CN107803423A - 一种制造轻量化汽车轮辋的成形结构和成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制造轻量化汽车轮辋的成形结构和成形方法，属于大口径管类零件精密成形技术领域。根据新型轻量化汽车轮辋零件结构上的凹凸特点，设计发明出一种复合液压成形工艺，通过坯料和模具的共同配合，分别形成内外独立的密闭腔体，其中外高压成形轮辋中间底槽区域，内高压成形轮辋边部凸缘区域，二者同时进行。该方法不仅相比于传统滚压工艺和旋压工艺效率有大幅提高，而且可以有效降低轮辋零件成形过程中单道次的变形量，并且配合适当的轴向进给，可以有效防止零件壁厚过度减薄，保证轮辋结构刚度。借助脉动液体的柔性介质提供成形所需载荷，有效保证轮辋零件的表面质量，减少后续加工。
Description
技术领域
本发明涉及管形零件精密成形技术领域，具体为一种制造轻量化汽车轮辋的成形结构和成形方法。
背景技术
汽车钢制车轮是由轮辋和轮辐两部分组成，轮辋是钢制车轮周围边缘的部分。轮辋俗称轮圈，分别与轮辐和轮胎配合接触，是主要的承力关键部件。汽车轮辋的常见形式主要有两种：深槽轮辋和平底轮辋；此外还有对开式轮辋、半深槽轮辋、深槽宽轮辋、平底宽轮辋以及全斜底轮辋。轮辋的表面结构一般都比较复杂，成形过程中变形量大，容易发生破裂、起皱，存在材料利用率低和工艺复杂等问题。
目前普遍采用板材卷焊、多道次滚压以及扩张精整成形，制造工序复杂、效率低、成本高，同时由于工艺限制轮辋普遍只能选用中等强度级别低合金钢，并且无法成形较为复杂结构外形的轮辋零件，因此不能满足进一步轻量化的需求。
目前成形方式主要是滚压成形工艺。中国发明专利CN 103286524 A公开了一种板材成形轮辋加工工艺，相比较传统的型钢成形工艺其减轻了轮辋的本身重量，降低了成本，提高了产品的可靠性。但是此工艺仍然存在着滚压工艺流程长、坯料壁厚相对较大、刚度过要求等不足之处。并且在滚压的过程中容易对零件表面造成不同程度的划痕。纵截面结构不对称的轮辋零件在成形过程中，受力比较复杂，并且存在轴向力不平衡，需要格外增加其他结构平衡轴向力差，所需成形模具多，生产成本高。
中国发明专利CN 103464563 A公开了一种管材外高压充液成形装置。此装置虽然采用液压成形，成形效果好，但是只能成形一些简单零件，对于复杂零件难以控制其变形量。
上述两种成形工艺，虽然成形方式不同，但是对于径向变形量较大的复杂管形零件的成形存在工艺流程长、可实现变形量小、成形零件表面质量差、生产效率低等缺点。
发明内容
为了解决现有技术在轮辋加工工艺中存在的上述不足之处，本发明的目的在于提供一种制造轻量化汽车轮辋的成形结构和成形方法，通过采用内外复合液压成形工艺，通过坯料和模具的共同配合，分别形成内外独立的密闭腔体，其中外高压成形轮辋中间底槽区域，内高压成形轮辋边部凸缘区域，二者同时进行，配合选用适中的管坯外径，最终实现径向变形较大的复杂结构薄壁管形零件的液压成形。该方法不仅相比于传统滚压工艺和旋压工艺效率有大幅提高，而且可以有效降低轮辋零件成形过程中单道次的变形量，并且配合适当的轴向进给，可以有效防止零件壁厚过度减薄，保证轮辋结构刚度。借助脉动液体的柔性介质提供成形所需载荷，有效保证轮辋零件的表面质量，减少后续加工。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种制造轻量化汽车轮辋的成形结构，该成形结构包括内高压成形模具、外高压成形模具、筒形坯料和环形冲头；其中：所述内高压成形模具套装于外高压成形模具之外，合模后形成汽车轮辋的密闭模腔；所述内高压成形模具和外高压成形模具之间放置筒形坯料，所述环形冲头设于筒形坯料的两端侧，能够使筒形坯料进行轴向进给运动。
所述筒形坯料将密闭模腔分成内外两部分，坯料内表面一侧为外高压密闭腔体，坯料外表面一侧为内高压密闭腔体。
所述内高压成形模具和外高压成形模具都为分体结构，内高压成形模具为对称的上下分体结构，外高压成形模具为对称的左右分体结构。
所述内高压成形模具上设有充液通道Ⅰ，沿内高压成形模具的径向设置，出液端对应于内高压密闭腔体；所述外高压成形模具上设有充液通道Ⅱ，出液端对应于两个外高压密闭腔体。
该成形结构还包括密封圈，该密封圈沿着周向分布，设置于内高压密闭腔体和外高压密闭腔体之间的位置处。
所述筒形坯料的壁厚为2mm，初始管坯外径为360mm，径厚比为180，采用低碳微合金钢S500MC，其抗拉强度约为650MPa。
利用所述成形结构制造轻量化汽车轮辋的成形方法，具体包括如下步骤：
(1)将筒形坯料套装于外高压成形模具之上，闭合内高压成形模具和环形冲头，通过筒形坯料和模具的共同配合，在筒形坯料的内外两侧分别形成相互独立的外高压密闭腔体和内高压密闭腔体；
(2)通过外高压成形模具上的充液通道Ⅱ和内高压成形模具上的充液通道Ⅰ向筒形坯料内外表面同时施加脉动的高压液体进行成形，与此同时，环形冲头带动筒形坯料向内推进补料，直至筒形坯料与内高压成形模具和外高压成形模具的接触表面完全贴合；
(3)释放高压液体，退出环形冲头，垂直打开内高压成形模具和水平移除外高压成形模具，取出成形后的轮辋零件。
上述步骤(2)中，向筒形坯料表面施加脉动的高压液体进行成形时，对内外表面施加的高压液体的载荷波形一致。液压成形介质为水或液压油。
本发明的有益效果如下：
1、相比于传统的滚压成形工艺，本发明采用内外复合液压成形工艺，将原有的多道次滚压缩短为一道次的复合液压成形，极大缩短工艺流程，成形效率高，且成形后的零件不需要整形，成形精度高。
2、采用内外复合液压成形工艺，能够合理分配内外压成形过程。相比单一的内高压成形或者外高压成形能够有效的减少坯料的变形量，有效防止零件壁厚过度减薄，增加成形后零件的强度和刚度。
3、利用内外复合液压成形工艺，成形工艺比较稳定，在保证有效轴向进给和选取更高强度级别材料的前提下，可以适当减小初始坯料的壁厚，相比较于传统滚压工艺，能够有效实现轮辋零件的减重，减少材料浪费，并且液压成形后的零件与模具贴合度高，不需要增加整形工序。
附图说明
图1为本发明制造轻量化汽车轮辋的成形结构的示意图。
图2为本发明基于内外压复合成形工艺制造轻量化汽车轮辋的方法原理图。
图3为内外复合液压成形模具成形过程和开模示意图。
图中：1-内高压成形模具，2-筒形坯料，3-环形冲头，4-外高压成形模具，5-充液通道Ⅰ，6-密封圈，7-充液通道Ⅱ，8-轮辋零件。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做详细说明。但是本发明并不限于下述一种轮辋零件的复合液压成形，对于其他同种类型不同型号和尺寸的轮辋同样适用。
本发明为基于内外复合液压成形工艺制造轻量化汽车轮辋的成形结构和成形方法，适用于成形高强度和大的径厚比的汽车轮辋。如图1所示，该成形结构包括内高压成形模具1、外高压成形模具4、筒形坯料2和环形冲头3；其中：所述内高压成形模1具套装于外高压成形模具4之外，合膜后形成汽车轮辋的密闭模腔；所述内高压成形模具和外高压成形模具之间放置筒形坯料2，所述环形冲头3设于筒形坯料的两端侧，能够使筒形坯料进行轴向进给运动。
所述筒形坯料将密闭模腔分成内外两部分，坯料内表面一侧为外高压密闭腔体，坯料外表面一侧为内高压密闭腔体。
所述内高压成形模具和外高压成形模具都为分体结构，内高压成形模具为对称的上下分体结构，外高压成形模具为对称的左右分体结构。
所述内高压成形模具上设有充液通道Ⅰ5，沿内高压成形模具的径向设置，出液端对应于内高压密闭腔体；所述外高压成形模具上设有充液通道Ⅱ7，出液端对应于两个外高压密闭腔体。
该成形结构还包括密封圈6，设置于内高压密闭腔体和外高压密闭腔体之间的位置处。
本发明中，外高压密闭型腔是由外高压成形模具、筒形坯料、环形冲头和内高压成形模具闭合所组成的密闭空间。内高压密闭型腔是由筒形坯料内表面和外高压成形模具相应部位的外表面所组成的密闭空间。
本发明中，液压成形介质为水或液压油。
本发明中，内外高压成形模具分别设计为上下对称的两部分和左右对称的两部分，实现成形后轮辋零件8沿径向和轴向的顺利脱模。
本发明中，在内外高压成形模具上开有四个充液通道，便于快速、高效、均匀地将成形介质输送到成形位置。
实施例1：
本实施例基于内外复合液压成形工艺制造轻量化汽车轮辋的方法如下(如图2‐3所示)：
第一步，选取长度为184mm、管径为360mm、壁厚为2mm的低碳微合金钢S500MC，其抗拉强度约为650MPa，作为内高压成形初始筒形坯料2，如图2所示，沿垂直方向打开内高压成形模具1，将筒形坯料2安装在液压成形外高压成形模具4上。
第二步，沿轴向闭合两半外高压成形模具4，沿垂直方向闭合上下对称的两半内高压成形模具1，沿轴向进给环形冲头3将筒形坯料2固定在正确的位置上，将内高压成形模具1和外高压成形模具4以及环形冲头3锁定在指定位置，并由内高压成形模具1的内表面、环形冲头3、筒形坯料2和外高压成形模具4外表面在筒形坯料的内外表面分别形成一个内高压和外高压的密闭腔体，启动液体充入装置，通过内高压成形充液通道Ⅰ5和外高压成形充液通道Ⅱ7往密闭腔体内充入足够的液体。
第三步，按照内外高压成形压力波动加载曲线向密闭腔体内输入高压液体并使环形冲头3做相应的轴向进给运动，使得筒形坯料2和模具型腔逐渐贴合。
第四步，释放高压液体，退出环形冲头3，打开内高压成形模具1和内外高压成形模具4，取出成形后的轮辋零件8，完成整个成形过程。
Claims (9)
1.一种制造轻量化汽车轮辋的成形结构，其特征在于：该成形结构包括内高压成形模具、外高压成形模具、筒形坯料和环形冲头；其中：所述内高压成形模具套装于外高压成形模具之外，合模后形成汽车轮辋的密闭模腔；所述内高压成形模具和外高压成形模具之间放置筒形坯料，所述环形冲头设于筒形坯料的两端侧，能够使筒形坯料进行轴向进给运动。
2.根据权利要求1所述的制造轻量化汽车轮辋的成形结构，其特征在于：所述筒形坯料将密闭模腔分成内外两部分，坯料内表面一侧为外高压密闭腔体，坯料外表面一侧为内高压密闭腔体。
3.根据权利要求1所述的制造轻量化汽车轮辋的成形结构，其特征在于：所述内高压成形模具和外高压成形模具都为分体结构，内高压成形模具为对称的上下分体结构，外高压成形模具为对称的左右分体结构。
4.根据权利要求2所述的制造轻量化汽车轮辋的成形结构，其特征在于：所述内高压成形模具上设有充液通道Ⅰ，沿内高压成形模具的径向设置，出液端对应于内高压密闭腔体；所述外高压成形模具上设有充液通道Ⅱ，出液端对应于两个外高压密闭腔体。
5.根据权利要求2所述的制造轻量化汽车轮辋的成形结构，其特征在于：该成形结构还包括密封圈，设置于内高压密闭腔体和外高压密闭腔体之间的位置处。
6.根据权利要求2所述的制造轻量化汽车轮辋的成形结构，其特征在于：所述筒形坯料的壁厚为2mm，初始管坯直径为360mm，径厚比为180，采用低碳微合金钢，其抗拉强度约为650MPa。
7.利用权利要求1-6任一所述成形结构制造轻量化汽车轮辋的成形方法，其特征在于：该方法是利用所述成形结构制造轻量化汽车轮辋，具体包括如下步骤：
(1)将筒形坯料套装于外高压成形模具之上，闭合内高压成形模具和环形冲头，通过筒形坯料和模具的共同配合，在筒形坯料的内外两侧分别形成相互独立的外高压密闭腔体和内高压密闭腔体；
(2)通过外高压成形模具上的充液通道Ⅱ和内高压成形模具上的充液通道Ⅰ向筒形坯料内外表面同时施加脉动的高压液体进行成形，与此同时，环形冲头带动筒形坯料向内推进补料，直至筒形坯料与内高压成形模具和外高压成形模具的接触表面完全贴合；
(3)释放高压液体，退出环形冲头，垂直打开内高压成形模具和水平移除外高压成形模具，取出成形后的轮辋零件。
8.利用权利要求7所述的制造轻量化汽车轮辋的成形方法，其特征在于：步骤(2)中，向筒形坯料表面施加脉动的高压液体进行成形时，对内外表面施加的高压液体的载荷波形一致。
9.利用权利要求7所述的制造轻量化汽车轮辋的成形方法，其特征在于：液压成形介质为水或液压油。
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