低壓雙邊澆立式旋壓鋁合金車輪的開發(fā)與應用

曹學鋒 李淵濤 張川吉

摘要：為適應汽車行業(yè)發(fā)展的需求，資源合理化利用，節(jié)能降耗，提升市場競爭力，解決行業(yè)共性問題，我公司決定自主研發(fā)低壓雙邊澆立式旋壓工藝，降低產(chǎn)品重量、提高產(chǎn)品機械性能，使車輪朝著大直徑、輕量化、高強度方向發(fā)展。

關鍵詞：鋁合金車輪;開發(fā);應用

1.總體開發(fā)思路

我公司決定自主研發(fā)壓雙邊澆立式旋壓工藝，本項目研制成功后，主要達到以下指標：設計開發(fā)出合理的低壓雙邊澆模具，開發(fā)出合理的低壓雙邊澆車輪生產(chǎn)工藝，并通過立式旋壓工藝進行生產(chǎn)，使得生產(chǎn)效率提高25%以上，并且使得車輪的整體機械性能提高10%以上，車輪重量減重20%以上。

2.技術方案

該項目利用一套低壓雙邊澆鑄造機，設計出低壓雙邊澆模具;同時購置立式旋壓機并開發(fā)出合理的立式旋壓工藝，二者工藝相結(jié)合生產(chǎn)出達到性能要求的低壓雙邊澆立式旋壓鋁合金車輪產(chǎn)品。在低壓雙邊澆工藝的基礎之上，采用立式旋壓新工藝進行生產(chǎn)，可使鋁合金車輪輪輞的抗拉強度、屈服強度延伸率，都要比傳統(tǒng)鑄造工藝生產(chǎn)的車輪有所提高，而重量可以較普通車輪有所減少，達到節(jié)約成本的目的。

3.產(chǎn)品（工藝）開發(fā)流程

3.1開發(fā)流程

方案研討→機臺設計→模具設計→模具制造→模具試生產(chǎn)→試生產(chǎn)總結(jié)→小批量生產(chǎn)→批量生產(chǎn)總結(jié)→正式投產(chǎn)→項目總結(jié)。

3.2具體開發(fā)成果方案

低壓雙邊澆立式旋壓生產(chǎn)工藝流程如下：

熔煉→鑄造毛坯→預加工→預熱→旋壓車輪→熱處理→機加工→涂裝。

低壓雙邊澆立式旋壓生產(chǎn)工藝流程與普通的鑄造鋁合金車輪工藝相比較，差別在于：原工藝鑄造的毛坯是一次性成型，已具備了車輪的全部要素，與我們普通的車輪成品只是在尺寸精度上不同;而低壓雙邊澆立式旋壓生產(chǎn)工藝鑄造的毛坯只鑄出輪輻，不具有輪輞，只是根據(jù)等體積變形原理預留輪輞所需的材料，在旋壓機上將預留的材料擠壓形成正常的輪輞。低壓雙邊澆立式旋壓生產(chǎn)工藝需解決的主要技術問題如下：

（1）雙邊澆工藝開發(fā)。針對目前使用的中心澆注設計，我公司開發(fā)出了低壓雙邊澆技術，以我公司真元機為例，如若改為雙邊澆生產(chǎn)工藝，機臺臺板的升液管孔按雙邊澆注設計，增加兩個孔位，當采用雙邊澆注方式時，使用兩個升液管充型。我們將要設計實施的是設置兩個澆口，可用做單邊澆注或雙邊澆注，澆口設置在臺板方位的前后兩端。

（2）立式旋壓工藝開發(fā)。立式旋壓工藝是一種綜合了模具設計、鑄造、擠壓、拉伸、彎曲、環(huán)軋、橫軋和滾擠等工藝特點的少切削加工的先進工藝。該工藝將鑄造專用毛坯用頂模頂緊在旋壓機上模上，由主軸帶動上模和坯料旋轉(zhuǎn)，同時旋壓輪從毛坯一側(cè)將坯料擠壓在旋轉(zhuǎn)的上模上，使坯料產(chǎn)生逐點連續(xù)的塑性變形，實現(xiàn)了更高的粒子緊密度，從而獲得材料結(jié)構(gòu)致密、強度高的鑄造熱旋壓毛坯車輪。

我公司在旋壓過程中使用的是強力旋壓中的一種特殊的旋壓方式—分層錯距旋壓，是指多個旋輪在周向相互錯開而在徑向又依次使毛坯厚度減薄的旋壓過程。這種旋壓方式可以在一道次旋壓過程中完成多道次旋壓，提高了生產(chǎn)效率，同時使工件直徑精度得到了提高。

（3）產(chǎn)品性能對比

4.關鍵技術及創(chuàng)新點

（1）雙邊澆的鑄造方式，在輪子兩側(cè)設置澆口，使鋁液從輪輞處進入，鋁液流動的距離可縮短一半，補縮能力大大增強，對滿足輪輞及輪輻的鋁液補縮量是綽綽有余的，這樣輪輻擺脫了對輪輞進行補縮的作用。并且通過水冷工藝加大冷卻強度，提高了生產(chǎn)效率。

（2）通過水冷工藝，鋁液在急冷的模具溫度下依然能夠依順序凝固的原則進行結(jié)晶，不會產(chǎn)生R角、輪輞部位的縮松缺陷，鑄件組織致密，機械性能得到改善，特別是輪盤的機械性能，將得到更大的提高。

（3）該技術在保持鋁合金車輪款式多變的前提下，提高了車輪材料力學性能和強度，解決車輪輕量化后的性能問題，實現(xiàn)車輪整體性能，同時減重20%以上。

（4）滿足車輪大直徑、輕量化、高強度的要求。

（5）在邊模上設計冷卻系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)鑄造工藝必須犧牲部分輪輻性能來保證輪輞性能的問題，有效保證輪輻性能的提高。

（6）設備工藝簡單，工藝準備和工藝過程與普通低壓鑄造相同，整個工藝過程簡單，容易操作。

（7）以往鑄造毛坯墩都需要先進行初加工，若能將中間步驟省略，將鑄造出來毛坯直接進行旋壓，可以很大提高生產(chǎn)效率，也可以節(jié)約生產(chǎn)成本。

5.總結(jié)

5.1技術成果及應用前景

該工藝易于實施、可操作性強、生產(chǎn)效率高、機械性能好，能夠滿足主機廠在中高端市場對車輪“大直徑、高強度、輕量化”的要求，且投資成本低，具有較好的生產(chǎn)應用價值和市場推廣價值。

5.2存在的不足及有待完善的地方

盡管低壓雙邊澆立式旋壓工藝在各部門的努力攻關下已取得可喜的成績，但仍存在一些美中不足，目前我們攻克的技術僅代表了旋壓技術的初期階段，還須進一步深入研究。

作者簡介：

曹學鋒（1977-）男，漢族，河北人，工程師，畢業(yè)于江漢石油學院機械設計及制造專業(yè)，主要從事鋁合金車輪工程技術工作。