鋁輪轂旋壓成型工藝和設備的探究

吳志勇

摘 要：本文重點介紹了鋁輪轂旋壓成型機的機械結構、運行原理及其關鍵部件的常見故障。并且針對常見和疑難故障問題給予了詳細的分析，給出了便于實施的解決方案。且根據作者在生產實踐中的工作經驗，總結了旋壓生產過程中出現的典型工藝質量問題。并且對這些問題分類歸納，詳述了每種問題的解決措施。總之，該文是鋁輪轂旋壓生產實踐中的經驗總結，對同類廠生產有非常寶貴的指導意義。

關鍵詞：鋁輪轂;旋壓成型;工藝

中圖分類號：TG306文獻標識碼：A

1 設備簡介

目前我司引進韓國株式會社CSCAM制造的WFF125 mm型3刀120℃平面布置旋壓機2臺套。該機外形長5 006.5 mm寬4 572.29 mm高4 269 mm，重32 850 kg。主要由主軸驅動（250 kW）、X，Z軸旋刀驅動（37 kW）、尾頂座和排出器（22 kW）等組成。配套南京長江工業爐科技有限公司制造的燃氣加熱爐NCL2014-15232套，額定功率920 kW，分5個加熱區，額定溫度550℃。

2 生產過程中的工藝關鍵控制點

我司配套有2條生產線，每條生產線各配套1套加熱爐、1臺旋壓機、1臺FANUC R-2000IC 210F型機械手。工作節拍為70 s左右，每天兩班12 h。鋁輪轂旋壓成型工藝大致包括鋁錠熔煉—鋁液精煉—毛坯的鑄造—X光檢測—去冒口—固溶時效—毛坯預熱—旋壓成型—車削加工—去毛刺—動平衡—氦氣檢漏—精磨—表面處理（除脂、酸洗、鈍化、純水洗）—噴涂—烘烤—動平衡檢查—包裝—入庫。其中的關鍵工藝控制要素如下：

（1）輪轂的旋壓溫度。鑄造毛坯在旋壓成型前必須預熱到400℃以上，實際生產中設定輪轂加熱爐的爐膛溫度為425℃±10℃。隨著輪型尺寸的增大，爐溫可適當提高。特別是冬季生產中可提高到450℃±20℃。關注生產環境溫度的變化，及時微調預熱爐毛坯的預熱設定溫度，是保證旋壓成型達標的關鍵要素之一。

（2）尾頂的壓緊力和同心度。在旋壓過程中，合適的尾頂壓緊力是保證旋壓正常進行的必要條件，壓力太大，增加主軸旋轉的阻力，降低聯軸器的壽命;壓力太小，輪轂毛坯會打滑，主軸和尾頂不同步。所以，合適的尾頂壓緊力對毛坯成型至關重要。一般設定為4 MPa～5 MPa，通過調整液壓站減壓閥調壓手柄可調整尾頂的壓緊力，最大不應超過7 MPa。尾頂和模具的同心度要調整在1.5 mm以內，每次更換模具后必須用百分表測量其同心度，保證在此范圍內。

（3）脫模劑的噴涂。必須保證足夠的脫模劑涂層，成型輪轂才能順利脫模。一般脫模劑可調兌成1：2的水溶液進行噴涂，噴涂氣壓在0.6 MPa左右，噴涂時間在20 s左右，根據脫模實際情況做適當調整。

（4）主軸轉數。主軸轉速一般設定在350 r/min左右，根據輪型和毛坯溫度可做適當調整，最低不低于300 r/min 。

（5）進給量。旋刀進給量一般設定在600 mm/min左右，根據輪型大小、主軸轉速和毛坯溫度可做適當調整，以旋壓成型時的達標情況為準。

（6）模具的定期清理和打磨。模具使用前必須進行預熱，應不低于300℃。使用過程中應經常檢查模具頂出器是否正常頂出，模具外表面是否粘鋁，是否有脫模劑固化堆積等，需要及時清理模具內外，保持干凈整潔，防止模具粘鋁，影響輪轂成型。另外，更換新模具時，注意旋壓后毛坯的壁厚會減薄1.5 mm。且要測量模具的同軸度，必須小于0.15 mm。

3 鋁輪轂旋壓成型缺陷識別及其原因分析

（1）輪輞裂紋。主要原因有毛坯溫度過低;毛坯中含

縮松、氣孔、夾渣等鑄造缺陷;內側阻力大，造成拉裂等。

（2）旋壓拉模。主要原因有尾頂模具護耳變形;旋刀向下推力造成變形;脫模推力造成變形等。

（3）輪輻起包變形。主要原因有模具與毛坯不能有效貼合，毛坯打滑挫傷;尾頂壓力不足等。

（4）同心度大。主要原因有模具同心度大;主軸與尾頂軸線不重合;熱處理后毛坯變形等。

（5）輪輞鼓包變形。主要原因有變形率過大;減薄率

過大;毛坯溫度過高等。

（6）旋后毛坯胎寬不合適。主要原因有Z向補償不合

適;對刀數值不準確;毛坯本身的變差等。

（7）內耳緣充型不足。主要原因有材料不夠;毛坯溫

度低;涂料潤滑性差;內側阻力大流動性差，填充困難等。

（8）輪輞表面起皮。主要原因有旋壓輪溫度低;旋壓輪潤滑劑過量;第二刀表面質量差等。

（9）振刀。主要原因有毛坯溫度低;旋刀軸承松動;旋壓量分配不當等。

（10）輪輞表面凹凸不平。主要原因有旋刀表面粘鋁;旋刀工作面掉塊等。

4 設備運行中關鍵問題的處理和改善

4.1 旋刀的改善

在生產過程中，經常出現旋刀軸承損壞的故障。一方面由于使用通用潤滑脂耐溫80℃左右，而實際旋壓時溫度到200℃，遠超其使用允許溫度，造成軸承潤滑不良，常處于高溫干磨狀態，導致軸承磨損嚴重。另一方面，旋刀下面安裝的液壓馬達提供的轉速與主軸轉速相差甚遠，造成旋刀與毛坯旋轉時不同步，從而影響毛坯成型。后續對現有旋刀固定架重新設計，取消液壓馬達，并更換耐溫200℃以上的長城潤滑油，經驗證，使用平穩可靠。

4.2 尾頂的改善

生產中出現尾頂擺動大，造成固定尾頂的框架螺絲全部斷裂的情況。尾頂的擺動直接會造成毛坯成型的同心度超標（標準同心度≤0.15 mm，垂直度≤0.15 mm ），所以保證尾頂的同心度和垂直度是旋壓成型的關鍵環節。而探究尾頂的擺動，需要綜合考量。首先，要保證模具和主軸的同心度在標準內。一是必須每班清理模具內的積粉和鋁屑;二是每班需檢查頂出器工況，及時打磨模具內錐形結合面，保證配合無縫隙、凹凸;三是每班用百分表測試模具同心度，確認在標準范圍內。其次，要保證尾頂與模具的同心度。一是每周從尾頂框架上方的加油孔加油，保證尾頂芯軸的3盤軸承潤滑充足;二是調整芯軸方框外2塊調整楔鐵的位置，保證芯軸垂直度在標準范圍內;三是調整芯軸外框架連接板的固定螺絲，保證芯軸垂直居中，即保證尾頂、模具、主軸在毛坯壓緊后同心度≤0.15 mm。另固定尾頂框架的內六角螺絲需要用12.9級以上的。最后，尾頂的壓緊力應調定在40 bar-50 bar之間。尾頂的壓緊力可調整液壓站上控制尾頂的減壓閥調定，并根據不同輪型適時修正。

4.3 主傳動聯軸器的改善

主傳動電機輸出軸和減速器輸入軸之間原設計用鏈式聯軸器連接，由于長時間的慣性沖擊，鏈輪和鏈條間相互摩擦，鏈輪齒廓便逐漸被磨去齒頂，從而造成鏈條和齒間配合間隙增大，最終導致電機和減速器振動大。為了降低旋壓時對主軸的沖擊，更換成彈性套柱銷聯軸器。這樣，利用彈性套柱銷聯軸器彈性墊的緩沖作用，消除了旋壓時旋壓力對主軸的沖擊，從而大大延長了聯軸器和主軸的壽命。

4.4 去中心孔的改善

為了節能和輕量化的需求，卡車和大巴也開始使用鋁合金車輪。為了達到較高的綜合機械性能，卡巴輪必須經鑄造毛坯成型后，再旋壓成型。但成型后的毛坯件在進一步機械加工前，需要去中心孔。行業中普遍采用臥式車床切割，不僅增加了工序和多臺設備，還需要上下線等人工轉運。為了減少毛坯轉運及上下線碼垛等繁瑣的工作，我們在旋壓成型機旁增加一臺山東滕州市鍛壓機床二廠制造的四柱液壓沖孔機YQ32-1000T，實現了自動去中心孔，極大的提高了生產效率。

5 旋壓設備的維護和保養

5.1 旋壓機

一是旋壓機的主軸減速器每季度應更換其潤滑液，通常使用32#齒輪油;每半月應檢查主軸彈性套柱銷聯軸器的彈性套是否變形或磨損，損壞的需要及時更換;二是尾頂軸承箱每周需要加注高溫潤滑油。廠家設計的加油孔在尾頂箱的上方，操作工必須爬上旋壓機的頂部進行加油，且頂部的加油管易形成凝固堵塞，造成潤滑油不能到達軸承部位。另一方面，操作工爬上旋壓機頂部加油屬于高空作業，存在安全隱患。所以，在尾頂箱軸承座軸承上方開設加油孔，既方便操作工從尾頂下部加油又可以把潤滑油直接加到軸承上表面，保證了軸承的充分潤滑;三是旋壓機的液壓站每半年需要更換其液壓油，通常使用46 #抗磨液壓油。另外液壓站的冷卻器需要每季度進行清理一次，液壓站的油溫一般不允許超過45℃;四是旋刀和模具需要每班進行清理鋁屑，保證旋刀和模具表面無粘鋁，光滑平整。

5.2 機器人

一是機器人的夾爪需要定時清理其附著的油泥等，緊固夾爪上固定棘爪的螺母等;二是各關節軸承需要每年加注新的專用潤滑油。

5.3 加熱爐

一是其循環風機需要每月進行潤滑加油，通常加注2#鋰基脂;二是其鏈傳動的減速器每半年需要更換其潤滑油，通常使用32#齒輪油;三是所有氣動管路上氣動三聯件的油霧器需要每月加注68 #軌道油。

5.4 四柱液壓機

一是其液壓站的液壓油需要每年至少更換一次，保證油液的清潔，液壓站的油濾和空濾每半年必須更換;二是其模具和壓頭每班必須清理，保證模具和壓頭上沒有粘鋁。

6 展望

為滿足卡車和大巴輕量化的需求，旋壓成型鋁輪轂的應用會越來越廣。國產改良的旋壓成型機綜合性能也越來越高，如江蘇天宏機械制造的雙刀旋壓成型機，南京長江爐業制造的回轉預熱爐等設備制造水平已經超越了進口設備。相信隨著旋壓鋁輪轂的普及，設備和制造工藝會不斷推陳出新！

參考文獻：

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