基于一種非機動車J型鋼圈加工工藝的研究

林仁建　陳超　蘇薛衛

摘 要：隨著車輪鋼圈行業標準的規范及客戶質量要求越來越高，鋼圈加工工藝不能再單純依靠經驗來加工，新的工藝方案必須更加細化，其過程也需要新的設備及方法來控制，尤其ISO/TS16949標準給鋼圈制造帶來更高的要求。本文詳述了一種非機動車J型12×4鋼圈的制造加工過程，其工藝已經能很好地保證鋼圈生產質量。

關鍵詞：非機動車；鋼圈；加工工藝；沖壓；質a量

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

經濟的增長，時的交通、園林等與人們息息相關的行業也得到長足發展，例如非機動車輛沙灘車、高爾夫球車、草坪及園林機械、拖車、掃雪車、電動車等的用途越來越廣泛，車輪是非機動車輛最關鍵的零部件之一[1]，與地面之間作用的所有的力和力矩（附著力、驅動力、制動力、側向力和回正力矩等）都是由車輪承受和傳遞的[2]。目前行業標準以及設計能力均能滿足其生產需要，規格系列化使得大多數規格的鋼圈均能達到量產。通常非機動車輛的車輪鋼圈為鋼材壓制及焊接而成，已裝配無內胎的輪胎，車輪鋼圈的加工工藝雖已逐漸完善，但更多企業還是依靠經驗制造加工，基本停留在上世紀。

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車輪鋼圈為研究對象，鋼圈主要由輪輞和輪輻組成，其結構如圖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，輪輞加工過程如表1。

（1）打字卷圓。在平鋪的鋼板上壓印出產品設計規定的標識內容，傳輸到卷圈機內圈圓，以方便后續工序的焊接等，刻字位置在輪緣位置，圖2所示平鋪鋼板刻字，圖3所示卷圈機內的圈圓。

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

（3）擴口、滾型。輪輞擴口、1滾、2滾、3滾通過形狀過渡，材料均勻變形，同時使輪輞形狀逐漸成型至產品規定的尺寸（包括輪輞的寬度、輪緣寬度），并將輪緣口處進行切邊。圖5為輪輞滾型過程。

（4）擴張。通過模具中的錐形芯軸的向上運動，使輪輞徑向方向上產生張力，是輪輞的胎圈座周長達到設計要求，以便于輪胎配合裝配，其尺寸通過球帶尺檢驗。圖6所示模具錐形芯軸原理和模具實體。

（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，輪輻加工過程如表2。

（1）落料。按產品設計將鋼板沖成一定尺寸的圓料，以便后續拉伸、成型等工序使用，綜合考慮板料的重量、利用率及動能因素，采用落圓數來進行沖壓落料。沖壓板材按照設計，外購相應規格的板材。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，有利于后續反拉延工序時材料的流動（一些小規格的鋼圈輻板拉延時，可在中心沖出一個工藝小孔，為后續工序提供位基準）。反拉延是過渡形狀過程，利于材料流動，最后用成型模壓出設計輪輻形狀，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。通過模具沖壓鋼圈輪輻的中心孔，然后對中心孔和外徑進行折彎，形成一定的配合長度，有利于配合整車裝配。中心孔翻孔過程中存在較大的拉應力，產品設計或加工時，設定一個合理的中心孔高度，提高產品的可制造性，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，通常也是通過沖壓方式實現，給整車裝配帶來便利。輪輻定位通過中心孔定位銷，并確保螺栓孔相對于中心孔的位置度要求，這一加工過程通過三坐標測量機或專用的位置度檢具進行過程監控。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測量機。

2 鋼圈合成制造工藝

鋼圈組對通常是通過壓制及焊接的方式實現的，其合成壓配模具如圖12所示。

（1）壓配。按設計要求，利用模具將輪輻、輪輞壓配至規定的相對位置。主要控制的尺寸為車輪跳動和車輪的偏距，其均可通過后續的檢測設備進行全檢監控，不合格品會自動下線，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CO2氣體保護焊焊接的，焊接代碼“135”，焊接時通過較高的電流（通常標準在150A以上）產生熱量及弧光，融化焊絲及部分鋼圈材料，形成液態熔池，同時CO2氣體隔絕空氣，保護液態熔液不被氧化，使輪輞、輪輻很好的焊接組合。圖14所示CO2氣體保護焊合成焊接。焊接強度由“聯接強度試驗”來進行試驗[3-4]，焊接不出現撕裂或可見裂紋，圖15所示聯接強度試驗。

最后經過跳動、動平衡、涂裝、包裝、等工序完成鋼圈制造及裝配的整個過程。圖16為以上工序圖。

3 結語

車輪鋼圈市場空間及需求量是相當大，并且整個行業已實現相應地標準，大多數企業各規格已經量產出口或直接裝配，然而市場上的鋼圈質量也是參差不齊，鋼圈制造工藝日益凸顯其重要性，甚至成為決定產品質量和客戶滿意最關鍵的指標，優化工藝及加強工藝的管理，也是各企業降低成本的最佳途徑[5]。

參考文獻：

[1]王霄鋒，梁昭，張小格.基于動態彎曲疲勞試驗的汽車車輪有限元分析[J].拖拉機與農用運輸車，2007，1（34）.

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

[3]鄒業偉.工程車輪冷成型制造技術研究[J].應用技術企業科技與發展，2010，24（294）.

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

[5]程秀美.新形勢下的汽車鋼圈產業研究及改進措施[J].科技與生活，2010（02）.