文/張勝·中信戴卡股份有限公司

李建，陳紅平，孫惠學(xué)·秦皇島燕大現(xiàn)代集成制造技術(shù)開發(fā)有限公司

車輪作為汽車的重要安全部件，由于旋轉(zhuǎn)慣性效應(yīng)，對(duì)節(jié)能減排影響至關(guān)重要，車輪的高強(qiáng)度、高韌性和輕量化性能將直接影響汽車的節(jié)能減排和安全可靠性。近年來，國(guó)際上出現(xiàn)了兩種新的車輪制造工藝，鍛造+旋壓的鍛旋工藝和鑄造+旋壓的鑄旋工藝，這兩種工藝都具有大幅提高車輪強(qiáng)度和塑性指標(biāo)，并顯著減輕車輪重量的特點(diǎn)。鍛旋工藝采用變形鋁合金作材料并用等溫模鍛+旋壓的方法來成形車輪，是當(dāng)前鑄造車輪的換代工藝，適合高檔轎車配套。

鋁合金車輪強(qiáng)力旋壓機(jī)是用于輪輞成形的核心裝備，是集機(jī)械、液壓、數(shù)控、軟件開發(fā)和工藝技術(shù)于一體的高新技術(shù)產(chǎn)品。此前，世界上只有德、美、日、西班牙等國(guó)能夠制造，典型廠家有Leifeld、WF、SSB、DENN 等，這些國(guó)家生產(chǎn)的旋壓機(jī)的顯著特點(diǎn)是通過伺服控制達(dá)到高精度和高效率。工作效率可達(dá)到每分鐘一件，主軸精度和旋輪進(jìn)給精度均與立車相當(dāng)，滿足少無(wú)切削的高精度要求。針對(duì)其國(guó)產(chǎn)化問題，在河北省科技廳重大項(xiàng)目的支持下，我公司聯(lián)合研制的WE-VFFM/32030 型鋁合金車輪強(qiáng)力旋壓機(jī)(圖1)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到或超過進(jìn)口產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了車輪強(qiáng)力旋壓設(shè)備國(guó)產(chǎn)化。

鋁合金車輪強(qiáng)力旋壓機(jī)

鋁合金車輪旋壓工藝特點(diǎn)

本設(shè)備采用強(qiáng)力旋壓工藝來成形鋁合金車輪，毛坯輪輞部位變形均勻，金屬纖維流線合理，大幅度提高了產(chǎn)品性能，優(yōu)于傳統(tǒng)鍛造方式，特別適合用于鍛造鋁車輪的輪輞成形，圖2 給出了鋁合金車輪輾鍛成形示意圖，經(jīng)旋壓的輪輞，對(duì)于鍛造毛坯輪輞晶粒進(jìn)一步細(xì)化（圖3），性能顯著提升，強(qiáng)度指標(biāo)及延伸率顯著提高。

WE-VFFM/系列旋壓機(jī)結(jié)構(gòu)

旋壓機(jī)主要由本體機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)以及安全防護(hù)系統(tǒng)組成。機(jī)械系統(tǒng)由機(jī)身、主軸傳動(dòng)系統(tǒng)、旋輪進(jìn)給系統(tǒng)、尾頂系統(tǒng)組成。WE-VFFM/32030 型旋壓機(jī)機(jī)身采用立式品字形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)很好地改善了主軸受力狀態(tài)；旋壓機(jī)尾頂采用四柱導(dǎo)向中心油缸驅(qū)動(dòng)，具有同步性好、尾頂運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)無(wú)爬行的特點(diǎn)；旋壓機(jī)的主軸為具有同步控制功能的雙大功率伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過同步帶帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，由于主軸傳動(dòng)采用閉環(huán)控制，所以主軸啟停位置精準(zhǔn)的特性可滿足特殊輪形的旋壓工藝；旋輪的雙向進(jìn)給（徑向和軸向進(jìn)給）均采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過精密減速機(jī)和同步帶帶動(dòng)大型滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)的高剛度和傳動(dòng)的高精度保證了旋輪進(jìn)給的精準(zhǔn)；旋輪帶有液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，可保證旋輪與工件接觸時(shí)具有較小的線速度差，WE-VFFM 系列旋壓機(jī)結(jié)構(gòu)詳見圖4。

WE-VFFM/32030 型旋壓機(jī)伺服控制系統(tǒng)

WE-VFFM/32030 型強(qiáng)力旋壓機(jī)以西門子840D sL 為核心數(shù)控單元，控制系統(tǒng)主要由CNC、HMI、PLC、611D 驅(qū)動(dòng)等模塊構(gòu)成，屬于多軸閉環(huán)位置控制系統(tǒng)?；谖鏖T子840D 二次開發(fā)了多數(shù)控軸間的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)控制與多通道之間協(xié)調(diào)通訊控制程序，實(shí)現(xiàn)了鋁合金強(qiáng)力旋壓機(jī)的8 個(gè)伺服軸、4 個(gè)工作通道協(xié)調(diào)工作；該機(jī)在故障檢測(cè)、報(bào)警以及安全保障方面均有完善的軟件與硬件支持，及時(shí)準(zhǔn)確地提供安全提示信息與安全報(bào)警信息，不僅在控制系統(tǒng)硬件上配有針對(duì)操作人員與設(shè)備的安全保護(hù)，而且還配有基于網(wǎng)絡(luò)的多臺(tái)機(jī)的安全保護(hù)鏈路，在硬件上支持整條生產(chǎn)線的安全保護(hù)。

WE-VFFM/22030/33850 型旋壓機(jī)基本參數(shù)

為了適應(yīng)超大規(guī)格車輪的旋壓需求，我們又聯(lián)合研發(fā)了WE-VFFM/33850 型3 旋輪強(qiáng)力旋壓機(jī)。該壓機(jī)具有超大直徑、超寬輪寬和超厚壁厚毛坯的旋壓能力，生產(chǎn)效率可實(shí)現(xiàn)45 秒生產(chǎn)1 件轎車車輪，60 秒生產(chǎn)一件重卡車輪，旋壓車輪范圍：14 ～30/4 ～18英寸(直徑/輪寬)，性能參數(shù)見表1。

WE-VFFM/系列旋壓機(jī)的顯著特點(diǎn)

與進(jìn)口相比，國(guó)產(chǎn)化的旋壓機(jī)其優(yōu)異之處體現(xiàn)在以下幾方面：

⑴具有冷熱旋雙功能，既滿足鋁合金鍛造車輪的冷旋要求，又滿足鋁合金鑄旋車輪的熱旋要求。

⑵重載荷能力強(qiáng)，毛坯壁厚可達(dá)50mm。

⑶既可用于轎車輪輞旋壓，又可用于重卡車輪輞旋壓，最大加工范圍30英寸×18英寸(直徑×輪寬)。

⑷旋輪可實(shí)現(xiàn)雙向旋壓，既可向下旋壓，又可向上旋壓，適合于H 型車輪的輪輞旋壓。

⑸具有旋輪微量潤(rùn)滑功能，旋輪的潤(rùn)滑油用量每件＜1mL，相比進(jìn)口設(shè)備，潤(rùn)滑劑使用量大幅度減少。

⑹具有旋輪快換功能，旋輪更換過程簡(jiǎn)單、更換速度快，保證了車輪產(chǎn)品連續(xù)性加工的生產(chǎn)效率。

⑺具有主軸精準(zhǔn)啟停功能，滿足特殊輪形的旋壓加工。

表1 鋁合金車輪強(qiáng)力旋壓機(jī)性能參數(shù)

⑻生產(chǎn)效率高，45 秒生產(chǎn)1 件轎車車輪，60 秒生產(chǎn)一件重卡車輪。

應(yīng)用實(shí)例

⑴鋁合金車輪強(qiáng)力旋壓機(jī)已成為燕大現(xiàn)代集成制造的定型產(chǎn)品之一，在河北、山西、福建、浙江、內(nèi)蒙、江蘇、湖北、湖南等地已累計(jì)推廣應(yīng)用生產(chǎn)線20余條，設(shè)備各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到或超過國(guó)際先進(jìn)水平。

⑵WE-VFFM/33850 型旋壓機(jī)在鍛旋鋁合金車輪生產(chǎn)線中的應(yīng)用。繼美國(guó)、德國(guó)之后，我公司于2004 年引進(jìn)鍛造車輪生產(chǎn)線，2006 年引進(jìn)國(guó)產(chǎn)化鍛造鋁合金車輪自動(dòng)化生產(chǎn)線（圖5）。旋壓成形是鋁合金車輪鍛旋工藝的重要工序，旋壓工序是對(duì)輪輞部位組織的進(jìn)一步細(xì)化，性能顯著提高，采用鍛旋工藝與傳統(tǒng)低壓鑄造工藝生產(chǎn)車輪對(duì)比見表2。

經(jīng)濟(jì)效益及節(jié)能節(jié)材效果

⑴經(jīng)濟(jì)效益。與引進(jìn)的同類設(shè)備相比，研發(fā)的國(guó)產(chǎn)化強(qiáng)力旋壓機(jī)可節(jié)省大量資金，作為核心裝備之一，已推廣建立近30 余條鍛造和鑄旋鋁合金車輪生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線產(chǎn)值均在億元以上。

⑵節(jié)能節(jié)材效果。生產(chǎn)的鋁合金鍛造卡車車輪與傳統(tǒng)的鋼質(zhì)車輪相比，最大減重50%，對(duì)于大型車輛的輕量化、節(jié)能效果顯著，旋壓工藝還使輪輞延伸率指標(biāo)成倍提高，從而顯著提高了汽車行駛的安全性。

表2 鍛旋工藝與低壓鑄造工藝產(chǎn)品對(duì)比

結(jié)束語(yǔ)

智能化是旋壓機(jī)發(fā)展的必然趨勢(shì)，在旋壓工藝方面，由于旋壓成形工藝過程在數(shù)學(xué)上屬于幾何、物理和接觸摩擦三重非線性問題，如何確定合理的旋壓工藝參數(shù)，目前還存在問題，將數(shù)值模擬方法與旋壓參數(shù)相結(jié)合，制定虛實(shí)結(jié)合的工藝參數(shù)定參方法，實(shí)現(xiàn)旋壓參數(shù)的智能化調(diào)整，對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)具有指導(dǎo)作用。隨著網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的發(fā)展，在設(shè)備維護(hù)和技術(shù)服務(wù)方面，基于互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)設(shè)備單元遠(yuǎn)程故障診斷、遠(yuǎn)程監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)于提高服務(wù)質(zhì)量具有重要作用。