CN103302220A - 一种汽车轮毂一步锻造成形装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车轮毂一步锻造成形装置及方法。所述装置包括整体上模和分体下模，所述整体上模的底部形状与轮毂的底部内侧形状相适配，所述整体上模的侧面形状与轮辋形状相适配；所述的分体下模由2～4块侧围板和下模板组成，所述侧围板均与下模板的外缘活动连接；且在所述下模板的中间位置设有开孔，在所述开孔中设置有顶料杆；所述整体上模与锻造压力机相连接。将预加热的坯料放置在所述装置的下模板上，使锻造压力机驱动整体上模对坯料进行锻压，迫使坯料变形流动并快速充满由整体上模与分体下模组成的型腔，即可获得轮毂锻件。本发明具有工艺简单、工序少、生产效率高、所需设备少、成本低、适合大批量生产等优点，具有应用前景。

Description

一种汽车轮毂一步锻造成形装置及方法
技术领域
本发明涉及一种汽车轮毂一步锻造成形装置及使用该装置进行轮毂一步锻造成形的方法，属于材料锻压技术领域。
背景技术
汽车铝、镁等轻合金轮毂的成形方法主要有铸造法和锻造法。锻造轮毂在减重、尺寸精度、强度、韧性和疲劳寿命等方面均显著优于铸造轮毂。随着汽车轻量化、高速与安全等需求的日益迫切，锻造轮毂必将成为钢轮毂和铸造轮毂的升级换代产品，具有巨大的市场前景。为了高效、经济地得到力学性能优异的锻造轮毂，人们提出了很多新的方法和装置，例如，***、牛占先、王秀华等通过配料、熔炼、半连续铸造、挤压、自由锻造、模锻、固溶处理等工序使轮毂成形，研究了提高2A14铝合金轮毂锻件力学性能的锻造工艺（***、牛占先、王秀华等.提高2A14铝合金轮毂锻件力学性能的锻造工艺[J]轻合金加工技术,2006,34(5):31-34.）；张治民，王强，李保成等提出了一种镁合金汽车轮毂铸挤复合成形方法，采用铸造坯料、预成形、镦挤成形、等温挤压及精整形等工序使轮毂成形（张治民,王强,李保成等.镁合金汽车轮毂铸挤复合成形方法.中国,ZL03100893.3[P].2006-04-26）；王德林采用下料、均匀化处理、去除氧化皮、冲孔、预成形、表面处理、底部成形、表面处理、翻边、冷整形等工序使轮毂成形（王德林.AZ31镁合金轿车轮毂温成形工艺研究[D].太原：中北大学硕士论文,2005.第42-43页.）；张治民，王强，张星等提出了一种汽车轮毂省力成形方法及装置，采用铸造坯料、均匀化处理、预成形制坯、反向挤压、镦挤前轮缘、扩口翻边后轮缘等工序使轮毂成形（张治民,王强,张星等.一种汽车轮毂省力成形方法及装置.中国,ZL200610012829.9[P].2009-04-08）；徐国兴提出了一种汽车铝合金轮毂的锻造模具，采用备料、清洗、加热保温、镦粗、模具预热、终锻等工序使轮毂成形（徐国兴.汽车铝合金轮毂的锻造模具.中国,ZL200710132396.5[P].2009-08-26），但其模具中没有成形轮辋的结构，其所用设备的吨位也不足以锻造出轮辋；孙惠学和汪以祥提出了一种铝合金轮毂的加工方法，采用触变成形制坯、重熔加热、闭式挤压、锻件扩口、旋压轮辋等工序使轮毂成形（孙惠学,汪以祥.一种铝合金轮毂的加工方法.中国,ZL201010242759.2[P].2012-07-25）。虽然上述方法制成的轮毂具有良好组织和力学性能，但均存在生产工艺复杂、工序多、效率低、成本高、所需设备较多、投资大等问题，不能很好地满足工业化生产要求。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明旨在提供一种汽车轮毂一步锻造成形装置及方法，实现一步锻造出成本低、力学性能优异的汽车轮毂，以更好地满足工业化批量生产高性能、低成本汽车轮毂的要求。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种汽车轮毂一步锻造成形装置，包括整体上模和分体下模，其特征在于：所述整体上模的底部形状与轮毂的底部内侧形状相适配，所述整体上模的侧面形状与轮辋形状相适配；所述的分体下模由2～4块侧围板和下模板组成，所述侧围板均与下模板的外缘活动连接；且在所述下模板的中间位置设有开孔，在所述开孔中设置有顶料杆；所述整体上模与锻造压力机相连接。
作为一种优选方案，在下模板的外缘与侧围板的连接部位设置有排气间隙。
作为一种优选方案，所述整体上模和/或分体下模还连接有温度调节***。
所述锻造压力机包括但不限于热模锻压力机、螺旋压力机、摩擦压力机、液压机。
一种使用本发明所述装置进行轮毂一步锻造成形的方法，包括如下步骤：将预加热的坯料放置在所述装置的下模板上，使锻造压力机驱动整体上模对坯料进行锻压，迫使坯料变形流动并快速充满由整体上模与分体下模组成的型腔，从而获得轮毂锻件。
所述坯料可以是铸造坯料或挤压坯料，也可以是通过预成形获得的锻造坯料；所述坯料的材料可以是铝合金、镁合金或钛合金，也可以是其它合金材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1）本发明利用整体上模的下压迫使坯料变形流动并快速充满由整体上模与分体下模组成的型腔，实现了轮毂一步锻造成形，具有工艺简单、工序少、生产效率高、所需设备少、成本低、适合大批量生产等优点；
2）本发明通过一步锻造成形，可使锻件内部形成良好的应力应变状态，使轮毂内部组织细密，力学性能好；
3）本发明获得的锻造轮毂强度高、韧性好、疲劳寿命长，力学性能显著优于铸造轮毂，在同样的服役条件下，本发明可显著减小轮毂的重量，降低能源消耗；
4）本发明中轮毂的轮辐通过后续的机加工获得，这样可以得到造型多样、美观华贵的轮毂，适用性广，定制性好；
5）本发明提供的装置还具有结构简单，制造成本低廉，操作简便，易于实现自动化等优点，同时也可应用于生产其它环形和盘形零件，具有很好的工业应用价值。
附图说明
图1是本发明所述的一种汽车轮毂一步锻造成形装置的结构示意图；
图2是使用本发明所述装置对坯料进行一步锻造成形的示意图。
图中：1、整体上模；2、侧围板；3、下模板；4、顶料杆；5、坯料；6、轮毂锻件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而非限制本发明的保护范围。
如图1所示：本发明提供的一种汽车轮毂一步锻造成形装置，包括：整体上模1和分体下模，所述整体上模1的底部形状与轮毂的底部内侧形状相适配，所述整体上模1的侧面形状与轮辋形状相适配；所述的分体下模由2～4块侧围板2和下模板3组成，所述侧围板2均与下模板3的外缘活动连接；且在所述下模板3的中间位置设有开孔，在所述开孔中设置有顶料杆4；所述整体上模1与锻造压力机（图中未示出）相连接。
作为一种优选方案，在下模板3的外缘与侧围板2的连接部位设置有排气间隙。
作为一种优选方案，所述整体上模1和/或分体下模还连接有温度调节***。
所述锻造压力机包括但不限于热模锻压力机、螺旋压力机、摩擦压力机、液压机。
使用本发明所述装置进行轮毂一步锻造成形的方法，包括如下步骤：将预加热的坯料5放置在所述装置的下模板3上，使锻造压力机驱动整体上模1对坯料5进行锻压，迫使坯料5变形流动并快速充满由整体上模1与分体下模组成的型腔，从而获得轮毂锻件6。
实施例1
使用本发明所述装置一步锻造汽车铝合金轮毂：
采用直径为400mm的6061铝合金棒料作为坯料，将加热到480℃时的6061铝合金坯料5放置在所述锻造装置的下模板3上，使用12500吨电动螺旋压力机（图中未示出）驱动整体上模1对坯料5进行锻压，迫使坯料5变形流动并快速充满由整体上模1和分体下模组成的型腔，从而获得轮毂锻件6。
当轮毂锻造成形后，使整体上模1上升，再使侧围板2分开，使用顶料杆4顶出轮毂锻件6。轮毂的轮辐通过后续的机加工获得。
对本实施例得到的轮毂锻件与采用传统低压铸造法所得到的轮毂进行比较，考察其内部质量和力学性能，详细比较结果如表1所示。
表1轮毂的内部质量和力学性能比较
样品 晶粒度 疲劳寿命
采用传统低压铸造法得到的轮毂 4级 8×105
本实施例得到的轮毂锻件 7级 7×108
由表1可见：采用传统低压铸造法得到的轮毂存在较大缺陷，内部晶粒大小不均匀，疲劳寿命短；而采用本发明锻造装置和方法所得到的轮毂内部缺陷已消除，晶粒产生了细化，且晶粒大小较均匀，疲劳寿命长。
实施例2
使用本发明所述装置一步锻造汽车镁合金轮毂：
采用直径为400mm的AZ80镁合金棒料作为坯料，将加热到400℃时的AZ80镁合金坯料5放置在所述锻造装置的下模板3上，使用12500吨电动螺旋压力机（图中未示出）驱动整体上模1对坯料5进行锻压，迫使坯料5变形流动并快速充满由整体上模1和分体下模组成的型腔，从而获得轮毂锻件6。锻造过程中采用温度调节***将分体下模温度控制在350℃～400℃。
当轮毂锻造成形后，使整体上模1上升，再使侧围板2分开，使用顶料杆4顶出轮毂锻件6。轮毂的轮辐通过后续的机加工获得。
对本实施例得到的轮毂锻件与采用传统低压铸造法所得到的轮毂进行比较，考察其内部质量和力学性能，详细比较结果如表2所示。
表2轮毂的内部质量和力学性能比较
样品 晶粒度 疲劳寿命
采用传统低压铸造法得到的轮毂 5级 2×105
本实施例得到的轮毂锻件 7级 5×107
由表2可见：采用传统低压铸造法得到的轮毂存在较大缺陷，内部晶粒大小不均匀，疲劳寿命短；而采用本发明锻造装置和方法所得到的轮毂内部缺陷已消除，晶粒产生了细化，且晶粒大小较均匀，疲劳寿命长。
综上所述：本发明利用整体上模的下压迫使坯料变形流动并快速充满由整体上模与分体下模组成的型腔，实现了低成本一步锻造成形力学性能优异的汽车轮毂，具有工艺简单、工序少、生产效率高、所需设备少、成本低、适合大批量生产等优点，适合工业化批量生产高性能、低成本汽车轮毂的要求，具有应用前景。

Claims (8)

1.一种汽车轮毂一步锻造成形装置，包括整体上模和分体下模，其特征在于：所述整体上模的底部形状与轮毂的底部内侧形状相适配，所述整体上模的侧面形状与轮辋形状相适配；所述的分体下模由2～4块侧围板和下模板组成，所述侧围板均与下模板的外缘活动连接；且在所述下模板的中间位置设有开孔，在所述开孔中设置有顶料杆；所述整体上模与锻造压力机相连接。
2.如权利要求1所述的汽车轮毂一步锻造成形装置，其特征在于：在下模板的外缘与侧围板的连接部位设置有排气间隙。
3.如权利要求1所述的汽车轮毂一步锻造成形装置，其特征在于：所述整体上模和/或分体下模还连接有温度调节***。
4.如权利要求1所述的汽车轮毂一步锻造成形装置，其特征在于：所述锻造压力机选自热模锻压力机、螺旋压力机、摩擦压力机、液压机中的任意一种。
5.一种使用权利要求1所述装置进行轮毂一步锻造成形的方法，其特征在于，包括如下步骤：将预加热的坯料放置在所述装置的下模板上，使锻造压力机驱动整体上模对坯料进行锻压，迫使坯料变形流动并快速充满由整体上模与分体下模组成的型腔，从而获得轮毂锻件。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述坯料为铸造坯料、挤压坯料或预成形获得的锻造坯料。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述坯料为合金材质。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述合金为铝合金、镁合金或钛合金。
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