CN106216952B - 一种轮毂锻造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮毂锻造方法，包括以下步骤：a.型材挤压，通过挤压机挤出设定好的厚度和宽度的铝合金板材；b.预热，通过加热设备连续在线加热从挤压机挤出的铝合金板材；c.热切，采用热切工艺切割从加热设备出来已预热好的铝合金板材并切割成预设好的长度形成方块状坯料；d.锻造，将热切之后的坯料放入模具中进行锻压，使其形成盘形；e.将盘形坯料进行冲孔胀形；f.将冲孔胀形的毛坯放入旋压机进行旋压成型；g.将旋压成型的毛坯进行热处理及机加工，得到轮毂成品；使得锻造轮毂的效率更高、原料利用率更高且产品致密度更高。

Description

一种轮毂锻造方法

技术领域

本发明涉及锻造领域，更具体地说，它涉及一种锻造铝合金轮毂的锻造方法。

背景技术

世界汽车工业正向着轻量、高速、安全、节能、舒适与环境污染轻的方向发展，因此铝合金零部件在汽车中的用量日益增多。轮毂作为汽车行驶系统中的重要部件之一，也是一种要求较高的保安件，它不仅承载汽车的重量，同时也体现着汽车的外观造型。在过去的10 年，全球铝合金汽车轮毂产量的年平均增长率达 7.6%。由此可见，随着汽车轻量化的需求日益扩大，铝合金轮毂在现代汽车制造中正逐步取代传统的钢制轮毂而被广泛地推广应用。

常规的锻造铝合金轮毂以圆柱状的铸态铝合金为原材料制造而成。由于铸态铝合金通常会存在组织晶粒粗大以及气孔、缩孔、疏松、微裂纹等铸造缺陷，因而在锻压成形前，通常会进行镦粗工序，使铸态组织转变为纤维状变形组织，消除金属内部存在的微观缺陷，改善金属的塑形和致密性，为后续的锻造成形提供合适的坯料。但其工序复杂、能耗大、锻件成本高。

针对上述问题，申请号为201510739083.0名称为《锻造铝合金轮毂的制造方法》的中国专利中采用热轧铝合金并且将大块的板状铝合金以锯切的方式切割成坯料大小的方片或圆片状，之后将坯料放入加热炉中预热到锻造温度之后进行锻造，从而代替了之前的镦粗工序，虽然具有对传统工序的明显改进，但是依然存在以下问题：

（1）采用锯切方式，会产生很多废铝屑，原材料造成一定的浪费；

（2）采用对铝板整体进行纵横交错的方式锯切，加工时间长；

（3）切割成设计大小的方块之后，再进行运输、预热，工艺步奏多，增加了工艺时长。

发明内容

本发明的目的是提供一种锻造效率高、原料利用率高且产品致密度高的轮毂锻造方法。

为实现上述目的，通过以下技术手段实现：一种轮毂锻造方法，包括以下步骤：

a.型材挤压，通过挤压机挤出设定好的厚度和宽度的铝合金板材；

b.预热，通过加热设备连续在线加热从挤压机挤出的铝合金板材；

c.热切，采用热切工艺切割从加热设备出来已预热好的铝合金板材并切割成预设好的长度形成方块状坯料；

d.锻造，将热切之后的坯料放入模具中进行锻压，使其形成盘形；

e.将盘形坯料进行冲孔胀形；

f.将冲孔胀形的毛坯放入旋压机进行旋压成型；

g.将旋压成型的毛坯进行热处理及机加工，得到轮毂成品。

通过上述技术方案，在备料过程中采用挤压机挤出铝合金板的方

式，相比于热轧成型的方式，因板材辊轧是放射式的产品成型方式，而挤压成型是汇集式的成型方式，所以挤压出来的铝合金板比辊轧铝板有更好的致密度和晶粒结构，从而使后续的锻造铝轮毂产品，在抗拉强度、屈服强度、延伸率等，都有了更好的产品质量和性能提升；采用挤压出来的铝合金板长料直接加热的方法，把铝合金板长料用横向进炉的方法，进行加热，减少了炉膛的加热空间，且是直接在对挤压出来的铝合金板进行的预热，炉膛的预热温度与待预热的铝合金板的温差小，从而需要对铝合金板达到预热温度提供的热量较小，实现了节省能耗的效果，并且实现连续生产效果，提升了加工效率；铝合金锻材在线热切的方法，在出炉口把加热好的铝合金，按所需规格切断，利用重力作用，直接通过流道滑进锻造模具，进行锻造，实现了备料和预热步骤的同步连续在线生产，在提升工作效率的同时，减省设备体积，并且将原先需要纵横锯切的方式，改变为只需要一刀纵向热切便能实现坯料的制备，不仅减省了工序而且避免了由锯切产生的铝废屑的浪费，提高了原材料的利用率，节能减排；所述旋压机采用卧式旋压机或立式旋压机均可，旋压机均是本领域常规的旋压机；所述机加工包括去边、打磨、抛光和涂装等处理。

进一步优化为：所述步骤a中的挤压原材料得自铝棒熔铸。

进一步优化为：所述步骤d分为初锻步骤和终锻步骤，所述初段步骤将热切之后的坯料放入初锻模具中并锻出初坯，所述终锻步骤将初坯放入终锻模具中并锻出终坯。

通过上述技术方案，将锻压坯料分为初锻和终锻两个步骤，实现对坯料的分步锻造，方便对锻造时的毛坯进行控制和问题分析。

进一步优化为：所述步骤b的预热温度为430-470℃。

进一步优化为：所述步骤c的热切工艺包括液压切刀、顶持机构，所述顶持机构用以将从加热设备传出的铝合金板材顶住，液压切刀设于加热设备的出口部位将预热好的铝合金板材切断。

通过上述技术方案，采用液压切刀，又液压驱动的方式运动稳定驱动力大，在切断铝合金板的过程中震动小，切口纹路平滑；而用顶持机构将铝合金板顶住的方式，在配合上液压切刀时，伸出炉膛的铝合金板在裁切时不易变形，坯料的成型质量提高，并且只需要控制好液压切刀与顶持机构的距离便能确定被热切之后坯料的规格型号，控制方便。

进一步优化为：在初锻和终锻之前先将初锻模具和终锻模具加热至420-460℃。

进一步优化为：所述步骤g的热处理为T6热处理；T6 热处理是指固溶热处理后进行人工时效的状态。

进一步优化为：所述铝棒选自 6XXX 系或 7XXX 系铝合金；所述 6XXX 系铝合金选自 6061 或 6082 铝合金 ；所述7XXX 系铝合金选自 7A04、7B04、7075、7475、7050 或7055 铝合金，6XXX 系或 7XXX 系铝合金为可热处理强化铝合金，经热处理后其强度可大幅提高。

进一步优化为：所述步骤d中，6XXX 系铝合金的锻造温度为 510 ～ 560℃ ；7XXX系铝合金的锻造温度为 420 ～ 470℃。

进一步优化为：所述步骤a中的挤出机的挤出压力为700-900T。

本发明与现有技术相比的优点在于：

（1）相比于辊轧成型板料的方式，铝合金板挤压是汇集式的成型方式，所以铝合金板比辊轧铝板有更好的致密度和晶粒结构，从而使后续的锻造铝轮毂产品，在抗拉强度、屈服强度、延伸率等，都有了更好的产品质量和性能提升；

（2）直接挤压成设计宽度的长条料，从而只需要进行纵切长条料就能得到设计大小的方块坯料，省去横切的工艺步骤，减省加工时长，提高效率；

（3）采用热切工艺，相比钜切，基本不会造成铝屑的产生，提高了原材料的利用率；

（4）在对长条料预热的过程中直接进行切料，实现备料和预热工艺同步进行，大幅度的提高了加工效率。

附图说明

图1为本实施例的轮毂锻造方法工序逻辑框图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的本发明的保护范围。

实施例1，一种轮毂锻造方法，参见附图1，其主要分为备料、锻压、旋压、热处理和机加工这几个大步骤，以一个17英寸的铝合金轮毂为基准，将厚为65mm的7A04铝合金挤压板材热切成尺寸为350mm×350mm×65mm的方块形坯料；

其中的备料阶段在本实施例中为连续式生产工艺，a.将铝棒熔铸之后采用挤压机挤出350mm×65mm的铝合金板材；b.将挤出的铝合金板材在线传送入预热炉膛加温至440℃，预热处理30分钟；c.从炉膛出来预热完成的铝合金板材的一端顶在顶持机构上，炉膛的出口处的液压切刀对预热完成的铝合金直接进行在线热切，切下来得坯料将在其自身重力的作用下直接落入下方的送料滑槽上。如此，实现备料过程中的在线连续性生产效果，预热工序直接在备料阶段完成。

在步骤d.锻压时，采用初锻和终锻分步进行的方式，并且在初锻和终锻之前先将初锻模具和终锻模具在20分钟内加热至450℃，并且在模具工作面上喷洒润滑剂，所述润滑剂如人造蜡等，将热切之后的坯料放入初锻模具中，用 1500 吨的锻压机进行锻压并锻出初坯，终锻步骤将初坯放入终锻模具中并锻出终坯。

在旋压步骤之前，还需进行步骤e.将盘形坯料（终坯）进行冲孔胀形；之后进行步骤f.旋压，将冲孔胀形的毛坯放入旋压机进行旋压成型，在卧式旋压机上，将铝合金轮毂锻压毛坯用尾顶顶紧在旋压机芯模上，由主轴带动芯棒和铝合金轮毂锻压毛坯旋转，同时旋压轮从铝合金轮毂锻压毛坯一侧将材料挤压在旋转的芯模上，旋压时将铝合金轮毂锻压毛坯坯料加热，通过旋压使产生连续的塑性变形，得到锻旋铝合金轮毂。

最后进行步骤g.热处理及机加工，热处理为T6热处理，进行固溶热处理后进行人工时效的状态，机加工则进行去边、打磨、抛光和涂装等处理，最后包装入库。

实施例2，一种轮毂锻造方法，参见附图1，其主要分为备料、锻压、旋压、热处理和机加工这几个大步骤，以一个17英寸的铝合金轮毂为基准，将厚为65mm的6061铝合金挤压板材热切成尺寸为350mm×350mm×65mm的方块形坯料；

其中的备料阶段在本实施例中为连续式生产工艺，a.将铝棒熔铸之后采用挤压机挤出350mm×65mm的铝合金板材；b.将挤出的铝合金板材在线传送入预热炉膛加温至470℃，预热处理40分钟；c.从炉膛出来预热完成的铝合金板材的一端顶在顶持机构上，炉膛的出口处的液压切刀对预热完成的铝合金直接进行在线热切，切下来得坯料将在其自身重力的作用下直接落入下方的送料滑槽上。如此，实现备料过程中的在线连续性生产效果，预热工序直接在备料阶段完成。

在步骤d.锻压时，采用初锻和终锻分步进行的方式，并且在初锻和终锻之前先将初锻模具和终锻模具在25分钟内加热至460℃，并且在模具工作面上喷洒润滑剂，所述润滑剂如人造蜡等，将热切之后的坯料放入初锻模具中，用 1500 吨的锻压机进行锻压并锻出初坯，终锻步骤将初坯放入终锻模具中并锻出终坯。

在旋压步骤之前，还需进行步骤e.将盘形坯料（终坯）进行冲孔胀形；之后进行步骤f.旋压，将冲孔胀形的毛坯放入旋压机进行旋压成型，在卧式旋压机上，将铝合金轮毂锻压毛坯用尾顶顶紧在旋压机芯模上，由主轴带动芯棒和铝合金轮毂锻压毛坯旋转，同时旋压轮从铝合金轮毂锻压毛坯一侧将材料挤压在旋转的芯模上，旋压时将铝合金轮毂锻压毛坯坯料加热，通过旋压使产生连续的塑性变形，得到锻旋铝合金轮毂。

最后进行步骤g.热处理及机加工，热处理为T6热处理，进行固溶热处理后进行人工时效的状态，机加工则进行去边、打磨、抛光和涂装等处理，最后包装入库。

实施例3，一种轮毂锻造方法，参见附图1，其主要分为备料、锻压、旋压、热处理和机加工这几个大步骤，以一个17英寸的铝合金轮毂为基准，将厚为58mm的6061铝合金挤压板材热切成尺寸为370mm×370mm×58mm的方块形坯料；

其中的备料阶段在本实施例中为连续式生产工艺，a.将铝棒熔铸之后采用挤压机挤出370mm×58mm的铝合金板材；b.将挤出的铝合金板材在线传送入预热炉膛加温至450℃，预热处理40分钟；c.从炉膛出来预热完成的铝合金板材的一端顶在顶持机构上，炉膛的出口处的液压切刀对预热完成的铝合金直接进行在线热切，切下来得坯料将在其自身重力的作用下直接落入下方的送料滑槽上。如此，实现备料过程中的在线连续性生产效果，预热工序直接在备料阶段完成。

在步骤d.锻压时，采用初锻和终锻分步进行的方式，并且在初锻和终锻之前先将初锻模具和终锻模具在20分钟内加热至450℃，并且在模具工作面上喷洒润滑剂，所述润滑剂如人造蜡等，将热切之后的坯料放入初锻模具中，用 1500 吨的锻压机进行锻压并锻出初坯，终锻步骤将初坯放入终锻模具中并锻出终坯。

在旋压步骤之前，还需进行步骤e.将盘形坯料（终坯）进行冲孔胀形；之后进行步骤f.旋压，将冲孔胀形的毛坯放入旋压机进行旋压成型，在卧式旋压机上，将铝合金轮毂锻压毛坯用尾顶顶紧在旋压机芯模上，由主轴带动芯棒和铝合金轮毂锻压毛坯旋转，同时旋压轮从铝合金轮毂锻压毛坯一侧将材料挤压在旋转的芯模上，旋压时将铝合金轮毂锻压毛坯坯料加热，通过旋压使产生连续的塑性变形，得到锻旋铝合金轮毂。

最后进行步骤g.热处理及机加工，热处理为T6热处理，进行固溶热处理后进行人工时效的状态，机加工则进行去边、打磨、抛光和涂装等处理，最后包装入库。

实施例4，一种轮毂锻造方法，参见附图1，其主要分为备料、锻压、旋压、热处理和机加工这几个大步骤，以一个17英寸的铝合金轮毂为基准，将厚为41mm的6061铝合金挤压板材热切成尺寸为440mm×440mm×41mm的方块形坯料；

其中的备料阶段在本实施例中为连续式生产工艺，a.将铝棒熔铸之后采用挤压机挤出440mm×41mm的铝合金板材；b.将挤出的铝合金板材在线传送入预热炉膛加温至455℃，预热处理35分钟；c.从炉膛出来预热完成的铝合金板材的一端顶在顶持机构上，炉膛的出口处的液压切刀对预热完成的铝合金直接进行在线热切，切下来得坯料将在其自身重力的作用下直接落入下方的送料滑槽上。如此，实现备料过程中的在线连续性生产效果，预热工序直接在备料阶段完成。

在步骤d.锻压时，采用初锻和终锻分步进行的方式，并且在初锻和终锻之前先将初锻模具和终锻模具在20分钟内加热至420℃，并且在模具工作面上喷洒润滑剂，所述润滑剂如人造蜡等，将热切之后的坯料放入初锻模具中，用 1500 吨的锻压机进行锻压并锻出初坯，终锻步骤将初坯放入终锻模具中并锻出终坯。

在旋压步骤之前，还需进行步骤e.将盘形坯料（终坯）进行冲孔胀形；之后进行步骤f.旋压，将冲孔胀形的毛坯放入旋压机进行旋压成型，在卧式旋压机上，将铝合金轮毂锻压毛坯用尾顶顶紧在旋压机芯模上，由主轴带动芯棒和铝合金轮毂锻压毛坯旋转，同时旋压轮从铝合金轮毂锻压毛坯一侧将材料挤压在旋转的芯模上，旋压时将铝合金轮毂锻压毛坯坯料加热，通过旋压使产生连续的塑性变形，得到锻旋铝合金轮毂。

最后进行步骤g.热处理及机加工，热处理为T6热处理，进行固溶热处理后进行人工时效的状态，机加工则进行去边、打磨、抛光和涂装等处理，最后包装入库。

比较例1

本实施例以一个 17 英寸的汽车锻旋铝合金轮毂为基准 ：

根据铝合金轮毂的大小计算所需坯料的体积，将铝合金热轧厚板冲裁成圆饼状坯料 ；更具体的说，将厚为 65mm 的 6061 铝合金热轧厚板冲裁成尺寸为 Φ350mm×65mm的圆饼状坯料 ；然后，对坯料表面进行清洗和去油污处理 ；优选，所述 6061 铝合金热轧厚板是采用6061 铝合金铸锭经过热轧处理制成 ；

将上述冲裁得到的圆饼状坯料放入到加热炉中加热至 470℃进行预热处理 40分钟 ；

在锻压成形前，用 25 分钟时间将模具预热至 460℃，使模具的上模和下模分离，并在模具工作面上喷洒润滑剂，所述润滑剂如人造蜡等 ；然后，将上述经过预热的圆饼状坯料放入至模具中，用 1500 吨的锻压机进行锻压，所述锻压次数为 2 次，使铝合金轮毂初步形成，得到铝合金轮毂锻压毛坯 ；

将上述初步形成的铝合金轮毂锻压毛坯放入卧式旋压机中进行旋压成形，再经过热处理和机加工，得到成品锻旋铝合金轮毂；更具体的说，在卧式旋压机上，将上述初步形成的铝合金轮毂锻压毛坯用尾顶顶紧在卧式旋压机芯模上，由主轴带动芯棒和铝合金轮毂锻压毛坯旋转，同时旋压轮从铝合金轮毂锻压毛坯一侧将材料挤压在旋转的芯模上，旋压时将铝合金轮毂锻压毛坯坯料加热至 450℃，通过旋压使产生连续的塑性变形，使轮毂的轮辋旋压成形，再经过热处理和机加工，得到成品锻旋铝合金轮毂。

比较例2

以一个 17 英寸的汽车锻旋铝合金轮毂为基准 ：

根据铝合金轮毂的大小计算所需坯料的体积，将 Φ250mm 为的铸态的铝合金棒料切割成圆柱状坯料 ；清洗坯料，除去油污用 35 分钟时间将坯料加热到 460℃，保温 70分钟，在 1000 吨压力机下锻打 3 次，将坯料镦粗到 Φ350mm，得到圆饼状坯料 ；所述铸态的铝合金棒料为 6061 铝合金，所述 6061 铝合金包括以下组成的化学成分 ：Si ：0.4～ 0.8 ；Fe ：0 ～ 0.7 ；Cu ：0.15 ～ 0.4 ；Mn ：0 ～ 0.15 ；Mg ：0.8 ～ 1.2 ；Cr ：0.04 ～ 0.35 ；Zn ：0 ～ 0.25 ；Ti ：0 ～ 0.15 ；余量为铝 ；

将上述得到的圆饼状坯料再次放入到加热炉中加热至 440℃～ 460℃进行预热处理 35 分钟 ；

在锻压成形前，用 20 分钟时间将模具预热至 420℃，然后，使模具的上模和下模分离，并在模具工作面上喷洒润滑剂，所述润滑剂如人造蜡等 ；然后，将上述经过预热的圆饼状坯料放入至模具中，用 1500 吨的锻压机进行锻压，所述锻压次数为 3 次，使铝合金轮毂初步形成，得到铝合金轮毂锻压毛坯 ；

将上述初步形成的铝合金轮毂锻压毛坯放入卧式旋压机中进行旋压成形，再经过热处理和机加工，得到成品锻旋铝合金轮毂 ；更具体的说，在卧式旋压机上，将上述初步形成的铝合金轮毂锻压毛坯用尾顶顶紧在卧式旋压机芯模上，由主轴带动芯棒和铝合金轮毂锻压毛坯旋转，同时旋压轮从铝合金轮毂锻压毛坯一侧将材料挤压在旋转的芯模上，旋压时将铝合金轮毂锻压毛坯坯料加热至 400℃，通过旋压使产生连续的塑性变形，使轮毂的轮辋旋压成形，再经过热处理和机加工，所述热处理优选采用 T6 热处理，所述机加工包括去边、打磨、抛光和涂装等处理，得到成品锻旋铝合金轮毂。

选取上述实施例和比较例得到的锻旋铝合金轮毂进行相应的力学性能测试，分别在轮毂不同部分进行取样，轮缘和轮辐部位采用圆棒拉伸度样，选用 d3×30 ；轮辋部位采用片状拉伸试样，选用宽度 b10，厚度为轮辋原始厚度，具体按照 GB/T228-2002 检测标准进行拉伸试验，以下表 1 是实施例1至实施例4以及比较例1和2的制备方法得到的锻旋铝合金轮毂的测试结果，具体试验结果如下表 1 所示。

表1：

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种轮毂锻造方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.型材挤压，通过挤压机挤出设定好的厚度和宽度的铝合金板材；

b.预热，通过加热设备连续在线加热从挤压机挤出的铝合金板材；

c.热切，采用热切工艺切割从加热设备出来已预热好的铝合金板材并切割成预设好的长度形成方块状坯料，所述热切工艺包括液压切刀、顶持机构，所述顶持机构用以将从加热设备传出的铝合金板材顶住，液压切刀设于加热设备的出口部位将预热好的铝合金板材切断；

d.锻造，将热切之后的坯料放入模具中进行锻压，使其形成盘形；

e.将盘形坯料进行冲孔胀形；

f.将冲孔胀形的毛坯放入旋压机进行旋压成型；

g.将旋压成型的毛坯进行热处理及机加工，得到轮毂成品。

2.根据权利要求1所述的一种轮毂锻造方法，其特征在于，所述步骤a中的挤压原材料得自铝棒熔铸。

3.根据权利要求1所述的一种轮毂锻造方法，其特征在于，所述步骤d分为初锻步骤和终锻步骤，所述初锻 步骤将热切之后的坯料放入初锻模具中并锻出初坯，所述终锻步骤将初坯放入终锻模具中并锻出终坯。

4.根据权利要求1所述的一种轮毂锻造方法，其特征在于，所述步骤b的预热温度为430-470℃。

5.根据权利要求3所述的一种轮毂锻造方法，其特征在于，在初锻和终锻之前先将初锻模具和终锻模具加热至420-460℃。

6.根据权利要求1所述的一种轮毂锻造方法，其特征在于，所述步骤g的热处理为T6热处理。

7.根据权利要求2所述的一种轮毂锻造方法，其特征在于，所述铝棒选自6XXX系或7XXX系铝合金。

8.根据权利要求7所述的一种轮毂锻造方法，其特征在于，所述步骤d中，6XXX系铝合金的锻造温度为510～560℃；7XXX系铝合金的锻造温度为420～470℃。

9.根据权利要求1所述的一种轮毂锻造方法，其特征在于，所述步骤a中的挤出机的挤出压力为700-900T。