商用車車輪輪輻節(jié)料方法探析

文/周永紅·吉凱恩車輪（連云港）有限公司

導(dǎo) 語

將長條料（扁鋼）按照現(xiàn)有的專利方法，制作成兩個大小不同的窄圓環(huán)輪輻坯料，再拼裝焊接成一個寬圓環(huán)輪輻坯料，最后制成輪輻。采用這種制作方法，目的是避免直接利用寬輪輻圓環(huán)坯料制作輪輻，將材料利用率從60.14%提高到95%左右，材料利用率得到很大提升。

車輪是連接輪胎與制動轂的一個零件，本文介紹的車輪輪輻是22.5×8.25商用汽車車輪這一焊接結(jié)構(gòu)件中的一個主要零件，它與制動轂通過螺栓直接相連。商用汽車車輪形狀如圖1所示。

圖1 商用汽車車輪

輪輻加工現(xiàn)狀

工藝路線：落圓環(huán)料、成形、沖螺栓孔、沖風(fēng)孔。以22.5×8.25輪輻落圓環(huán)料為例，板料尺寸為φ595mm×φ280mm×16mm，其落料方法為沖圓環(huán)料、等離子弧切割或激光切割，但不論何種方法落圓環(huán)料，材料利用率最高只能達到60.14%，如圖2所示，這是最適宜的尺寸，若是板料再寬或再窄一些，材料利用率還要低，如果板料厚度超過16mm，是18mm或20mm，材料利用率則更低，這顯然造成了原材料巨大的浪費。

圖2 落圓環(huán)料

現(xiàn)實中有很多節(jié)約材料的工藝方法，如在專利CN201020122358.9中，采用的方法是用熱加工將板條狀鋼材制成圓環(huán)狀輻板，雖然材料利用率達80%，但能源浪費大、生產(chǎn)效率低、不易形成流水線生產(chǎn)，工藝相對落后，且無法生產(chǎn)22.5×8.25輪輻圓環(huán)料。在專利CN200910118386.5中，采用的方法是用熱加工直接將扁鋼制成圓環(huán)狀輻板，雖然材料利用率高達98%，但依然存在上述問題。在專利CN201310071760.7中，材料利用率高達98%，并解決了能源浪費大、生產(chǎn)效率低、不易形成流水線生產(chǎn)等問題，同時又提高了輪輻坯料的平面度及表面粗糙度，但仍然無法生產(chǎn)上述圓環(huán)料。總之，上述三種專利方法都無法實現(xiàn)將條料制成圓環(huán)料，即所謂的條料工藝，對這種超寬輪輻都不實用。

原因分析

首先從上述三種專利方法找出共性：坯料都是長條料（扁鋼）；制成圓環(huán)輪輻坯料，如圖3所示；從圖3可以看出或者計算出，圓環(huán)小圓周長小于條料長度，大圓周長大于條料長度。

圖3 圓環(huán)輪輻坯料示意圖

在圓環(huán)輪輻坯料制作過程中，從板厚中心開始，圓環(huán)內(nèi)圈材料受壓，壓應(yīng)力逐漸增加，內(nèi)圈材料逐漸變厚，同時圓環(huán)外圈材料受拉，拉應(yīng)力逐漸增加，外圈材料逐漸變薄。當(dāng)條料寬度過寬時，彎形過程中，內(nèi)圈會起皺紋而外圈會產(chǎn)生縮頸或開裂導(dǎo)致失效，無法滿足工藝要求。

總之，不論是卷成圓筒料擴口翻邊后再壓形成輪輻坯料，還是卷成錐筒料后再壓形成輪輻坯料或者是卷成圓環(huán)料再壓平成輪輻坯料，輪輻坯料的寬度都是受工藝限制的，其寬度隨著其直徑、厚度的變化而變化，超過工藝限制就會在輪輻坯料內(nèi)圈起皺紋，因此，輪輻坯料的寬度都是有限的。

解決方案

那么，如何才能找到一種有效的途徑，既利用條料工藝能節(jié)約材料，又不起皺紋、不開裂呢？這需要從產(chǎn)生問題的根源開始分析。假設(shè)，從輪輻坯料的中心開始，向內(nèi)收縮，向外伸長，把中性層畫出來，如圖4所示。當(dāng)我們把中性層畫成粗實線時，明顯看到像是由兩個窄圓環(huán)輪輻坯料拼接成一個寬圓環(huán)輪輻坯料，那么，實際制作時是否可以采用由兩個窄輪輻料拼接成一個寬輪輻料的輪輻設(shè)計呢？

圖4 板料彎曲示意圖

由兩個窄輪輻拼接成一個寬輪輻的設(shè)計如圖5所示，這種結(jié)構(gòu)形式的寬輪輻毛坯能否實現(xiàn)22.5×8.25車輪輪輻本身的性能要求，需要做進一步的工藝分析。

圖5 寬輪輻拼接設(shè)計

焊接工藝分析

該輪輻設(shè)計時要求的材料是Q235B或Q345B，這兩種材料都具有較好的抗拉強度和較好的可焊性，兩個窄輪輻在焊接拼裝時，將兩條縱焊縫位置錯開一個角度很容易實現(xiàn)，目的是避免三條焊縫交錯集中在某一點上，造成焊縫再熔合，減少氣孔、夾渣的產(chǎn)生。

成形工藝分析

由于焊接硬化區(qū)不易變形，環(huán)焊縫時要盡量避開拐點、曲面等變形量大的地方，盡可能選在變形量較小的部位，保證成形工藝的順利實施。

沖孔工藝分析

兩條縱焊縫的位置要避開螺栓孔、風(fēng)孔等位置，目的是避免減少沖螺栓孔、風(fēng)孔時凹、凸模的使用壽命。

總之，采用專利CN201310071760.7中的方法制成兩個相應(yīng)的圓環(huán)料，再經(jīng)過車削、拼裝、焊接成一個寬輪輻，最后經(jīng)成形、沖孔得到如圖5所示的輪輻是完全可行的。材質(zhì)無變化，焊接質(zhì)量可以保證，能完全滿足原輪輻的性能要求。

中國第一大地方劇種，在河南梆子的基礎(chǔ)上不斷繼承、發(fā)展起來的，因河南為“豫”，故謂之豫劇。

名稱： 豫劇

原名： 河南梆子 河南高調(diào) 河南謳

特點： 鏗鏘 大氣磅礴 奔放陽剛

大板唱腔渲染關(guān)鍵劇情

影響： 中國第一大地方劇種

在世界諸多國家深受歡迎

解讀： 唱腔鏗鏘調(diào)奔放

磅礴陽剛韻王霸

戲起開封主中原

八朝古都曲尤在

結(jié) 束 語

通過此工藝方案，超寬輪輻的材料利用率可提高到95%，比使用圓環(huán)料提高了約35%，極大地減少了材料浪費，整個車輪的成本至少下降20%，性價比還是很高的。舉一反三，可以將3個、4個甚至是5個窄圓環(huán)輪輻坯料拼裝焊接制成更大的寬輪輻坯料，適用于裝載機車輪、拖拉機車輪，節(jié)約材料更加可觀。