CN1221343C - 汽车用合金车轮的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种汽车用合金车轮的制造方法，该车轮由从边(10)到下降台阶中心(12)为止形成凹凸部(14)的轮辋部(16)和结合于这个轮辋部(16)内部的圆板(18)组成，其制造方法包括以下几个步骤：锻造轮辋坯料制作杯子形的粗加工成品(28)；为了制造无缝合线管(20)而流动成形粗加工成品(28)；切断无缝合线管(20)制造单位管(21)；单位管(21)进行第一次滚筒成形而成形预备成形单位管(21’)；预备成形单位管(21’)进行第二次滚筒成形而成形完整形状的轮辋部(16)及上述的轮辋部(16)和圆板(18)进行收缩凹陷后在焊接尾进行激光束焊接。

Description

汽车用合金车轮的制造方法

技术领域

本发明涉及一种汽车用合金车轮的制造方法，具体地说，涉及一种轮辋部和结合于这个轮辋部内部的圆板来构成的汽车用合金车轮的制造方法。

一般情况下汽车用合金车轮需要高刚性并轻量形，因此所用的材料都是铝或铝合金材料，而且要求轮辋部必须具有周密的组织。从这样的观点来说，轮辋(或鼓)部是汽车用合金车轮的制造上很重要的部分。

背景技术

原有制造合金车轮的轮辋部制造方法中，比如说有轮辋和圆板全部进行熔解锻造的方法，也有将圆盘形坯料一步步锻造的连续锻造法。但是熔解锻造法需要复杂结构的熔解锻造机，并且其有作业流程复杂的缺点，另外还有很难决定最适刚性和轻量化范围的轮辋部厚度的问题。圆盘形坯料一步步锻造的连续锻造法的缺点是，制作圆盘形坯料的过程中原材料的浪费很大，而且这样的圆盘形坯料锻造成管形轮辋部的过程过于复杂。

尤其是在基于铝管制作汽车用合金车轮的轮辋部制造过程中，一般利用前后冲压法，但是外径400∽700mm，厚度3.5∽4.5mm的大型管的生产中用的是大型冲压机，并且其收率不是很好而生产成本也被提高，因此经济性大大下降。除了前后冲压法以外还有把板材拉伸的生产法，但是由于板材价格高而且材料的损失也很多，因此其经济性也下降。还有就是把板材卷成圆桶形的弓形焊接法，但是采取这种方法时因为焊接部位的缺陷而造成硬度下降，汽车用合金车轮完成以后往往还存在漏气现象。

还有铝管成形为汽车用合金车轮的轮辋部形状的方法中，最普遍使用的是伸冲压的方法。这种方法是两个以上的小型滚筒按着轮辋部的形状，顺次经过心轴上部的成形法。这种方法的生产速度决定于成形全部轮辋长度的速度，因此其前进速度考虑坯料的变形量而决定，所以一般情况下生产速度很慢。而且滚筒的运动被控制于管的半径方向和长度方向，所以必需具有控制装置，另外还有就是生产条件复杂等缺点。此外，汽车用合金车轮的轮辋部上焊接另制作的圆板，这种情况因为考虑经济问题而主要使用TIG或MIG电焊方法，这种方法因为电焊时所发生的高温使产品的尺寸产生变化，作业性低，还会留下电焊后遗问题。因为存在这些问题，上述方法用于制作合金车轮时，因考虑安全性而增加重量，并因为产品尺寸变化而需要电焊后续修补作业。这种方法通常生产速度慢，而生产效率及生产费用等方面均需要改善。

发明内容

本发明的主要目的是为了解决现有技术中的上述问题，其提供一种从边到下降台阶中心为止，形成凹凸部的轮辋部和结合于这个轮辋部内部的圆板来构成的汽车用合金车轮的制造方法。

本发明的另一个目的是提供明显缩短流程数，并简单化使用于流程的制作器具，因此比起其他方法明显增加生产效率和收率的汽车用合金车轮的制造方法。

本发明的第三个目的是利用坯料本身具有的金属组织的流动性，使汽车用合金车轮的轮辋部具有最适厚度、高刚度、高品质的无缝合线管。本发明的第四个目的是利用控制范围较小的小滚筒，以高速冷间压延流程来成形轮辋部。

本发明的第五个目的是在没有尺寸变化，不需要改善流程的情况下，将圆板焊接于轮辋部。

本发明的上述目的通过下面的几个步骤来实现汽车用合金车轮的制造：第一步是锻造轮辋坯料制作杯子形的粗加工成品；第二步是为了制作无缝合线管而流动成形粗加工成品；第三步是切断无缝合线管制作单位管；第四步是单位管第1次滚筒成形而成形预备成形单位管；第五步是预备成形单位管进行第2次滚筒成形，由此得到完整形状的轮辋部，及收缩凹陷轮辋部和圆板，并在焊接尾用进行激光束焊接。

根据本发明的一个方面，其提供一种汽车用合金车轮的制造方法，该车轮由从边到下降台阶中心为止形成凹凸部的轮辋部和结合于这个轮辋部内部的圆板组成，其制造方法包括以下几个步骤：锻造轮辋坯料制作杯子形的粗加工成品；为了制造无缝合线管而流动成形粗加工成品；切断无缝合线管制造单位管；单位管进行第一次滚筒成形而成形预备成形单位管；预备成形单位管进行第二次滚筒成形而成形完整形状的轮辋部及上述轮辋部和圆板结合的步骤。

附图说明

图1是本发明中汽车用合金车轮的制造流程简介图。

图2是按照本发明的制造方法来制作的汽车用合金车轮的截面图。

图3是按照本发明的制造方法来制作汽车用合金车轮的过程说明图。

图4是为了轮辋的成形而连续铸造金属板得到锻造坯料，进行锻造加工，从而制作粗加工成品的锻造流程说明图。

图5是经过锻造流程而制作的粗加工成品，进行流动成形而制作无缝合线管的流动成形过程说明图。

图6和图7是显示轮辋成形过程的示意图。

图8是将圆板焊接于已成形的轮辋后，完成汽车用合金车轮制作的示意图。

具体实施方式

以附图为例，详细说明本发明。附图中，16表示轮辋部；18表示圆板；20表示无缝合线管；21表示单位管；21’表示预备成形单位管；26表示锻造冲压；28表示粗加工成品；30表示流动成形；38表示压延滚筒；40表示滚筒成形；48表示第1滚筒；50表示第2滚筒

按照本发明中的制造方法来制造的汽车用合金车轮是，如图2所示，从边10到下降台阶中心12为止，形成凹凸部14的轮辋部16和结合于这个轮辋部16内部的圆板18来构成的。为了制作这样的汽车用合金车轮而首先制作轮辋部16，而且轮辋部16里焊接另制作的圆板18。图1所显示的就是这些一连串的工艺过程。

轮辋部16的制作是通过以下步骤而形成的。第一是制造使用于轮辋部的坯料无缝合线管的步骤，和已制造的无缝合线管按照轮辋部16的形状来压延成形的轮辋成形步骤。下面详细说明本发明的无缝合线管的制造步骤，轮辋成形步骤及上述的轮辋部和圆板焊接步骤。

按照本发明的汽车用合金车轮的制造方法从用于合金车轮的流动成形管的制造开始。总的来说，制造用于合金车轮的流动成形管的目的是，为了得到使用于轮辋部16的无缝合线管20(图3b)。

下面说明无缝合线管20的制造：首先把连续铸造的金属板用圆形锯机器切断，然后在低频率引导熔炉中以锻造温度加热，之后在均热炉中使加热坯料成为均等的锻造温度。然后用以锻造冲模22和冲床24来构成的锻造冲压26中锻造已加热的坯料(图4)。在锻造冲模22和冲床24上涂刷润滑剂后将已加热的坯料装入到冲模22内，以适当压力来调节锻造冲压26的油压，第一次先补充锻造后，第二次完工锻造而制作如图3(a)所示的杯子形锻造品--粗加工成品28。

通过上述锻造步骤制造的粗加工成品28，具有以后成形轮辋部16的最适直径，也具有能制造厚度为3.5~4.5mm的无缝合线管20的最适尺寸，之后用流动成形机进行精密加工，最终制造无缝合线管。图5中显示出了流动成形机30。

流动成形无缝合线管2的流动成形机30由以下部件组成：固定结合与粗加工成品28的心轴32、为了定位心轴32中心而连接心轴32的均热炉34、锭子35、成形完毕的无缝合线管20从心轴32中退出的驱逐装置36及为了使粗加工成品28按照长度方向流动成形而需要压延的，在心轴32周围以120°间隔布置，但不会排在一个同心圆上的3个压延滚筒38(图5中只能显示两个)。图5的流动成形机30中，可以看到几乎已完成的无缝合线管20。

固定结合与粗加工成品28的心轴32回转(粗加工成品上事前已涂刷流动成形润滑剂)，各压延滚筒38从***对着粗加工成品28往心轴32方向加压，在心轴32周围压延滚筒38以适当速度按着长度方向前进，因此粗加工成品28的全周围进行流动成形，这种流动成形的作用是同时并连续地减少其厚度。如以上所述，流动成形无缝合线管20的步骤是为了减少原有截面积，利用一个滚筒进行三次作业，现改为用3个滚筒以单一作业来完成，因而是非常经济的方法。

如上所述，无缝合线管20的流动成形步骤适用于汽车用合金车轮的轻量化模型的两部分法的轮辋生产上，比起原有的锻造合金车轮所需经费大幅度节减，而且也能生产维持高刚度和高品质的无缝合线管。

特别是无缝合线管20的内径是以流动成形机30的心轴32的外径来决定，因此制造同样内径的无缝合线管时，只需要调整压延滚筒38的位置即可改变其厚度。

以流动成形方法制造的无缝合线管结晶粒微细，表面光洁度美丽，所以热处理后的机械性质—如引张强度、延伸率等非常好(AA6061-T6坯料、拉伸强度32kgf/mm²、延伸率12％以上)。如上所述，按照本发明方法制造的无缝合线管20其内径和外径的精确度在装备工差和滚筒工差内制造，因此比起适用于直径为400∽700mm的大型管制造的其他工法其精确度更高，对外径具有0.05∽0.1mm的精确度。

通过上述的无缝合线管的制造步骤而制作的无缝合线管20，切断为适合轮辋部16成形的单位长度后，在滚筒成形机(roll forming M/C)里成形为轮辋部16。这样的滚筒成形机40显示在图6及图7中。

滚筒成形机40由被锭子固定并具有轮辋部形状的心轴44、跟这个心轴成一线的尾座46、压延成形轮辋部的第一滚筒48及第二滚筒50组成。第一滚筒48只移动到被成形坯料的直径方向，第二滚筒50能移动到直径方向和长度方向。

如上所述，把无缝合线管20切断成适合于轮辋部16的单位长度(图3b)。切断的单位管21***并结合于被固定在滚筒成形机40锭子的，形成轮辋部形状的心轴44里，其位置被尾架46所固定。在这种状态下锭子回转，第一滚筒48往单位管21的直径方向前进，使这个单位管21成形为接近于最终轮辋部16的形状，由此制作预备成形单位管21’。以这种方法利用第一滚筒48预备成形单位管21’的理由是，这样的第一滚筒48移动到坯料的直径方向，假如成形为跟轮辋同样的形状时，因加工时会出现超过事前坯料已决定的变形量而使坯料破裂或发生内部缺陷。第一滚筒48移动到坯料的直径方向，把管形坯料一下子预备成形为轮辋形状，这会使成形部位成形为缓慢的曲线，所以成形时加工量均等分布。

如上所述，利用第一滚筒48预备成形单位管21’以后，第一滚筒48后退，第二滚筒50往坯料的直径方向前进。如上所述第二滚筒50可以沿坯料的直径方向和长度方向移动，使具有缓慢曲线轮廓的预备成形单位管21’成形为从边10到下降台阶中心12为止形成凹凸部14的轮辋部16。

最终成形的轮辋部16上焊接以通常的方法另成形的圆板18，在本发明中以激光焊接的方法把圆板18焊接于轮辋16上。本发明中使用的激光焊接法是可以代替以往使用的TIG或MIG电焊方法，这种激光焊接法的特点是焊接时局部急速加热，因此焊接时间很短。焊接部的冷却速度很快，因此焊接后没有尺寸变化，尤其是焊接强度比起原有的TIG或MIG方法更优秀，焊接时也不会出现气泡现象，可以提高焊接强度。

在本发明中，轮辋部16和圆板18进行收缩凹陷，以使其自动进给到焊接尾，在这里利用6KW激光束焊接器，其符合车轮的特性，把轮辋部16以圆柱方向移动，以最短的时间内完成焊接。

如上所述，轮辋部16和圆板18用激光束的方法焊接，这样可以缩短焊接时间，焊接时只加热局部而没有尺寸变化，也不需要附加的修补作业。尤其是没有TIG或MIG等电焊方法上出现的气泡现象，所以焊接强度优良而且可以减少产品的重量。在生产效率方面，焊接17英寸的车轮、直径450mm的合金车轮时，可以在30秒以内完成，这足够表明其优良的生产效率。

如上所述，本发明明显缩短了工艺流程的数目，用于流程的制作器具非常简单，因此该汽车用合金车轮的制造方法比其他工法明显增加了生产效率和收率。尤其是本发明利用坯料本身具有的金属组织的流动性，以流动成形方法制作无缝合线管，因此管的管径及厚度可以任意调整，也可以维持高刚度和高品质，以控制范围小的滚筒，把轮辋部高速冷间压延步骤来成形，由此可以工程制造过程得到简化的单纯化及因此而随之而来的并因此提高了生产性生产效率的向上而且降低了废品率；轮辋部内部里用激光束焊接圆板而尺寸不变，因而也达到了不需要修补作业的效果。

此外，本发明汽车用合金车轮的制造方法中，以连续铸造的金属板为基础坯料，比起原来的采用板材或圆板形坯料为基础的方法，更有效地减少了废料的产生，而且基础坯料的采购方面也非常有利。

Claims (5)

1.一种汽车用合金车轮的制造方法，该车轮由从边(10)到下降台阶中心(12)为止形成凹凸部(14)的轮辋部(16)和结合于这个轮辋部(16)内部的圆板(18)组成，其制造方法包括以下几个步骤：锻造轮辋坯料制作杯子形的粗加工成品(28)；为了制造无缝合线管(20)而流动成形粗加工成品(28)；切断无缝合线管(20)制造单位管(21)；单位管(21)进行第一次滚筒成形而成形预备成形单位管(21’)；预备成形单位管(21’)进行第二次滚筒成形而成形完整形状的轮辋部(16)及上述轮辋部(16)和圆板(18)结合的步骤。

2.如权利要求1所述的汽车用合金车轮的制造方法，其特征在于：

锻造轮辋坯料而制作杯子形粗加工成品(28)步骤包括：先切断连续铸造的金属板，然后以均等的锻造温度加热，之后先做补充锻造，而后做完工锻造。

3.如权利要求1所述的汽车用合金车轮的制造方法，其特征在于：

流动成形粗加工成品(28)的两个步骤：第一，粗加工成品(28)固定在心轴(32)上回转的步骤；第二，利用心轴(32)周围以120°的间隔排列但不会放在同一个同心圆上的3个压延滚筒(38)，使所述三个压延滚筒(38)从粗加工成品(28)的***方向到心轴(32)的轴方向加压，并且压延滚筒(38)以设定速度往心轴(32)的长度方向前进，这种流动成形会把粗加工成品(28)以连续方式全方位地减少厚度。

4.如权利要求1所述的汽车用合金车轮的制造方法，其特征在于：

第一次滚筒成形及第二次滚筒在滚筒成形机(40)上，以第一滚筒(48)进行第一次滚筒成形而成形预备成形单位管(21’)，以第二滚筒(50)来进行第二次滚筒成形而成形完整形状的轮辋部(16)的轮辋冷间成形法，其中，滚筒成形机(40)具有第一滚筒(48)和第二滚筒(50)，并且第一滚筒(48)的作用是经过第一次滚筒成形及第二次滚筒成形的单位管(21)，只往被成形坯料的直径方向移动，第二滚筒(50)的作用是以直径方向和长度方向移动。

5.如权利要求1所述的汽车用合金车轮的制造方法，其特征在于：

轮辋部(16)和圆板(18)的结合，其包括使轮辋部(16)和圆板(18)收缩凹陷后，在焊接尾进行激光束焊接。

Images