熱旋壓變形對鋁合金輪轂鑄坯組織性能的影響及旋壓工藝優化（下）

文／宋鴻武，張士宏·中國科學院金屬研究所

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熱旋壓變形對鋁合金輪轂鑄坯組織性能的影響及旋壓工藝優化（下）

文／宋鴻武，張士宏·中國科學院金屬研究所

常海平，李昌海·中信戴卡股份有限公司

《熱旋壓變形對鋁合金輪轂鑄坯組織性能的影響及旋壓工藝優化》（上）見《鍛造與沖壓》2017年第21期

模擬結果及分析

⑴旋壓后坯料的成形情況。

三個旋輪先后走完其軌跡后，旋壓初始坯料變形為如圖7所示形狀。從圖中可以看出，輪輞表面光滑，沒有明顯的起皺與材料堆積等缺陷，同時駝峰與內輪緣處成形良好，說明所設計的工藝參數比較合理。從圖中的應變分布還可以看出，坯料表面的應變分布不均勻，在駝峰兩側的應變比較大，而駝峰本身應變較輪輞上半部分的應變較大，這與通過實驗觀測到的坯料變形流線吻合。

⑵坯料開口角的模擬和優化。

圖7 旋壓成形輪轂表面的應變分布

坯料的開口角是指旋壓初始坯料放到芯模上時輪輞與芯模所成的角度，這個角度的大小對旋壓的最終效果起著關鍵性作用，所以本文首先對不同開口角的坯料進行旋壓模擬，以便選擇一個較為合適開口角度。圖8給出了開口角為8°，18°，28°時旋壓后的應變分布圖，從圖中可以看出在截面內的應變分布不均勻，皆是坯料外側（靠近旋輪一側）的應變大于坯料內側的應變，而內輪緣處的應變始終很小，不同的開口角時的應變都在0.1以下。同時還發現當開口角為8°與開口角為28°時所能獲得的最大應變在2.2左右，而整個截面的應變主要在0.6～0.8之間。當開口角為18°時，所能達到的最大應變為5.08，整個截面的應變分布在1.0～1.3之間。將鑄坯進行旋壓變形的目的在于讓坯料獲得大變形以減少鑄造缺陷的不利影響，同時細化組織，提高輪轂的力學性能，所以認為開口角為18°的坯料要優于開口角為8°和28°的坯料。

⑶旋輪軌跡模擬和優化設計。

圖8 采用不同開口角的坯料旋壓成形輪轂截面的應變分布

從圖8可以看出，即使是優化開口角后的坯料，在其旋壓結束后了內輪緣處的應變量依然很小，而實際生產中也發現內輪緣處的力學性能較輪輞性能差。為了分析內輪緣處應變量小的原因，特截取了旋壓過程中不同時刻坯料截面應變分布圖，如圖9所示。從圖中可以發現，位置A最終發展為了內輪緣，因此分析A處的變形歷史就可知道內輪緣形變量很小的原因。當t＜26s時，位置A處始終不能貼模，所以不會有較大的變形量。當t＞26s后，位置A處貼模，但是這時主要成形駝峰，也不會有較大的變形量。當t＜26s時，位置A處始終不能貼模的原因是：當1#旋輪還沒有將坯料完全壓貼模，2#旋輪已經開始壓下坯料(當t=8s)，此時主要由2#旋輪推著坯料往下流動，A處不能貼模；同樣，2#旋輪還沒將坯料完全壓貼模，3#旋輪開始推著坯料往下流動，A處還是不能貼模。

為了改善內輪緣處的應變狀況以提高相關力學性能，可以將三個旋輪依次壓下，即1#輪按其軌跡走完后上2#輪，然后再上3#輪。但是這樣既降低了生產效率，而且也使變形時的坯料不穩定（此時坯料只在一個旋輪方向受力，不如三個旋輪同時作用時穩定），所以本文通過改變1#與2#旋輪的軌跡來改善內輪緣處的應變狀況。

圖10給出了不同旋輪軌跡示意圖以及對應的截面應變分布圖，其中圖10(a)為旋輪原始軌跡示意圖，圖10(b)為增加1#與2#旋輪壓下量時的軌跡示意圖，而圖10(c)為增加1#與2#旋輪壓下量的同時調整軌跡相對于芯模的斜率的軌跡示意圖。從圖10中可以看出，隨著1#與2#旋輪壓下量的增加以及斜率的改變，內輪緣處的應變有一定的提高，可以從原來的0.08提升到0.24左右。根據前面的研究結果，變形量超過30%時才有明顯效果，所以本文對內輪緣處應變狀況的優化是比較有效的。

結束語

目前采用低壓鑄造技術生產的輪轂產品無法滿足大尺寸、高負荷以及高端產品市場的需求，而鋁合金輪轂旋壓成形具有不受尺寸制約、產品美觀、性能良好、安全性高、節省材料等優點，是新穎的成形技術并且發展勢頭良好。

圖9 不同旋壓時刻的截面應變分布

圖10 旋輪軌跡的調整示意圖以及對應的截面應變分布

在輪轂輕量化趨勢的要求下，鑄旋加工成為一種非常有效并且經濟適用的輪轂加工方法，具有更強的競爭力，更廣闊的市場前景，是未來鋁合金輪轂工藝發展的主要方向之一。目前針對鑄造鋁合金的熱旋壓技術開展的研究，特別是在鑄造鋁合金的熱旋壓變形性能、熱旋壓時金屬的變形機理和流動行為，以及熱旋工藝數值模擬和參數優化等方面的研究可為減少旋壓缺陷、提高旋壓成形質量提供依據。