[发明专利]一种铝合金轮毂的加工方法

说明书

技术领域 本发明涉及一种金属成形的方法，特别是轮毂的成型方法。

背景技术 铝合金轮毂是轿车上的重要部件，由于其几何形状的复杂性和使用性能的重要性，因而增加了其锻造成形的难度。目前，铝合金轮毂常规的制造工艺过程为：(1)采用变形铝合金棒料为制造材料；(2)将铝合金棒料加热到480℃左右；(3)在旋锻压力机上进行预制坏；(4)在40MN热模锻压力机上预锻；(5)在另外一台40MN热模锻压力机上终锻成形；(6)在小型压力机上扩口切边；(7)最后在旋压机上进行轮辋的旋压成形。该方法所生产的铝合金轮毂虽然具有较好的力学性能，材料利用率可达到55％，但是需要昂贵的大吨位热模锻压力机，工序复杂，能耗大，锻件成本高，模具负荷大、寿命低。

发明内容 本发明的目的在于提供一种所需设备吨位低、锻造工序少、能耗少、锻件成本低、模具使用寿命长的铝合金轮毂的加工方法。本发明主要是采用半固态触变成形材料，加工时将该半固态棒料进行重熔加热，在20MN压力机上进行锻造成形，成形轮辐部分，再在小型压力机上进行扩口，然后在旋压机上进行轮辋成形。

具体方法如下：

1、原材料重熔加热：采用半固态合金触变成形棒料作为铝合金轮毂的制造材料，并将该棒料放入电磁感应加热炉进行重熔加热至585℃±10℃。

2、轮辐部分成形：

(1)模具：该轮辐成型模具主要是由上模套、上模、上模座、上顶料杆、下模套、下模、下模座、下顶料杆及紧固件组成。其中，上开口槽型下模套底部通过紧固件固定在下模座上，位于上述槽型下模套内的下模，其下端也通过紧固件固定在下模座上，另在下模座与下模的中心通孔内设有下顶料杆，该下模工作面与轮毂轮辐正面及中心法兰相对应；环形上模套的上端边通过紧固件固定在上模座上，位于上述环形上模套内的上模，其上端也通过紧固件固定在上模座上，另在上模座与上模的中心通孔内设有上顶料杆，该上模工作面不仅与轮毂轮辐背面及中心法兰相对应，同时又与轮辋部分大致对应。

(2)锻压：锻压工作前，上模和下模分离，在模具工作面上喷洒润滑剂，将上述加热好的圆柱形棒料放入下模中，用20MN液压机顶部液压缸推动上模向下进行闭式挤压，并保压5～10秒，之后开启上模，由下顶料杆将锻件顶出，完成轮毂轮辐正面成形和中心法兰、轮辐背面的成形以及轮辐窗口部位和轮辋部分的预成形。

3、扩口工序：取出上述锻件，放入小吨位的扩口压力机上完成上述锻件扩口。

4、旋压成形：

(1)模具：该旋压成形模具主要是由下模座、下模、顶料器、定位杆、退料托及上模和连接杆组成。其中，上开口圆槽形下模底部通过紧固件与下模座相连，下模侧面与轮辋形状相对应。与下模上开口对应的退料托顶部设有与轮毂对应的中心槽孔，该退料托环形顶面与下模顶面组成的外凸环面，其曲率与轮毂轮辐背面曲率相对应。在上述下模座、下模中部设有中心通孔，其内设与其对应的顶料器，竖直的定位杆下端与顶料器相连，上端穿过退料托的中心通孔，置于上模的中心通孔内，该下工作面与轮毂轮辐正面对应的上模其上端与连接杆相连。

(2)旋压：旋压之前上下模处于分离状态，锻件放到下模上后，上液压缸向下推动上模，将锻件紧压在下模上，之后旋压机的底部电动机带动上下模整体高速旋转，旋压机的3个旋轮从锻件侧面向下旋压，最终完成锻件的轮辋成形，之后由顶料器向上推动退料托，将锻件从下模顶出，全部工序结束。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、由于采用的是半固态合金触变成形棒料，具有良好的触变性，当半固态棒料重熔加热到50％固相率左右，再进行触变成形时，其变形力要比固态锻造时小得多，而且金属流动性好，因此锻件只需一次锻造便基本成形，简化了锻造工序，节省了材料，材料利用率可达70％。

2、相对普通的固态锻造工艺，省去了预制环和预锻两个工序，降低了生产成本，而且由于锻造时所需的变形力小，因而可显著地提高模具的使用寿命。

3、采用本发明方法生产的铝合金轮毂，在T6热处理状态下，比普通铸造铝合金轮毂具有更优良的力学性能，并且可与固态锻造铝合金轮毂的性能相近。

4、降低了所需设备的吨位，节省了购置大吨位热模锻压机的昂贵费用，同时也降低了能耗。

附图说明

图1为本发明轮辐成型模具主视剖面示意图。

图2为本发明旋压成形模具主视剖面示意图。

图3a为本发明铝合金轮毂的三维锻件图(正面)。

图3b为本发明铝合金轮毂的三维锻件图(背面)。

具体实施方式 根据轮毂零件图计算所需坯料的体积，选取A356/A357半固态合金触变成形棒料，并将该棒料放入电磁感应加热炉进行重熔加热至585℃±10℃，然后进行锻压使轮辐部分成形。该轮辐成型的模具如图1所示，其上开口槽型下模套1底部通过紧固件固定在下模座2上，位于上述槽型下模套内的下模3，其下端也通过紧固件固定在下模座上，另在下模座与下模的中心通孔内设有下顶料杆4，该下模工作面与轮毂轮辐正面及中心法兰相对应；环形上模套5的上端边通过紧固件固定在上模座6上，位于上述环形上模套内的上模7，其上端也通过紧固件固定在上模座上，另在上模座与上模的中心通孔内设有上顶料杆8，该上模工作面不仅与轮毂轮辐背面及中心法兰相对应，同时又与轮辋部分大致对应。锻压前，上模和下模分离，在模具工作面上喷洒石墨润滑剂，将加热好的圆柱形棒料用机器人抓取放入下模中，用20MN液压机顶部液压缸推动上模向下进行闭式挤压，并保压8秒之后开启上模，由下顶料杆将锻件顶出，完成轮毂轮辐正面成形和中心法兰、轮辐背面的成形以及轮辐窗口部位和轮辋部分的预成形。再由机器人取出上述锻件，放入3.5MN小吨位的扩口压力机上完成扩口工序。然后进行旋压成形，该旋压成形模具如图2所示，其上开口圆槽形下模9底部通过紧固件与下模座10相连，下模侧面与轮辋形状相对应。与下模上开口对应的退料托11顶部设有与轮毂对应的中心槽孔，该退料托环形顶面与下模顶面组成的外凸环面，其曲率与轮毂轮辐背面曲率相对应。在上述下模座、下模中部设有中心通孔，其内设与其对应的顶料器12，竖直的定位杆13下端与顶料器相连，上部穿过退料托的中心通孔上端置于上模14的中心通孔内，该下工作面与轮毂轮辐正面对应的上模其上端与连接杆15相连。旋压之前上下模处于分离状态，锻件16放到下模上后，上液压缸向下推动上模，将锻件紧压在下模上，之后旋压机的底部电动机带动上下模整体高速旋转，旋压机的3个旋轮从锻件侧面向下旋压，最终完成锻件的轮辋成形，之后由顶料器向上推动退料托，将锻件从下模顶出，得到铝合金轮毂锻件，如图3所示。