基于一種非機(jī)動(dòng)車J型鋼圈加工工藝的研究

林仁建　陳超　蘇薛衛(wèi)

摘 要：隨著車輪鋼圈行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范及客戶質(zhì)量要求越來(lái)越高，鋼圈加工工藝不能再單純依靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)加工，新的工藝方案必須更加細(xì)化，其過(guò)程也需要新的設(shè)備及方法來(lái)控制，尤其ISO/TS16949標(biāo)準(zhǔn)給鋼圈制造帶來(lái)更高的要求。本文詳述了一種非機(jī)動(dòng)車J型12×4鋼圈的制造加工過(guò)程，其工藝已經(jīng)能很好地保證鋼圈生產(chǎn)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：非機(jī)動(dòng)車；鋼圈；加工工藝；沖壓；質(zhì)a量

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.217

經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，時(shí)的交通、園林等與人們息息相關(guān)的行業(yè)也得到長(zhǎng)足發(fā)展，例如非機(jī)動(dòng)車輛沙灘車、高爾夫球車、草坪及園林機(jī)械、拖車、掃雪車、電動(dòng)車等的用途越來(lái)越廣泛，車輪是非機(jī)動(dòng)車輛最關(guān)鍵的零部件之一[1]，與地面之間作用的所有的力和力矩（附著力、驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力、側(cè)向力和回正力矩等）都是由車輪承受和傳遞的[2]。目前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及設(shè)計(jì)能力均能滿足其生產(chǎn)需要，規(guī)格系列化使得大多數(shù)規(guī)格的鋼圈均能達(dá)到量產(chǎn)。通常非機(jī)動(dòng)車輛的車輪鋼圈為鋼材壓制及焊接而成，已裝配無(wú)內(nèi)胎的輪胎，車輪鋼圈的加工工藝雖已逐漸完善，但更多企業(yè)還是依靠經(jīng)驗(yàn)制造加工，基本停留在上世紀(jì)。

1 J型12×4鋼圈加工工藝

本文以豐田系列掃雪車J型12×4車輪鋼圈為研究對(duì)象，鋼圈主要由輪輞和輪輻組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 輪輞加工工藝

輪輞加工材料為SPHC熱軋鋼板，厚度2.5mm，輪輞加工過(guò)程如表1。

（1）打字卷圓。在平鋪的鋼板上壓印出產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)定的標(biāo)識(shí)內(nèi)容，傳輸?shù)骄砣C(jī)內(nèi)圈圓，以方便后續(xù)工序的焊接等，刻字位置在輪緣位置，圖2所示平鋪鋼板刻字，圖3所示卷圈機(jī)內(nèi)的圈圓。

（2）對(duì)焊。輪輞對(duì)焊采用閃光對(duì)焊能夠滿足焊接強(qiáng)度及外觀要求，閃光對(duì)焊屬于電阻焊的一種，焊接代號(hào)為“24”。工作時(shí)，鉗口和電極將工件兩端加緊，接通電源，同時(shí)使工件兩端同時(shí)逐漸靠近，在大電流的作用下產(chǎn)生電阻熱，使兩端頭金屬熔化，并開(kāi)始閃光；同時(shí)給予一個(gè)快速的頂鍛力，使兩端頭的材料結(jié)合在一起。輪輞對(duì)焊工作如圖4所示。

（3）擴(kuò)口、滾型。輪輞擴(kuò)口、1滾、2滾、3滾通過(guò)形狀過(guò)渡，材料均勻變形，同時(shí)使輪輞形狀逐漸成型至產(chǎn)品規(guī)定的尺寸（包括輪輞的寬度、輪緣寬度），并將輪緣口處進(jìn)行切邊。圖5為輪輞滾型過(guò)程。

（4）擴(kuò)張。通過(guò)模具中的錐形芯軸的向上運(yùn)動(dòng)，使輪輞徑向方向上產(chǎn)生張力，是輪輞的胎圈座周長(zhǎng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，以便于輪胎配合裝配，其尺寸通過(guò)球帶尺檢驗(yàn)。圖6所示模具錐形芯軸原理和模具實(shí)體。

（5）沖氣門孔、擠孔。圖7為沖壓輪輞氣門孔，擠壓毛刺，確保輪輞與氣門嘴裝配順利，不刮傷氣門嘴。

1.2 輪輻加工工藝

輪輻加工材料為SPHC熱軋鋼板，厚度4.5mm，輪輻加工過(guò)程如表2。

（1）落料。按產(chǎn)品設(shè)計(jì)將鋼板沖成一定尺寸的圓料，以便后續(xù)拉伸、成型等工序使用，綜合考慮板料的重量、利用率及動(dòng)能因素，采用落圓數(shù)來(lái)進(jìn)行沖壓落料。沖壓板材按照設(shè)計(jì)，外購(gòu)相應(yīng)規(guī)格的板材。圖8所示沖壓落料。

（2）拉延、反拉延成型。將圓板料拉出一定高度，有利于后續(xù)反拉延工序時(shí)材料的流動(dòng)（一些小規(guī)格的鋼圈輻板拉延時(shí)，可在中心沖出一個(gè)工藝小孔，為后續(xù)工序提供位基準(zhǔn)）。反拉延是過(guò)渡形狀過(guò)程，利于材料流動(dòng)，最后用成型模壓出設(shè)計(jì)輪輻形狀，其控制尺寸主要為輪輻深度、螺栓孔凸包的高度等，其中輪輻深度、螺栓孔凸包不足會(huì)降低鋼圈彎曲疲勞性能和螺栓孔剛度。圖9所示拉延、反拉延成型的輻板。

（3）翻邊。通過(guò)模具沖壓鋼圈輪輻的中心孔，然后對(duì)中心孔和外徑進(jìn)行折彎，形成一定的配合長(zhǎng)度，有利于配合整車裝配。中心孔翻孔過(guò)程中存在較大的拉應(yīng)力，產(chǎn)品設(shè)計(jì)或加工時(shí)，設(shè)定一個(gè)合理的中心孔高度，提高產(chǎn)品的可制造性，并且可以中心孔裂紋。圖10所示輪輻翻邊。

（4）沖螺栓孔、沖定位孔。螺栓孔及其球面尺寸，通常也是通過(guò)沖壓方式實(shí)現(xiàn)，給整車裝配帶來(lái)便利。輪輻定位通過(guò)中心孔定位銷，并確保螺栓孔相對(duì)于中心孔的位置度要求，這一加工過(guò)程通過(guò)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)或?qū)Ｓ玫奈恢枚葯z具進(jìn)行過(guò)程監(jiān)控。同樣，依次沖壓倫輪輻的定位孔。圖11為輪輻螺栓孔、定位孔的沖壓和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。

2 鋼圈合成制造工藝

鋼圈組對(duì)通常是通過(guò)壓制及焊接的方式實(shí)現(xiàn)的，其合成壓配模具如圖12所示。

（1）壓配。按設(shè)計(jì)要求，利用模具將輪輻、輪輞壓配至規(guī)定的相對(duì)位置。主要控制的尺寸為車輪跳動(dòng)和車輪的偏距，其均可通過(guò)后續(xù)的檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行全檢監(jiān)控，不合格品會(huì)自動(dòng)下線，避免其流入下道工序。圖13所示輪輞、輪輻的壓配。

（2）合成焊接。鋼圈合成是通過(guò)CO2氣體保護(hù)焊焊接的，焊接代碼“135”，焊接時(shí)通過(guò)較高的電流（通常標(biāo)準(zhǔn)在150A以上）產(chǎn)生熱量及弧光，融化焊絲及部分鋼圈材料，形成液態(tài)熔池，同時(shí)CO2氣體隔絕空氣，保護(hù)液態(tài)熔液不被氧化，使輪輞、輪輻很好的焊接組合。圖14所示CO2氣體保護(hù)焊合成焊接。焊接強(qiáng)度由“聯(lián)接強(qiáng)度試驗(yàn)”來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)[3-4]，焊接不出現(xiàn)撕裂或可見(jiàn)裂紋，圖15所示聯(lián)接強(qiáng)度試驗(yàn)。

最后經(jīng)過(guò)跳動(dòng)、動(dòng)平衡、涂裝、包裝、等工序完成鋼圈制造及裝配的整個(gè)過(guò)程。圖16為以上工序圖。

3 結(jié)語(yǔ)

車輪鋼圈市場(chǎng)空間及需求量是相當(dāng)大，并且整個(gè)行業(yè)已實(shí)現(xiàn)相應(yīng)地標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)企業(yè)各規(guī)格已經(jīng)量產(chǎn)出口或直接裝配，然而市場(chǎng)上的鋼圈質(zhì)量也是參差不齊，鋼圈制造工藝日益凸顯其重要性，甚至成為決定產(chǎn)品質(zhì)量和客戶滿意最關(guān)鍵的指標(biāo)，優(yōu)化工藝及加強(qiáng)工藝的管理，也是各企業(yè)降低成本的最佳途徑[5]。

參考文獻(xiàn)：

[1]王霄鋒，梁昭，張小格.基于動(dòng)態(tài)彎曲疲勞試驗(yàn)的汽車車輪有限元分析[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2007，1（34）.

[2]周到，康侃.五件式港口機(jī)械鋼圈焊接工藝及研究[J].廣西工學(xué)院學(xué)報(bào)，2006（01）.

[3]鄒業(yè)偉.工程車輪冷成型制造技術(shù)研究[J].應(yīng)用技術(shù)企業(yè)科技與發(fā)展，2010，24（294）.

[4]劉新宇，常虹，范長(zhǎng)偉，陳樹勛.鋼圈疲勞壽命估算方法探討[J].裝備制造技術(shù)，2008（05）.

[5]程秀美.新形勢(shì)下的汽車鋼圈產(chǎn)業(yè)研究及改進(jìn)措施[J].科技與生活，2010（02）.