鋁輪轂旋壓成型工藝和設(shè)備的探究

吳志勇

摘 要：本文重點(diǎn)介紹了鋁輪轂旋壓成型機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)行原理及其關(guān)鍵部件的常見故障。并且針對(duì)常見和疑難故障問題給予了詳細(xì)的分析，給出了便于實(shí)施的解決方案。且根據(jù)作者在生產(chǎn)實(shí)踐中的工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了旋壓生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的典型工藝質(zhì)量問題。并且對(duì)這些問題分類歸納，詳述了每種問題的解決措施?？傊?，該文是鋁輪轂旋壓生產(chǎn)實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對(duì)同類廠生產(chǎn)有非常寶貴的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：鋁輪轂;旋壓成型;工藝

中圖分類號(hào)：TG306文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 設(shè)備簡介

目前我司引進(jìn)韓國株式會(huì)社CSCAM制造的WFF125 mm型3刀120℃平面布置旋壓機(jī)2臺(tái)套。該機(jī)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(qū)動(dòng)（250 kW）、X，Z軸旋刀驅(qū)動(dòng)（37 kW）、尾頂座和排出器（22 kW）等組成。配套南京長江工業(yè)爐科技有限公司制造的燃?xì)饧訜釥tNCL2014-15232套，額定功率920 kW，分5個(gè)加熱區(qū)，額定溫度550℃。

2 生產(chǎn)過程中的工藝關(guān)鍵控制點(diǎn)

我司配套有2條生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線各配套1套加熱爐、1臺(tái)旋壓機(jī)、1臺(tái)FANUC R-2000IC 210F型機(jī)械手。工作節(jié)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(shí)效—毛坯預(yù)熱—旋壓成型—車削加工—去毛刺—?jiǎng)悠胶狻鈾z漏—精磨—表面處理（除脂、酸洗、鈍化、純水洗）—噴涂—烘烤—?jiǎng)悠胶鈾z查—包裝—入庫。其中的關(guān)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(yù)熱到400℃以上，實(shí)際生產(chǎn)中設(shè)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(dāng)提高。特別是冬季生產(chǎn)中可提高到450℃±20℃。關(guān)注生產(chǎn)環(huán)境溫度的變化，及時(shí)微調(diào)預(yù)熱爐毛坯的預(yù)熱設(shè)定溫度，是保證旋壓成型達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵要素之一。

（2）尾頂?shù)膲壕o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(jìn)行的必要條件，壓力太大，增加主軸旋轉(zhuǎn)的阻力，降低聯(lián)軸器的壽命;壓力太小，輪轂毛坯會(huì)打滑，主軸和尾頂不同步。所以，合適的尾頂壓緊力對(duì)毛坯成型至關(guān)重要。一般設(shè)定為4 MPa～5 MPa，通過調(diào)整液壓站減壓閥調(diào)壓手柄可調(diào)整尾頂?shù)膲壕o力，最大不應(yīng)超過7 MPa。尾頂和模具的同心度要調(diào)整在1.5 mm以內(nèi)，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(nèi)。

（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(diào)兌成1：2的水溶液進(jìn)行噴涂，噴涂氣壓在0.6 MPa左右，噴涂時(shí)間在20 s左右，根據(jù)脫模實(shí)際情況做適當(dāng)調(diào)整。

（4）主軸轉(zhuǎn)數(shù)。主軸轉(zhuǎn)速一般設(shè)定在350 r/min左右，根據(jù)輪型和毛坯溫度可做適當(dāng)調(diào)整，最低不低于300 r/min 。

（5）進(jìn)給量。旋刀進(jìn)給量一般設(shè)定在600 mm/min左右，根據(jù)輪型大小、主軸轉(zhuǎn)速和毛坯溫度可做適當(dāng)調(diào)整，以旋壓成型時(shí)的達(dá)標(biāo)情況為準(zhǔn)。

（6）模具的定期清理和打磨。模具使用前必須進(jìn)行預(yù)熱，應(yīng)不低于300℃。使用過程中應(yīng)經(jīng)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(shí)清理模具內(nèi)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(shí)，注意旋壓后毛坯的壁厚會(huì)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(shí)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(nèi)側(cè)阻力大，造成拉裂等。

（2）旋壓拉模。主要原因有尾頂模具護(hù)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(bǔ)償不合

適;對(duì)刀數(shù)值不準(zhǔn)確;毛坯本身的變差等。

（7）內(nèi)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(nèi)側(cè)阻力大流動(dòng)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(zhì)量差等。

（9）振刀。主要原因有毛坯溫度低;旋刀軸承松動(dòng);旋壓量分配不當(dāng)?shù)取?/p>

（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(shè)備運(yùn)行中關(guān)鍵問題的處理和改善

4.1 旋刀的改善

在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)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(shí)際旋壓時(shí)溫度到200℃，遠(yuǎn)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(tài)，導(dǎo)致軸承磨損嚴(yán)重。另一方面，旋刀下面安裝的液壓馬達(dá)提供的轉(zhuǎn)速與主軸轉(zhuǎn)速相差甚遠(yuǎn)，造成旋刀與毛坯旋轉(zhuǎn)時(shí)不同步，從而影響毛坯成型。后續(xù)對(duì)現(xiàn)有旋刀固定架重新設(shè)計(jì)，取消液壓馬達(dá)，并更換耐溫200℃以上的長城潤滑油，經(jīng)驗(yàn)證，使用平穩(wěn)可靠。

4.2 尾頂?shù)母纳?/p>

生產(chǎn)中出現(xiàn)尾頂擺動(dòng)大，造成固定尾頂?shù)目蚣苈萁z全部斷裂的情況。尾頂?shù)臄[動(dòng)直接會(huì)造成毛坯成型的同心度超標(biāo)（標(biāo)準(zhǔn)同心度≤0.15 mm，垂直度≤0.15 mm ），所以保證尾頂?shù)耐亩群痛怪倍仁切龎撼尚偷年P(guān)鍵環(huán)節(jié)。而探究尾頂?shù)臄[動(dòng)，需要綜合考量。首先，要保證模具和主軸的同心度在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。一是必須每班清理模具內(nèi)的積粉和鋁屑;二是每班需檢查頂出器工況，及時(shí)打磨模具內(nèi)錐形結(jié)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(rèn)在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。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(diào)整芯軸方框外2塊調(diào)整楔鐵的位置，保證芯軸垂直度在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi);三是調(diào)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(nèi)六角螺絲需要用12.9級(jí)以上的。最后，尾頂?shù)膲壕o力應(yīng)調(diào)定在40 bar-50 bar之間。尾頂?shù)膲壕o力可調(diào)整液壓站上控制尾頂?shù)臏p壓閥調(diào)定，并根據(jù)不同輪型適時(shí)修正。

4.3 主傳動(dòng)聯(lián)軸器的改善

主傳動(dòng)電機(jī)輸出軸和減速器輸入軸之間原設(shè)計(jì)用鏈?zhǔn)铰?lián)軸器連接，由于長時(shí)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(dǎo)致電機(jī)和減速器振動(dòng)大。為了降低旋壓時(shí)對(duì)主軸的沖擊，更換成彈性套柱銷聯(lián)軸器。這樣，利用彈性套柱銷聯(lián)軸器彈性墊的緩沖作用，消除了旋壓時(shí)旋壓力對(duì)主軸的沖擊，從而大大延長了聯(lián)軸器和主軸的壽命。

4.4 去中心孔的改善

為了節(jié)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(dá)到較高的綜合機(jī)械性能，卡巴輪必須經(jīng)鑄造毛坯成型后，再旋壓成型。但成型后的毛坯件在進(jìn)一步機(jī)械加工前，需要去中心孔。行業(yè)中普遍采用臥式車床切割，不僅增加了工序和多臺(tái)設(shè)備，還需要上下線等人工轉(zhuǎn)運(yùn)。為了減少毛坯轉(zhuǎn)運(yùn)及上下線碼垛等繁瑣的工作，我們?cè)谛龎撼尚蜋C(jī)旁增加一臺(tái)山東滕州市鍛壓機(jī)床二廠制造的四柱液壓沖孔機(jī)YQ32-1000T，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)去中心孔，極大的提高了生產(chǎn)效率。

5 旋壓設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)

5.1 旋壓機(jī)

一是旋壓機(jī)的主軸減速器每季度應(yīng)更換其潤滑液，通常使用32#齒輪油;每半月應(yīng)檢查主軸彈性套柱銷聯(lián)軸器的彈性套是否變形或磨損，損壞的需要及時(shí)更換;二是尾頂軸承箱每周需要加注高溫潤滑油。廠家設(shè)計(jì)的加油孔在尾頂箱的上方，操作工必須爬上旋壓機(jī)的頂部進(jìn)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(dá)軸承部位。另一方面，操作工爬上旋壓機(jī)頂部加油屬于高空作業(yè)，存在安全隱患。所以，在尾頂箱軸承座軸承上方開設(shè)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(jī)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(jìn)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(jìn)行清理鋁屑，保證旋刀和模具表面無粘鋁，光滑平整。

5.2 機(jī)器人

一是機(jī)器人的夾爪需要定時(shí)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(guān)節(jié)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(huán)風(fēng)機(jī)需要每月進(jìn)行潤滑加油，通常加注2#鋰基脂;二是其鏈傳動(dòng)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(dòng)管路上氣動(dòng)三聯(lián)件的油霧器需要每月加注68 #軌道油。

5.4 四柱液壓機(jī)

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(yīng)用會(huì)越來越廣。國產(chǎn)改良的旋壓成型機(jī)綜合性能也越來越高，如江蘇天宏機(jī)械制造的雙刀旋壓成型機(jī)，南京長江爐業(yè)制造的回轉(zhuǎn)預(yù)熱爐等設(shè)備制造水平已經(jīng)超越了進(jìn)口設(shè)備。相信隨著旋壓鋁輪轂的普及，設(shè)備和制造工藝會(huì)不斷推陳出新！

參考文獻(xiàn)：

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