下部的外周面设有与所要成形的轮毂上部轮辋的内表面轮廓吻合的表面结构，其底面形状与所要成形的轮毂的轮辐内表面轮廓吻合。

还包括支撑连接在瓣合凹模和下凸模下部的垫板，所述下凸模嵌装于该垫板上表面的中心，所述瓣合凹模的各凹模瓣块的底面与垫板的上表面紧密接触配合，所述顶出器通过周面上轴向朝下设置的台阶面被垫板轴向限位。

所述的各凹模瓣块外套装有一模套，各凹模瓣块被该模套约束并通过斜滑道与模套滑动配合，所述的开合模驱动机构包括对应设置于各凹模瓣块底部的小顶杆，各小顶杆轴向滑动穿装在垫板对应开设的光孔中，各小顶杆的顶端顶托在对应的凹模瓣块的底部，在各小顶杆的底端通过大顶杆顶托连接有顶板。

所述的顶出器的底端轴向朝下延伸靠近顶板的上表面，顶出器的底面与顶板的上表面之间留设有间距。

在所述模套与垫板的底部还顶托连接有下模座。

还包括对应各凹模瓣块轴向设置的立销，在所述模套与各凹模瓣块的结合部分别对应各立销轴向开设有销孔。

其中的一种组合上凸模的技术方案是：一种组合上凸模，包括挤压上凸模和胀形上凸模，所述挤压上凸模为圆柱体结构，底面为平面，其直径与用于对应配合的模腔内的最小内径相当并与模腔的最小内径部分组成反挤压工作带；所述胀形上凸模也为圆柱体结构，其下部的外周面形状与所要成形的轮毂上部轮辋的内表面轮廓吻合，其底面形状与所要成形的轮毂的轮辐内表面轮廓吻合。

其中的一种挤压上凸模的技术方案是：一种挤压上凸模，该挤压上凸模为圆柱体结构，底面为平面，其直径与用于对应配合的模腔内的最小内径相当并与模腔的最小内径部分组成反挤压工作带。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1）汽车轮毂的塑性成形只需用一套成形模具分两步即可完成，因而可明显减少设备和模具投入，降低轮毂的生产成本；

2）采用一套模具生产，减少了现有各工序间对各模具的加热，降低了能耗，从而进一步的降低了轮毂的制造成本；

3）采用一套模具分两步成形，使得每一步的成形压力很小，从而可以降低设备吨位，减小模具尺寸，使得生产成本进一步下降；

4）采用一套模具分两步成形，减少了模具操作所需要的人力物力，进一步的降低了生产成本；

5）采用一套模具分两步成形，其从放入坯料到最终制成轮毂始终在一套模具中进行，从而减少了现有技术中预成形件在进行下一步骤时需要更换模具的过程，缩短了轮毂的制造时间，提高了轮毂的制造效率；

6）采用等温挤压工艺使得金属组织均匀细化，产品尺寸精度和表面精度高，易于成形，材料利用率高，同时提高了制件的力学性能；     7）本实用新型的成形模具的结构简单，自动化程度高，操作方便，可以在现有模具的基础上经过较小的改进即可制成，从而降低了设备的制造成本，进一步的减少了设备的投入。

附图说明

图1 为本实用新型中瓣合式下模具体实施例的结构示意图；

图2为图1中瓣合凹模的俯视图；

图3为本实用新型中挤压上凸模具体实施例的结构示意图；

图4为本实用新型中胀形上凸模具体实施例的结构示意图；

图5为本实用新型实施例一的第一步中挤压上凸模与瓣合式下模配合的工作状态示意图；

图6为本实用新型实施例一的第二步中胀形上凸模与瓣合式下模配合的工作状态示意图；

图7为本实用新型中成形模具的脱模状态示意图；

图8为本实用新型中瓣合式下模实施例二的结构示意图。

具体实施方式

实施例一：如图1至图4所示，本实用新型的汽车轮毂组合塑性成形模具包括一个瓣合式下模，该瓣合式下模具有一个瓣合凹模，该瓣合凹模由两个以上的凹模瓣块5组成，在瓣合凹模的下部设有一个下凸模7，在下凸模7的中心滑动插装有一顶出器6，该瓣合凹模在合模时与下凸模7和顶出器6共同围成用于成形轮毂的模腔，模腔内由瓣合凹模围成的内壁面与所要成形的轮毂上部轮辋的外表面轮廓吻合、下凸模7与顶出器6共同构成的上表面与所要成形的轮毂的轮辐外表面轮廓吻合、下凸模7与瓣合凹模的结合处设有与所要成形的轮辋下部结构吻合的环槽。为便于下凸模7的安装固定，本实施例中，在下凸模7的下部还设有一垫板9，该下凸模7嵌装在垫板9上表面的中心对应开设的安装槽中。同时，顶出器6的底部穿过垫板9并通过其外周面上轴向朝下设置的台阶面被垫板9轴向限位。

本实施例中，在各凹模瓣块5外还套装有一模套8，各凹模瓣块5被该模套8约束并通过两侧的斜滑道16与模套8滑动配合。模套8与垫板9均固定安装在一个下模座13上，通过该下模座13可以对成形模具实现稳定的支撑。为实现瓣合凹模的开合模，在瓣合凹模的各凹模瓣块5上分别传动连接有开合模驱动机构。本实施例中，该开合模驱动机构包括对应设置于各凹模瓣块5底部的小顶杆10，各小顶杆10轴向滑动穿装在垫板9上对应开设的光孔中，各小顶杆10的顶端顶托在对应的凹模瓣块5的底部，在各小顶杆10的底端顶托连接有顶板11，该顶板11径向固定在一个同轴设置的大顶杆12的上端部。当大顶杆12向上运动时，通过顶板11推动小顶杆10向上运动，小顶杆10推动对应的凹模瓣块5沿模套8锥孔壁上的斜滑道向上运动，从而实现开模。由于轮毂制件在脱模时必须避免轮毂制件被瓣合凹模阻挡而产生变形，因此需要先通过开合模驱动机构使瓣合凹模首先开模，然后再进行轮毂制件的脱模，本实施例中，为简化模具的结构，使开模与脱模能够同步进行，其将顶出器6的底部轴向向下延伸靠近顶板11的上表面，在顶出器6的底端与顶板11的上表面之间留设有间距，使得在脱模时，大顶杆12通过顶板11先推动小顶杆上行顶托瓣合凹模，使瓣合凹模先开模，当顶板11上行通过顶出器6与顶板11之间的间距顶托在顶出器6的底部时，再推动顶出器6上行，实现开模与脱模同步进行，将制成的轮毂制件顶出，完成脱模。

为防止在生产过程中，各凹模瓣块5受金属变形力的作用沿模套8上的斜滑道反向向上滑动，使模具失效，本实用新型中，在各凹模瓣块5上还分别设置有防止其在挤压过程中上行的限位装置，该限位装置包括在模套8与各凹模瓣块5之间的结合部分别开设的竖向销孔14以及与各销孔14对应插配的立销15，立销15在使用时安装在压力机上与挤压上凸模1或胀形上凸模2同步动作，使用时，立销15与挤压上凸模1或胀形上凸模2同时下行，插入到个对应设置的销孔14中，对各凹模瓣块5进行轴向的限位，从而可以防止各凹模瓣块5的反向滑动，保证生产的顺利进行。在实际应用中，其也可以采用在挤压上凸模1与胀形上凸模2的外周面上对应各凹模瓣块5径向凸设限位块的方式，对各凹模瓣块5进行轴向的限位，也能达到相同的技术效果。

本实用新型的汽车轮毂组合塑性成形模具中还包括一组与瓣合式下模依次对应配合的组合上凸模，该组合上凸模有挤压上凸模切合胀形上凸模2组成。其中，挤压上凸模1的外形采用圆柱形结构，其直径与模腔内的最小内径相当，其外周面与模腔的最小内径部分组成反挤压工作带，其底面为平面。在该挤压上凸模1与上述瓣合式下模对应配合时，挤压上凸模1下部的外周面与瓣合凹模的内壁面之间形成用于预成形中空管坯3结构的环腔，其底面与下凸模7和顶出器6的上表面围成上部为平面、下部与轮辐外表面轮廓吻合、用于预成形轮辐结构的空腔。胀形上凸模2的主体也采用圆柱体结构，其下部的外周面形状与所要成形的轮毂上部轮辋的内表面轮廓吻合，其底面形状与所要成形的轮毂的轮辐内表面轮廓吻合。从而在与瓣合式下模对应配合时，其下部外周面与凹模内壁之间形成的环腔与所要成形的轮毂的上部轮辋4结构吻合，其底面与下凸模7和顶出器6的上表面之间围成的空腔与所要成形的轮毂的轮辐结构吻合。

上述的挤压上凸模1与胀形上凸模2依次与瓣合式下模对应配合，采用两步成形方式将坯料挤压制成轮毂。其中，由挤压上凸模1与下凸模7及顶出器6围成的空腔体积和由胀形上凸模2与下凸模7及顶出器6围成的空腔体积相等。为实现等温挤压，本实用新型采用在挤压上凸模1、胀形上凸模2、下凸模7和各凹模瓣块5中钻孔后分别插入电加热棒进行加热，并分别用热电偶测控温度；为了减少热量损失，各加热模具零件的外露部分及与固定装置间采用保温棉隔热。

成形时，按下列步骤完成成形工作：

⑴、车轮轮毂材料选用铸态或挤压态的铝合金或镁合金棒状毛坯，将该棒状毛坯按瓣合式下模模腔中的最小内径尺寸下料形成饼坯，饼坯的体积与所要成形的轮毂体积相当，该饼坯经均匀化固溶处理后性能更佳；

⑵、将制得的饼坯预热到120～180℃，并在其表面涂抹润滑剂后对应不同的材质将饼坯加热到工艺要求的成形温度并保温，镁合金成形温度为350～420℃，铝合金成形温度为400～480℃；

⑶、按要求对模具进行加热，为实现等温挤压成形，模具的加热温度和饼坯的成形温度一致，镁合金成形温度为350～420℃，铝合金成形温度为400～480℃，并要求模具温度均匀；

⑷、将加热好的饼坯放入瓣合式下模的模腔底部中，并将挤压上凸模1安装到压力机的工作位上，启动压力机，如图5所示，压力机带动挤压上凸模1与立销14下行，立销插入模套8与各凹模瓣块5之间的销孔15中防止其上行，挤压上凸模1与凹模配合使饼坯变形形成预制件3，其中，一部分金属流向由下凸模7和凹模之间的环槽中，成形出轮辋的下部结构，同时挤压上凸模1与下凸模7配合预成形出轮毂的轮辐的外表面轮廓，其轮辐部分的内表面为平面，同时，剩余部分金属则经挤压上凸模1的外周面反向流动进入挤压上凸模1与凹模之间的环腔中成形为中空管坯结构，从而初步预成形出轮辋的上部结构；

⑸、压力机活动带动挤压上凸模1和立销14回程；

⑹、将胀形上凸模2换到工作位置；

⑺、压力机带动胀形上凸模2下行，如图6所示，胀形上凸模2通过其底面形状将第一步挤压步骤中成形的预成形件3成形出轮毂的轮辐内表面轮廓，从而与下凸模7及顶出器6的上表面配合成形出的轮毂的整体轮辐结构，同时，胀形上凸模2的外周面与凹模配合，将第一步成形出的预制件3的轮辋上部的中空管坯结构进行刚性胀形，成形出轮毂的轮辋上部结构，从而制得轮毂4；

⑻、压力机带动胀形上凸模2回程；如图7所示，大顶杆12向上推动顶板11带动小顶杆10驱使各凹模瓣块5沿模套8的斜滑道向上运动实现开模，大顶杆12继续上行，顶板11通过顶出器6将制成的轮毂4从下凸模7上脱出，完成脱模；

⑼、顶出机构回程，各凹模瓣块5靠自身重力沿斜滑道向下运动进行合模，同时将挤压上凸模1换回到原工作位置；

⑽、重复上述第⑷步至第⑼步的过程，重新进行下一轮毂的成形。

⑾、将步骤⑼的轮毂进行后续热处理、少量后续切削加工和表面处理即得轻合金汽车轮毂。

本实施例中，为了减小挤压成形的摩擦力，以所要成形的轮毂的轮辋外表面的最小内径作为挤压上凸模1的工作直径，使挤压上凸模1与各凹模瓣块5组成的凹模的最小内径配合，形成反挤压工作带，促使余料反向流动形成中空管坯结构3。为降低第二步胀形上凸模与下模配合时的成形力，使两步成形中各步骤的挤压力趋于平衡，本实用新型中，下凸模7与顶出器6共同组成的上表面分别于挤压上凸模1及胀形上凸模2之间围成的用于成形轮辐部分的空腔体积相等，使第一步预成形出的轮辐部分结构在第二步中仅产生形变，而不会产生如第一步挤压步骤中金属反向流动，从而使轮辐部分的结构成形更加合理，挤压力的分配更均衡。

实施例二：如图8所示，本实施例二与实施例一的不同之处在于，瓣合式下模中设置的瓣合凹模的各凹模瓣块5通过水平滑道安装在下模座13上，在各凹模瓣块5上传动连接的开合模驱动机构采用的是连接在各凹模瓣块5外表面上的驱动缸14，该驱动缸14可以采用电动缸或液压缸。

本实用新型的汽车轮毂的组合成形方法将挤压和胀形两个成形工艺组合在一个工序中通过一套成形模具分两步成形，其中，挤压上凸模1的底面为平面，其外周面与凹模内壁之间形成用于预成形中空管坯结构的环腔，而胀形上凸模2的底面与所要成形的轮辐内表面轮廓吻合，其外周面与所要成形的轮毂的轮辋上部结构吻合，使得轮毂的轮辐结构和轮辋结构均分两次成形，第一步挤压工艺步骤中仅预成形出了轮辐部分的外表面轮廓和中空管坯结构，在第二步的胀形工艺步骤中才使轮辐最终成形并最终成形出轮辋的上部结构。该工艺流程是根据汽车轮毂的结构特点制定的分步成形工艺方案，用一套模具成形，便于金属的流动成形，成形时没有难以充满的角隅，而且将轮毂的轮辐结构和轮辋结构均分两步成形，使得其每一部的成形力均很小，从而可以降低设备的吨位，减少对设备的投入。同时，采用一套模具分两步成形可以减少更换模具的过程，提高轮毂制造的效率。

本实用新型不局限于上述实施例，在瓣合式下模的瓣合凹模上传动连接的开合模驱动机构还可以采用公开专利文件ZL200910064335.9中扩口模具上安装的主要由凹模导板、弯销机构及对应开设在凹模瓣块上的斜销孔组成的开合模机构，其具体结构可以参考该实用新型专利文件，此处不再赘述。

本实用新型不仅可以应用于镁合金或铝合金的汽车轮毂的成形，也可以应用于其它采用铝、镁合金的零部件的成形。

Claims (7)

1.一种成套组合模具，其特征在于，包括一个瓣合式下模及依次与该瓣合式下模对应配合的挤压上凸模和胀形上凸模，所述瓣合式下模包括由瓣合凹模和下凸模及滑动插装于下凸模中心的顶出器围成的模腔，模腔内由瓣合凹模围成的内壁面与所要成形的轮毂上部轮辋的外表面轮廓吻合、下凸模与顶出器共同构成的上表面与所要成形的轮毂的轮辐外表面轮廓吻合、下凸模与瓣合凹模的结合处设有与所要成形的轮辋下部结构吻合的环槽，所述瓣合凹模由两个以上的凹模瓣块组成，在所述的各凹模瓣块上分别传动连接有开合模驱动机构；所述挤压上凸模的外周面与模腔的最小内径部分组成用于预成形中空管坯结构的反挤压工作带；所述胀形上凸模下部的外周面设有与所要成形的轮毂上部轮辋的内表面轮廓吻合的表面结构，其底面形状与所要成形的轮毂的轮辐内表面轮廓吻合。

2.根据权利要求1所述的成套组合模具，其特征在于，还包括支撑连接在瓣合凹模和下凸模下部的垫板，所述下凸模嵌装于该垫板上表面的中心，所述瓣合凹模的各凹模瓣块的底面与垫板的上表面紧密接触配合，所述顶出器通过周面上轴向朝下设置的台阶面被垫板轴向限位。

3.根据权利要求1所述的成套组合模具，其特征在于，所述的各凹模瓣块外套装有一模套，各凹模瓣块被该模套约束并通过斜滑道与模套滑动配合，所述的开合模驱动机构包括对应设置于各凹模瓣块底部的小顶杆，各小顶杆轴向滑动穿装在垫板对应开设的光孔中，各小顶杆的顶端顶托在对应的凹模瓣块的底部，在各小顶杆的底端通过大顶杆顶托连接有顶板。

4.根据权利要求1所述的成套组合模具，其特征在于，所述的顶出器的底端轴向朝下延伸靠近顶板的上表面，顶出器的底面与顶板的上表面之间留设有间距。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的成套组合模具，其特征在于，所述挤压上凸模、下凸模及顶出器围成的空腔体积和由胀形上凸模与下凸模及顶出器围成的空腔体积相等。

6.一种组合上凸模，其特征在于，包括挤压上凸模和胀形上凸模，所述挤压上凸模为圆柱体结构，底面为平面，其直径与用于对应配合的模腔内的最小内径相当并与模腔的最小内径部分组成反挤压工作带；所述胀形上凸模也为圆柱体结构，其下部的外周面形状与所要成形的轮毂上部轮辋的内表面轮廓吻合，其底面形状与所要成形的轮毂的轮辐内表面轮廓吻合。

7.一种挤压上凸模，其特征在于，该挤压上凸模为圆柱体结构，底面为平面，其直径与用于对应配合的模腔内的最小内径相当并与模腔的最小内径部分组成反挤压工作带。

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