CN104191906B - 一体式型钢无焊缝车轮及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体式型钢无焊缝车轮成型方法，其包括下列步骤：辗压；轮辋轮辐初成型；滚型；压平、压缩和精整，从而制得一体式型钢无焊缝车轮。该一体式型钢无焊缝车轮成型方法较之于现有的车轮制造方法能够大幅减少制造工序，从而大大提高生产效率，其可以减少能耗45-55％，节约材料成本5-15％；此外该方法能生产出强度高、刚性好的车轮，其可以将车轮的强度提高20-30％；另外，采用该方法可以冷轧出各断面不等厚而符合力学强度要求的不等厚车轮，其可以大幅提高车轮的精度等级，使车轮的偏摆量和跳动量减到最小。相应地，本发明还公开了采用该一体式型钢无焊缝车轮成型方法制得的一体式型钢无焊缝车轮。

Description

一体式型钢无焊缝车轮及其成型方法

技术领域

本发明涉及一种汽车配件的制造方法，尤其涉及一种型钢无焊缝车轮的制造方法。

背景技术

现有的型钢车轮制造方法是先分别制造轮辋(由钢厂热轧型钢后交由车轮厂加工制得)和轮辐，然后将制造好的轮辋和轮辐合成、焊接在一起，以形成车轮。具体工艺流程如图1-图3所示，其包括：

按照图1所示的流程生产轮辋：R-1圈圆；R-2压平；R-3对焊；R-4槽口刮渣；R-5R边刮渣；R-6压缩整形；R-7扩张整形；R-8再次压缩整形；R-9冲轮辋气门孔。为了便于清楚地了解工序，其中步骤R-4、R-5和R-9均显示的是其他步骤中显示的轮辋的侧视图。

按照图2所示的流程生产轮辐：D-1下圆料；D-2采用旋压的方式初压型；D-3冲中心孔；D-4冲螺孔；D-5冲手孔和车削端面；D-6整平；D-7冲球面孔。

按照图3所示的流程合成车轮：A-1轮辋气门孔与轮辐手孔对位，以进行定位装配；A-2按照偏距定位，以进行压力配合；A-3合成焊接前点焊定位，防止过盈量不足而发生松动；A-4采用气体保护焊或埋弧焊进行合成焊接，将轮辋和轮辐焊接在一起。

由此可见，现有的生产型钢车轮的工序非常繁杂，上述工序还不包括一些辅助工序，就有二十几道之多，因此其生产效率很低。

此外，如图4所示，按照上述工序生产得到的型钢车轮在轮辋1和轮辐2之间具有焊缝3，此外，还具有轮辋对焊后的对焊缝4，因此这种型钢车轮的整体强度和刚性并不是很好，在焊缝3和对焊缝4处很容易发生疲劳断裂。

基于此，希望提供一种大幅提高车轮生产效率的型钢车轮成型方法，并提供一种由该成型方法生产出的一体式型钢无焊缝车轮。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一体式型钢无焊缝车轮成型方法，其较之于现有的车轮制造方法能够大幅减少制造工序，从而大大提高生产效率，并能生产出强度高、刚性好、使用寿命长的车轮；此外采用该方法还能够生产出高精度的车轮，采用该方法生产出的车轮，其所有受力面上强度相等而厚度不同。此外，采用该方法生产出的车轮不需要进行焊接，没有焊缝。

为了实现上述目的，本发明提出了一种一体式型钢无焊缝车轮成型方法，其包括步骤：

(1)辗压：将圆料放置于一辗压靠模内，所述辗压靠模的外部轮廓为圆形，采用至少两个沿辗压靠模的圆周方向对称设置的辗压轮，在所述辗压靠模内对圆料进行平面同步辗压，将圆料辗压成车轮坯料；所谓平面辗压，是指辗压轮的辗压轨迹始终是在一个平面内，所谓同步辗压是指至少两个辗压轮的辗压动作是同步的，从而保证圆料的被辗压表面质量均匀，保证圆料表面致密，因此辗压轮越多，圆料表面的辗压痕迹就越致密，表面质量就越好，但辗压轮的设置数量还需要综合考虑经济成本和受力因素；

(2)轮辋轮辐初成型：采用压型凸模和压型凹模在车轮坯料的轴向方向上施加压力，以将车轮坯料压出型钢车轮的轮辋轮辐初型；

(3)滚型：将车轮坯料定位于滚型凸模和滚型凹模之间，控制滚型凸模和滚型凹模绕其轴心同步转动，同时采用一个或若干个侧压辊在车轮坯料的径向方向上向初成型的轮辋初型部分(也即车轮坯料的侧壁部分)施加压力以通过挤压对轮辋初型部分进行进一步精确成型，所述侧压辊在施加压力的同时也绕其自身轴心转动；

(4)压平、压缩和精整：将经过滚型步骤的车轮坯料定位于压平凸模和压平凹模之间，由压平凸模和压平凹模在车轮坯料的轴向方向上施加压力，同时采用压缩精整侧压模在车轮坯料整个圆周的径向方向上向车轮坯料的轮辋初型部分施加压力，以同时进行压平、压缩和精整而形成一体式型钢无焊缝车轮。

本发明所述的一体式型钢无焊缝车轮成型方法中的辗压步骤优选为平面同步错位辗压。所谓错位辗压是指各辗压轮在初始位置的设置是彼此错位的，从而使各辗压轮在圆料表面的辗压轨迹不重合，从而使得圆料表面更加致密。

进一步地，本发明所述的一体式型钢无焊缝车轮成型方法还包括步骤(5)冲孔：在型钢无焊缝车轮上冲孔。

更进一步地，所述在型钢无焊缝车轮上冲孔包括：冲中心孔、螺孔和气门孔的至少其中之一。

进一步地，在本发明所述的一体式型钢无焊缝车轮成型方法中，所述步骤(1)之前还具有步骤：下圆料以及在圆料上冲定位孔，该定位孔用于将圆料稳定放置于辗压靠模内。

进一步地，在本发明所述的一体式型钢无焊缝车轮成型方法中，所述步骤(1)中至少两辗压轮的辗压动作包括：至少两辗压轮沿水平方向的进给动作，以及各辗压轮的自转。

进一步地，在本发明所述的一体式型钢无焊缝车轮成型方法的步骤(3)中，采用三个侧压辊逐步分三次在车轮坯料的径向方向上向初成型的轮辋初型部分施加压力以通过挤压对轮辋初型部分进行进一步精确成型，所述三个侧压辊沿车轮坯料的圆周方向均匀布置。

相应地，本发明还提供了一种采用上述一体式型钢无焊缝车轮成型方法制得的一体式型钢无焊缝车轮。

进一步地，本发明所述的一体式型钢无焊缝车轮的材料为碳钢、铝、镁铝合金或不锈钢。

本发明所述的一体式型钢无焊缝车轮成型方法是一种完全不同于现有型钢车轮制造方法的生产工艺，如本案的背景技术所述，现有型钢车轮制造方法是先分别生产轮辋和轮辐，然后将轮辋和轮辐合成在一起，从而制得有焊缝的型钢车轮。而本技术方案采用了一体成型的工艺，其与现有技术完全不同，其主要体现在：

(1)在一体式型钢无焊缝车轮的成型过程中开创性地采用了辗压成型工艺，该辗压成型工艺是平面辗压成型，辗压轮除了自转以外，只在辗压靠模的水平面上进给，同时辗压靠模对材料施加约束力，材料通过辗压轮和辗压靠模的相互作用力而变形，因此材料的上表面和下表面均发生变形。采用辗压工艺生产的工件结构更紧密，强度更高，重量更轻，材料消耗更低。此外，采用辗压成型工艺，工件受力大，在成型过程中由于辗压靠模对工件变形具有限制作用而产生变形阻力，促使工件坯料受到挤压，因此工件坯料的变形更加精确。另外，采用辗压成型工艺可以使同一种材料生产的工件的弯曲疲劳寿命大大提高。采用辗压成型工艺，工件的成型方式受限制范围大，属于强制成型，因此可以根据辗压靠模腔体的形状精确成型各种逐步变形的几何截面，成型后轴向和圆周方向的质量均衡、动平衡精度高。还有，通过采用辗压成型工艺可以辗压出等强度车轮(即车轮的所有受力面的强度均相等，符合强度要求)，这种等强度车轮是不等厚车轮，车轮各受力点的受力可以根据需求不同而改变材料的厚度，例如受力小的位置就可以减少材料厚度，从而减少用料，而这种不等厚车轮采用现有的制造方法是无法生产出来的，只有采用本技术方案所述的方法，由于圆料首先是在辗压靠模中成型，因此可以根据车轮的受力要求设计与之相应的辗压靠模。而现有技术无论是生产轮辋，还是生产轮辐，其均采用冲压变形的生产方式，在冲压变形的过程中，靠模腔是开放式的，其对材料不具有强制约束力，只使工件弯曲，其仅改变工件的形状，而不会改变工件断面的形状。此外，由于辗压轮的辗压角小，因此辗压轮的作用力要远远大于冲压成型单位面积上的作用力，从而使得辗压轮一次就能完成工件的变形，而冲压则不能完成工件的厚度变形。

(2)采用了复合压型(即轮辋轮辐初成型)工艺，而直接从坯料中压出了一体式型钢车轮的轮辋轮辐初型。

(3)采用滚型工艺进一步完成轮辋的变形，从而直接从一体式型钢车轮的轮辋轮辐初型进一步精确成型出型钢车轮的轮辋部分，从而完成了制造无焊缝型钢车轮的关键步骤，该滚型工艺步骤是在材料的塑性变形范围内进行逐步缓慢地冷轧、冷挤压成型和弯曲变形，成型出高强度的轮辋断面，在此过程中轮辋的R转弯处逐渐变厚，与轮辐的结合处也逐渐变厚，经过此滚型步骤成型的轮辋周长应当大于标准成品的周长10-15mm，以利于下一步的加工工序，轮辋的内表面符合轮胎结合断面的国际、国内标准和几何尺寸精度，从而保证轮辋与轮胎的结合强度和摩擦力。需要说明的是，如同辗压靠模，本技术方案不对滚型凸模、滚型凹模和侧压辊的具体形状进行限定，本技术方案的关键在于这种成型方式，本领域内的技术人员应当可以根据实际产品的需要设计侧压辊的外轮廓，从而形成符合要求的轮辋形状。

(4)压缩、压平和精整在一道工序中完成，从而保证轮辋和轮辐的相对位置和偏距，确保轮辋的标准直径和偏摆要求。

由此可见，本发明所述的一体式型钢无焊缝车轮成型方法的生产工序远远少于现有的型钢车轮制造方法，因此采用本发明所述的成型方法可以大幅提高生产效率。

此外，由于本发明所述的一体式型钢无焊缝车轮成型方法采用了辗压成型和滚型工艺，使得型钢车轮的生产过程实现了一体成型，而无需对焊，因此大大提高了车轮的刚性、强度和寿命。此外省略了对焊步骤也相应免除了相关的对焊设备、吸风装置等的设备消耗和功率消耗，还避免了焊接造成的飞溅、烟雾等给环境带来的污染。

同样，采用本发明所述的一体式型钢无焊缝车轮成型方法制造的一体式型钢无焊缝车轮与通过焊接合成的型钢车轮相比，其没有焊缝，安全性更好。

采用本发明所述的一体式型钢无焊缝车轮成型方法制造的一体式型钢无焊缝车轮可以用于乘用车，也可以用于商用车。

附图说明

图1为现有型钢车轮制造方法中轮辋的制造流程示意图。

图2为现有型钢车轮制造方法中轮辐的制造流程示意图。

图3为现有型钢制造方法中轮辋与轮辐的合成流程示意图。

图4显示了现有的型钢车轮的结构。

图5为本发明所述的一体式型钢无焊缝车轮成型方法在一种实施方式下的流程示意图。

图6-图17分别显示了图5所示的各步骤。

图18显示了本发明所述的一体式型钢无焊缝车轮成型方法在一种实施方式下的滚型步骤中采用的立式冷轧滚型机。

图19为本发明所述的一体式型钢无焊缝车轮的结构示意图。

具体实施方式

下面将根据具体实施例和说明书附图对本发明所述的一体式型钢无焊缝车轮成型方法做进一步说明，但是具体实施例和相关说明并不构成对于本发明的技术方案的不当限定。

图5显示了本发明所述的一体式型钢无焊缝车轮成型方法在一种实施方式下的流程示意图。图6-图17分别显示了图5所示的各步骤。如图5-图17所示，本实施例按照下述步骤制造一体式型钢无焊缝车轮：

B-1：下圆料1(图6)。

B-2：在圆料1上冲中心孔2(图7)。

B-3：将圆料放置于外部轮廓为圆形的辗压靠模3内，采用两个沿辗压靠模的圆周方向对称设置的辗压轮4在辗压靠模3内对圆料1进行平面同步错位辗压，将圆料辗压成车轮坯料5，从图中可以看出，在本实施例中，辗压靠模上有两个内陷的腔体31，因此经过辗压的车轮坯料的下表面具有两处凸起。该辗压过程可以由辗压机完成，公开号为CN201744545U的中国专利文献公开了一种辗压机，但是应当了解的是，本发明所涉及的辗压过程的实现并不应当仅限于该辗压机(图8)。

B-4：拉伸压型(即轮辋轮辐初成型)：用压型凸模6和压型凹模7在车轮坯料的轴向方向上施加压力，以将车轮坯料压出型钢车轮的轮辐初型(图9)。

B-5，B-6，B-7：滚型：将车轮坯料定位于滚型凸模8和滚型凹模9之间，控制滚型凸模8和滚型凹模9绕其共同的轴心同步转动，同时采用三个侧压辊10、11和12逐步分三次在车轮坯料的径向方向上向车轮坯料的侧壁施加压力以在车轮坯料上对轮辋初型部分进行进一步地精确成型，侧压辊10、11和12在施加压力的同时也绕其自身轴心转动，在本技术方案中，滚型凹模9起到支承的作用，因此只要求其具有变形支承点就可以，而不要求其与车轮坯料全部接触，这样还可以减少车轮坯料成型的成型阻力，车轮坯料的成型主要是通过滚型凸模8和侧压辊10、11、12相互之间的作用力完成；在本实施例中，步骤B-5中的侧压辊10完成挡圈槽P的冷轧和挤压，其通过设置在侧压辊10上的凸起101慢速将材料推进槽腔P，并挤压成型完成(图10)；步骤B-6中的侧压辊11将轮辋平直部分Q冷轧成型，同时还完成了轮辋R边15的冷轧初成型，使轮辋部分的形状初步符合轮辋的形状要求(图11)；步骤B-7中的侧压辊12完成轮辋的全表面冷轧成型，该过程使R边增厚，直线段变薄，形成材料厚薄的自然过渡(图12)。

在本实施例中，滚型步骤由如图16所示的立式冷轧滚型机完成，但是应当了解的是，该滚型机只是能够实现滚型步骤的一种装置，本技术方案并不应当受限于图18所示的滚型机。

如图18所示，本实施例中的立式冷轧滚型机包括：机架，该机架包括上梁51，底座52，底座支架53，以及六根固定设于上梁51和底座52之间的立柱54，六根立柱54以立式冷轧滚型机的轴心为中心在圆周上均匀布置，即两相邻的立柱54之间的夹角为60°；下传动总成55设于底座52上；三副油缸总成56固定设于上梁51上，油缸总成56的油缸杆与滑块57固定连接，滑块57与上压头总成58固定连接，因此油缸总成56可以驱动上压头总成58在立式冷轧滚型机的轴向方向上(即竖直方向)进给；液压马达，其与下传动总成55和上压头总成58连接，以驱动下传动总成55和上压头总成58绕各自的轴心同步转动；三个侧轧辊总成59以立式冷轧滚型机的轴心为中心在圆周上均匀布置，即两相邻的侧轧辊总成之间的夹角为120°；三个侧轧辊进给油缸，其分别与各侧轧辊总成59连接，以驱动侧轧辊总成59在圆周的径向方向上进给，这三个侧轧辊总成可以同步进给，也可以分别进给；侧轧辊液压马达，其与侧轧辊总成59连接，以驱动侧轧辊总成绕着其各自的轴心转动，侧轧辊液压马达可以控制三个侧轧辊总成同步转动，也可以控制三个侧轧辊总成分别各自转动；滚型凸模510与上压头总成58固定连接；滚型凹模511与下传动总成55固定连接。此外，该立式冷轧滚型机还包括图中未示出的控制***，该控制***包括：对应设于各侧轧辊进给机构上位移传感器，用于检测侧轧辊总成的进给位置；伺服阀，其分别与液压马达、侧轧辊进给油缸和侧轧辊液压马达对应连接；控制PLC，其与位移传感器、各伺服阀以及油缸总成连接，实现对各元件转速和进给速度的控制。为了滚型加工的方便，该立式冷轧滚型机的侧轧辊总成在立式冷轧滚型机的轴向方向上(即竖直方向)的位置是可调的，其通过与侧轧辊总成连接的侧轧辊竖直位置调整机构实现。

采用上述立式冷轧滚型机进行滚型的过程为：

(1)将车轮坯料放入凹模511内；

(2)控制油缸总成56带动上压头总成58沿着立式冷轧滚型机的轴向方向向竖直向下进给，直至滚型凸模510压紧车轮坯料；

(3)控制液压马达带动下传动总成55和上压头总成58同步转动，进而带动滚型凸模510、滚型凹模511以及车轮坯料也相应同步转动；

(4)控制侧轧辊进给油缸驱动侧轧辊总成朝着圆周的径向方向进给(水平进给)从而向车轮坯料的侧壁施加变形力，在侧轧辊总成向车轮坯料的侧壁施加变形力的同时，控制侧轧辊液压马达驱动侧轧辊总成自转，直至完成滚型步骤。

B-8：压平、压缩和精整：将车轮坯料定位于压平凸模13和压平凹模14之间，由压平凸模13和压平凹模14在车轮坯料的轴向方向上施加压力，同时采用压缩精整侧压模16在车轮坯料的径向方向上向车轮坯料的轮辋初型部分施加压力，以同时进行压平、压缩和精整而形成型钢无焊缝车轮(图13)。

B-9：在型钢无焊缝车轮上冲中心孔17和螺孔18(图14)。

B-10：挤压中心孔和螺孔(图15)。

B-11：在型钢无焊缝车轮上冲手孔19(图16)。

B-12：在型钢无焊缝车轮上冲气门孔20(图17)。

图19显示了采用上述步骤制得的一体式型钢无焊缝车轮，从图中可以看出，该一体式型钢无焊缝车轮的形状与现有的型钢无焊缝车轮形状相同，但是其轮辐和轮辋过渡处不具有焊缝，因此其强度、刚性、寿命都要远远高于现有的型钢车轮。

要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种一体式型钢无焊缝车轮成型方法，其特征在于，包括步骤：

(1)辗压：将圆料放置于一辗压靠模内，所述辗压靠模的外部轮廓为圆形，采用至少两个沿辗压靠模的圆周方向对称设置的辗压轮，在所述辗压靠模内对圆料进行平面同步辗压，将圆料辗压成车轮坯料；

(2)轮辋轮辐初成型：采用压型凸模和压型凹模在车轮坯料的轴向方向上施加压力，以将车轮坯料压出型钢车轮的轮辋轮辐初型；

(3)滚型：将车轮坯料定位于滚型凸模和滚型凹模之间，控制滚型凸模和滚型凹模绕其轴心同步转动，同时采用侧压辊在车轮坯料的径向方向上向初成型的轮辋初型部分施加压力以通过挤压对轮辋初型部分进行进一步精确成型，所述侧压辊在施加压力的同时也绕其自身轴心转动；

(4)压平、压缩和精整：将经过滚型步骤的车轮坯料定位于压平凸模和压平凹模之间，由压平凸模和压平凹模在车轮坯料的轴向方向上施加压力，同时采用压缩精整侧压模在车轮坯料整个圆周的径向方向上向车轮坯料的轮辋初型部分施加压力，以同时进行压平、压缩和精整而形成一体式型钢无焊缝车轮。

2.如权利要求1所述的一体式型钢无焊缝车轮成型方法，其特征在于，还包括步骤(5)冲孔：在型钢无焊缝车轮上冲孔。

3.如权利要求2所述的一体式型钢无焊缝车轮成型方法，其特征在于，所述在型钢无焊缝车轮上冲孔包括：冲中心孔、螺孔和气门孔的至少其中之一。

4.如权利要求1所述的一体式型钢无焊缝车轮成型方法，其特征在于，在所述步骤(1)之前还具有步骤：下圆料以及在圆料上冲定位孔。

5.如权利要求1所述的一体式型钢无焊缝车轮成型方法，其特征在于，所述步骤(1)中至少两辗压轮的辗压动作包括：至少两辗压轮沿水平方向的进给动作，以及各辗压轮的自转。

6.如权利要求1所述的一体式型钢无焊缝车轮成型方法，其特征在于，所述步骤(3)中，采用三个侧压辊在车轮坯料的径向方向上向初成型的轮辋初型部分施加压力以通过挤压对轮辋初型部分进行进一步精确成型，所述三个侧压辊沿车轮坯料的圆周方向均匀布置。

7.一种采用如权利要求1-6中任意一项所述的一体式型钢无焊缝车轮成型方法制得的一体式型钢无焊缝车轮。

8.如权利要求7所述的一体式型钢无焊缝车轮，其特征在于，其材料为碳钢、铝、镁铝合金或不锈钢。