熱旋壓對鋁車輪輪輞性能影響的試驗研究

2012-10-23 05:50:38張立娟

制造技術與機床 2012年7期

張立娟

（中國環境管理干部學院環境工程系，河北秦皇島 066004）

車輪是汽車的一個重要安全件，車輪性能的好壞直接影響到汽車性能和品質，關系到汽車的行駛安全和乘客的人身安全。鑄造鋁合金車輪具有散熱快、質量輕、舒適性好、美觀等特點，已在轎車領域中廣泛應用。

旋壓鋁車輪由于不受尺寸制約、產品美觀、性能良好、安全性高、節省材料等因素，是目前最受關注的一種車輪加工方法，并屬先進成形技術。車輪正面采用低壓鑄造，輪輞經過熱旋壓成形，在組織上有明顯的纖維流線，大大提高了車輪整體強度和耐腐蝕性［1］。

文獻［2－8］僅對鋁合金車輪旋壓成形方面影響較大的工藝參數，如旋壓道次匹配、旋輪形狀、旋輪進給速度、旋壓力等分別進行了模擬分析和試驗研究，得出了一系列重要結論。而上述研究均未對車輪經旋壓后的輪輞性能進行分析和研究，而對輪輞性能的研究能夠有利于提高車輪的安全性和車輪減重。影響鋁合金車輪輪輞性能的工藝參數很多，如旋壓總變形量和道次減薄率，熱處理固溶、時效溫度與時間，涂裝工藝等。本文就旋壓工藝中的總變形量和道次減薄率對輪輞力學性能的影響進行了試驗分析。

1 總變形量影響

旋壓是一種綜合了鍛造、擠壓、拉伸、彎曲、環軋、橫軋和滾擠等工藝特點的少無切削加工的先進工藝，車輪旋壓是將金屬回轉鑄造毛坯利用尾頂壓緊在旋壓機下模上，由主軸帶動下模和坯料旋轉，同時旋壓滾輪從毛坯一側將材料擠壓在旋轉的下模上，使材料產生逐點連續的塑性變形，從而獲得車輪旋壓毛坯。

1.1 熱旋壓試驗

為了明確熱旋壓對輪輞性能的實際影響，制定了如表1所示的試驗方案，并對試驗后的樣塊進行了組織和力學性能檢測。測試結果如圖1、圖2所示。

表1 試驗方案

1.2 結果分析

通過金相組織電鏡掃描觀察（圖1）和拉伸力學性能測試（圖2），系統研究了不同的熱旋壓變形量對輪輞組織性能的影響，初步明確了熱旋壓變形在提高車輪力學性能中的作用。

從圖1和圖2中可以看出，熱旋壓的主要作用是使得共晶Si相由原先的網狀分布，變成帶狀分布，而且共晶Si顆粒更加圓整化，分布更彌散化，因此大大提高了材料的延伸率，由鑄態時的5%可提高到17%，而旋壓后強度較鑄態時略有下降，這是由于高溫導致析出強化相長大或部分溶解所致;而T6熱處理后，旋壓使得材料的抗拉強度和延伸率均有明顯提高，屈服強度無明顯變化。因此熱旋壓變形的主要作用為提高材料的延伸率，同時提高熱處理后的抗拉強度，這是由于變形可促進Mg2Si強化相的析出;同時從圖2中可以看出，熱旋壓變形量（減薄率）超過30%時才對材料的性能起到明顯的作用，因此如何保證坯料的變形均勻性并使得各處的變形量（減薄率）均達到30%時發揮熱旋壓變形作用的關鍵。

對總變形量的研究，可以按照不同要求進行毛坯輪輞厚度設計，目前設計均保證變形量（減薄率）在65%以上。

2 道次減薄率的影響

上述從總變形量分析了輪輞性能的影響，而實際上為了避免車輪旋壓毛坯產生起皺和破裂，根據其變形程度，將變形過程分為三道次進行，即3個旋輪逐次做進給運動，且每次進給均給以一定的進給量。正如圖3旋壓成形示意圖所示，各道次旋輪沿不同旋壓軌跡進給。

不同旋壓道次的變形存在共性，整個壁厚上存在變形的不均勻性，導致了輪輞性能在旋壓毛坯厚度處存在差異性。旋壓變形主要集中于外表面，而表面很薄的集中變形區在隨后的機加過程中很容易被機加掉，因此如何提高厚度上的變形均勻性，讓中間和接近內表面的金屬也參與變形是調整工藝要實現的關鍵。表2為輪輞厚度不同部位性能，圖4、5為不同厚度的拉伸試樣。