擺輾技術在鋁合金車輪制造中的應用

文/劉建芳·秦皇島戴卡興龍輪轂有限公司

馬春榮·大連大學機械工程學院

擺輾技術在鋁合金車輪制造中的應用

文/劉建芳·秦皇島戴卡興龍輪轂有限公司

馬春榮·大連大學機械工程學院

鋁合金車輪的制造工藝主要有鑄造、鑄旋、鍛造等，其中，鍛造工藝中很重要的一個工序就是擺輾成形。擺輾機是實現(xiàn)擺輾成形的特種成形設備，鋁合金車輪擺輾機也是全自動鍛造鋁合金車輪生產(chǎn)線的主要設備。隨著汽車工業(yè)對鍛造鋁合金車輪需求量的不斷增多，對鋁合金車輪擺輾機的研制及擺輾技術的開發(fā)，已成為我國勢在必行的攻關項目和車輪制造行業(yè)普遍關注的焦點問題之一。

擺輾技術的原理與優(yōu)點

擺輾技術的原理

擺輾技術是一種通過局部加載，多次累積，最后整體成形的金屬塑性加工新工藝，其基本原理為：錐形擺頭繞機身軸線連續(xù)滾動，同時給坯料一定的進給速度，使坯料上升，上模與坯料一直保持連續(xù)的局部接觸，局部區(qū)域的變形逐步累積，最終達到坯料的整體成形。擺輾技術的工作原理如圖1所示。

圖1 擺輾工作原理示意圖

擺輾技術為連續(xù)局部成形，擺頭中心線與擺輾機機身的垂直軸線相對傾角為γ角，此角稱為擺角。上模安裝于擺頭上，下模安裝于滑塊上。當擺輾機工作時，擺頭中心線繞擺輾機機身軸線旋轉，于是擺頭便產(chǎn)生了擺動。擺頭一直承受偏心載荷，其合力作用點不斷繞機身軸線作軌道運動（即擺動）。與此同時，滑塊在油缸的作用下上升，對毛坯施壓，這樣上模母線就在毛坯上連續(xù)不斷地滾動，最后達到整體成形的目的。

擺輾技術的優(yōu)點

與傳統(tǒng)成形技術相比，擺輾技術具有如下優(yōu)點：

⑴省力。因擺輾是以連續(xù)局部變形代替常規(guī)鍛造工藝的一次整體成形，因此可以大大降低變形力。加工相同鍛件，其輾壓力僅是常規(guī)鍛造方法變形力的1/20～1/5。

⑵精度高。擺輾能夠使鍛件毛坯變形均勻，金屬纖維流動合理，加上擺輾過程中的強化加工，大大提高了成品零件機械強度，且加工精度和表面質量亦大大改善。

⑶適合于加工形狀薄而復雜的餅盤類鍛件。鍛造餅盤類鍛件時，由于平均單位壓力與H/D（H為鍛件高度，D為鍛件直徑）有關，H/D越大，變形力越大，當H/D特別大時，可能使平均單位壓力等于或高于模具材料的強度極限，以至于無法加工。

⑷模具壽命較長。由于擺輾的變形力比常規(guī)鍛造工藝的變形力小得多，可使平均單位壓力遠小于模具材料的強度極限，延長擺輾模具的壽命。

⑸勞動環(huán)境好，勞動強度低。擺輾時機器的噪聲和振動小，環(huán)境污染少；易于實現(xiàn)機械化、自動化。

⑹產(chǎn)品制造周期短，生產(chǎn)效率快，效益回收快；設備投資小，占地面積小，基建費用低。

鋁合金車輪擺輾機

鋁合金車輪擺輾機本體結構方案采用普通液壓機結構方式，主要分為機身、活動橫梁（滑塊）、底座、上主軸、下主軸、驅動裝置和油缸七部分，如圖2所示。

圖2 輪轂擺輾機本體結構簡圖

鋁合金車輪擺輾機為框架式機身，采用組合式焊接結構，由上橫梁、下橫梁、立柱和四個拉緊螺栓組成。上、下橫梁和立柱通過拉緊螺栓組成一個整體。上、下橫梁和立柱之間分別采用四個環(huán)形鍵來定位，其圓形鍵槽與拉緊螺栓孔同心。

活動橫梁（滑塊）是一個傳遞力的部件，將油缸的推力傳遞給工件，使之產(chǎn)生塑性變形，以便達到預期的加工目的。活動橫梁上端和四個油缸中的活塞桿連接，四周與導軌相配合，活動橫梁中安裝上主軸。工作時，活動橫梁在油缸推動下沿導軌作上下往復運動。

鋁合金車輪擺輾機的上主軸（安裝上模）安裝于活動橫梁上，與機身垂直軸線的傾角為5°。上主軸靠工件摩擦或液壓馬達驅動繞自身軸線旋轉，但不繞機身垂直軸線作擺動運動，并且在油缸的帶動下隨活動橫梁一起作等速或變速進給運動。下主軸（安裝下模）安裝于擺輾機下橫梁上，其軸線即為機身垂直軸線。下主軸在驅動裝置的驅動下帶動工件繞自身軸線作勻速旋轉，與上主軸的運動相配合，實現(xiàn)對毛坯的圓周軌跡的擺輾。

鋁合金車輪擺輾工藝

擺輾工藝是鍛造鋁合金車輪制造工藝的預制坯工序，其目的是使用噸位很小的設備加工出鋁合金車輪的毛坯。為了在擺輾機上實現(xiàn)鋁合金車輪毛坯的加工，首先需要制作擺輾模具，擺輾模具包括上模、下模兩部分，如圖3所示。

上模安裝于擺輾機的上主軸下端，與機身垂直軸線的傾角為5°，隨上主軸繞自身軸線旋轉，并向下作等速或變速進給運動；下模安裝于擺輾機的下主軸上端，隨下主軸繞自身軸線作勻速旋轉；坯料放置于下模上，上模與下模的運動相配合，實現(xiàn)對坯料的圓周軌跡擺輾。擺輾前的坯料、車輪擺輾件如圖4所示。

圖3 擺輾模具示意圖

圖4 坯料、車輪擺輾件示意圖

車輪擺輾件經(jīng)精密模鍛成形、熱處理、機加工、涂裝等工序，最終加工成為鍛造鋁合金車輪成品。

結論

⑴鋁合金車輪擺輾機可以代替標稱壓力是其5～20倍的常規(guī)鍛壓設備。設備投資小，經(jīng)濟效益高。

⑵鋁合金車輪擺輾技術所需變形力小，加工精度和表面質量高，擺輾模具壽命長，易于實現(xiàn)自動化，是理想的鍛造鋁合金車輪預制坯工藝，具有很好的發(fā)展前景。