低壓雙邊澆立式旋壓鋁合金車輪的開發(fā)與應(yīng)用

曹學(xué)鋒 李淵濤 張川吉

摘要：為適應(yīng)汽車行業(yè)發(fā)展的需求，資源合理化利用，節(jié)能降耗，提升市場競爭力，解決行業(yè)共性問題，我公司決定自主研發(fā)低壓雙邊澆立式旋壓工藝，降低產(chǎn)品重量、提高產(chǎn)品機(jī)械性能，使車輪朝著大直徑、輕量化、高強(qiáng)度方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：鋁合金車輪;開發(fā);應(yīng)用

1.總體開發(fā)思路

我公司決定自主研發(fā)壓雙邊澆立式旋壓工藝，本項(xiàng)目研制成功后，主要達(dá)到以下指標(biāo)：設(shè)計(jì)開發(fā)出合理的低壓雙邊澆模具，開發(fā)出合理的低壓雙邊澆車輪生產(chǎn)工藝，并通過立式旋壓工藝進(jìn)行生產(chǎn)，使得生產(chǎn)效率提高25%以上，并且使得車輪的整體機(jī)械性能提高10%以上，車輪重量減重20%以上。

2.技術(shù)方案

該項(xiàng)目利用一套低壓雙邊澆鑄造機(jī)，設(shè)計(jì)出低壓雙邊澆模具;同時(shí)購置立式旋壓機(jī)并開發(fā)出合理的立式旋壓工藝，二者工藝相結(jié)合生產(chǎn)出達(dá)到性能要求的低壓雙邊澆立式旋壓鋁合金車輪產(chǎn)品。在低壓雙邊澆工藝的基礎(chǔ)之上，采用立式旋壓新工藝進(jìn)行生產(chǎn)，可使鋁合金車輪輪輞的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度延伸率，都要比傳統(tǒng)鑄造工藝生產(chǎn)的車輪有所提高，而重量可以較普通車輪有所減少，達(dá)到節(jié)約成本的目的。

3.產(chǎn)品（工藝）開發(fā)流程

3.1開發(fā)流程

方案研討→機(jī)臺(tái)設(shè)計(jì)→模具設(shè)計(jì)→模具制造→模具試生產(chǎn)→試生產(chǎn)總結(jié)→小批量生產(chǎn)→批量生產(chǎn)總結(jié)→正式投產(chǎn)→項(xiàng)目總結(jié)。

3.2具體開發(fā)成果方案

低壓雙邊澆立式旋壓生產(chǎn)工藝流程如下：

熔煉→鑄造毛坯→預(yù)加工→預(yù)熱→旋壓車輪→熱處理→機(jī)加工→涂裝。

低壓雙邊澆立式旋壓生產(chǎn)工藝流程與普通的鑄造鋁合金車輪工藝相比較，差別在于：原工藝鑄造的毛坯是一次性成型，已具備了車輪的全部要素，與我們普通的車輪成品只是在尺寸精度上不同;而低壓雙邊澆立式旋壓生產(chǎn)工藝鑄造的毛坯只鑄出輪輻，不具有輪輞，只是根據(jù)等體積變形原理預(yù)留輪輞所需的材料，在旋壓機(jī)上將預(yù)留的材料擠壓形成正常的輪輞。低壓雙邊澆立式旋壓生產(chǎn)工藝需解決的主要技術(shù)問題如下：

（1）雙邊澆工藝開發(fā)。針對(duì)目前使用的中心澆注設(shè)計(jì)，我公司開發(fā)出了低壓雙邊澆技術(shù)，以我公司真元機(jī)為例，如若改為雙邊澆生產(chǎn)工藝，機(jī)臺(tái)臺(tái)板的升液管孔按雙邊澆注設(shè)計(jì)，增加兩個(gè)孔位，當(dāng)采用雙邊澆注方式時(shí)，使用兩個(gè)升液管充型。我們將要設(shè)計(jì)實(shí)施的是設(shè)置兩個(gè)澆口，可用做單邊澆注或雙邊澆注，澆口設(shè)置在臺(tái)板方位的前后兩端。

（2）立式旋壓工藝開發(fā)。立式旋壓工藝是一種綜合了模具設(shè)計(jì)、鑄造、擠壓、拉伸、彎曲、環(huán)軋、橫軋和滾擠等工藝特點(diǎn)的少切削加工的先進(jìn)工藝。該工藝將鑄造專用毛坯用頂模頂緊在旋壓機(jī)上模上，由主軸帶動(dòng)上模和坯料旋轉(zhuǎn)，同時(shí)旋壓輪從毛坯一側(cè)將坯料擠壓在旋轉(zhuǎn)的上模上，使坯料產(chǎn)生逐點(diǎn)連續(xù)的塑性變形，實(shí)現(xiàn)了更高的粒子緊密度，從而獲得材料結(jié)構(gòu)致密、強(qiáng)度高的鑄造熱旋壓毛坯車輪。

我公司在旋壓過程中使用的是強(qiáng)力旋壓中的一種特殊的旋壓方式—分層錯(cuò)距旋壓，是指多個(gè)旋輪在周向相互錯(cuò)開而在徑向又依次使毛坯厚度減薄的旋壓過程。這種旋壓方式可以在一道次旋壓過程中完成多道次旋壓，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)使工件直徑精度得到了提高。

（3）產(chǎn)品性能對(duì)比

4.關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

（1）雙邊澆的鑄造方式，在輪子兩側(cè)設(shè)置澆口，使鋁液從輪輞處進(jìn)入，鋁液流動(dòng)的距離可縮短一半，補(bǔ)縮能力大大增強(qiáng)，對(duì)滿足輪輞及輪輻的鋁液補(bǔ)縮量是綽綽有余的，這樣輪輻擺脫了對(duì)輪輞進(jìn)行補(bǔ)縮的作用。并且通過水冷工藝加大冷卻強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。

（2）通過水冷工藝，鋁液在急冷的模具溫度下依然能夠依順序凝固的原則進(jìn)行結(jié)晶，不會(huì)產(chǎn)生R角、輪輞部位的縮松缺陷，鑄件組織致密，機(jī)械性能得到改善，特別是輪盤的機(jī)械性能，將得到更大的提高。

（3）該技術(shù)在保持鋁合金車輪款式多變的前提下，提高了車輪材料力學(xué)性能和強(qiáng)度，解決車輪輕量化后的性能問題，實(shí)現(xiàn)車輪整體性能，同時(shí)減重20%以上。

（4）滿足車輪大直徑、輕量化、高強(qiáng)度的要求。

（5）在邊模上設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)鑄造工藝必須犧牲部分輪輻性能來保證輪輞性能的問題，有效保證輪輻性能的提高。

（6）設(shè)備工藝簡單，工藝準(zhǔn)備和工藝過程與普通低壓鑄造相同，整個(gè)工藝過程簡單，容易操作。

（7）以往鑄造毛坯墩都需要先進(jìn)行初加工，若能將中間步驟省略，將鑄造出來毛坯直接進(jìn)行旋壓，可以很大提高生產(chǎn)效率，也可以節(jié)約生產(chǎn)成本。

5.總結(jié)

5.1技術(shù)成果及應(yīng)用前景

該工藝易于實(shí)施、可操作性強(qiáng)、生產(chǎn)效率高、機(jī)械性能好，能夠滿足主機(jī)廠在中高端市場對(duì)車輪“大直徑、高強(qiáng)度、輕量化”的要求，且投資成本低，具有較好的生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值和市場推廣價(jià)值。

5.2存在的不足及有待完善的地方

盡管低壓雙邊澆立式旋壓工藝在各部門的努力攻關(guān)下已取得可喜的成績，但仍存在一些美中不足，目前我們攻克的技術(shù)僅代表了旋壓技術(shù)的初期階段，還須進(jìn)一步深入研究。

作者簡介：

曹學(xué)鋒（1977-）男，漢族，河北人，工程師，畢業(yè)于江漢石油學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)及制造專業(yè)，主要從事鋁合金車輪工程技術(shù)工作。