擺輾技術在鋁合金車輪制造中的應用

文/劉建芳·秦皇島戴卡興龍輪轂有限公司

馬春榮·大連大學機械工程學院

擺輾技術在鋁合金車輪制造中的應用

文/劉建芳·秦皇島戴卡興龍輪轂有限公司

馬春榮·大連大學機械工程學院

鋁合金車輪的制造工藝主要有鑄造、鑄旋、鍛造等，其中，鍛造工藝中很重要的一個工序就是擺輾成形。擺輾機是實現擺輾成形的特種成形設備，鋁合金車輪擺輾機也是全自動鍛造鋁合金車輪生產線的主要設備。隨著汽車工業對鍛造鋁合金車輪需求量的不斷增多，對鋁合金車輪擺輾機的研制及擺輾技術的開發，已成為我國勢在必行的攻關項目和車輪制造行業普遍關注的焦點問題之一。

擺輾技術的原理與優點

擺輾技術的原理

擺輾技術是一種通過局部加載，多次累積，最后整體成形的金屬塑性加工新工藝，其基本原理為：錐形擺頭繞機身軸線連續滾動，同時給坯料一定的進給速度，使坯料上升，上模與坯料一直保持連續的局部接觸，局部區域的變形逐步累積，最終達到坯料的整體成形。擺輾技術的工作原理如圖1所示。

圖1 擺輾工作原理示意圖

擺輾技術為連續局部成形，擺頭中心線與擺輾機機身的垂直軸線相對傾角為γ角，此角稱為擺角。上模安裝于擺頭上，下模安裝于滑塊上。當擺輾機工作時，擺頭中心線繞擺輾機機身軸線旋轉，于是擺頭便產生了擺動。擺頭一直承受偏心載荷，其合力作用點不斷繞機身軸線作軌道運動（即擺動）。與此同時，滑塊在油缸的作用下上升，對毛坯施壓，這樣上模母線就在毛坯上連續不斷地滾動，最后達到整體成形的目的。

擺輾技術的優點

與傳統成形技術相比，擺輾技術具有如下優點：

⑴省力。因擺輾是以連續局部變形代替常規鍛造工藝的一次整體成形，因此可以大大降低變形力。加工相同鍛件，其輾壓力僅是常規鍛造方法變形力的1/20～1/5。

⑵精度高。擺輾能夠使鍛件毛坯變形均勻，金屬纖維流動合理，加上擺輾過程中的強化加工，大大提高了成品零件機械強度，且加工精度和表面質量亦大大改善。

⑶適合于加工形狀薄而復雜的餅盤類鍛件。鍛造餅盤類鍛件時，由于平均單位壓力與H/D（H為鍛件高度，D為鍛件直徑）有關，H/D越大，變形力越大，當H/D特別大時，可能使平均單位壓力等于或高于模具材料的強度極限，以至于無法加工。

⑷模具壽命較長。由于擺輾的變形力比常規鍛造工藝的變形力小得多，可使平均單位壓力遠小于模具材料的強度極限，延長擺輾模具的壽命。

⑸勞動環境好，勞動強度低。擺輾時機器的噪聲和振動小，環境污染少；易于實現機械化、自動化。

⑹產品制造周期短，生產效率快，效益回收快；設備投資小，占地面積小，基建費用低。

鋁合金車輪擺輾機

鋁合金車輪擺輾機本體結構方案采用普通液壓機結構方式，主要分為機身、活動橫梁（滑塊）、底座、上主軸、下主軸、驅動裝置和油缸七部分，如圖2所示。

圖2 輪轂擺輾機本體結構簡圖

鋁合金車輪擺輾機為框架式機身，采用組合式焊接結構，由上橫梁、下橫梁、立柱和四個拉緊螺栓組成。上、下橫梁和立柱通過拉緊螺栓組成一個整體。上、下橫梁和立柱之間分別采用四個環形鍵來定位，其圓形鍵槽與拉緊螺栓孔同心。

活動橫梁（滑塊）是一個傳遞力的部件，將油缸的推力傳遞給工件，使之產生塑性變形，以便達到預期的加工目的。活動橫梁上端和四個油缸中的活塞桿連接，四周與導軌相配合，活動橫梁中安裝上主軸。工作時，活動橫梁在油缸推動下沿導軌作上下往復運動。

鋁合金車輪擺輾機的上主軸（安裝上模）安裝于活動橫梁上，與機身垂直軸線的傾角為5°。上主軸靠工件摩擦或液壓馬達驅動繞自身軸線旋轉，但不繞機身垂直軸線作擺動運動，并且在油缸的帶動下隨活動橫梁一起作等速或變速進給運動。下主軸（安裝下模）安裝于擺輾機下橫梁上，其軸線即為機身垂直軸線。下主軸在驅動裝置的驅動下帶動工件繞自身軸線作勻速旋轉，與上主軸的運動相配合，實現對毛坯的圓周軌跡的擺輾。

鋁合金車輪擺輾工藝

擺輾工藝是鍛造鋁合金車輪制造工藝的預制坯工序，其目的是使用噸位很小的設備加工出鋁合金車輪的毛坯。為了在擺輾機上實現鋁合金車輪毛坯的加工，首先需要制作擺輾模具，擺輾模具包括上模、下模兩部分，如圖3所示。

上模安裝于擺輾機的上主軸下端，與機身垂直軸線的傾角為5°，隨上主軸繞自身軸線旋轉，并向下作等速或變速進給運動；下模安裝于擺輾機的下主軸上端，隨下主軸繞自身軸線作勻速旋轉；坯料放置于下模上，上模與下模的運動相配合，實現對坯料的圓周軌跡擺輾。擺輾前的坯料、車輪擺輾件如圖4所示。

圖3 擺輾模具示意圖

圖4 坯料、車輪擺輾件示意圖

車輪擺輾件經精密模鍛成形、熱處理、機加工、涂裝等工序，最終加工成為鍛造鋁合金車輪成品。

結論

⑴鋁合金車輪擺輾機可以代替標稱壓力是其5～20倍的常規鍛壓設備。設備投資小，經濟效益高。

⑵鋁合金車輪擺輾技術所需變形力小，加工精度和表面質量高，擺輾模具壽命長，易于實現自動化，是理想的鍛造鋁合金車輪預制坯工藝，具有很好的發展前景。