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CN108526283A - 一种铸旋铝合金轮毂轮辋旋压成形方法 - Google Patents

一种铸旋铝合金轮毂轮辋旋压成形方法 Download PDF

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徐世文
阴学朴
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王志学
李�瑞
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Abstract

本发明公开了一种铸旋铝合金轮毂轮辋成形方法，即轮毂的轮辐和内轮缘为铸态，轮辋中间为旋压态组织的特殊旋压复合加工方法。它能够保持内轮缘处的性能、强度及铸态组织不被破坏，能够有效地提高铸旋轮毂在内轮缘处的抗冲击能力，防止径向冲击时铸旋轮毂内轮缘开裂，并提高轮辋旋压组织的性能，利于轮辋减薄，实现轮辋的轻量化。

Description

一种铸旋铝合金轮毂轮辋旋压成形方法
技术领域
本发明涉及汽车轮毂制造领域，具体地说涉及一种铸旋铝合金轮毂的轮辋复合旋压成形方法。
背景技术
铸旋（铸造+旋压）铝合金轮毂以其散热快、重量轻、节能、舒适性好和外观漂亮等优点在轿车领域中得到普遍应用，其加工过程是，轮辐和厚大的轮辋采用低压铸造成形，厚大的铸态轮辋再经过强力热旋压使其成形到合适尺寸和形状。经过热旋压后，轮辋大部位金属晶粒变细，并具有明显的纤维组织，大大提高了车轮的整体强度和耐腐蚀性。
而铸态轮辋A部位金属经过旋轮旋压后，充型到旋压内轮缘B处时，其铸态组织变形不充分，旋压组织流线不明显，原有铸态组织被破坏，造成轮毂受较大径向冲击载荷时在内轮缘B处开裂，严重影响了汽车的安全性。
发明内容
本发明的目的是要提供一种铸旋铝合金轮毂轮辋成形方法，即轮毂的轮辐和内轮缘为铸态，轮辋中间为旋压态组织的特殊旋压复合加工方法。
原有轮辋旋压方法为：对铸造轮辋进行强力旋压，形成旋压后轮辋。铸造轮辋的A位置经过旋压后，变为旋压轮辋的内轮缘B位置。经过旋轮旋压后的A位置铸态组织被破坏，变形不充分，使得B位置组织呈现各向异性，强度降低，受较大径向载荷时出现开裂。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种铸旋铝合金轮毂轮辋旋压成形方法，将新铸造轮辋的内轮缘C与新旋压轮辋的内轮缘D形状设置为一致，三个旋轮将新铸造轮辋4旋压成新旋压轮辋，同时将新铸造轮辋的内轮缘C成形到新旋压轮辋的内轮缘D位置，也就是使C和D重合。铸旋轮毂新轮辋中间部位为旋压成形，与其相连接的轮辐和新旋压轮辋的内轮缘D区域均为铸态组织。
考虑到内轮缘D处的补缩，新铸造轮辋的补缩通道设置为13.5-15mm；为了保证铸造轮辋的顺序凝固，新铸造轮辋毛坯内侧倾角α、新铸造轮辋毛坯外侧倾角β以及轮井具有一定的结构梯度。
所述新铸造轮辋采用水冷方式对铸造模具进行冷却。铸造工艺是模具预热温度在320-380℃之间，铝液温度为690-710℃，保压压力为830-860mbar，保压时间为130-150s，卸压后冷却时间为25-35s，生产节拍由原来的5.5-6.5min/件提高到3.8-4.5min/件，铸造生产效率提高30%以上，轮辋的延伸率提升至10%，内轮缘的延伸率能提高到12%。铸造轮辋强度的提高能够使旋压后轮辋强度再次提升，即轮辋壁厚还可以减薄，减至2-3mm，利于铸旋轮毂轮产品减重。同时，水冷模具节省了压缩空气费用，降低制造成本。
对高温新铸造轮辋进行强力热旋压，采用立式三道次，即采用三个不同形状的旋轮按不同旋压轨迹进行铸造轮辋的旋压成形。
所述强力热旋压工艺，在现有旋压模具结构不变的情况下，各道次旋轮圆角半径设置在R6.5-R25之间，成形角在10-35°之间。成形过程中，毛坯加热温度控制在350-380℃之间，模具起始温度控制在250-300℃之间。铸造毛坯总减薄率在65%以上，旋轮各道次减薄率在15%-35%，旋轮错距在2-5mm之间，进给率为500-1200mm/min，旋压机主轴转速在400-600r/min，尾顶压力设置为3.5-6Mpa，旋压节拍为45-60秒。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）内轮缘处采用低压铸造强冷工艺，强度提高，提高了其抗径向冲击能力和压铸效率；（2）轮辋中间旋压大变形，提高了其性能和改善金属流线组织，利于轮辋减薄和汽车轮毂的轻量化；（3）旋压工艺适合于轮辋的成形，工艺简单，具有较好的推广价值。
附图说明
图1是原有铸造结构轮辋成形示意图。
图2是本发明新铸造结构轮辋成形示意图。
图3是本发明旋压成形示意图。
图中：1—原铸造轮辋，2—原旋压轮辋，3—轮辐，4—新铸造轮辋，5—新旋压轮辋，6—补缩通道，7—新铸造轮辋毛坯内侧倾角，8—新铸造轮辋毛坯外侧倾角，9—轮井，10—第一道次旋轮轨迹线，11—第二道次旋轮轨迹线，12—第三道次旋轮轨迹线，A—原铸造轮辋内轮缘，B—原旋压内轮缘，C—新铸造轮辋内轮缘，D—新旋压内轮缘。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：新铸造轮辋4的补缩通道6设置为13.5mm；为了保证铸造轮辋的顺序凝固，新铸造轮辋4毛坯内侧倾角7α为19°，新铸造轮辋4毛坯外侧倾角8β为18°轮井9处的厚度为18.6mm，使其有一定的结构梯度。
新铸造轮辋4的铸造工艺采用水冷方式对铸造模具进行冷却，尤其是内轮缘位置。铸造模具预热温度为320℃之间，铝液温度为690℃，保压压力为830mbar，保压时间为130s，卸压后冷却时间为25s，生产节拍由原来的5.5min/件提高到3.8min/件，铸造生产效率提高30.9%。轮辋的延伸率提升至10%以上，内轮缘的延伸率能提高到12%以上。铸造轮辋强度的提高能够使旋压后轮辋强度再次提升，即轮辋壁厚可以减薄至2.5mm。同时，水冷模具摒弃了风冷却形式，节省了压缩空气费用，降低制造成本1.2元。
新铸造轮辋4在360℃温度下进行旋压，采用立式三道次，第一道次旋轮轨迹为10，第二道次旋轮轨迹为11，第三道次旋轮轨迹为12。
所述新旋压工艺，在现有旋压模具结构不变的情况下，第一道次旋轮圆角半径为R25、成形角为20°，第二道次旋轮圆角半径为R12.5、成形角为25°，第三道次旋轮圆角半径为R6.5，之间、成形角为35°。成形过程中，旋压模具起始温度控制在250℃。铸造毛坯总减薄率为69.6%，旋轮各道次减薄率在分别为40%、34.5%、26.3%，旋轮错距分别为2mm和3.5mm，各道次旋轮进给率分别为500 mm/min 、600mm/min 900mm/min，旋压机主轴转速为400r/min，尾顶压力设置为3.5Mpa，旋压节拍为60秒。
经上述步骤形成的铝合金铸旋轮毂，其性能参数见表1：
由表1可以看出，实施例1 所制备铸旋轮毂，轮辋性能好，利于轮辋厚度减薄，内轮缘强度高，组织均匀，提高了抗径向冲击能力。
实施例2：新铸造轮辋4的补缩通道6设置为15mm；为了保证铸造轮辋的顺序凝固，新铸造轮辋4毛坯内侧倾角7α设置为19°、新铸造轮辋4毛坯外侧倾角8β设置为16°、轮井9处的厚度设置为19.5mm，使其有一定的结构梯度。
新铸造轮辋4的铸造工艺采用水冷方式对铸造模具进行冷却，尤其是内轮缘位置。铸造模具预热温度为380℃之间，铝液温度为700℃，保压压力为860mbar，保压时间为150s，卸压后冷却时间为35s，生产节拍由原来的6.5min/件提高到4.5min/件，铸造生产效率提高30.7%，轮辋的延伸率提升至11%以上，内轮缘的延伸率能提高到13%以上。原始铸造轮辋强度的提高能够使旋压后轮辋强度再次提升，即轮辋壁厚还可以减薄至2.2mm，利于铸旋轮毂轮产品减重。同时，水冷模具摒弃了风冷却形式，节省了压缩空气费用，降低制造成本1.35元。
新铸造轮辋4在380℃温度下进行旋压，采用立式三道次，第一道次旋轮轨迹为10，第二道次旋轮轨迹为11，第三道次旋轮轨迹为12。
所述的旋压工艺，在现有旋压模具结构不变的情况下，第一道次旋轮圆角半径为R25、成形角为20°，第二道次旋轮圆角半径为R11、成形角为28°，第三道次旋轮圆角半径为R7，之间、成形角为35°。成形过程中，旋压模具起始温度控制在300℃。铸造毛坯总减薄率为69.6%，旋轮各道次减薄率在分别为47.8%、29.2%、17.63%，旋轮错距分别为3mm和2.5mm，各道次旋轮进给率分别为600 mm/min 、750mm/min 1100mm/min，旋压机主轴转速为550r/min，尾顶压力设置为4.5Mpa，旋压节拍为45秒。
经上述步骤形成的铝合金铸旋轮毂，其性能参数见表2：
由表2可以看出，实施例2 所制备铸旋轮毂，轮辋性能好，利于轮辋厚度减薄，内轮缘强度高，组织均匀，提高了抗径向冲击能力。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种铸旋铝合金轮毂轮辋旋压成形方法，其特征在于：将新铸造轮辋（4）的内轮缘C与新旋压轮辋（5）的内轮缘D形状设置为一致，三个旋轮将新铸造轮辋（4）旋压成新旋压轮辋（5），同时将新铸造轮辋（4）的内轮缘C成形到新旋压轮辋（5）的内轮缘D位置，也就是使C和D重合；
考虑到内轮缘D处的补缩，新铸造轮辋（4）的补缩通道（6）设置为13.5-15mm；为了保证铸造轮辋的顺序凝固，新铸造轮辋（4）毛坯内侧倾角（7）α、新铸造轮辋（4）毛坯外侧倾角（8）β以及轮井（9）具有一定的结构梯度；
所述新铸造轮辋（4）采用水冷方式对铸造模具进行冷却；铸造工艺是模具预热温度在320-380℃之间，铝液温度为690-710℃，保压压力为830-860mbar，保压时间为130-150s，卸压后冷却时间为25-35s，
对高温新铸造轮辋（4）进行强力热旋压，采用立式三道次，即采用三个不同形状的旋轮按不同旋压轨迹进行铸造轮辋的旋压成形；
各道次旋轮圆角半径设置在R6.5-R25之间，成形角在10-35°之间；
成形过程中，毛坯加热温度控制在350-380℃之间，模具起始温度控制在250-300℃之间；铸造毛坯总减薄率在65%以上，旋轮各道次减薄率在15%-35%，旋轮错距在2-5mm之间，进给率为500-1200mm/min，旋压机主轴转速在400-600r/min，尾顶压力设置为3.5-6Mpa，旋压节拍为45-60秒。
2.根据权利要求1所述的一种铸旋铝合金轮毂轮辋旋压成形方法，其特征在于：新铸造轮辋（4）的补缩通道（6）设置为13.5mm；为了保证铸造轮辋的顺序凝固，新铸造轮辋（4）毛坯内侧倾角（7）α为19°，新铸造轮辋（4）毛坯外侧倾角（8）β为18°轮井（9）处的厚度为18.6mm，使其有一定的结构梯度；
新铸造轮辋4）的铸造工艺采用水冷方式对铸造模具进行冷却，铸造模具预热温度为320℃之间，铝液温度为690℃，保压压力为830mbar，保压时间为130s，卸压后冷却时间为25s；
新铸造轮辋（4）在360℃温度下进行旋压，所述新旋压工艺，在现有旋压模具结构不变的情况下，第一道次旋轮圆角半径为R25、成形角为20°，第二道次旋轮圆角半径为R12.5、成形角为25°，第三道次旋轮圆角半径为R6.5，成形角为35°；
成形过程中，旋压模具起始温度控制在250℃。铸造毛坯总减薄率为69.6%，旋轮各道次减薄率在分别为40%、34.5%、26.3%，旋轮错距分别为2mm和3.5mm，各道次旋轮进给率分别为500 mm/min 、600mm/min 900mm/min，旋压机主轴转速为400r/min，尾顶压力设置为3.5Mpa，旋压节拍为60秒。
3.根据权利要求1所述的一种铸旋铝合金轮毂轮辋旋压成形方法，其特征在于：新铸造轮辋（4）的补缩通道（6）设置为15mm；新铸造轮辋（4）毛坯内侧倾角（7）α设置为19°、新铸造轮辋（4）毛坯外侧倾角（8）β设置为16°，轮井（9）处的厚度设置为19.5mm；
新铸造轮辋（4）的铸造工艺采用水冷方式对铸造模具进行冷却，铸造模具预热温度为380℃，铝液温度为700℃，保压压力为860mbar，保压时间为150s，卸压后冷却时间为35s；
新铸造轮辋（4）在380℃温度下进行旋压，所述的旋压工艺，在现有旋压模具结构不变的情况下，第一道次旋轮圆角半径为R25、成形角为20°，第二道次旋轮圆角半径为R11、成形角为28°，第三道次旋轮圆角半径为R7，成形角为35°；
成形过程中，旋压模具起始温度控制为300℃，铸造毛坯总减薄率为69.6%，旋轮各道次减薄率在分别为47.8%、29.2%、17.63%，旋轮错距分别为3mm和2.5mm，各道次旋轮进给率分别为600 mm/min 、750mm/min 、1100mm/min，旋压机主轴转速为550r/min，尾顶压力设置为4.5Mpa，旋压节拍为45秒。
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