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CN109158470A - 一种轮毂铲旋成形工艺 - Google Patents

一种轮毂铲旋成形工艺 Download PDF

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CN109158470A CN201811028059.6A CN201811028059A CN109158470A CN 109158470 A CN109158470 A CN 109158470A CN 201811028059 A CN201811028059 A CN 201811028059A CN 109158470 A CN109158470 A CN 109158470A
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骆耀斌
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ANHUI STRONG AUTO PARTS Co Ltd
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Abstract

本发明涉及轮毂制备技术领域,尤其涉及一种轮毂铲旋成形工艺。其依次包括以下步骤:(1)锻造毛坯板料;(2)铲旋成形,将所述毛坯板料套设于旋压机的铲旋芯模,利用铲旋轮从旋转的毛坯板料边缘将部分毛坯铲起,并转移到毛坯板料厚度方向上形成轮毂筒壁;(3)旋压推挤成形,增设推挤芯模,将旋轮作用于毛坯板料边缘,将毛坯板料的外沿部分向内推挤形成轮辋坯;(4)强力旋压成形,将旋轮沿毛坯板料的径向方向作用于所述轮辋坯,使轮辋坯沿毛坯板料的厚度方向塑性变形为轮辋。该工艺高效低耗,且其生产得到的轮毂整体性好、质量优良。

Description

一种轮毂铲旋成形工艺
技术领域
本发明涉及轮毂制备技术领域,尤其涉及一种轮毂铲旋成形工艺。
背景技术
随着我国制造业水平的不断提高,我国的汽车工业在向环保、舒适、安全、节能的方向发展。在这个过程中,汽车的轻量化就显得尤为重要。轮毂是轮胎内廓支撑轮胎的圆桶形的、中心装在轴上的金属部件,轮毂作为承载汽车全身重量的重要部件,其性能的好坏将直接影响到汽车的寿命、外观、安全和舒适性。目前铝合金旋压轮毂不仅是从材料还是生产工艺上来说都符合汽车零部件轻量化的发展要求,成为轮毂制造工艺的主流。
金属旋压成形就是将毛坯固定在模具上,模具连通毛坯一起高速旋转,外侧的旋轮对毛坯沿某一方向运动,坯料受到旋轮作用的外力,在外力的作用下,不断发生塑性变形,最后旋压处与芯模形状一致的零件,该工艺保持了金属的致密度和整个轮毂的动平衡,使轮辋变得更轻更耐用,旋压出的轮毂在保持了足够刚度的同时,能大大减少材料的厚度,与普通低压铸造铝轮毂相比,同尺寸的轮毂重量可减小15%。
但目前旋压工艺只是以赶旋为主,因为旋压的设备和工艺仅依靠于国外的旋压机制造厂商的技术水平,旋压工艺的创新很弱,国外旋压设备的压力不足,不敢用先进的旋压工艺来做,旋压工艺的劈开、推挤、铲旋工艺都没有在铝合金车轮上实现。旋压工艺开发的潜力有很大的空间。同时,不同的旋压方法、旋压参数对轮毂的成形也有着极大的影响,因此,开发创造生产效率高、耗能低的轮毂旋压成形工艺尤为重要。
发明内容
本发明要解决上述问题,提供一种用于制备轮毂、高效低耗的铲旋成形工艺。
本发明解决问题的技术方案是,提供一种轮毂铲旋成形工艺,依次包括以下步骤:
(1)锻造毛坯板料;
(2)铲旋成形,将所述毛坯板料套设于旋压机的铲旋芯模,利用铲旋轮从旋转的毛坯板料边缘将部分毛坯铲起,并转移到毛坯板料厚度方向上形成轮毂筒壁;
(3)旋压推挤成形,增设推挤芯模,将旋轮作用于毛坯板料边缘,将毛坯板料的外沿部分向内推挤形成轮辋坯;
(4) 强力旋压成形,将旋轮沿毛坯板料的径向方向作用于所述轮辋坯,使轮辋坯沿毛坯板料的厚度方向塑性变形为轮辋。
优选地,所述推挤芯模包括分别设置于毛坯板料上、下端面的上筒形芯模和下筒形芯模,所述推挤芯模的外径径小于所述毛坯板料的外径。
优选地,步骤(1)中所述毛坯板料的厚度为2-5mm。
优选地,步骤(2)中所述铲旋芯模的径向跳动量为0.01-0.1mm,所述铲旋芯模采用8CrMoV材料,表面淬火,硬度为HRC58-62,表面粗糙度为0.6-1.0μm。
优选地,步骤(2)中所述铲旋轮的材料为W6Mo5Cr4V2,硬度为HRC62-64。
优选地,步骤(2)中所述铲旋轮为单锥面旋轮,锥面与铲旋轮旋转轴夹角为45°。
优选地,步骤(2)中所述铲旋轮的圆角半径为1-3mm。
优选地,步骤(2)中所述铲旋轮的转速为450 -600 r/min,给进速度为0.1 -0.5mm/s。
优选地,步骤(2)中所述铲旋轮的退出角为15°–45°。
本发明的有益效果:
1.通过铲旋成形的方法制备轮毂筒壁,直接从毛坯板料一步旋压出筒壁,材料浪费少,成品的整体性较好,重量轻。且由于是一次加工成形,轮毂强度高,表面质量较好。此外,简化了加工工序,加工周期节约60%以上,材料浪费率低,生产成本低,避免了铸造、焊接过程对环境的影响,符合减重、低碳、环境友好性等汽车部件发展趋势。
2.以旋压推挤的方式将毛坯板料的外沿部分堆积为轮辋坯,再以强力旋压的方式得到轮辋,轮辋于毛坯板料上一体成型,得到的成品整体性好、强度高、材料浪费少。
3. 这种工艺制得的轮毂材料得料率达到70%-90%,其加工余量小、生产效率高,且节能环保。
附图说明
图1是一种轮毂铲旋成形工艺的流程示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施方式,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步的描述,但本发明并不限于这些实施例。
一种轮毂铲旋成形工艺,如图1所示,依次包括以下步骤:
(1)锻造毛坯板料,一般锻造圆盘形毛坯板料。本实施例中将其厚度设计为2-5mm。
(2)铲旋成形,将得到的毛坯板料套设于旋压机的铲旋芯模,铲旋芯模为该毛坯板料所需形变的筒壁的形状,然后利用铲旋轮从旋转的毛坯板料边缘将部分毛坯铲起,并转移到毛坯板料厚度方向上形成轮毂筒壁。在铲旋旋压成形过程中,毛坯板料与作进给运动的铲旋轮局部接触,并在铲旋轮进给力的作用下,逐渐发生塑性变形。毛坯板料在与铲旋轮的近似点接触过程中,受到铲旋轮施加的轴向变形力、切向变形力和径向变形力的共同作用,变形区域变形遵循最小阻力定律,毛坯板料向毛坯的上端面发生变形,变形区域逐渐向毛坯中心区域的铲旋芯模移动。与铲旋轮接触部分的坯料沿径向作长距离的变形,由于毛坯随铲旋芯模作高速的旋转运动,毛坯半径外围坯料周期性受到旋轮力的作用,逐渐形成筒壁。
由于在铲旋成形过程中,铲旋芯模上要承受铲旋轮对毛坯板料施加的局部作用力,毛坯金属的流动也会对铲旋芯模表面产生较大的作用力,因此对铲旋芯模的强度和表面性能有较高的要求,本实施例中铲旋芯模的径向跳动量为0.01-0.1mm,且铲旋芯模采用8CrMoV材料,表面淬火,硬度为HRC58-62,此外,由于表面粗糙度直接影响到轮毂内壁的表面质量,将铲旋芯模的表面粗糙度设置为0.6-1.0μm。
铲旋轮是整个铲旋成形过程中主要的工作部件,整个铲旋轮安装固定在旋压机的进给机构上,受进给机构带动作进给动作,和毛坯板料发生局部接触,使毛坯板料发生塑性变形。由于在铲旋成形过程中,铲旋轮在毛坯板料径向和轴向方向上承受较大的变形力,因此,铲旋轮的材料为W6Mo5Cr4V2,硬度为HRC62-64。铲旋轮为单锥面旋轮,锥面与铲旋轮旋转轴夹角为45°。
此外,对铲旋轮的选择与设计也有要求。首先将铲旋轮的退出角设计为15°-45°,以提高轮毂底部的表面质量,减少底部毛刺产生的可能性,避免坯料反向流动,形成飞边。其次,在成形过程中,由于铲旋轮首先和毛坯坯料发生相互作用,铲旋轮圆角半径较大时,铲旋轮和毛坯板料的接触面积变大,毛坯板料的流动阻力较大,材料容易出现反挤,所以为了增加材料向轮毂筒壁高度增加的方向流动的倾向,通常选取较小的圆角半径,但在铲旋成形过程中,当圆角半径比较小的时候,铲旋轮圆角又容易对与其接触的毛坯板料产生铲旋切削作用,同时使轮毂筒壁表面的光洁度变差甚至会出现裂纹,因此,配合毛坯板料2-5cm的厚度,将铲旋轮的圆角半径设计为1-3mm。同时,本实施例中的铲旋轮的转速为450 -600 r/min,进给速度为0.1 -0.5 mm/s。
这样毛坯板料厚度、铲旋轮圆角半径以及铲旋轮给进速度的设计还有另一个好处。
由于在铲旋成形过程中,随着铲旋轮沿径向的进给运动,毛坯周向部分依次与旋轮发生接触,毛坯板料不断沿径向和轴向发生转移,毛坯板料在这两个方向上逐渐堆积,形成轮毂筒壁。沿径向和轴向流动金属的多少取决于毛坯板料在径向和轴向受到的阻力的大小,毛坯板料在径向的流动阻力大于轴向流动阻力,所以毛坯板料更多地流动到轮毂筒壁轴向上,轮毂筒壁高度长高。当轮毂筒壁底部与铲旋芯模接触时,在径向截面上流动的金属不再是自由流动,同时受到旋轮进给力的作用和芯模的阻力,在径向截面上流动的金属开始不断充满铲旋芯模和铲旋轮之间的形腔。轮毂筒壁与铲旋芯模接触后金属自下而上逐渐将铲旋轮与铲旋芯模形成的形腔充满,轮毂筒壁上端在铲旋旋压结束时没有充满,出现轮毂筒壁上端发生欠肉现象,通过上述优化成形工艺参数能够有效改善这种成形缺陷,因此,特别地将毛坯板料厚度设计为2-5mm,铲旋轮圆角半径设计为1-3mm,铲旋轮进给速度设计为0.1-0.5mm/s。实验结果如下表。
(3)旋压推挤成形,在铲旋芯模的基础上增设推挤芯模,推挤芯模包括分别设置于毛坯板料上、下端面的上筒形芯模和下筒形芯模,且推挤芯模的外径径小于毛坯板料的外径。从而上筒形芯模和下筒形芯模将毛坯板料夹制于其中,并暴露出毛坯板料的外沿部分。将旋轮作用于毛坯板料边缘,从而将毛坯板料的外沿部分向内推挤为一堆,并在推挤芯模的阻力作用下形成轮辋坯。
(4)强力旋压成形,将旋轮沿毛坯板料的径向方向作用于轮辋坯,通过强力旋压作用使轮辋坯变薄、变长,使轮辋坯沿毛坯板料的厚度方向塑性变形为轮辋。最后即得到成形的轮毂产品。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种轮毂铲旋成形工艺,其特征在于:依次包括以下步骤:
锻造毛坯板料;
铲旋成形,将所述毛坯板料套设于旋压机的铲旋芯模,利用铲旋轮从旋转的毛坯板料边缘将部分毛坯铲起,并转移到毛坯板料厚度方向上形成轮毂筒壁;
旋压推挤成形,增设推挤芯模,将旋轮作用于毛坯板料边缘,将毛坯板料的外沿部分向内推挤形成轮辋坯;
强力旋压成形,将旋轮沿毛坯板料的径向方向作用于所述轮辋坯,使轮辋坯沿毛坯板料的厚度方向塑性变形为轮辋。
2.根据权利要求1所述的一种轮毂铲旋成形工艺,其特征在于:所述推挤芯模包括分别设置于毛坯板料上、下端面的上筒形芯模和下筒形芯模,所述推挤芯模的外径径小于所述毛坯板料的外径。
3.根据权利要求1所述的一种轮毂铲旋成形工艺,其特征在于:步骤(1)中所述毛坯板料的厚度为2-5mm。
4.根据权利要求1所述的一种轮毂铲旋成形工艺,其特征在于:步骤(2)中所述铲旋芯模的径向跳动量为0.01-0.1mm,所述铲旋芯模采用8CrMoV材料,表面淬火,硬度为HRC58-62,表面粗糙度为0.6-1.0μm。
5.根据权利要求1所述的一种轮毂铲旋成形工艺,其特征在于:步骤(2)中所述铲旋轮的材料为W6Mo5Cr4V2,硬度为HRC62-64。
6.根据权利要求1所述的一种轮毂铲旋成形工艺,其特征在于:步骤(2)中所述铲旋轮为单锥面旋轮,锥面与铲旋轮旋转轴夹角为45°。
7.根据权利要求3所述的一种轮毂铲旋成形工艺,其特征在于:步骤(2)中所述铲旋轮的圆角半径为1-3mm。
8.根据权利要求3所述的一种轮毂铲旋成形工艺,其特征在于:步骤(2)中所述铲旋轮的转速为450 -600 r/min,给进速度为0.1 -0.5 mm/s。
9.根据权利要求1所述的一种轮毂铲旋成形工艺,其特征在于:步骤(2)中所述铲旋轮的退出角为15°–45°。
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