徐世文，張立娟，常海平，李華友

（1. 中信戴卡股份有限公司 工程技術(shù)研究院，河北 秦皇島 066011；2. 河北環(huán)境工程學(xué)院 環(huán)境工程系，河北 秦皇島 066000）

鑄造+旋壓鋁合金車輪（簡稱“鑄旋車輪”）的內(nèi)部組織均勻、流線成纖維狀，其性能大大高于低壓鑄造車輪，能夠滿足車輪市場大直徑、高強(qiáng)度、輕量化的發(fā)展趨勢，已在轎車中得到應(yīng)用[1]。

為了節(jié)省制造成本、縮短制造流程，目前鑄旋工藝的應(yīng)用已經(jīng)取消了預(yù)機(jī)加工，毛坯與旋壓模具的配合主要采用了鑄造封層定位[2]。為了生產(chǎn)節(jié)拍的匹配，一般是多套鑄造模具毛坯匹配一臺旋壓模具。由于鑄造模具的制造精度及車輪生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的磨損，會造成鑄造毛坯的定位內(nèi)徑出現(xiàn)偏差，尺寸變化不完全一致，同時，旋壓模具在生產(chǎn)過程中也會出現(xiàn)磨損，造成同款輪型不同鑄造模具的毛坯與旋壓模具的配合、定位不精確，使得旋壓后的毛坯出現(xiàn)變形和尺寸變化不一致，造成了機(jī)加工序的廢品，直接影響了鑄旋產(chǎn)品的成品率。

為了防止旋壓后毛坯變形和尺寸出現(xiàn)變化，就必須保證鑄造毛坯和旋壓模具的有效配合。即對同款不同鑄造模具的毛坯與旋壓模具，在定位、配合、尺寸要求等方面要進(jìn)行有效控制，而單方面控制鑄造毛坯內(nèi)徑有一定的困難。

文獻(xiàn)[3—4]主要從旋壓模具的膨脹系數(shù)和模具特殊結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)，文獻(xiàn)[5—15]主要研究的內(nèi)容均為鋁合金車輪或鎂合金車輪的低壓鑄造模具或擠壓模具的設(shè)計(jì)、制造和材料等方面，并未考慮旋壓模具適應(yīng)于不同的鑄造毛坯。本項(xiàng)目以某款車輪的旋壓模具為研究對象，對其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 模具設(shè)計(jì)

目前采用的旋壓模具總裝圖見圖1。旋壓模具主要由旋壓上模、下模退料器、下模組成，鑄造毛坯與下模退料器和下模接觸，由上模壓實(shí)。短粗的輪輞部位在輥輪的作用下變?yōu)榧?xì)長且組織性能較好的旋壓輪輞。

生產(chǎn)過程中鑄造毛坯與下模的配合位置見圖1，此處的毛坯內(nèi)徑尺寸c必須控制在一定范圍內(nèi)才能保證毛坯與下模的有效配合。若該配合位置尺寸不能滿足毛坯與下模的配合要求，會造成旋壓毛坯變形，端面到螺栓孔尺寸a和輪輞寬度尺寸b變化較大，嚴(yán)重影響了機(jī)加工的成品率。毛坯內(nèi)徑尺寸c完全由鑄造工序保證，而不同鑄造模具生產(chǎn)的同款毛坯內(nèi)徑尺寸c不能保證完全一致，所以造成配合位置的尺寸得不到保證。

圖1 舊旋壓模具總裝Fig.1 General assembly of old spinning die

為了使毛坯和下模有更好的配合，對旋壓模具進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)后的旋壓模具總裝圖紙見圖2，改進(jìn)后的新模具實(shí)物見圖3。

圖2 改進(jìn)后旋壓模具總裝Fig.2 General assembly of spinning die after improvement

圖3 模具實(shí)物Fig.3 Mold material

改進(jìn)后的旋壓模具將下模退料器分為定位滑塊、導(dǎo)向塊和墊板3部分。定位滑塊的下部和下模上部均設(shè)置彈簧安裝孔，兩者通過彈簧連接。定位滑塊主要起定位和配合作用，同時也起到對胚料的頂出作用。墊板上安裝導(dǎo)向塊，定位滑塊在導(dǎo)向塊的導(dǎo)向作用下能夠順利滑動。

實(shí)際生產(chǎn)中，機(jī)械手將高溫的鑄造毛坯放置于定位滑塊上，鑄造毛坯在上模的壓力下，沿軸向往下運(yùn)動。定位滑塊在毛坯的作用下沿導(dǎo)向塊做軸向和徑向運(yùn)動，定位滑塊運(yùn)動過程中能夠?qū)崿F(xiàn)鑄造毛坯在旋壓模具上定位，同時定位滑塊運(yùn)動到合適位置與毛坯內(nèi)徑進(jìn)行接觸，毛坯與模具貼合，實(shí)現(xiàn)了毛坯在定位滑塊配合位置的內(nèi)撐漲緊功能，保證了旋壓模具對不同毛坯的自適應(yīng)。

2 試驗(yàn)

2.1 外觀檢測

該款鑄旋車輪旋壓后的毛坯見圖4。經(jīng)過旋壓后的毛坯，在兩個定位動滑塊之間擠入了金屬，說明了滑塊對毛坯的內(nèi)撐效果較好，毛坯在旋壓過程中沒有發(fā)生旋轉(zhuǎn)，也證明了該設(shè)計(jì)的旋壓模具能夠?qū)?nèi)徑不同的鑄造毛坯進(jìn)行自適應(yīng)。

圖4 試驗(yàn)后旋壓毛坯Fig.4 Spinning blank after test

2.2 性能檢測

對旋壓后車輪成品進(jìn)行力學(xué)性能檢測，并與舊旋壓模具旋后車輪成品性能進(jìn)行了對比，對比結(jié)果見表1?？梢钥闯?，經(jīng)過兩種不同結(jié)構(gòu)的旋壓模具旋壓后，車輪成品的力學(xué)性能差別不大，均能滿足車輪的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

表1 力學(xué)性能對比Tab.1 Comparison of mechanical properties

2.3 尺寸檢測

對旋壓后毛坯尺寸進(jìn)行了測量，輪輞寬度尺寸測量對比見圖5?？梢钥闯觯S著上模壓力的增加，輪輞寬度尺寸逐漸減小。這是由于毛坯在輥輪的作用下，車輪外緣勢必沿軸線方向往下變化。當(dāng)上模壓力大于4.5 MPa時，其尺寸超差0.5 mm以上，會造成機(jī)加工序出現(xiàn)廢品，也會增加設(shè)計(jì)時的加工余量。

端面到螺栓孔的尺寸隨上模壓力變化的曲線見圖6。可以看出，隨著上模壓力的增加，螺栓孔尺寸逐漸減小，當(dāng)壓力大于4.5 MPa時，其尺寸減小得越快，同時在4.5 MPa時，尺寸變化0.5 mm以上。

綜上尺寸測量結(jié)果可以得出，為了保證旋壓毛坯的尺寸合格，該旋壓模具在生產(chǎn)過程中，上模的壓力不能大于4.5 MPa。

圖5 輪輞寬度尺寸隨壓力的變化情況Fig.5 Change of rim width with pressure

圖6 螺栓孔尺寸隨壓力的變化情況Fig.6 Change of bolt hole size with the pressure

3 結(jié)語

對鑄旋車輪旋壓模具的新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠滿足對鑄造毛坯的自適應(yīng)，對取消預(yù)加工有重要意義，保證了鑄旋車輪短流程制造工藝的實(shí)現(xiàn)?？刂粕夏毫υ?.5 MPa內(nèi)，旋壓毛坯尺寸、性能均能夠滿足機(jī)加工和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，并已經(jīng)應(yīng)用到量產(chǎn)中。

對于旋壓模具的設(shè)計(jì)后續(xù)還需要繼續(xù)研究和優(yōu)化，主要包括彈簧與定位滑塊、毛坯與定位滑塊的受力關(guān)系、導(dǎo)向塊與定位滑塊的配合角度以及定位滑塊的個數(shù)等方面。

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