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铝合金车轮的通常制造工艺

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-09-29  浏览次数:23
核心提示:整体式铝合金车轮的生产工艺主要有两种,即铸造工艺和锻造工艺。目前最普遍的是铸造铝合金车轮,约占到产品总量的95%。锻造铝合
       整体式铝合金车轮的生产工艺主要有两种,即铸造工艺和锻造工艺。目前最普遍的是铸造铝合
金车轮,约占到产品总量的95%。锻造铝合金车轮较铸造铝合金车轮机械强度更高、抗疲劳性更好,但由于工艺投资大、成本高、因而还不能大面积推广。
 
3.1.1锻造工艺及其特点
    锻造成形目前有两种工艺,一是常规锻造法,即以铸造圆锭坯或挤压锭坯为坯料,经热锻、热处理、机械加工、表面处理、检验合格后即为成品轮毂;另一种是半固态机锻法,即铸坯在含有30%~50%液体状态下在专用锻压机上一次快速成形,此工艺的关键是必须制取细小的均匀的球形晶粒锭坯,然后按所需质量锯切成坯料,严格控制加热温度,将坯料加热到半固态,此项工艺在美国和德国于上世纪已进入商业化生产,同一规格的锻造铝合金轮毂的力学性能比铸造轮毂高18%以上,因而重量可比铸造轮毂减轻15%。
    总体来说锻造铝合金车轮的品质是所有制造工艺中最好的,锻造车轮有高密度的金属晶体组织和良好的机械性能、重量轻、比强度高、表面质量高,其缺点是制造成本高,需要有较大吨位的热模锻设备,大量的后处理设备,因此设备投资大,因而国内很少有利用锻造法制造铝合金车轮。当前,锻造铝合金轮毂的75%是美国铝业公司生产的,基本上垄断了全世界的卡车、大型客车的机锻铝合金轮毂生产[6]~[7]。
 
3.1.2铸造工艺及其特点
    铝合金车轮需要具有较高的机械强度及疲劳强度和韧性指标(铝合金车轮材料的试棒标准为试棒经T6热处理后应达到:抗拉强度>214Mpa,伸长率>4%,硬度>60HBS[5]),因此铸造工艺采取特殊的铸造、加工及热处理工艺来实现。生产铝合金车轮的铸造工艺主要有低压铸造、重力铸造和挤压铸造三种铸造形式。其中低压铸造是铝合金车轮铸造工艺中的主要铸造技术,目前世界铝轮生产普遍采用低压铸造,我国大多数车轮制造厂家也都采用了低压铸造技术,约占全部产量的80%[8]以上。
低压铸造这一技术已相当成熟,其成本比重力铸造稍高。但是,低压铸造工艺受本身条件(壁厚、致密性、强度)所限,较难满足18英寸以上车轮,特别是电镀、抛光等特种涂装工艺涂前表面质量的处理要求。其流程一般为:
    模具清扫→模具控温→喷膜→合型熔料→熔化、精炼→变质、除气、调温→升压→充型保压→凝固→去压→松型、开模取铸件→整形清理→初检。
其中的熔炼是铸造生产的关键工序,由于铝合金在高温下会因氧化、吸气而造成烧损,夹渣、氧脆等缺陷,必须在工艺上采取合理的熔炼工艺,熔化过程要添加适量的熔剂,精炼时要通入净化气体去渣、排氧,添加变质剂,细化晶粒。重力铸造是历史最久、成本最低、工艺最简单的铸造技术。重力铸造的缺点是金属晶粒粗大、强度较差、表面处理工作量大。现在采用此工艺的厂家较少,做得最好的是日本的EmKei(远轻),国内也有部分生产厂家采用这种工艺,约占其全部产量的20%。这种工艺早期被采用,现在已趋于淘汰。
    挤压铸造挤压铸造产品的表面及内部组织近似于锻造,机械强度也接近锻件。挤压铸造也称为液态模锻,是一种集铸造和锻造特点于一体的工艺方式,其中又分为复合挤压铸造、正挤压铸造、两次挤压铸造、反挤压铸造等多种形式,共同特点是:铸件表面光洁、金相组织、各种机械性能接近于锻件,不需复杂的表面加工就可以镀铬,镀铬成本较低、镀铬增加重量少。日本的UBE(宇部兴产株式会社)是这一工艺做得最成功的厂家,国内有一些小厂采用这种工艺生产摩托车铝合金车轮。
铸造铝合金汽车车轮热处理工艺一般分为固熔处理、不完全时效处理和完全时效处理三个阶段,典型的铸造铝合金热处理工艺流程一般为:工件加热→保温→水冷→加热→保温→空冷→检验。以保证材料机械性能,获得具有足够强度,并保持高的塑性的铸件[9~[10]]。
 
3.1.3其它新型工艺
(1)旋压和流动旋压的复合工艺
    近年来,复合旋压和流动旋压技术广泛地应用于生产具有复杂几何尺寸的零件。由于整体轮毂的成本低,欧洲首先发展了劈裂、普通旋压和流动旋压合成的工艺来生产内轮毂和铝合金轮边缘,如图1所示为一种典型的铝合金(A5351)经复合成形工艺制造车轮的截图。
(2)辗-旋复合成型工艺
    将带有V形槽的毛坯用左半芯模和右半芯模夹紧,经辗压轮的纵向进给,圆形坯被辗压成两部分,毛坯呈“工”形。毛坯被辗压的部分用来旋制轮辋,毛坯中未被辗压的部分即为轮辐和轮毂,[11]~[13]。旋压技术已经在欧美、日本等发达国家的车轮制造领域应用较广,其中以德国的技术水平最为成熟,通过对国外各大数据库的检索知,国外关于该工艺理论已有了较深的研究,实际运用也较广[14]。国外利用该工艺进行生产可以分为两种情况,一是一次性成形整个车轮,如HeyesLemmerz(海斯、莱莫斯,美国);Superior(超级工业国际公司,美国);Ronal(德国罗那公司)等大型车轮制造公司都采用了辗-旋复合成形工艺和相类似的工艺进行生产成形整体式车轮[5]。另外一种情况是利用该工艺单独成形轮辋、轮毂或轮辐,然后通过焊接或螺栓联结的方式组装成车轮,如德国的LEICO,西班牙DENN等公司,日本Topy和美国Arvin2Meritor已掌握了这项技术[15]~[16]。
 
 
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