文/劉建芳·秦皇島戴卡興龍輪轂有限公司

馬春榮·大連大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院

擺輾技術(shù)在鋁合金車輪制造中的應(yīng)用

文/劉建芳·秦皇島戴卡興龍輪轂有限公司

馬春榮·大連大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院

鋁合金車輪的制造工藝主要有鑄造、鑄旋、鍛造等，其中，鍛造工藝中很重要的一個(gè)工序就是擺輾成形。擺輾機(jī)是實(shí)現(xiàn)擺輾成形的特種成形設(shè)備，鋁合金車輪擺輾機(jī)也是全自動(dòng)鍛造鋁合金車輪生產(chǎn)線的主要設(shè)備。隨著汽車工業(yè)對(duì)鍛造鋁合金車輪需求量的不斷增多，對(duì)鋁合金車輪擺輾機(jī)的研制及擺輾技術(shù)的開發(fā)，已成為我國(guó)勢(shì)在必行的攻關(guān)項(xiàng)目和車輪制造行業(yè)普遍關(guān)注的焦點(diǎn)問題之一。

擺輾技術(shù)的原理與優(yōu)點(diǎn)

擺輾技術(shù)的原理

擺輾技術(shù)是一種通過局部加載，多次累積，最后整體成形的金屬塑性加工新工藝，其基本原理為：錐形擺頭繞機(jī)身軸線連續(xù)滾動(dòng)，同時(shí)給坯料一定的進(jìn)給速度，使坯料上升，上模與坯料一直保持連續(xù)的局部接觸，局部區(qū)域的變形逐步累積，最終達(dá)到坯料的整體成形。擺輾技術(shù)的工作原理如圖1所示。

圖1 擺輾工作原理示意圖

擺輾技術(shù)為連續(xù)局部成形，擺頭中心線與擺輾機(jī)機(jī)身的垂直軸線相對(duì)傾角為γ角，此角稱為擺角。上模安裝于擺頭上，下模安裝于滑塊上。當(dāng)擺輾機(jī)工作時(shí)，擺頭中心線繞擺輾機(jī)機(jī)身軸線旋轉(zhuǎn)，于是擺頭便產(chǎn)生了擺動(dòng)。擺頭一直承受偏心載荷，其合力作用點(diǎn)不斷繞機(jī)身軸線作軌道運(yùn)動(dòng)（即擺動(dòng)）。與此同時(shí)，滑塊在油缸的作用下上升，對(duì)毛坯施壓，這樣上模母線就在毛坯上連續(xù)不斷地滾動(dòng)，最后達(dá)到整體成形的目的。

擺輾技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)成形技術(shù)相比，擺輾技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

⑴省力。因擺輾是以連續(xù)局部變形代替常規(guī)鍛造工藝的一次整體成形，因此可以大大降低變形力。加工相同鍛件，其輾壓力僅是常規(guī)鍛造方法變形力的1/20～1/5。

⑵精度高。擺輾能夠使鍛件毛坯變形均勻，金屬纖維流動(dòng)合理，加上擺輾過程中的強(qiáng)化加工，大大提高了成品零件機(jī)械強(qiáng)度，且加工精度和表面質(zhì)量亦大大改善。

⑶適合于加工形狀薄而復(fù)雜的餅盤類鍛件。鍛造餅盤類鍛件時(shí)，由于平均單位壓力與H/D（H為鍛件高度，D為鍛件直徑）有關(guān)，H/D越大，變形力越大，當(dāng)H/D特別大時(shí)，可能使平均單位壓力等于或高于模具材料的強(qiáng)度極限，以至于無法加工。

⑷模具壽命較長(zhǎng)。由于擺輾的變形力比常規(guī)鍛造工藝的變形力小得多，可使平均單位壓力遠(yuǎn)小于模具材料的強(qiáng)度極限，延長(zhǎng)擺輾模具的壽命。

⑸勞動(dòng)環(huán)境好，勞動(dòng)強(qiáng)度低。擺輾時(shí)機(jī)器的噪聲和振動(dòng)小，環(huán)境污染少；易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化。

⑹產(chǎn)品制造周期短，生產(chǎn)效率快，效益回收快；設(shè)備投資小，占地面積小，基建費(fèi)用低。

鋁合金車輪擺輾機(jī)

鋁合金車輪擺輾機(jī)本體結(jié)構(gòu)方案采用普通液壓機(jī)結(jié)構(gòu)方式，主要分為機(jī)身、活動(dòng)橫梁（滑塊）、底座、上主軸、下主軸、驅(qū)動(dòng)裝置和油缸七部分，如圖2所示。

圖2 輪轂擺輾機(jī)本體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

鋁合金車輪擺輾機(jī)為框架式機(jī)身，采用組合式焊接結(jié)構(gòu)，由上橫梁、下橫梁、立柱和四個(gè)拉緊螺栓組成。上、下橫梁和立柱通過拉緊螺栓組成一個(gè)整體。上、下橫梁和立柱之間分別采用四個(gè)環(huán)形鍵來定位，其圓形鍵槽與拉緊螺栓孔同心。

活動(dòng)橫梁（滑塊）是一個(gè)傳遞力的部件，將油缸的推力傳遞給工件，使之產(chǎn)生塑性變形，以便達(dá)到預(yù)期的加工目的?；顒?dòng)橫梁上端和四個(gè)油缸中的活塞桿連接，四周與導(dǎo)軌相配合，活動(dòng)橫梁中安裝上主軸。工作時(shí)，活動(dòng)橫梁在油缸推動(dòng)下沿導(dǎo)軌作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

鋁合金車輪擺輾機(jī)的上主軸（安裝上模）安裝于活動(dòng)橫梁上，與機(jī)身垂直軸線的傾角為5°。上主軸靠工件摩擦或液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，但不繞機(jī)身垂直軸線作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，并且在油缸的帶動(dòng)下隨活動(dòng)橫梁一起作等速或變速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。下主軸（安裝下模）安裝于擺輾機(jī)下橫梁上，其軸線即為機(jī)身垂直軸線。下主軸在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)工件繞自身軸線作勻速旋轉(zhuǎn)，與上主軸的運(yùn)動(dòng)相配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)毛坯的圓周軌跡的擺輾。

鋁合金車輪擺輾工藝

擺輾工藝是鍛造鋁合金車輪制造工藝的預(yù)制坯工序，其目的是使用噸位很小的設(shè)備加工出鋁合金車輪的毛坯。為了在擺輾機(jī)上實(shí)現(xiàn)鋁合金車輪毛坯的加工，首先需要制作擺輾模具，擺輾模具包括上模、下模兩部分，如圖3所示。

上模安裝于擺輾機(jī)的上主軸下端，與機(jī)身垂直軸線的傾角為5°，隨上主軸繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，并向下作等速或變速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；下模安裝于擺輾機(jī)的下主軸上端，隨下主軸繞自身軸線作勻速旋轉(zhuǎn)；坯料放置于下模上，上模與下模的運(yùn)動(dòng)相配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)坯料的圓周軌跡擺輾。擺輾前的坯料、車輪擺輾件如圖4所示。

圖3 擺輾模具示意圖

圖4 坯料、車輪擺輾件示意圖

車輪擺輾件經(jīng)精密模鍛成形、熱處理、機(jī)加工、涂裝等工序，最終加工成為鍛造鋁合金車輪成品。

結(jié)論

⑴鋁合金車輪擺輾機(jī)可以代替標(biāo)稱壓力是其5～20倍的常規(guī)鍛壓設(shè)備。設(shè)備投資小，經(jīng)濟(jì)效益高。

⑵鋁合金車輪擺輾技術(shù)所需變形力小，加工精度和表面質(zhì)量高，擺輾模具壽命長(zhǎng)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，是理想的鍛造鋁合金車輪預(yù)制坯工藝，具有很好的發(fā)展前景。