技术领域
[0001] 本
发明属于
铝合金车轮制造领域，具体为一种铝合金轮毂旋压工艺及工艺中应用的芯模。
背景技术
[0002] 随着
汽车轻量化的发展，铝合金在汽车行业中应用越来越广泛，特别体现在铝合金车轮的应用。20世纪90年代末，旋压技术开始应用于
铸造车轮
轮辋部位的成形加工，即
轮辐由低
压铸造成形，轮辋由强
力旋压加工成形。
[0003] 低压铸造+轮辋热旋压是目前轮毂加工中较安全、经济、高效的方法，得到了广泛应用。低压铸造满足外观需求，轮辋经
过热旋压成形，晶粒细化，组织上产生明显的
纤维流线，铸造
缺陷如：疏松、
缩孔通过旋压后消失，轮辋强度和延伸率得到了明显提高，提高了车轮的整体性能和耐
腐蚀性。
[0004] 目前国内一般采取“三旋轮三道次”旋压工艺，旋压时上模压紧
铸坯，使铸坯与芯模同步旋转，轮辐主要起固定和
支撑作用。旋轮按照编程设计的轨迹对轮辋处进行局部连续旋转
挤压，使之与模具形面贴合，进而使轮辋成形。
[0005] 图1为现有的一种“三旋轮三道次”旋压工艺示意图。从图1中可以看出，坯料3通过上模1和芯模6装配夹紧，并可随芯模转动。三个旋轮的分布如图5所示，2#旋轮和3#旋轮呈180°对称布置，对称中心面为芯模的轴向中心面，1#旋轮与2#、3#旋轮之间的夹
角均为90°。
1#、2#、3#三旋轮分别按照图1中所示的旋轮轨迹3、4、5先后进行非对称错距旋压。图6为三个旋轮的结构示意图。图7为各旋轮加工路径和芯模结构局部放大示意图。1#旋轮完成第一道次旋压，2#旋轮完成第二道次旋压，3#旋轮完成第三道次旋压。
[0006] 由于轮辋处轴向截面差异较大，在成形加工过程中易受
变形量与
温度场的影响导致组织与性能的不均匀分布，从而引起局部性能下降。上述工艺旋压加工中，因内轮缘部位结构复杂，其旋轮分布结构、加工轨迹和旋压模具芯模结构使内轮缘部位材料不能较好的贴模，不能充分变形。而铸旋车轮选用的A356铸造坯料，由于其微观组织形态主要是
羽毛状或粗大针状组织，并且可能的
铸造缺陷会使其力学性能较差且不稳定。若在后续塑形加工中变形不充分均匀，容易导致成形件性能不足。因此，上述旋压工艺下生产的铸旋车轮内轮缘部位机械性能较轮辋部位低了很多，从而影响了轮辋的整体机械性能。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于提供一种能提高铝合金内轮缘处机械性能的旋压工艺及工艺中应用的模具芯模。
[0008] 本发明提供的这种铝合金轮毂旋压工艺，设置三个旋轮，其中一个为进行预成形的托料旋轮，另外两个为成形旋轮，托料旋轮和成形旋轮配合使坯料自由端挤压墩粗预变形，然后通过成形旋轮完成内轮缘部位的旋压成形，包括以下步骤：
[0009] (1)将坯料通过上模和芯模夹紧，使坯料可随芯模转动；
[0010] (2)将两个成形旋轮关于芯模轴向中心面对称布置，将托料旋轮布置于两成形旋轮的对称中心面上；
[0011] (3)设定坯料的墩粗预变形量；
[0012] (4)根据坯料的墩粗预变形量分别设定三个旋轮的进给轨迹、初始进给量及托料旋轮到达初始进给量
位置的
停留时间；
[0013] (5)使芯模带着坯料旋转；
[0014] (6)按设定时间间隙先后使托料旋轮和两个成形旋轮旋转并进给初始进给量，使托料旋轮迅速沿其设定的进给轨迹进给至托料位置位置，并停留设定的时间托住坯料，使坯料自由端材料在两个成形旋轮的旋压挤压作用下往前流动至托料旋轮的上侧，成形旋轮继续进给，直至坯料达到设定的墩粗预变形量；
[0015] (7)使托料旋轮迅速退刀；
[0016] (8)使两成形旋轮继续按设定的进给轨迹完成内轮缘部分的旋压成形。
[0017] 上述技术方案的一种实施方式中，所述托料旋轮托料处的形面结构包括上、下圆弧面和两圆弧面之间的过渡斜面。
[0018] 本发明提供的这种适用于上述工艺的芯模，它对应轮辋内轮缘成形部位的形面结构包括从上往下依次顺延的下凹圆弧面、斜面和上翘圆弧面，上翘圆弧面的外侧为
水平平
台面，使轮辋内轮缘旋压成形区域形成闭式锥形滑移面结构。
[0019] 上述技术方案的一种实施方式中，所述水平平台面对应的高度低于所述斜面上端对应的高度。
[0020] 本发明设置一个进行预成形的托料旋轮、两个成形旋轮共三个旋轮，对铝合金车轮轮辋进行旋压成形，与
现有技术“三旋轮三道次”工艺中有本质不同。在旋压成形过程中，首先通过托料旋轮和成形旋轮的共同挤压作用，使坯料的自由端材料被挤压墩粗，从而使自由端材料产生一定的预变形；然后在两个成形旋轮的作用下完成轮辋内轮缘处的旋压成形。墩粗预变形不仅可以有效的消除铸造缺陷，还可以对毛坯起到一定扩径作用，增加变形量，使组织更为致密，强化纤维流线；墩粗过程中产生的大的塑形变形产生的变形热使变形区产生温升效应，一定的温度升高使得旋压成形内轮缘处时得到一定的温度补偿，降低材料变形抗力。为了提高轮辋内轮缘部位的机械性能，将旋压模具芯模对应内轮缘部位的形面结构改进为下凹圆弧面、斜面和上翘圆弧面，同时上翘圆弧面的外侧为水平平台面，使轮辋内轮缘旋压成形区域形成闭式锥形滑移面结构。闭式锥形滑移面结构可使内轮缘处旋压成形时摩擦
流动阻力减小，同时可使该部位材料流动时形成相应的三向压
应力挤压区间，使材料与芯模成形形面紧密贴合，优化变形均匀性，增加内轮缘处材料的总变形量，提升内轮缘处的机械性能，还能减小成形后的机加工量。
附图说明
[0021] 图1为现有“三旋轮三道次”旋压工艺的示意图(未画剖面线)。
[0022] 图2为图1中芯模的结构示意图。
[0023] 图3为图2中的B部放大示意图。
[0024] 图4为图1中的A部放大示意图。
[0025] 图5为本现有工艺的三旋轮分布示意图。
[0026] 图6为图5中各旋轮的结构示意图。
[0027] 图7为本现有工艺中各旋轮的进给轨迹及芯模局部放大示意图。
[0028] 图8为本发明一个
实施例的旋压示意图(未画剖面线)。
[0029] 图9为图8中芯模的结构示意图。
[0030] 图10为图9中的D部放大示意图。
[0031] 图11为图8中的C部放大示意图。
[0032] 图12为本实施例的三旋轮分布示意图。
[0033] 图13为图12中各旋轮的结构示意图。
[0034] 图14为本实施例中各旋轮的进给轨迹及芯模局部放大示意图。
[0035] 图中序号：
[0036] 1-上模，2-坯料，3-1#旋轮运动轨迹，
[0037] 4-2#旋轮运动轨迹，5-3#旋轮运动轨迹，6-芯模。
具体实施方式
[0038] 本实施例针对图1至图7所示的现有技术“三旋轮三道次”旋压工艺进行改进。
[0039] 本实施例的设备改进主要包括两个方面。
[0040] 一个方面为将现有技术图5和图6中所示的1#成形旋轮替换为图12和图13中的4#托料旋轮，托料旋轮托料处的形面结构包括上、下圆弧面和两圆弧面之间的过渡斜面。同时将图12中2#旋轮运动轨迹更改为图7中的1#旋轮运动轨迹，保持3#旋轮运动轨迹不变。将4#托料旋轮运动轨迹更改为图14(a)中的3号轨迹线。
[0041] 另一个方面为对图1中的芯模进行改进，具体为将图1中芯模对应铝合金车轮轮辋成形部位的开式大角度拐角形面结构改进为闭式锥形滑移面结构。
[0042] 从图1至图4可以看出，现有技术的这种旋压模具芯模对应轮辋内轮缘成形部位的形面结构为依次往下外侧顺延的多曲面。即该部位开式大角度拐角结构。
[0043] 芯模的开式大角度拐角结构使内轮缘处旋压成形过程中材料流动的摩擦阻力较大，不利于内轮缘部位材料的流动，有成形死角，且该部位料无法与模具形面紧密贴合，所以内轮缘处材料变形不够，从而使得内轮缘部位的机械性能不足。
[0044] 结合图8至图11可以看出，本实施例对应轮辋内轮缘成形部位的形面结构从上往下依次顺延的下凹圆弧面、斜面和上翘圆弧面，上翘圆弧面的外侧为水平平台面，且斜面的斜度较小，使水平平台面对应的高度低于所述斜面上端对应的高度。即本改进芯模该部位的形面结构为闭式锥形滑移面结构。
[0045] 本实施例优选下凹圆弧面的半径为8.1mm，圆心角优选59°，斜面长度优选17.4mm，且其与芯模底面之间的夹角优选28°，上翘圆弧面采用两端合成，与斜面相接的第一上翘段优选半径为6.9mm，圆心角优选52°，与水平台面相接的第二上翘段优选半径为9.6mm，圆心角优选50°，同时，第二上翘段与水平平台面之间通过小圆弧面过渡。
[0046] 本芯模内轮缘成形部位的形面结构可使内轮缘处旋压成形过程中材料流动的摩擦阻力减小，成形情况改善，消除成形死角，同时可使该部位材料流动时形成相应的三向压应力挤压区间，使材料与芯模该部位的成形形面完全贴合，增加材料料塑性变形中位错变形的比例，有利于组织流线的形成，增加材料的总变形量，从而改善内轮缘部位的机械性能。
[0047] 图4为现有模具旋压成形后的内轮缘形状，图11为本实施例改进模具旋压成形后的内轮缘形状。很明显，图11所示内轮缘形状的机械性能会优于图4所示内轮缘形状的机械性能。
[0048] 轮辋旋压成形的具体步骤如下：
[0049] (1)将坯料2通过上模1和芯模6夹紧，使坯料可随芯模转动；
[0050] (2)将2#和3#成形旋轮关于芯模轴向中心面对称布置，将4#托料旋轮布置于两成形旋轮的对称中心面上；
[0051] (3)设定坯料的墩粗预变形量；
[0052] (4)根据坯料的墩粗预变形量分别设定三个旋轮的运动轨迹、初始进给量及托料旋轮到达初始进给量位置的停留时间；
[0053] (5)使芯模带着坯料旋转；
[0054] (6)按设定时间间隙先后使托料旋轮和两个成形旋轮旋转并进给初始进给量，使4#托料旋轮迅速沿图14a中所示的3号轨迹线进给至图示托料位置(距离坯料下端35mm，距回转中心500mm)，并停留设定的时间托住坯料，使坯料自由端材料在两个成形旋轮的旋压挤压作用下往前流动至4#托料旋轮的上侧，成形旋轮继续进给，直至坯料达到设定的墩粗预变形量；
[0055] (7)使4#托料旋轮迅速退刀；
[0056] (8)使两成形旋轮继续按设定的运动轨迹完成内轮缘部位的旋压成形。
[0057] 综上所述，本发明首先将现有“三旋轮三道次”工艺中的1#成形旋轮替换为4#托料旋轮。在旋压过程中，在托料旋轮和成形旋轮的共同作用下，自由端材料受到一定的挤压墩粗作用，使自由端材料产生一定的预变形；然后在两个成形旋轮的作用下完成轮辋内轮缘处的旋压成形。
[0058] 墩粗预变形不仅可以有效的消除铸造缺陷，还可以对毛坯起到一定扩径作用，增加变形量，使组织更为致密，强化纤维流线；墩粗过程中产生的大的塑形变形产生的变形热使变形区产生温升效应，一定的温度升高使得旋压成形内轮缘处时得到一定的温度补偿，降低材料变形抗力。
[0059] 为了提高轮辋内轮缘部位的机械性能，本发明将现有工艺中芯模内轮缘成形处未封闭的大角度拐角形面结构改进为下凹圆弧面、斜面和上翘圆弧面，同时上翘圆弧面的外侧为水平平台面，使轮辋内轮缘旋压成形区域形成闭式锥形滑移面结构。闭式锥形滑移面结构可使内轮缘处旋压成形时摩擦流动阻力减小，同时可使该部位材料流动时形成相应的三向压应力挤压区间，优化变形均匀性，增加内轮缘处材料的总变形量，提升内轮缘处的机械性能，还能减小成形后的机加工量，达到改善车轮成形件内轮缘部位性能的目标。
