試論汽車鋁合金輪轂模具及數控的工藝優化設計

王　斌,陳偉平

（陜西黃河工模具有限公司,西安　710043）

試論汽車鋁合金輪轂模具及數控的工藝優化設計

王斌,陳偉平

（陜西黃河工模具有限公司,西安710043）

摘要：鋁合金汽車輪轂作為汽車的重要部件之一，隨著汽車的快速發展，汽車輪轂逐漸由鋼制輪轂轉向鋁合金制造輪轂，輪轂的質量也獲得不斷提高。高質量的模具是確保輪轂產量的提增的關鍵，越來越多的汽車輪轂廠家越來越注重汽車輪轂模具的設計和加工，但由于汽車輪轂模具的制造精度相對較高，加工工藝難度大，本文就鋁合金汽車輪轂模具在數控編程加工過程中通過一系列優化措施包括進行刀具選取、工藝編排、刀路設置方面的運用策略，使數控加工程序得以優化，從而提升汽車輪轂模具質量，確保汽車鋁合金輪轂生產效率得以提高。

關鍵詞：鋁合金輪轂；數控加工；模具；優化措施

鋁合金汽車輪轂通常用壓鑄模具，即我們常說的輪轂模具生產。針對汽車輪轂模具的加工，要充分考慮鋁合金汽車輪轂特點，要合理對加工刀路進行設置，從而確保模具表面精度和尺寸精度，同時提高設備利用率，要盡可能的減少刀具和機床的磨損。以下就鋁合金汽車輪轂模具的加工工藝并針對加工刀路設置提出了工藝方案的優化。

1　汽車鋁合金輪轂設計

以往傳統的汽車輪轂材質均是鋼制，雖然鋼制輪轂與鋁合金輪轂相比成本較低低，但綜合從汽車整車性能而言比較，鋁合金輪轂要優于鋼制輪轂很多方面，如：重量輕、散熱快、安全性能高、駕駛性能好、外觀多變美麗，更適應現代化整車的要求等。由于汽車鋁合金輪轂比鋼制的車輪至少輕30～40％，因此，相應汽車自重，減輕燃油效率就可提高，尾氣排放也將大大減少。另外，傳統汽車鋼制輪轂散熱效果相比鋁合金輪轂而言要弱化很多，長時間駕駛中高熱量不能及時散去，極易造成加大輪胎和制動裝置的損耗，同時增加交通事故危險的發生概率，由于汽車鋁合金輪轂諸多的優點已經成為了日后汽車輕量化發展的必然趨勢。

1.1汽車鋁合金輪轂相關的基礎裝配

輪轂的設計要充分考慮要裝配的車型風格進行設計，在對客戶進行造型設計的過程中還要考慮裝車時輪胎與輪轂的裝配，好的輪轂設計要精確各項數值把握好輪轂與整車以及輪胎之間的轉配關系，否則就會對汽車裝車造成干涉甚至導致無法裝配。

1.2汽車鋁合金輪轂設計的重要參數

汽車輪轂又被俗稱為輪圈，是汽車車輪周邊安裝輪胎的重要部件。輪轂規格的寬度和直徑通常用英寸來表示。汽車輪轂又分為正向輪轂和反向輪轂。汽車輪轂的選用要考慮汽車整車裝配、車輪形狀以及輪緣深度等參數來最終確定選型。

1.3汽車鋁合金輪轂中間轂部分設計

（1）安裝盤直徑設計：安裝面主要是指汽車車輪與車軸之間的連接的部分，對安裝盤直徑進行設計時要充分考慮車輪與車軸兩個連接面的合理配置問題，實際設計中應確保車輪安裝盤的直徑要比車軸的連接面略小一些。

（2）安裝盤平面度設計：在進行安裝盤平面進行設計時，要確保考慮到安裝面的防松和螺栓的受力情況，當安裝面無螺栓孔沉孔結構時，設計的安裝面平面應確保能夠向內凹，通常實際針對平面度的安裝盤會有三種設計：①安裝面的平面度不超過0.1mm，且不凸出；②從安裝面邊緣向中心孔內凹0.2°的斜面，或從安裝面邊緣到中心孔倒角內凹；③安裝面會加深度0.5mm的防松槽。

2　汽車鋁合金輪轂模具的加工工藝分析

由于汽車輪轂模具尺寸較大，因此，建議用直徑大于30mm以上的刀具，盡量要用合金圓鼻刀如φ30R5，由于這類刀具更加耐用，效率相對較高。如因大小凹槽因寬度不夠，若實際過程刀具無法下行，此時應換較小的刀進行局部清理殘料，如還有局部地區留料較多，需再局部清理殘料，可以再局部半精一下，以確保精加工刀具的受力均勻，從而獲得模具表面更高的加工質量，最后應用較大的球刀對上部分曲面進行精加工，應用小球刀對較小內圓角曲面進行精加工，針對較陡的曲面最好應用中φ20R0.8的合金圓鼻刀進行加工，加工方式可以采用等高外形方式，以期獲得最佳效果這樣效果極佳。

當進行鋁合金輪轂模具設計還要采用Pro/E提供NC加工模塊，要確保設置好NC加工所需的各項參數，要針對性的進行鋁輪頂模的加工工藝選定并制定相應工藝，除此之外，還會要考慮其它幾個方面：

（1）輪轂模具毛坯的加工余量是否留待充分，要確保進行批量生產時，毛坯余量是否確保穩定，在進行數控加工過程中，各個工件的加工面是否都有較為充分的余量。

（2）對模具毛坯余量的大小以及其均勻性進行充分考慮。由于不同類型的零件均要選用對應的數控機床進行工藝的加工，因此，在進行加工工序的安排時要依據零件結構和毛坯實際參數進行，要考慮定位安裝和夾緊，特別是要確保工件剛性不會受到破壞和造成制約加工工藝的影響。

3　汽車輪轂模具底模數控的加工工藝流程

模具底模作為鋁輪擠壓鑄造裝備的關鍵零件，模具底模加工質量將影響汽車輪轂模具的裝配質量，同時還關系到鋁輪毛坯的生產質量，并最終影響到汽車的整體安全行駛性能。因此，底模的主要加工技術要求為底模與側模配合處的尺寸精度要確保在一定數值范疇內，通常設計參數選擇為h8，底模工作部分的表面粗糙度為Ra0.8，當擠壓面的表面質量要求相對較高時，其工作表面的參數可選取Ra0.2～0.8底模工作，另外，要確保表面不允許有任何的表面缺陷，如裂紋、發裂、剝落及各種孔洞底模導入處，不能有明顯的接刀痕跡，底模在進行第一次粗加工后再進行一次去應力退火，半精加工后在對其進行調質處理。

4　總結

通過對鋁合金汽車輪轂模具數控加工工藝的研究，表明針對鋁合金汽車輪轂模具的特點，進行必要合理的加工刀路設置，采用CAD設計和CNC數控加工制造方式能更有效的提高汽車輪轂模具的質量、精度和生產效率。

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