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CN111872208B - 商用车车轮成型工艺 - Google Patents

商用车车轮成型工艺 Download PDF

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CN111872208B CN202010789513.0A CN202010789513A CN111872208B CN 111872208 B CN111872208 B CN 111872208B CN 202010789513 A CN202010789513 A CN 202010789513A CN 111872208 B CN111872208 B CN 111872208B
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Abstract

本发明提供了一种商用车车轮成型工艺，属于车轮生产技术领域，包括以下步骤：S1：将铝液压入模具型腔内，通过冷却系统冷却铝液，铝液凝固成型制成车轮坯料；S2：去除车轮坯料的浇注系统并对车轮坯料进行第一次预热，沿车轮坯料轴向第一次旋压其法兰部位；S3：对车轮坯料进行第二次预热，沿车轮坯料径向第二次旋压其轮辋部位；S4：对完成第二次旋压后的车轮坯料进行热处理。本发明提供的商用车车轮成型工艺，高温铝液进入模具型腔后冷却成型为车轮坯料，第一次旋压车轮法兰部位和第二次旋压车轮轮辋部位，消除车轮坯料中由于铸造而产生的气孔和疏松等缺陷，并通过热处理细化内部组织，提高了车轮的机械性能。

Description

商用车车轮成型工艺
技术领域
本发明属于车轮生产技术领域，更具体地说，是涉及一种商用车车轮成型工艺。
背景技术
商用车车轮与轮胎组装后为商用车承受负荷，是承载件。市场上的车轮按照材质可以分为钢制和合金两大类。随着汽车轻量化要求的不断提高，越来越多的合金车轮逐渐替代了钢制车轮。
合金车轮质量轻，惯性阻力小，制作精度高，在高速转动时的变形小，有利于提高汽车的直线行驶性能，减轻轮胎滚动阻力，从而减少油耗，为主流汽车车轮首选的材质。
合金车轮生产可以采用压铸成型工艺，一般都要开模具，采用低压铸造的方式将车轮铸成一体件，但压铸的车轮会产生气孔和疏松等缺陷，造成机械性能的降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种商用车车轮成型工艺，旨在解决压铸的车轮会产生气孔和疏松等缺陷，造成机械性能降低的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种商用车车轮成型工艺，包括以下步骤：
S1：将铝液压入模具型腔内，通过冷却系统冷却铝液，铝液凝固成型制成车轮坯料；
S2：去除车轮坯料的浇注系统并对车轮坯料进行第一次预热，沿车轮坯料轴向第一次旋压其法兰部位；
S3：对车轮坯料进行第二次预热，沿车轮坯料径向第二次旋压其轮辋部位；
S4：对完成第二次旋压后的车轮坯料进行热处理。
作为本申请另一实施例，在步骤S1中，铝液在充型和凝固过程中，压力从200mbar提升至1300mbar，并在高压状态下进行保压。
作为本申请另一实施例，压力变化分六个阶段进行。
作为本申请另一实施例，在步骤S1中，铝液温度为680～700℃，冷却系统为水冷结合风冷的方式。
作为本申请另一实施例，在步骤S2中，对车轮坯料进行第一次预热时，将车轮坯料升温至350～400℃，第一次旋压压力为10T，第一次旋压完成后，法兰厚度减薄率为20％～40％。
作为本申请另一实施例，在步骤S3中，对车轮坯料进行第二次预热时，将车轮坯料升温至400～430℃，旋轮进给速度为320～520mm/min，第二次旋压完成后，使轮辋厚度减少20％～30％。
作为本申请另一实施例，在第二次旋压处理过程中，每间隔0.5小时对轮辋外形进行检查。
作为本申请另一实施例，在第二次旋压处理过程中，实时监控旋压模具温度，确保模具的温度维持在250～280℃。
作为本申请另一实施例，在步骤S4中，将完成第二次旋压后的车轮坯料置于固溶炉内，升温至530～550℃，保温6-8小时，再将车轮坯料由固溶炉转移至淬水池，转移时间小于20s，淬水温度维持在50～70℃，淬水时间保持在170～190s，最后将车轮坯料由淬水池转移至时效炉内，升温至170～190℃，保温2-4小时后出炉。
本发明提供的商用车车轮成型工艺的有益效果在于：与现有技术相比，本发明商用车车轮成型工艺，将铝液压入模具型腔内，通过冷却系统冷却铝液，铝液凝固成型制成车轮坯料；去除车轮坯料的浇注系统并对车轮坯料进行第一次预热，沿车轮坯料轴向第一次旋压其法兰部位；对车轮坯料进行第二次预热，沿车轮坯料径向第二次旋压其轮辋部位；对完成第二次旋压后的车轮坯料进行热处理。高温铝液进入模具型腔后冷却成型为车轮坯料，第一次旋压车轮法兰部位和第二次旋压车轮轮辋部位，消除车轮坯料中由于铸造而产生的气孔和疏松等缺陷，并通过热处理细化内部组织，提高了车轮的机械性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的商用车车轮成型工艺的流程图；
图2为本发明实施例提供的商用车车轮成型工艺中分阶段升压的示意图；
图3为本发明实施例提供的商用车车轮成型工艺中，未进行第一次旋压的车轮法兰部位的金相图a1和已完成第一次旋压的车轮法兰部位的金相图a2；
图4为本发明实施例提供的商用车车轮成型工艺中，未进行第二次旋压的车轮轮辋的金相图b1和已完成第二次旋压的车轮轮辋的金相图b2；
图5为本发明实施例提供的商用车车轮成型工艺的热处理工艺图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，现对本发明提供的商用车车轮成型工艺进行说明。所述商用车车轮成型工艺，包括以下步骤：
S1：将铝液压入模具型腔内，通过冷却系统冷却铝液，铝液凝固成型制成车轮坯料；
S2：去除车轮坯料的浇注系统并对车轮坯料进行第一次预热，沿车轮坯料轴向第一次旋压其法兰部位；
S3：对车轮坯料进行第二次预热，沿车轮坯料径向第二次旋压其轮辋部位；
S4：对完成第二次旋压后的车轮坯料进行热处理。
本发明提供的商用车车轮成型工艺，与现有技术相比，将铝液压入模具型腔内，通过冷却系统冷却铝液，铝液凝固成型制成车轮坯料；去除车轮坯料的浇注系统并对车轮坯料进行第一次预热，沿车轮坯料轴向第一次旋压其法兰部位；对车轮坯料进行第二次预热，沿车轮坯料径向第二次旋压其轮辋部位；对完成第二次旋压后的车轮坯料进行热处理。高温铝液进入模具型腔后冷却成型为车轮坯料，第一次旋压车轮法兰部位和第二次旋压车轮轮辋部位，消除车轮坯料中由于铸造而产生的气孔和疏松等缺陷，并通过热处理细化内部组织，提高了车轮的机械性能。
作为本发明提供的商用车车轮成型工艺的一种具体实施方式，在步骤S1中，铝液在充型和凝固过程中，压力从200mbar提升至1300mbar，并在高压状态下进行保压。本实施例中，铸件气孔和疏松的缺陷，是从铝液成型为车轮坯料的过程中产生的，由铝液凝固为车轮坯料的过程中，很难保证车轮坯料各部位同时凝固。一般情况下，壁厚较小的部分会先凝固，壁厚较大的部分会后凝固，这就会导致壁厚较小部分凝固时，从壁厚较大的部分(未凝固部位)寻求补缩，当壁厚较大的部分凝固时，只能从相应的浇注系统中寻求补缩，为了提高补缩能力，采用了加压的方式，通过压力不断驱动浇注系统内的铝液补缩车轮本体，能够保证车轮本体各部位的补缩效果，有效减少车轮坯料内的气孔和疏松的缺陷。
作为本发明提供的商用车车轮成型工艺的一种具体实施方式，压力变化分六个阶段进行。本实施例中，压力变化分为升压阶段、保压阶段和泄卸压阶段，并在不同阶段设定升压、保压或泄卸压时间。其中，升压阶段包含四个阶段，共六个阶段，能够确保车轮顺利完成充型和凝固。参见图2，
第一阶段：压力值设定为170～220mbar，升压时间为6～10S；
第二阶段：压力值设定为270～310mbar，升压时间为28～34S；
第三阶段：压力值设定为290～350mbar，升压时间为8～12S；
第四阶段：压力值设定为870～1330mbar，升压时间为6～12S；
第五阶段：压力值设定为870～1330mbar，保压时间为120～200S；
第六阶段：卸压，卸压时间为50～70S。
以上数值为范围值，即压力值在各个阶段允许的误差值。
作为本发明提供的商用车车轮成型工艺的一种具体实施方式，在步骤S1中，铝液温度为680～700℃，冷却系统为水冷结合风冷的方式。本实施例中，在浇注过程中，铝液温度控制在(690±10)℃范围内，在保证充型完整的前提下，还可以进一步降低浇注温度，尤其对于壁厚相对较厚的产品，合金流动性较好的材质，浇注温度可降低10℃～30℃，具体降低温度的数值需要在生产前结合模拟软件(如CAE)进行模拟成型的过程，避免降温过大，而影响产品的成型。
充型到凝固过程中，压力由200mbar升高到1300mbar，即以1300mbar的压力进行保压，可以加快铸件凝固速度，使晶粒组织更加致密，从而提高铸件力学性能。
冷却系统为水冷结合风冷的冷却方式，底模冒口风，底模大圈风，上模中心风，上模五孔风，上模中圈风和上模外圈风，形成综合风冷却；设置底模外圈水，底模中圈水，上模内耳缘水，二进二出的边模上水和四出四进的边模水，形成综合水冷却，风冷结合水冷能够使模具中的铝液得到均匀充分的冷却。
作为本发明提供的商用车车轮成型工艺的一种具体实施方式，在步骤S2中，对车轮坯料进行第一次预热时，将车轮坯料升温至350～400℃，第一次旋压压力为10T，第一次旋压完成后，使法兰厚度减少20％～40％。本实施例中，使用预热炉将车轮坯料升温至390-420℃，将旋压模具(或者工装)升至300℃左右，完成坯料和模具的预热；在第一次旋压前，通过控制坯料流转，将坯料温度控制在350-400℃；对于模具可以采用外置升温装置，如火焰喷枪，直接对旋压机上的模具进行加热，使其温度维持在300℃左右。
其中，车轮毛坯第一次旋压的具体的工作步骤为：
1、将加热后的车轮毛坯倒放，固定在旋压支撑模具上；
2、由卡爪将毛坯锁紧，防止车轮毛坯在第一次旋压过程中打滑；
3、车轮毛坯与支撑模具随主轴旋转；
4、旋压滚轮按程序轨迹，对车轮毛坯法兰由外向内进行第一次旋压；
5、车毛坯中心留有中心孔，第一次旋压过程中，材料向中心孔内侧流动；
6、第一次旋压完成后由机械手取走。
其中，主轴转速为200r/min，进给速度为300mm/min。直至法兰部位的厚度减少20％～40％。优选的，法兰部位的厚度减少30％左右，能够尽可能减少或消除该部位的疏松或者气孔，从而提高该部位的机械性能。
作为本发明提供的商用车车轮成型工艺的一种具体实施方式，在步骤S3中，对车轮坯料进行第二次预热时，将车轮坯料升温至400～430℃，旋轮进给速度为320～520mm/min，第二次旋压完成后，使轮辋厚度减少20％～30％。本实施例中，将完成法兰部位第一次旋压的车轮坯料在预热炉中升温，升温至430-460℃；将旋压模具升温至280℃左右，完成坯料和模具的预热。在第二次旋压前，通过控制坯料流转，将坯料温度控制在400-430℃；对于模具可以采用外置升温装置，如火焰喷枪，直接对旋压机上的模具进行加热，使其温度维持在250-280℃。然后将坯料装在旋压模具上，并进行固定，车轮坯料的内侧壁与模具的工作面贴合。之后，通过旋轮沿车轮坯料周向转动，旋压车轮坯料轮辋的外侧壁，轮辋在不断旋压的过程中逐渐变薄，直至轮辋的厚度减少20％～30％。优选的，法兰部位的厚度减少25％左右，能够尽可能减少或消除该部位的疏松或者气孔，从而提高该部位的机械性能。
作为本发明提供的商用车车轮成型工艺的一种具体实施方式，在第二次旋压处理过程中，每间隔0.5小时对轮辋外形进行检查。本实施例中，对轮辋外形进行检查时，需要检查轮辋与旋压模具的同心度，要求同心度≤1.5mm；检查轮辋是否出现裂纹；检查轮辋是否存在凹坑；核实旋压模具上的尾顶限位是否能压紧车轮坯料。以上均为检查内容，若发现任何一项问题，均需停机后，重新调整车轮坯料，直至其满足要求后再继续进行第二次旋压处理。同样的，在更换车轮坯料后，需要重新核对轮辋的同心度、表面缺陷以及其与尾顶限位的连接，同时，还应控制新更换的车轮坯料的轮辋与旋压模具之间脱模剂的用量，避免轮辋出现起皮的缺陷。
作为本发明提供的商用车车轮成型工艺的一种具体实施方式，在第二次旋压处理过程中，实时监控旋压模具温度，确保模具的温度维持在250～280℃。本实施例中，使用外置感应式测温枪实时检测旋压模具温度，确保旋压模具的温度维持在250～280℃，能够为车轮坯料提供稳定的热传导，避免出现由于旋压模具温度过低，而影响轮辋第二次旋压效果的情况。
作为本发明提供的商用车车轮成型工艺的一种具体实施方式，请参阅图5，在步骤S4中，第二次旋压后的车轮进行热处理。本实施例中，通过控制转移时间、淬水水温和淬水时间，在最短时间内确保车轮坯料以最快的速度冷却，以确保固溶时强化项Mg2Si充分融入基体中，形成过饱和固溶体。固溶时形成的过饱和固溶体中析出细小的沉淀颗粒，从而提高坯料的强度和硬度。
本发明提供的商用车车轮又名卡巴轮，以轻质合金(如铝镁合金、钛镁合金管等)制成。其化学成分为：
Si：6.5～7.5wt％，Mg：0.37～0.43wt％，Sr：0.01～0.03wt％，Ti：≤0.20wt％，Fe：≤0.20wt％，Zn：≤0.10wt％，Mn：≤0.10wt％，Cu：≤0.20wt％，其余为Al，其中，其他单一杂质含量≤0.05wt％，其他杂质总和≤0.15wt％。
对未进行第一次旋压的车轮法兰部位取样进行金相分析得到金相图a1；对完成第一次旋压的车轮的法兰部位取样进行金相分析得到金相图a2。参照附图3，完成第一次旋压的车轮法兰部位的组织形态明显优于未完成第一次旋压的车轮法兰部位的组织形态，组织更为致密，枝晶形状发生改变，沿第一次旋压方向(车轮轴向)枝晶间距变小，有助于力学性能的提升。
分别对未进行第一次旋压和已完成第一次旋压的车轮法兰部位取样，将试样进行热处理后，通过力学实验分析其性能，如表一：
毛坯状态 屈服强度(Mpa) 抗拉强度(Mpa) 延伸率(％)
第一次旋压前 258.93 289.71 2.13
第一次旋压后 272.29 306.52 2.62
对比 提高5.2％ 提高5.8％ 提高23％
表一
通过表一，可明显发现，经过第一次旋压后的车轮法兰部位的力学性能均得到了提升。
对未进行第一二次旋压的车轮轮辋取样进行金相分析得到金相图b1；对完成第一二次旋压的车轮的轮辋取样进行金相分析得到金相图b2。参照附图4，完成第一二次旋压的车轮轮辋的组织形态明显优于未完成第一二次旋压的车轮轮辋的组织形态，组织更为致密，枝晶形状发生改变，沿第二次旋压方向(车轮轴向)枝晶间距变小，有助于力学性能的提升。
分别对未进行第二次旋压和已完成第二次旋压的车轮轮辋取样，将试样进行热处理后，通过力学实验分析其性能，如表二：
毛坯状态 屈服强度(Mpa) 抗拉强度(Mpa) 延伸率(％)
第二次旋压前 235.51 269.19 3.55
第二次旋压后 275.25 325.40 8.12
对比 提高16.8％ 提高20.8％ 提高128.7％
表二
通过表二，可明显发现，经过第二次旋压后的车轮轮辋的力学性能均得到了提升。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.商用车车轮成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将铝液压入模具型腔内，通过冷却系统冷却铝液，铝液凝固成型制成车轮坯料；
S2：去除车轮坯料的浇注系统并对车轮坯料进行第一次预热，沿车轮坯料轴向第一次旋压其法兰部位，旋压滚轮按程序轨迹，对车轮毛坯法兰由外向内进行第一次旋压，车轮毛坯中心留有中心孔，第一次旋压过程中，材料向中心孔内侧流动；
S3：对车轮坯料进行第二次预热，沿车轮坯料径向第二次旋压其轮辋部位；
S4：对完成第二次旋压后的车轮坯料进行热处理。
2.如权利要求1所述的商用车车轮成型工艺，其特征在于，在步骤S1中，铝液在充型和凝固过程中，压力从200mbar提升至1300mbar，并在高压状态下进行保压。
3.如权利要求2所述的商用车车轮成型工艺，其特征在于，压力变化分六个阶段进行。
4.如权利要求1所述的商用车车轮成型工艺，其特征在于，在步骤S1中，铝液温度为680～700℃，冷却系统为水冷结合风冷的方式。
5.如权利要求1所述的商用车车轮成型工艺，其特征在于，在步骤S2中，对车轮坯料进行第一次预热时，将车轮坯料升温至350～400℃，第一次旋压压力为10T，第一次旋压完成后，法兰厚度减薄率为20％～40％。
6.如权利要求1所述的商用车车轮成型工艺，其特征在于，在步骤S3中，对车轮坯料进行第二次预热时，将车轮坯料升温至400～430℃，旋轮进给速度为320～520mm/min，第二次旋压完成后，使轮辋厚度减少20％～30％。
7.如权利要求6所述的商用车车轮成型工艺，其特征在于，在第二次旋压处理过程中，每间隔0.5小时对轮辋外形进行检查。
8.如权利要求6所述的商用车车轮成型工艺，其特征在于，在第二次旋压处理过程中，实时监控旋压模具温度，确保模具的温度维持在250～280℃。
9.如权利要求1所述的商用车车轮成型工艺，其特征在于，在步骤S4中，将完成第二次旋压后的车轮坯料置于固溶炉内，升温至530～550℃，保温6-8小时，再将车轮坯料由固溶炉转移至淬水池，转移时间小于20s，淬水温度维持在50～70℃，淬水时间保持在170～190s，最后将车轮坯料由淬水池转移至时效炉内，升温至170～190℃，保温2-4小时后出炉。
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Assignee: BAODING LIZHONG DONG'AN LIGHT ALLOY PARTS CO.,LTD.

Assignor: BAODING LIZHONG WHEEL MANUFACTURING Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023990000004

Denomination of invention: Forming process of commercial vehicle wheels

Granted publication date: 20220916

License type: Common License

Record date: 20230112

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