CN104551691A - 一种铝合金车轮液态模锻及旋压加工*** - Google Patents

一种铝合金车轮液态模锻及旋压加工*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铝合金车轮液态模锻及旋压加工***，包括液态模锻、热处理装置、机加工装置以及旋压装置，液态模锻机生产出的铝合金车轮毛坯依次热处理装置、机加工装置以及旋压装置。本发明利用液态模锻提升轮辐性能，利用旋压加工提升轮辋性能，从而提升车轮产品的整体性能，提升产品性能，降低废品率，降低成本，提升整体生产效率。

Description

一种铝合金车轮液态模锻及旋压加工***
技术领域
本发明属于铝合金车轮加工领域，尤其是一种铝合金车轮液态模锻及旋压加工***。
背景技术
随着汽车工业的快速发展以及科技的进步，对于汽车车轮的性能要求也在不断提升。目前，国内外制造铝合金轮毂的方法主要分为两大类：一类是铸造法，分重力铸造和低压铸造，铸造法产品中缩孔、疏松、气孔等缺陷严重，机械强度低，成品率低，成本相对较低。另一类是锻造法，其中最先进的工艺是由连铸工序和三个锻造工序组成，锻造铝合金车轮具有组织致密度高、力学性能优良等优点，该法虽然质量好，但成品率只有50％左右，价格昂贵，材料利用率低、生产效率低等不足。以上两种常规加工方式各有缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种结构简单、操作便捷、安全可靠、高质高效的铝合金车轮液态模锻及旋压加工***。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种铝合金车轮液态模锻及旋压加工***，其特征在于：包括液态模锻设备、热处理装置、机加工装置以及旋压装置，液态模锻机生产出的铝合金车轮毛坯依次热处理装置、机加工装置以及旋压装置。
而且，本***的加工步骤为：
⑴液态模锻，使用液态模锻设备完成车轮的轮辐加工，并预留出轮辋成型所需的材料；
⑵热处理，使用热处理装置对液态模锻生产出车轮坯料进行热处理，提升产品性能并达到设定温度；
⑶机加工，使用机加工装置修整车轮坯料尺寸；
⑷旋压加工，坯料顶压在芯模的端部，并随主轴一起旋转，利用旋压装置的旋压辊轮施加高压于坯料边缘预留的轮辋成型材料，旋转坯料借助于外力沿成型模具行进，逐渐碾压产生塑性变形而变薄，从而得到高强度、高精度的铝合金车轮。
而且，所述步骤⑴液态模锻的具体步骤为：
a原料准备，制备铝液，并保持铝液温度；
b注入铝液：机械手舀取铝液注入模具内；
c液态模锻，液态模锻设备驱动车轮模具进行合模，上模具与下模具之间形成待加工的车轮产品型腔；
d冷却成型，按照预设降温速度降低模具温度，车轮产品型腔内的产品成型；
e模锻加压：产品呈现半凝固状态时开始对车轮轮辐面进行加压。
f开模：模具冷却，当产品完全凝固，完成产品的锻造，主活塞带动上模具向上移动，同时安装在下模具下端的顶出机构将下模具顶出，坯料与模具脱离。
而且，所述步骤e模锻加压进行1至3次。
而且，所述步骤⑷旋压加工所采用的旋压装置包括顶模、限位轴、芯模、底模以及旋压辊，底模上同轴制有芯模，芯模上端中部同轴制有限位轴，在芯模上方同轴导向安装有顶模，该顶模用于与限位轴同轴配合用于限制车轮坯料的同轴度；芯模中部轮辋位置对应外侧径向间隔安装有三个旋压辊，该三个旋压辊的轮轴分别安装在机械臂端部并且由电机驱动高速旋转。
而且，所述旋压装置工作步骤如下：
a在芯模外的底模上同轴套装坯料，碾压初始坯料的轮辋外形；
b通过采用三个高压旋压辊，在350～380℃高温下，由机械手自动上料，对轮辋位置进行挤压、拉伸，实现塑性变形，得到所需的轮辋形状。
而且，所述三个旋压辊的半径分别为20mm、20mm以及6mm。
而且，所述坯料开口角度为18°。
而且，所述毛坯径向尺寸小于模具径向尺寸，间隙为0.7mm。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明生产的车轮产品先经过液态模锻加工成型，液态模锻成型技术具有易成型、组织致密度高、力学性能高、生产效率高、材料利用率高、生产成本低等优点，弥补普通铸造铝合金车轮和锻造车轮的不足，具有广阔的市场发展前景。
2、本发明生产的车轮产品经过液态模锻的多次锻压加强车轮性能，能够有效保证车轮轮辐面的抗拉强度、屈服强度等性能。
3、本发明完成液态模锻加工之后，再经过热处理，而后对轮辋进行旋压加工，提升轮辋的性能，从而有效提升车轮产品的整体性能。
4、本发明利用液态模锻提升轮辐性能，利用旋压加工提升轮辋性能，从而提升车轮产品的整体性能，提升产品性能，降低废品率，降低成本，提升整体生产效率。
附图说明
图1为本发明***图；
图2为本发明中的旋压装置；
图3为轮辋成型的形状变化示意图；
图4为车轮产品截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种铝合金车轮液态模锻及旋压加工***，包括液态模锻设备、热处理装置、机加工装置以及旋压装置，液态模锻机生产出的铝合金车轮毛坯依次热处理装置、机加工装置以及旋压装置。
本***的加工步骤如下：
⑴液态模锻，使用液态模锻设备完成车轮的轮辐6加工，并预留出轮辋7成型所需的材料；
a原料准备，制备铝液，并保持铝液温度；
b注入铝液：机械手舀取铝液注入模具内；
c液态模锻，液态模锻设备驱动车轮模具进行合模，上模具与下模具之间形成待加工的车轮产品型腔；
d冷却成型，按照预设降温速度降低模具温度，车轮产品型腔内的产品成型；
e模锻加压：产品呈现半凝固状态时开始对车轮轮辐面进行加压；为了提升轮辐性能，该模锻加压步骤可进行1至3次。
f开模：模具冷却，当产品完全凝固，完成产品的锻造，主活塞带动上模具向上移动，同时安装在下模具下端的顶出机构将下模具顶出，坯料与模具脱离。
⑵热处理，使用热处理装置对液态模锻制造出车轮坯料进行热处理，提升产品性能并达到设定温度；
⑶机加工，使用机加工装置修整车轮坯料尺寸；
⑷旋压加工，坯料顶压在芯模的端部，并随主轴一起旋转，利用旋压装置的旋压辊轮施加高压于坯料边缘预留的轮辋成型材料，旋转坯料借助于外力沿成型模具行进，逐渐碾压产生塑性变形而变薄从而得到高强度、高精度的铝合金车轮。
旋压装置参见附图2所示，包括顶模1、限位轴2、芯模5、底模4以及旋压辊3，，底模上同轴制有芯模，芯模上端中部同轴制有限位轴，在芯模上方同轴导向安装有顶模1，该顶模用于与限位轴同轴配合用于限制车轮坯料的同轴度；
芯模中部轮辋位置对应外侧径向间隔安装有三个旋压辊；该三个旋压辊的半径分别为20mm、20mm以及6mm，该三个旋压辊的轮轴分别安装在机械臂端部并且由电机驱动高速旋转。
旋压装置工作步骤如下：
a在芯模外的底模上同轴套装坯料，碾压初始坯料的轮辋外形；
b通过采用三个高压旋压辊，在350～380℃高温下，由机械手自动上料，对轮辋位置进行挤压、拉伸，实现塑性变形，得到所需的轮辋形状。
铸造毛坯开口角度为18°，实现旋压后轮辋良好的力学性能。坯料开口角是指旋压初始坯料放到芯模上是轮辋与芯模所称的角度，这个角度对旋压的最终效果起着关键性的作用，经过各种角度模拟计算后得出的最佳角度。
旋压过程中最为关键的是模具与毛坯的贴合程度。由于热膨胀因素的存在，模具尺寸的确定是按照车轮毛坯的实际尺寸进行放大。在常温状态下，由于毛坯径向尺寸小于模具径向尺寸，间隙为0.7mm，所以常温下是放不下的，但加热到各自温度后再放到一起，又会因为受热膨胀的程度不同，而产生间隙。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (9)

1.一种铝合金车轮液态模锻及旋压加工***，其特征在于：包括液态模锻设备、热处理装置、机加工装置以及旋压装置，液态模锻机生产出的铝合金车轮毛坯依次热处理装置、机加工装置以及旋压装置。
2.根据权利要求1所述的铝合金车轮液态模锻及旋压加工***，其特征在于：本***的加工步骤为：
⑴液态模锻，使用液态模锻设备完成车轮的轮辐加工，并预留出轮辋成型所需的材料；
⑵热处理，使用热处理装置对液态模锻生产出车轮坯料进行热处理，提升产品性能并达到设定温度；
⑶机加工，使用机加工装置修整车轮坯料尺寸；
⑷旋压加工，坯料顶压在芯模的端部，并随主轴一起旋转，利用旋压装置的旋压辊轮施加高压于坯料边缘预留的轮辋成型材料，旋转坯料借助于外力沿成型模具行进，逐渐碾压产生塑性变形而变薄，从而得到高强度、高精度的铝合金车轮。
3.根据权利要求1所述的铝合金车轮液态模锻及旋压加工***，其特征在于：所述步骤⑴液态模锻的具体步骤为：
a原料准备，制备铝液，并保持铝液温度；
b注入铝液：机械手舀取铝液注入模具内；
c液态模锻，液态模锻设备驱动车轮模具进行合模，上模具与下模具之间形成待加工的车轮产品型腔；
d冷却成型，按照预设降温速度降低模具温度，车轮产品型腔内的产品成型；
e模锻加压：产品呈现半凝固状态时开始对车轮轮辐面进行加压。
f开模：模具冷却，当产品完全凝固，完成产品的锻造，主活塞带动上模具向上移动，同时安装在下模具下端的顶出机构将下模具顶出，坯料与模具脱离。
4.根据权利要求3所述的铝合金车轮液态模锻及旋压加工***，其特征在于：所述步骤e模锻加压进行1至3次。
5.根据权利要求1所述的铝合金车轮液态模锻及旋压加工***，其特征在于：所述步骤⑷旋压加工所采用的旋压装置包括顶模、限位轴、芯模、底模以及旋压辊，底模上同轴制有芯模，芯模上端中部同轴制有限位轴，在芯模上方同轴导向安装有顶模，该顶模用于与限位轴同轴配合用于限制车轮坯料的同轴度；芯模中部轮辋位置对应外侧径向间隔安装有三个旋压辊，该三个旋压辊的轮轴分别安装在机械臂端部并且由电机驱动高速旋转。
6.根据权利要求5所述的铝合金车轮液态模锻及旋压加工***，其特征在于：所述旋压装置工作步骤如下：
a在芯模外的底模上同轴套装坯料，碾压初始坯料的轮辋外形；
b通过采用三个高压旋压辊，在350～380℃高温下，由机械手自动上料，对轮辋位置进行挤压、拉伸，实现塑性变形，得到所需的轮辋形状。
7.根据权利要求5所述的铝合金车轮液态模锻及旋压加工***，其特征在于：所述三个旋压辊的半径分别为20mm、20mm以及6mm。
8.根据权利要求5所述的铝合金车轮液态模锻及旋压加工***，其特征在于：所述坯料开口角度为18°。
9.根据权利要求5所述的铝合金车轮液态模锻及旋压加工***，其特征在于：所述毛坯径向尺寸小于模具径向尺寸，间隙为0.7mm。
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