鋁合金車輪鏡面加工技術(shù)應(yīng)用分析

康泰

中信戴卡股份有限公司，中國(guó)·河北 秦皇島 066011

鋁合金車輪鏡面；技術(shù)進(jìn)步；加工工藝

1 引言

鋁合金車輪本身就具有大直徑、輕量化、易于散熱、端經(jīng)跳動(dòng)精度高、動(dòng)平衡量小的優(yōu)點(diǎn)。路合金車輪鏡面技術(shù)是其中一項(xiàng)新的技術(shù)，但在技術(shù)推廣和應(yīng)用方面還受到多方面因素限制。即使運(yùn)用磨削拋光技術(shù)也很難能夠?qū)崿F(xiàn)鏡面加工，這是目前鋁合金車輪鏡面加工技術(shù)發(fā)展所面臨的難題，但通過利用現(xiàn)有設(shè)備開展自主研究更有效地促進(jìn)鏡面加工技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和發(fā)展。

2 鋁合金車輪制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 美觀性和高性能發(fā)展趨勢(shì)

在經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展背景下，人們生活水平不斷提升，審美要求也在不斷地變化和提升，人們對(duì)性能和美觀性兩者兼具的要求也越來(lái)越多。而鋁合金車輪一方面可以提升和車輪的分離性，改善現(xiàn)有車體中心，減少震動(dòng)和振擺程度。傳統(tǒng)的鋼制車輪在制造工藝上存在非常大的弊端，熱軋鋼或者是冷軋鋼施壓焊機(jī)會(huì)帶來(lái)較差的平衡性，車輪的穩(wěn)定性會(huì)比較低，汽車在告訴行駛狀態(tài)下的安全無(wú)法得到有效保障。而鋁合金材料本身鎮(zhèn)東興要高于鋼的振動(dòng)性，再加上通過運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)控設(shè)備加工鋁合金車輪，提升整個(gè)車輪的平衡性。除此之外，車輪本身的美觀程度至關(guān)重要，會(huì)直接影響整個(gè)汽車形象、汽車的設(shè)計(jì)品味和汽車的檔次，間接地對(duì)汽車產(chǎn)品銷售情況產(chǎn)生影響。而鋁合金車輪能夠更好地滿足汽車對(duì)美觀性的追求，從現(xiàn)代人的審美情趣和風(fēng)格特色處罰，加強(qiáng)對(duì)外觀更加精美的鋁合金車輪生產(chǎn)工藝的研究和運(yùn)用，通過汽車整體造型對(duì)汽車花紋進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證了汽車的美觀性[1]。

2.2 智能化自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)

技術(shù)的大力發(fā)展也給智能化和自動(dòng)化技術(shù)在汽車生產(chǎn)領(lǐng)域中的運(yùn)用提供充分條件，而從現(xiàn)如今情況來(lái)說(shuō)鋁合金車輪制造技術(shù)水平在不斷提升。但隨著汽車行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)逐漸趨于白熱化，各生產(chǎn)廠家對(duì)于制造技術(shù)的運(yùn)行效率、技術(shù)穩(wěn)定性以及安全性有了更高的要求，鋁合金車輪制造技術(shù)的智能化水平不斷提升。而在發(fā)展過程中鋁合金車輪鍛造技術(shù)會(huì)朝著更加智能化的方向發(fā)展，鋁合金車輪制造技術(shù)的相關(guān)門類會(huì)逐漸細(xì)化，朝著不同方向發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)智能化和自動(dòng)化水平的又一次飛躍和提升。

2.3 朝向精確化和高效化方向發(fā)展

鋁合金車輪制造技術(shù)在發(fā)展過程中也面臨著巨大的挑戰(zhàn)，該如何在降低車輪重量的同時(shí)提升車輪承載能力就是鋁合金制造技術(shù)在運(yùn)用和發(fā)展過程中所面臨的又一大挑戰(zhàn)。通過提升相應(yīng)的機(jī)床硬件并運(yùn)用更簡(jiǎn)單的鑄造技術(shù)，即使是專業(yè)水平比較低的鑄造人員也能夠掌握鋁合金車輪制造工藝，提高制造技術(shù)升級(jí)更新速度，在大范圍內(nèi)推廣鋁合金車輪制造技術(shù)。機(jī)床數(shù)控手段是整個(gè)制造技術(shù)的強(qiáng)有力輔助，利用機(jī)床數(shù)控手段和更高質(zhì)量的鋁合金材料，從而提升整個(gè)行業(yè)的完整性和先進(jìn)性，促進(jìn)車輪制造技術(shù)本身不斷向高精尖方向發(fā)展。例如，7075 鋁合金材料本身在熱變形動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程中晶粒度煙花模型優(yōu)良，能夠盡最大程度地滿足設(shè)計(jì)圖紙要求，保證成品質(zhì)量，將誤差控制在5.6%以內(nèi)。

2.4 環(huán)保性節(jié)能性發(fā)展趨勢(shì)

在可持續(xù)發(fā)展要求及發(fā)展趨勢(shì)之下，鋁合金車輪制造技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，同時(shí)在技術(shù)發(fā)展過程中也應(yīng)該注重技術(shù)的環(huán)保性和可持續(xù)發(fā)展性能，這是影響整個(gè)制造技術(shù)發(fā)展的重要挑戰(zhàn)。鋁合金車輪制造技術(shù)本身具備穩(wěn)定性強(qiáng)、反應(yīng)速度快、智能化程度高等特點(diǎn)，在未來(lái)發(fā)展過程中制造技術(shù)也應(yīng)該就提高資源利用效率、減少能源浪費(fèi)、滿足節(jié)能減排，有效處理汽車生產(chǎn)污染物，減少汽車生產(chǎn)所帶來(lái)的污染和破壞。生產(chǎn)制造自動(dòng)化與傳統(tǒng)的車輪制造相比來(lái)說(shuō)更為簡(jiǎn)單，再生產(chǎn)過程中所造成的污染和浪費(fèi)也更少。

3 鏡面加工技術(shù)

3.1 鏡面加工技術(shù)要求

加工鏡面需具備的鏡面加工數(shù)控設(shè)備、鏡面加工專用夾具、單晶金剛石刀具是影響整個(gè)鏡面加工技術(shù)的三大關(guān)鍵因素。鏡面加工對(duì)于硬件設(shè)備以及相關(guān)技術(shù)的要求都非常高，要求加工參數(shù)能夠滿足每分鐘1500 的轉(zhuǎn)速、切削深度達(dá)到0.02mm、進(jìn)給量最大不得超過0.10mm。只有在滿足以上加工參數(shù)的基礎(chǔ)條件之下才能保證加工面刀紋清晰可見、分布均勻，不會(huì)出現(xiàn)明顯的過渡痕跡或者是刀棱。但從現(xiàn)階段硬件設(shè)備的加工參數(shù)來(lái)看，精車進(jìn)給量在等于或低于0.15mm 時(shí)，就已經(jīng)出現(xiàn)了加工紋路模糊的現(xiàn)象，而且在加工過程中出現(xiàn)的過渡痕跡或者是刀棱十分明顯，僅從這兩項(xiàng)來(lái)說(shuō)鏡面加工技術(shù)就很難真正發(fā)展和大面積應(yīng)用，現(xiàn)有設(shè)備根本無(wú)法滿足鏡面加工技術(shù)的加工需求[2]。

3.2 現(xiàn)有加工技術(shù)以及硬件加工設(shè)備

現(xiàn)有加工設(shè)運(yùn)用最多的卡盤類型是油夾頭配合扇形卡盤，從扇形卡盤定位方式上就已經(jīng)確定現(xiàn)有的硬件設(shè)備根本無(wú)法進(jìn)行鏡面加工，卡盤本身始終無(wú)法解決的動(dòng)平衡問題則是影響鏡面加工技術(shù)使用的又一大問題。扇形卡盤上的工件也同樣存在問題，首先是工件在高速旋轉(zhuǎn)過程中會(huì)出現(xiàn)震動(dòng)狀況，這種震動(dòng)會(huì)給加工紋路產(chǎn)生影響，造成紋路不均勻以及明面可見的裂紋。震動(dòng)紋路產(chǎn)生的主要原因是受到內(nèi)輪緣、扇爪裝夾部位等因素的影響。工件內(nèi)輪邊緣是扇爪裝夾的具體位置，內(nèi)輪緣通過輪輞和A 面相連接，工件絕大部分質(zhì)量都存在于A 面的筋條部位，內(nèi)輪緣和輪輞所構(gòu)成的薄壁結(jié)構(gòu)根本無(wú)法支撐其質(zhì)量。另外一個(gè)原因則是采用耳緣定位作為徑向定位，耳緣部位的制造徑向精度最多能夠保證小于等于0.3mm，在工件告訴旋轉(zhuǎn)過程中動(dòng)平衡無(wú)法達(dá)到鏡面加工技術(shù)要求，最終導(dǎo)致振動(dòng)現(xiàn)象出現(xiàn)[3]。

3.3 鏡面加工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和設(shè)計(jì)要求

從設(shè)計(jì)上來(lái)說(shuō)鋁合金車輪鏡面加工技術(shù)具備一定的特殊性和新穎性，運(yùn)用了大量的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，在外觀上十分占優(yōu)勢(shì)。為了有效提升現(xiàn)有的鏡面加工能力，需要有更高水平的制造能力和技術(shù)，保證產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。其中，從鏡面加工技術(shù)來(lái)講，想要設(shè)計(jì)出具備足夠優(yōu)勢(shì)的鋁面金車輪鏡面加工技術(shù)，需要滿足加工面刀紋清洗均勻；單節(jié)之間沒有視覺可見的過渡痕跡或刀棱；將表面粗糙度控制在0.3μm 以下；在保證鏡面要求的同時(shí)保證產(chǎn)品的機(jī)械性能。

4 鋁合金車輪鏡面加工步驟

在設(shè)備內(nèi)部通過安裝鏡面加工專用夾具以及單晶金剛石刀具，安裝控制軟件系統(tǒng)，運(yùn)用微位移驅(qū)動(dòng)及動(dòng)態(tài)控制比技術(shù)作為內(nèi)核進(jìn)行控制。整個(gè)施工技術(shù)可以分為：第一步夾持待加工的車輪工件；第二步利用聚晶金剛石刀具對(duì)車輪開展粗加工工作，保證粗加工的整體切削深度在0.02mm 以上，車輪表面需要進(jìn)行兩次粗加工；第三步就是在粗加工之后，運(yùn)用R2 和R1.2 單晶金剛石刀具對(duì)車輪進(jìn)行精加工。如果滿足相應(yīng)條件最終所生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品應(yīng)該滿足：?jiǎn)喂?jié)之間沒有明顯過渡痕跡或是刀棱；加工表面粗糙度小于0.3 微米；在距輪面150mm 處范圍內(nèi)讀出出手表的時(shí)鐘和分鐘所處的位置。

5 鋁合金車輪鏡面加工技術(shù)創(chuàng)新

5.1 選擇合適的硬件生產(chǎn)設(shè)備和關(guān)鍵技術(shù)

要想保證鋁合金車輪鏡面加工技術(shù)應(yīng)該選用高精度車軸、各坐標(biāo)軸驅(qū)動(dòng)絲杠、各坐標(biāo)軸軸承、各坐標(biāo)軸導(dǎo)軌、天然鉆石刀加工鏡面工藝五部分。其中，高精度主軸部分需要保證高精度、高剛度、抗震動(dòng)靜壓軸承，保證軸承本身的承壓能力和穩(wěn)定性。而各個(gè)坐標(biāo)軸驅(qū)動(dòng)絲杠在裝配過程中能夠做好機(jī)電系統(tǒng)慣量相匹配的動(dòng)態(tài)阻尼調(diào)整工作。而采用天然鉆石刀加工鏡面工藝，能夠有效的提高車輪表面光滑度，對(duì)車輪A 面紋路進(jìn)行細(xì)化，將加工廠參數(shù)控制在轉(zhuǎn)速每分鐘1500 轉(zhuǎn)、切削深度0.02mm，進(jìn)給量≤0.10mm 標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)[4]。

5.2 選擇關(guān)鍵機(jī)械和控制系統(tǒng)軟硬件

鏡面加工技術(shù)必須要有效運(yùn)用控制內(nèi)核低層微位移驅(qū)動(dòng)及動(dòng)態(tài)控制比技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更好的實(shí)現(xiàn)高效鏡面車削?？刂苾?nèi)核低層微位移驅(qū)動(dòng)及動(dòng)態(tài)控制技術(shù)通過配備高精度主軸系統(tǒng)保證回轉(zhuǎn)零件鏡面加工質(zhì)量，保證即使處于拐點(diǎn)波動(dòng)非平面狀態(tài)下也能保持鏡面高校車銷效果。但在整個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中機(jī)床時(shí)間和溫度穩(wěn)定性會(huì)影響機(jī)床長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行穩(wěn)定性，控制系統(tǒng)和電器元器件布置會(huì)影響設(shè)備可靠性?？偟膩?lái)說(shuō)，微位移驅(qū)動(dòng)及動(dòng)態(tài)控制比技術(shù)是整個(gè)鏡面加工技術(shù)的關(guān)鍵和保障所在。

5.3 改進(jìn)鏡面加工工藝

鋁合金車輪鏡面加工技術(shù)對(duì)鏡面表面亮度有特殊要求，應(yīng)該將粗加工和精加工部分所使用的的技術(shù)和設(shè)備分離開來(lái)。相較于粗加工來(lái)說(shuō)，精加工技術(shù)參數(shù)才是影響鏡面加工外觀效果的直接因素。現(xiàn)階段在鏡面加工過程中所使用的單晶金剛石刀具也無(wú)法滿足大切深加工背景下的加工要求。受到工件材料、切削速度和進(jìn)給量的影響，一旦切削深度大于0.02mm，在粗加工時(shí)可以采用聚晶金剛石刀進(jìn)行粗加工，之后在使用單晶金剛石刀進(jìn)行精加工。為提升加工效果，可以適當(dāng)加快切削速度，但當(dāng)?shù)玫脚R界值之后繼續(xù)加速會(huì)影響系統(tǒng)剛性和平衡性，經(jīng)檢驗(yàn)當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到1500 轉(zhuǎn)每分鐘的時(shí)候，加工效果會(huì)達(dá)到最好。精加工切削深度會(huì)受到進(jìn)給速度、表面粗糙度的影響，而刀具角度和刀尖型式又會(huì)影響進(jìn)給速度，為提升表面光滑度，保證生產(chǎn)效率，可以選擇使用刀尖半徑為2mm 的單晶金剛石刀具[5]。

6 結(jié)語(yǔ)

技術(shù)的進(jìn)步能為整個(gè)生產(chǎn)帶來(lái)非常大的變化，尤其是在鋁合金車輪鏡面技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用上還存在諸多問題。企業(yè)想要在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得進(jìn)一步發(fā)展，需要能夠保證產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)品研發(fā)，掌握一門核心技術(shù)提升鏡面加工技術(shù)的生產(chǎn)效率和加工穩(wěn)定性，減少故障發(fā)生幾率，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。