1 前言

　　鋁合金輪轂有重量輕、成本低、強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，而且鋁有較強(qiáng)的導(dǎo)熱性能，可大大延長汽車、摩托車輪胎使用壽命，特別是高負(fù)載卡車輪胎的壽命。（根據(jù)歐洲車輪生產(chǎn)商“ALCOA”公司測試數(shù)據(jù)，鋁合金輪轂使輪胎最長可延長20%的使用壽命）。

　　2課題的提出

　　近年來，隨著國際市場上車輪生產(chǎn)廠商生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)，歐美車輪行業(yè)逐步用強(qiáng)旋鋁合金輪轂取代傳統(tǒng)的車輪生產(chǎn)工藝，國內(nèi)車輪行業(yè)也在朝著先進(jìn)的鋁合金車輪生產(chǎn)工藝方面發(fā)展。下面是某廠商需要訂做的典型車輪輪轂（圖1）。輪轂材料為6061合金鋁，（相當(dāng)于國內(nèi)牌號LD30）。

　　3 輪轂旋壓加工設(shè)備

　　PT30501CNC雙輪臥式強(qiáng)力旋壓機(jī)，旋壓加工工件的直徑范圍φ100~φ1000mm，旋輪縱向行程1900mm，最大旋壓力30噸。這些機(jī)床參數(shù)說明該臺旋壓機(jī)滿足輪轂強(qiáng)力旋壓工藝要求。

　　4 鋁合金輪轂旋壓工藝方案

　　4.1 輪轂材料6061合金鋁的旋壓性能分析

　　6061鋁合金屬于Cu-Mg-Si-Mn系鋁基合金，其化學(xué)成份如下：

　　Cu-0.15%~0.4%，Mg-0.45%~0.9%，Si-0.4%~0.8%，Mn-0.15%；該種材料在固溶時(shí)效狀態(tài)下的機(jī)械性能指標(biāo)為：

　　σb≥320Mpa，δ5≥12%，ψb≥25%，HB≥120。

　　因此，6061合金鋁在固溶時(shí)效狀態(tài)下的可旋性指標(biāo)值——單道次極限減薄率為：

　　φmax=ψb/（0.17+ψb）×100%=0.25/（0.17+0.25）×100%=60%。

　　這個(gè)指標(biāo)值說明它的可旋性比高強(qiáng)度鋼的可旋性要差一些，旋壓工藝中，必要時(shí)應(yīng)適當(dāng)加熱，工件加熱溫度310℃~350℃。另外，為提高鋁合金的可旋性，可適當(dāng)加入一些礦物元素——銻和鍶（0.02%）。

　　4.2輪轂旋壓工藝方案的選擇

　　像這種對稱式碟形輪轂，旋壓工藝方式一般可采用取板材劈開式旋壓或用鑄（鍛）件毛坯進(jìn)行強(qiáng)力旋壓成型兩種工藝方式。劈開式旋壓工藝是將圓盤狀板坯用劈開輪通過分層工藝，使毛坯在中部被劈成兩個(gè)等分，之后，再用成型輪漸進(jìn)普旋成型即可；強(qiáng)旋工藝是將鑄鋁毛坯或鍛造毛坯進(jìn)行若干道次的強(qiáng)旋成型工藝，旋壓達(dá)到輪轂型面尺寸要求，強(qiáng)旋工藝生產(chǎn)出來的輪轂重量比鍛造輪轂重量可減輕大約25%，這是因?yàn)閺?qiáng)旋工藝可旋制出變截面厚度，在滿足車輪強(qiáng)度指標(biāo)要求的前提下，可適當(dāng)減薄輪轂厚度。

　　由于我廠的PT30501CNC機(jī)床縱橫向滾珠絲杠成75°夾角，當(dāng)旋輪編程軌跡只沿工件徑向移動時(shí)，機(jī)床實(shí)際運(yùn)動過程中旋輪在軸向有分位移，使得旋壓加工過程中劈開輪外緣端面受到一定的軸向壓力，它的反作用力直接作用于機(jī)床滾珠絲杠傳動部分，影響機(jī)床使用壽命及精度，因此，這種結(jié)構(gòu)形式不利于輪轂劈開式旋壓。根據(jù)以上分析，我們選擇強(qiáng)力旋壓工藝來成型這種對稱式碟形鋁輪轂。

　　4.3 輪轂強(qiáng)旋工藝路線

　　精密鍛造毛坯第一道次強(qiáng)旋 第二道次強(qiáng)

　　旋成型轉(zhuǎn)數(shù)控車間機(jī)加成輪轂成品。

　　5.工藝方案實(shí)施過程

　　5.1工裝設(shè)計(jì)

　　旋壓芯模材料選用，型面光潔度Ra0.4~Ra0.8um；成型旋輪預(yù)成型角°，圓角半徑mm，材料選用，熱處理硬度。

　　5.2旋壓毛坯設(shè)計(jì)

　　用實(shí)體造型軟件（Solidworks，MastCAM等）繪制輪轂旋壓件實(shí)體造型，并求其金屬體積。依據(jù)體積不變性設(shè)計(jì)計(jì)算模鍛件旋壓毛坯。

　　5.3 強(qiáng)旋工藝實(shí)施效果

　　第一道次旋壓工藝參數(shù)：S=0r/min，進(jìn)給比F=0mm/r，第二道次強(qiáng)旋工藝參數(shù)：S=0r/min，F(xiàn)=0mm/r。

　　工藝試驗(yàn)初期，用R15成型輪進(jìn)行兩道次強(qiáng)旋成型，試驗(yàn)過程中產(chǎn)生堆積起皮，拉裂缺陷。隨后，將Rmm輪改為R成型輪，并且增大了旋壓芯模上過渡圓角半徑，起皮、拉裂缺陷得到了消除。我們認(rèn)為這種堆積、起皮缺陷主要是由于旋壓輪成型圓角半徑偏小且無預(yù)成型角，旋壓成形時(shí)，金屬受力面積較小，部分金屬無法參與變形，加之工件型面復(fù)雜，材料變形時(shí)流動不暢；坯料底部Rmm圓弧破裂主要是由于旋壓毛坯和模胎在該處的圓角半徑Rmm太小，導(dǎo)致變形過程中應(yīng)力集中較為嚴(yán)重，并且該處材料變形率最大，達(dá)到65%左右，已經(jīng)超過了6061鋁合金（LD30）的旋壓極限減薄率60%，致使加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重。

　　上述試驗(yàn)分析表明最初的旋壓毛坯，旋壓模胎存在一定的設(shè)計(jì)問題。旋壓毛坯應(yīng)在滿足工件金屬體積要求的前提條件下，適當(dāng)減小旋壓成型部位的金屬厚度（也就是在保證金屬體積不變的前提下增大坯料高度，減小坯料外徑），以此降低旋壓減薄率，減小旋壓加工硬化問題；旋壓模胎型面上過渡圓角半徑普遍偏小，且加工的型面光潔度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的Ra0.8mm。根據(jù)前面旋壓工藝試驗(yàn)的結(jié)果和質(zhì)量分析，我們對后面試驗(yàn)件的旋壓工藝方案做出了適當(dāng)調(diào)整，變?nèi)来螢槎来涡龎海尚托喚肦mm。堆積、起皮缺陷基本上得到了解決，但工件大端內(nèi)外型面均出現(xiàn)了撕裂現(xiàn)象。我們認(rèn)為，該現(xiàn)象出現(xiàn)是由于該部位材料在兩道次旋壓過程中均是處于不完全貼模的普旋成型，金屬之所以能夠向前延伸，是由于旋輪帶著坯料表層金屬向前移動，材料內(nèi)部就產(chǎn)生了拉應(yīng)力，而不是承受壓應(yīng)力狀態(tài)。針對工件撕裂問題，我們將旋輪預(yù)成型角由°改為°，旋壓毛坯外徑由φ427mm改為φ421mm，依此來減小旋壓變形區(qū)域材料厚度，降低道次減薄率。還對旋壓輪的運(yùn)動軌跡作了修正，使材料流動更為通暢，工件破裂問題得到了解決。

　　將輪轂旋壓件進(jìn)行固溶時(shí)效熱處理，保證得到形狀和尺寸較為穩(wěn)定鋁合金輪轂產(chǎn)品，同時(shí)提高輪轂的機(jī)械性能。

　　6.結(jié)論

　　利用強(qiáng)旋工藝方案在PT30501CNC雙輪臥式強(qiáng)力旋壓機(jī)上旋制6061鋁合金輪轂是切實(shí)可行的，但是，必須設(shè)計(jì)制造出合理的旋壓芯模和旋輪，并選取合理的旋壓工藝參數(shù)，才能解決輪轂旋壓過程中出現(xiàn)的堆積、起皮和破裂等缺陷。