CN103381541B - 复合高强度有色合金轮的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合高强度有色合金轮的制作方法。本发明利用液压模锻技术生产上轮辋与轮辐复合体（简称复合轮辐），利用旋压技术生产下轮辋，之后采用搅拌摩擦焊接将复合轮辐与下轮辋结合。本发明可以充分利用液压模锻技术在复合轮辐生产上的优势，又可以结合旋压技术在轮辋强化上的优势。最终的产品可以比现有轮辋轮辐复合轮轻20%，同时又降低成本20%，而且具有造型自由，款式多样等优点。

Description

复合高强度有色合金轮的制作方法

技术领域

本发明涉及一种车轮的制作方法，尤其涉及制造高强度有色合金轮毂的一种方法。

背景技术

汽车用的有色金属合金轮毂，目前出现一种新的制造趋势，就是将轮辋、复合轮辐分别制造，之后采用搅拌摩擦焊等技术进行复合。其中的复合轮辐采用铸造或锻造的方式：

对于铸造，复合轮辐铸造采用的铝合金为铸造铝，牌号如A356等，而轮辋采用的都是变形铝，牌号为2XXX，5XXX，6XXX，7XXX等。复合轮辐和轮辋这两种金属在性能和成分都有一定差异，导致在搅拌焊接的过程中容易产生一定的弱化链接，链接处的性能比母材有较大的损失。同时由于铝合金牌号不同，热处理温度不同，导致热处理工艺复杂也不好控制。

如果采用锻造复合轮辐，存在造型不自由，机械加工过程长，成本高的缺点。

发明内容

为了解决现有技术中如何生产一种强度高、造型自由、成本低的复合铝合金轮的问题，本发明提供了一种复合高强度有色合金轮的制作方法。

液态模锻是介于液态成型和固态成型之间的一种比较新的工艺,集中了它们这两种工艺的优点。其对浇入模具内的液态金属施以较高的机械压力，使其凝固时消除铸造缺陷并产生一定塑性变形。既可以保持铸造的造型自由，成本低的特点，又有对铝合金进行塑性变形强化的特点，其产品性能接近锻造水平。目前液态模锻设备对轴向塑性压缩比较好实现，但是由于轮毂的天生造型，轮辋为一个深桶装的薄壁结构，其轴向面积小，现有的设备无法做到很好的强化。如果要考虑轮辋的径向压缩，那么必须采用4边模，而为了强化性能，轮辋部分也要获得足够的压缩比，这对设备和模具都有非常高的要求。导致该技术目前在轮毂行业应用受到限制。没有大规模应用开。

一种复合高强度有色合金轮的制作方法，包括以下步骤：

步骤一：进行复合轮辐制造：

1.1：铝合金熔炼；

1.2：复合轮辐模具准备，采用上下模，预热模具，喷脱模剂；

1.3：铝合金定量浇筑；

1.4：合模；

1.5：采用液态模锻机，快压；

1.6：慢压；

1.7：保压；

1.8：脱模，复合轮辐毛坯；

1.9：冲压，将复合轮辐毛坯边缘的余料冲除；

2.0：进行机械加工，加工好与轮辋的对接台面；

步骤二：轮辋制造：双轮旋压机进行强力旋压，机械加工轮辋一边，做好与轮辋对接准备；

步骤三：复合轮辐与轮辋的对接：

3.1：将轮辋与轮辐进行过盈配合；

3.2：将轮辋加热；

3.3：利用夹具自重将轮辋与复合轮辐压紧；

3.4：将轮辋与复合轮辐对接体安装在焊接机上，进行焊接；

3.5：焊接完成后，将复合轮辐的支撑部分机械加工掉，形成了厚度均匀的轮毂。

作为本发明的进一步改进，步骤1.5：采用1000至2000吨液态模锻机快压，压力控制在10至20Mpa，时间5-7秒。

作为本发明的进一步改进，步骤1.6：慢压，压力逐步达到80-150Mpa，时间5-7秒。

效果：压力达到80-150Mpa之后，铝合金体积可以有8％-15％的压缩，铝合金获得更高的致密性，结晶的粒度变小，性能大幅提高。

作为本发明的进一步改进，步骤1.7：在80-150Mpa的压力下，保压15-20秒。

作为本发明的进一步改进，步骤二中，板厚度从5mm，延展到3-4mm，最薄处为3mm。

效果：在这个塑性变形的过程中，铝合金强度可以进一步的强化。

作为本发明的进一步改进，步骤1.1：铝合金熔炼在750度熔炼，时间为10至25分钟；

步骤1.2：模具温度预热到250度至280度，喷脱模剂；

步骤1.3：浇筑温度控制在680度至710度之间；

步骤1.4：多余的浇筑料从下模具的卸料孔流出。

效果：精确的控制产品重量。

作为本发明的进一步改进，步骤3.2：将轮辋加热时温度控制在170度以下。

效果：控制温度的好处是可以防止铝合金晶粒生长，降低强度损失的隐患。

作为本发明的进一步改进，步骤3.3：采用专用夹具将轮辋与复合轮辐压紧时保持一段时间，让轮辋冷却。

效果：相对自由冷却，在夹具的帮助下，可以很好的保证轮毂两个轮缘的平行度。提高产品质量。

作为本发明的进一步改进，步骤3.4：焊接采用搅拌摩擦焊；搅拌摩擦焊接采用预焊接与无匙孔工艺结合，先对焊接部分进行预焊接，之后使用无匙孔焊接机进行焊接。

效果：该工艺的引入，比现有的复合轮毂搅拌摩擦焊接工艺提高至少20％的生产效率，减少后序堵孔工序，而且目前的堵孔技术用的MIG焊接或者搅拌摩擦平焊，MIG焊接导致材料熔化，造成焊接部分强度大大降低。而搅拌摩擦平焊只是将表面部分焊接，焊接厚度不超过3mm，而焊接匙孔的深度一般在4-5mm以上，存在一定的漏气隐患。该无匙孔工艺可以获得更好的质量和更高的生产效率。

作为本发明的进一步改进，还包括以下步骤，

步骤四：整体热处理：

轮辋和复合轮辐焊接完成后，进行强化热处理，固溶，保温，水冷，之后进行自然时效。

效果：克服了异种铝合金的热处理难度，避免铝合金热处理过程中的过烧等问题。

液态模锻和现有的复合轮在轮毂实际生产中都有一定的问题，液态模锻生产的轮毂的轮辋部分强化复杂，而新出现的复合轮现有生产因为轮辐部分还是采用传统的铸造或锻造，铸造存在轮辐轮辋异种金属的问题，锻造又有成本高，造型不自由等问题。本发明通过将两种工艺结合，利用液态模锻技术生产与轮辋材料一致的复合轮辐，之后通过焊接将复合轮辐与轮辋结合。充分的发挥了两种工艺优点，生产的轮毂具有强度高，重量轻，成本低的特点。液态模锻复合轮辐的生产成本与传统的铸造轮比，高20％左右，但是其通过强度提高，带来的轮辐材料减重可以抵消成本的提高，而且因为生产效率的提高，综合比较可以用接近铸造轮的成本，提供锻造轮品质的高性价比轮毂。

以20寸2024铝合组合轮毂为例：

附图说明

图1是本发明复合轮辐液态模锻生产工艺流程图；

图2是本发明复合轮辐毛胚结构示意图；

图3是本发明加工好对接面的复合轮辐；

图4是本发明轮辋管材结构示意图；(4a为顶视图，4b为侧视图)

图5是本发明结构轮辋示意图；

图6是本发明结构复合轮辐与轮辋结合夹具示意图；

图7复合轮辐与轮辋焊接示意图

图8是加工好的轮毂。(8a为顶视图，8b为侧视剖图，虚线外为切除部分)

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明利用液压模锻技术生产上轮辋复合轮辐复合体(简称复合轮辐)，利用旋压技术生产下轮辋，之后采用搅拌摩擦焊接将上下轮辋复合。本发明可以充分利用液压模锻技术在复合轮辐生产上的优势，又可以结合旋压技术在轮辋强化上的优势。最终的产品可以比现有轮辋复合轮辐复合轮轻20％，同时又降低成本20％。

实施例子1：

首先进行复合轮辐制造。我们以复合轮辐厚度150mm，材料为铝合金2024为例。

1)2024铝合金熔炼，在750度熔炼。时间为20分钟。

2)复合轮辐模具准备，采用上下模，模具温度预热到250度，喷脱模剂。

3)铝合金定量浇筑，浇筑温度控制在680度-710度之间。

4)合模，多余的浇筑料可以从下模具的卸料孔流出

5)采用1600吨液态模锻机。快压，压力控制在20Mpa以上，时间5-7秒。

6)慢压，压力需要逐步达到100Mpa以上，时间5-7秒。

7)保压15-20秒。

8)脱模，复合轮辐毛坯，流程如图1，加工好的复合轮辐毛胚如图2

9)冲压，将复合轮辐毛坯边缘的多余料冲除。

10)进行机械加工，加工好与轮辋的对接台面。图3

轮辋制造：

轮辋制造采用双轮旋压而成

我们以2024厚度为5mm的管材为例子，加工方法如下

1)根据轮辋宽度进行分切成相应长度的圆筒。图4

2)采用双轮旋压机进行强力旋压，板厚度从5mm，延展到3-4mm，最薄处为3.4mm。之后进行卷边。这个过程中铝合金强度有很大的提到。

3)机械加工轮辋一边，做好与轮辋对接准备。图5

2024复合轮辐与2024轮辋对接

1)考虑到轮毂安全性，我们将轮辋与轮辐进行过盈配合。这样获得足够的支撑强度。

2)将轮辋加热，温度控制在170度以下，防止温度过高造成轮辋铝合金晶粒生长。

3)采用专用夹具，利用夹具自重将轮辋与复合轮辐压紧。并保持一段时间，让轮辋冷却。图6

4)将轮辋与复合轮辐对接体安装在焊接机上，进行焊接。焊接可采用搅拌摩擦焊。图7

5)搅拌摩擦焊接可以采用预焊接与无匙孔工艺结合，先对焊接部分进行预焊接，这样可以确保焊接过程中不错位。之后使用无匙孔焊接机进行焊接，焊接完成后不会留下传统搅拌焊接的匙孔。从而不需要进行堵孔工艺。

6)焊接完成后，将复合轮辐的支撑部分机械加工掉，这样轮辋就形成了厚度均匀，外观美观的轮毂。图8

整体热处理

2024轮辋和复合轮辐焊接完成后，可以进行强化热处理。由于两个部件的材料一致，参考同种金属的热处理参数即可。

以2024合金为例子，具体的热处理参数是：固溶，温度493-497度，保温2-4小时，之后在30秒内冷却到40度。之后进行自然时效。

实施例子2：以7075铝合金轮毂为例

首先进行复合轮辐制造。我们以复合轮辐厚度120mm，材料为铝合金7075为例。

1)7075铝合金熔炼，在750度熔炼。时间为20分钟。

2)复合轮辐模具准备，采用上下模，模具温度预热到280度，喷脱模剂。

3)铝合金定量浇筑，浇筑温度控制在650度-680度之间。

4)合模，多余的浇筑料可以从下模具的卸料孔流出

5)采用2000吨液态模锻机。快压，压力控制在20Mpa以上，时间4-6秒。

6)慢压，压力需要逐步达到120Mpa以上，时间4-6秒。

7)保压12-18秒。

8)脱模，复合轮辐毛坯，流程如图1，加工好的复合轮辐毛胚如图2

9)冲压，将复合轮辐毛坯边缘的多余料冲除。

10)进行机械加工，加工好与轮辋的对接台面。图3

轮辋制造

轮辋制造采用双轮旋压而成，。

我们以7075厚度为5mm的板材为例，加工方法如下

根据轮辋宽度将板材进行分切成相应宽度板材。

将板材在卷圆机上卷圆。

对缝直焊，之后进行焊接面打磨。

焊接圆筒二次校圆。

圆管采用双轮旋压机进行强力旋压，板厚度从5mm，延展到3-4mm，最薄处为3mm。

7075复合轮辐与7075轮辋对接

考虑到轮毂安全性，我们将轮辋与轮辐进行过盈配合。这样获得足够的支撑强度。

将轮辋加热，温度控制在170度以下，防止温度过高造成轮辋铝合金晶粒生长。

采用专用夹具，利用夹具自重将轮辋与复合轮辐压紧。并保持一段时间，让轮辋冷却。图6

将轮辋与复合轮辐对接体安装在焊接机上，进行焊接。焊接可采用搅拌摩擦焊。图7

搅拌摩擦焊接可以采用预焊接与无匙孔工艺结合，先对焊接部分进行预焊接，这样可以确保焊接过程中不错位。之后使用无匙孔焊接机进行焊接，焊接完成后不会留下传统搅拌焊接的匙孔。从而不需要进行堵孔工艺。

焊接完成后，将复合轮辐的支撑部分机械加工掉，这样轮辋就形成了厚度均匀，外观美观的轮毂。

整体热处理

7075轮辋和复合轮辐焊接完成后，可以进行强化热处理。具体的热处理参数是：固溶，温度460-470度，保温2-4小时，在水冷。之后进行自然时效。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种复合高强度有色合金轮的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：进行复合轮辐制造：

1.1：铝合金熔炼；

1.2：复合轮辐模具准备，采用上下模，预热模具，喷脱模剂；

1.3：铝合金定量浇筑；

1.4：合模；

1.5：采用液态模锻机，快压，采用1000至2000吨液态模锻机快压，压力控制在10至20Mpa，时间5-7秒；

1.6：慢压，压力需要逐步达到80-150Mpa，时间5-7秒；

1.7：保压，在80-150Mpa的压力下，保压15-20秒；

1.8：脱模，得到复合轮辐毛坯；

1.9：冲压，将复合轮辐毛坯边缘的余料冲除；

2.0：进行机械加工，加工好与轮辋的对接台面；

步骤二：轮辋制造：双轮旋压机进行强力旋压，机械加工轮辋一边，做好与轮辋对接准备；

步骤三：复合轮辐与轮辋的对接：

3.1：将轮辋与轮辐进行过盈配合；

3.2：将轮辋加热；

3.3：利用夹具自重将轮辋与复合轮辐压紧；

3.4：将轮辋与复合轮辐对接体安装在焊接机上，进行焊接；

3.5：焊接完成后，将复合轮辐的支撑部分机械加工掉，形成了厚度均匀的轮毂。

2.根据权利要求1所述的复合高强度有色合金轮的制作方法，其特征在于：步骤二中，板厚度从5mm，延展到3-4mm，最薄处为3mm。

3.根据权利要求1所述的复合高强度有色合金轮的制作方法，其特征在于：

步骤1.1：铝合金熔炼在750度熔炼，时间为10至25分钟；

步骤1.2：模具温度预热到250度至280度，喷脱模剂；

步骤1.3：浇筑温度控制在680度至710度之间；

步骤1.4：多余的浇筑料从下模具的卸料孔流出。

4.根据权利要求1所述的复合高强度有色合金轮的制作方法，其特征在于：

步骤3.2：将轮辋加热时温度控制在170度以下。

5.根据权利要求1所述的复合高强度有色合金轮的制作方法，其特征在于：

步骤3.3：采用专用夹具将轮辋与复合轮辐压紧时保持一段时间，让轮辋冷却。

6.根据权利要求1所述的复合高强度有色合金轮的制作方法，其特征在于：步骤3.4：焊接采用搅拌摩擦焊；搅拌摩擦焊接采用预焊接与无匙孔工艺结合，先对焊接部分进行预焊接，之后使用无匙孔焊接机进行焊接。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的复合高强度有色合金轮的制作方法，其特征在于：还包括以下步骤，

步骤四：整体热处理：

轮辋和复合轮辐焊接完成后，进行强化热处理，固溶，保温，水冷，之后进行自然时效。