鋁合金車輪鏡面加工技術開發及應用

計國富

（保定市立中車輪制造有限公司，河北 保定 071000）

鋁合金車輪鏡面加工技術開發及應用

計國富

（保定市立中車輪制造有限公司，河北 保定 071000）

鋁合金車輪具有大直徑、輕量化、易散熱、端經跳動精度高、動平衡量小等優點。鋁合金車輪的鏡面加工能力對硬件設備和加工工藝要求很高。因此，在車輪的生產過程中采用鏡面加工工藝的少之又少。現在使用的一般精車設備無論是軟件還是硬件均不滿足鏡面加工的條件。

鋁合金車輪鏡面；加工；工藝

鏡面加工要求轉速1500轉/分鐘、切削深度0.02mm、進給量≤0.10mm的加工參數下，加工面刀紋清晰均勻，每一單節之間沒有視覺可見的過渡痕跡或刀棱，而現有精車進給量≤0.15mm時，加工紋路已經模糊，視覺可見明顯的過渡痕跡或刀棱，僅此一項就決定了現有設備無法進行鏡面加工。現有的精車夾具為油壓夾頭配合扇形卡盤，先不討論卡盤本省的動平衡問題，僅扇形卡盤的定位方式已經決定其無法進行鏡面加工。工件在扇形卡盤上裝夾存在兩個問題，一是徑向定位采用耳緣定位，耳緣部位是粗車制造精度最差的部位，粗車工件的過程中耳緣部位徑向精度只能保證≤0.3mm，采用粗車加工精度最差的部位做精車工序的定位基準，會造成工件高速旋轉時工件本身的動平衡差，容易發生振動；二是扇爪裝夾部位是工件的內輪緣，內輪緣通過輪輞與A面相連，工件絕大部分質量集中在A面筋條部位，這樣就造成了內輪緣與輪輞構成薄壁結構無法對質量集中的A面提供足夠的支撐力，容易造成工件在高速旋轉時發生振動。工件振動造成的結果是加工紋路模糊，視覺可見的過渡痕跡或振刀紋。本公司決定自主研發鋁合金車輪鏡面加工技術，填補國內技術上的空白。

1 總體開發思路

鋁合金車輪鏡面加工工藝技術設計新穎、獨特，外觀獨顯高貴，公司決定自主開發設計一條可以加工鏡面產品的精車線，提升公司鏡面加工能力，提高技術水平和制造能力，從而提高產品的質量，進而尋求成為世界一流汽車廠商的配件供應商。

本項目研制成功后，主要達到以下指標：①加工面刀紋清晰均勻。②每一單節之間沒有視覺可見的過渡痕跡或刀棱。③精加工表面粗糙度Ra：小于0.3μm；在距輪面150mm處，能讀出手表的時鐘和分鐘所處的位置。④生產出鏡面效果的產品，機械性能達到企業要求標準，生產節拍控制在7min以內。

2 技術方案

為了增加一種新型的車輪制程而滿足消費者越來越高的外觀要求，項目組提出了車輪鏡面加工技術開發及應用項目的研發計劃，核心內容是解決加工鏡面需具備的鏡面加工數控設備、鏡面加工專用夾具、單晶金剛石刀具三個硬性條件。

鏡面加工要求轉速1500轉/分鐘、切削深度0.02mm、進給量≤0.10mm的加工參數下，加工面刀紋清晰均勻，每一單節之間沒有視覺可見的過渡痕跡或刀棱。

名稱：車輪鏡面加工精車線。

工藝參數：轉速：1500轉/分鐘；切削深度：0.02mm；進給量：≤0.10mm。

3 工藝開發流程

3.1 開發流程

項目小組成立→市場分析→風險分析→項目考察→項目確認→開發需使用物料準備→試生產小批量生產→批量生產。

3.2 具體開發成果方案

在項目確認后，項目小組制定了詳細的試生產計劃和鏡面加工工藝流程。

（1）設計方案。①鏡面加工數控車床設計數控鏡面車床的基本要求。加工范圍：外徑15″～22″（最大φ670mm）；寬度6″～10″（最寬300mm）。加工外觀：精加工表面粗糙度Ra小于0.3μm；在距輪面150mm處，能讀出手表的時鐘和分鐘所處的位置。設備使用時間：保證設備每天能連續24小時生產，每年350天生產。②鏡面加工夾具設計。夾具生產廠家為山東濟南某公司，卡盤制造完后做精確動平衡。卡盤徑向定位方式使用中心漲套定位。③鏡面加工刀具設計。采用R2和R1.2單晶金剛石刀具加工，聯系新廠家做刀具進行驗證。④效率分析。鏡面加工時，采用兩遍粗加工，一遍精加工的方法，粗加工采用參數：f=0.1mm/rev、s=1500rev，鏡面加工一個工件的生產的時間為（19寸工件正面加工距離L=240mm）：

式中，t為加工時間（min)；f為進給量（mm/ rev)；s為轉速（rev)。

由式(9)可見，正常鉆進屏蔽系數不僅與最大頂角和負彎曲最小頂角相關，還與摩擦系數和負彎曲段長度線性相關。糾斜后，鉆孔軌跡摩阻力不僅隨孔深增加而增加，而且隨糾斜后孔深增加大幅度增加，嚴重影響鉆進過程中對孔底情況的掌控能力。

粗加工一遍時間：t=240/(0.1×1500）=1.6min

精加工時間：t=240/(0.05×1500）=3.2min

總時間：T=1.6×2+3.2=6.4min

結論：19寸工件6.4分鐘加工一個，一個班8小時加工75個。

（2）設備方案。根據技術要求，經技術人員和采購人員的共同篩選，從設備性能、價格、售后及售后費用等各個方面進行對比，北京博魯斯潘光電技術裝備有限公司生產的數控鏡面車床的性價比最高。最終決定與北京博魯斯潘光電技術裝備有限公司共同開發車輪鏡面加工精車線。

解決的關鍵技術包括設備精度的保證：①高精度主軸：該主軸采用高精度、高剛度、抗震動靜壓軸承，作為輪轂自動定心機構和輪轂卡具的載體。②各坐標軸軸承：日本NSK高精度大角度角接觸球軸承。③各坐標軸驅動絲杠：超高精度滾珠絲杠（日本THK），裝配時，做動態阻尼調整（與機電系統驅動慣量相匹配）。④各坐標軸導軌：超高精度低阻尼系數導軌（全封閉式液壓懸浮導軌），裝配時也須做動態阻尼調整（與機電系統驅動慣量相匹配）。⑤采用天然鉆石刀加工鏡面工藝，細化了車輪A面紋路和提高了光澤度。⑥采用固定的加工參數：轉速1500轉/分鐘；切削深度0.02mm；進給量≤0.10mm。

4 關鍵技術及創新點

高可靠性的保障：①在機械結構系統的設計中，充分考慮機床的時間和溫度穩定性，是機床能長時間穩定運行的基礎。②成熟的控制系統和電氣元器件及其布置設計是機器可靠性的根本保障。③微位移驅動及動態控制比技術是實現真正意義鏡面車削可靠性的重要技術保障。④液壓卡緊，壓力可調，卡爪卡緊內側采取保護措施。

（2）采用單晶金剛石刀具加工鏡面工藝。單晶金剛石刀具細化了車輪A面紋路和提高了光澤度，增加了車輪的可觀賞性和賣點。

（3）鏡面加工工藝的改進。針對鏡面表面亮度的特殊要求，單晶金剛石刀具的特性和以往仿鏡面加工經驗積累，單晶金剛石刀具雖然刃口很鋒利，但當采用大切深進行加工時，其加工效果不夠明顯，這在很大程度上取決于工件材料、切削速度和進給量，所以切削深度大于0.02mm時，不采用單晶金剛石刀具進行加工，先用聚晶金剛石刀具進行粗加工，然后再用單晶金剛石刀具進行精加工。所以鏡面加工應分為粗加工和精加工。由于鏡面表面外觀是由精加工決定的，所以精加工參數決定了鏡面加工的外觀效果。精加工轉速的選擇。車削時，切削速度與表面粗糙度關系很大，在以往實際生產中，為保證較低的表面粗糙度，可以采用較高的切削速度。但切削速度達到一定程度之后，由于高速條件下系統剛性和平衡性問題，表面粗糙度不但無法再繼續下降，反而略有升高，所以一般情況下轉速維持在1500轉/分鐘即可，追求過高的轉速是沒有必要的。

（4）精加工切削深度的選擇。單晶金剛石刀具切削深度為≤0.02mm。精加工進給速度的選擇。進給速度與表面粗糙度之間有一定的關系，而進給速度的選擇又與刀具角度和刀尖型式有關。為綜合保證較低的表面粗糙度和較高的生產率，精加工時采用刀尖半徑為2mm的單晶金剛石刀具，達到要求的Ra小于0.3μm的粗糙度，可帶入公式：

式中，f=進給量（mm/rev)； r=刀尖半徑（mm)。

f2=(0.3×2)/50=0.015 推出：f=0.109mm。

結論：進給量最大為0.109mm考慮到刀尖半徑大，容易發生振刀的可能性大，還需制造刀尖半徑為1.2mm的單晶金剛石刀具，使用的進給量為：f2=(0.2×1.2)/50=0.015，推出：f=0.085mm。

結論：進給量最大為0.085mm。

綜上所述，為統一加工外觀刀紋視覺效果（刀紋間距），刀尖半徑R2和R1.2刀具進給速度均采用f=0.05mm。

（4）鏡面加工工藝的鏡面效果。加工面紋路清晰均勻；每一單節之間沒有視覺可見的過渡痕跡或刀棱；精加工表面粗糙度Ra小于0.3μm；在距輪面150mm處，能讀出手表的時鐘和分鐘所處的位置。

5 結語

要保持在同行業處于領先地位，還必須要進一步加快質量保證和產品研發速度，提升核心競爭力，去面對全球一體化的市場格局。如提高鏡面加工的效率和過程的穩定性，減少其故障率。

TM63

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1671-0711（2017）06（下）-0086-02