對開式輪輞降本增效工藝方法淺析

文/周永紅·吉凱恩車輪（連云港）有限公司

導(dǎo) 語

將擋圈圓筒體工藝、擋座圈圓筒體工藝有機(jī)結(jié)合起來運用，使對開式輪輞由圓盤料常規(guī)工藝變成了圓筒體工藝，雖然工序有一定增加，但是材料的利用率卻從原來的45%～65%大幅度提高到95%，大大節(jié)約了材料，降低了成本。

車輪是連接輪胎與制動轂的一個零部件，本文介紹的車輪是一種對開式車輪，由兩個半邊對開式輪輞組合而成，如圖1所示，其輪輞輪廓符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12939—2002《工業(yè)車輛輪輞規(guī)格系列》中的對開式輪輞。

圖1 車輪結(jié)構(gòu)示意圖

加工工藝現(xiàn)狀

對開式輪輞常規(guī)加工工藝是：下圓盤料、拉深成形、復(fù)合沖孔、沖氣門孔，工藝雖然相對簡單，但是材料利用率卻非常低，以24-W10對開式輪輞下圓環(huán)料為例，尺寸φ970mm×φ460mm×6mm，加工方法：沖圓環(huán)料或等離子弧切割（激光切割）。但不論何種加工方法進(jìn)行圓環(huán)落料，材料利用率最高也只能達(dá)到57.28%，如圖2所示，這是最適宜的原材料尺寸，若是原材料再寬或窄一些，板料的利用率還會更低，這樣就造成了原材料很大的浪費。從落料圖上可以看出，圓環(huán)料剩下的邊角料、中心圓餅料都是廢料，那么怎樣才能提高材料利用率、降低生產(chǎn)成本，就成了工程技術(shù)人員必須研究的課題。

圖2 落料圖

工藝改進(jìn)設(shè)想

用常規(guī)方式看，對開式輪輞就是一個簡單的拉深件，但若將這個拉深件看成是由一個工程圈四件式擋圈與一個工程圈三件式擋座圈組合成的對開式輪輞，如圖3所示，這樣就可以將工程圈的圓筒體省料工藝引入到對開式輪輞的加工工藝上來，即將一個圓筒體擋圈工藝與一個圓筒體擋座圈工藝分別組合在同一個零件上制造，將對開式輪輞由原來簡單的拉深工藝（費料）改成較為復(fù)雜的圓筒體工藝（省料），這樣就可以大大提高材料利用率，降低成本。

圖3 對開式輪輞

加工工藝新方案

圓筒體加工具體工藝路線如下：①下條料、②卷圓、③焊接、④收口、⑤壓平、⑥擴(kuò)口、⑦壓形、⑧復(fù)合沖孔。其主要加工工藝如圖4、圖5所示。

圖4 圓筒體擋圈工藝

圖5 圓筒體擋座圈工藝

關(guān)鍵工序模具設(shè)計要點

工序④收口模具設(shè)計要點

圓筒體加工工藝中工序④收口是關(guān)鍵工序，其加工所用模具也是保證質(zhì)量的重要模具，其結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖6所示，其設(shè)計要點如下：

圖6 收口工序模具結(jié)構(gòu)示意圖

⑴一般情況下，工序②卷圓、工序③焊接后能保證圓筒體圓度不大于要求的1.3mm，當(dāng)卷圓設(shè)備老化、穩(wěn)定性差或原材料機(jī)械強(qiáng)度達(dá)到對應(yīng)型號要求，但其他機(jī)械性能如伸長率差等原因，造成卷圓、焊接后圓筒體圓度大于要求的1.3mm，那么就需要在工序④收口前增加一道正圓返修工序，以保證圓筒體圓度不大于要求的1.3mm，即采用老舊設(shè)備加工時，需要在工序④收口前增加一道正圓工序，新的工藝路線為：①下條料、②卷圓、③焊接、④正圓、⑤收口、⑥壓平、⑦擴(kuò)口、⑧壓形、⑨復(fù)合沖孔。這也充分說明了設(shè)備質(zhì)量、原材料質(zhì)量與工藝質(zhì)量要求是正相關(guān)的。

⑵將下定位板錐度上接口比下底面單邊設(shè)計小7.5mm，保證當(dāng)圓筒體內(nèi)圓圓度不大于1.3mm時，圓筒體能放進(jìn)下定位板。若在工序④收口前增加一道正圓工序，圓筒體內(nèi)圓圓度會遠(yuǎn)小于1.3mm，尺寸7.5mm相應(yīng)變小，雖增加工序滿足了加工精度要求，但必需要考慮設(shè)備、模具及制造成本。

⑶上整體收縮模圈深度及R設(shè)計，同樣是依據(jù)圓筒體圓度情況，確保圓筒體外圓順利進(jìn)入上整體收縮模圈，控制圓筒體外圓圓度。

⑷圓筒體放置在下定位板時，要確保上端面外圈為剪切帶，保證其與上整體收縮模圈從上往下剪切滑移并使收縮過程順暢，避免毛刺朝外在收縮模圈工作表面形成積屑瘤，拉傷圓筒體外表面。

⑸上整體收縮模圈材質(zhì)選用Cr12MoV，熱處理后硬度值要求達(dá)到58～62HRC，設(shè)計45°和5°角，整個表面要求拋光研磨，表面粗糙度值達(dá)到Ra0.4μm，保證收縮模工作表面不易形成積屑瘤，不拉傷圓筒體外表面。

⑹圓筒體從開始接觸整體收縮模到最后完成收口，整個行程較長，保證不拉傷圓筒體外表面是整個零件試制過程中的重難點問題。

工序⑥擴(kuò)口、⑦壓形模具設(shè)計要點

圓筒體加工工序⑥擴(kuò)口、⑦壓形也是提高生產(chǎn)效率、降低成本的關(guān)鍵工序，其一模兩序的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖7所示，設(shè)計要點如下：

圖7 一模兩序結(jié)構(gòu)示意圖

⑴上模板雙凹梯形槽與滑板雙凸梯形臺配合，擴(kuò)口凸模、壓形凸模均裝在滑板上，通過人工或機(jī)械力推動滑板移動，當(dāng)擴(kuò)口凸模在壓形凹模上方時，進(jìn)行擴(kuò)口，完成后，再將壓形凸模推到壓形凹模上方，進(jìn)行壓形。這種一模兩序，既可以節(jié)約設(shè)備、模具的投入成本，又可以減少裝模時間、減少一次上下料時間，提高生產(chǎn)率，降低成本。

⑵模具設(shè)計時，擴(kuò)口凸模、壓形凸模不能設(shè)計成與對開式輪輞拉深件一樣深，只要保證胎圈座尺寸值就可以了，這樣既可以節(jié)省模具材料，又便于脫料。

⑶凹凸模材料依然選用Cr12MoV，熱處理后硬度值要求達(dá)到58～62HRC，整個表面要求拋光研磨，保證表面粗糙度值達(dá)到Ra0.4μm，保證凹凸模工作表面不易形成積屑瘤、不拉傷圓筒體內(nèi)外表面。

結(jié) 束 語

從事車輪工藝設(shè)計工作，也要有庖丁解牛、三年不見全牛的精神，跳出固有思維看問題，問題就不那么棘手，換一種思路，也許就有答案。將擋圈圓筒體工藝、擋座圈圓筒體工藝有機(jī)結(jié)合起來運用，達(dá)到提高材料利用率，降低成本的目的。有了總體工藝設(shè)計思路，還要對每道工序的工藝狀態(tài)作具體分析，設(shè)計相適應(yīng)的模具。最后，經(jīng)過驗證，在試制過程中，發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，多次反復(fù)，就一定會有滿意的結(jié)果。