鋁合金輪轂雙向旋壓成型工藝

黃淵

摘 要：本文論述將重力鑄造鋁合金輪轂雙向旋壓成型工藝的優(yōu)缺點，相應(yīng)的輪轂成品，模具設(shè)計要點以及后續(xù)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：鋁合金輪轂；雙向旋壓；模具共用

中圖分類號：TG335 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0.引言

目前鋁合金輪轂有不同的生產(chǎn)方法，較常見的有重力鑄造、低壓鑄造、鑄造旋壓、鍛造等，其中重力鑄造成本較低，但組織致密性以及材料強(qiáng)度也較低；鍛造成本較高，但組織致密性以及材料強(qiáng)度也較高；鑄造旋壓在成本略微增加的基礎(chǔ)上使輪轂輪輞部有接近鍛造圈的髙強(qiáng)度，是性價比較高的鋁合金輪轂生產(chǎn)方案。目前鋁合金輪轂鑄造旋壓工藝基本都是向輪輞部內(nèi)側(cè)一個方向進(jìn)行旋壓（以下簡稱單向旋壓），在此基礎(chǔ)上，我司經(jīng)過不懈的努力，終于研發(fā)成功了雙向旋壓成型工藝（以下簡稱雙向旋壓），取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

1.鋁合金輪轂雙向旋壓工藝與單向旋壓工藝對比

1.1 單向旋壓和雙向旋壓的工藝差異

如圖1、圖2所示，單向旋壓和雙向旋壓的最大區(qū)別在于傳統(tǒng)的單向旋壓通過胚料向輪轂內(nèi)側(cè)進(jìn)行旋壓來制作不同胎寬的輪轂，而雙向旋壓通過胚料向輪轂內(nèi)同時進(jìn)行旋壓來制作不同的胎寬的輪轂，旋壓設(shè)備如圖3和圖4所示。

1.2 雙向旋壓的優(yōu)點

由于成型方法的不同，單向旋壓相對雙向旋壓最大的不足之處在于輪轂如需不同深度，則需不同鑄造模具進(jìn)行鑄造成型，其次，單向旋壓由于正面耳部無旋壓效果，組織致密性不夠，材料強(qiáng)度較弱，易發(fā)生強(qiáng)度不足以及漏氣的問題，所以通常厚度需增加，增加了材料成本的同時，增加了輪轂的整體重量。雙向旋壓有效彌補(bǔ)了雙向旋壓的以上不足，多個胎寬可共享同一個鑄造模具，可節(jié)約大量模具費用。同時，由于旋壓工藝對鋁材強(qiáng)度的提升，可以減少輪輞前部的厚度，減少鋁料成本。

（1）模具成本差異。以我司某系列輪轂為例，采用單向旋壓與雙向旋壓方案模具，僅一個系列的輪轂即可節(jié)約50萬元模具費用，2016年我司開發(fā)了7個系列的模具，節(jié)約成本約300萬元，產(chǎn)生了極大的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）減少鑄件庫存成本。雙向旋壓由于采用同一鑄件旋壓成為不同胎寬規(guī)格的輪轂，所以可以大大節(jié)約鑄件的庫存量，只需鑄造一種鑄件，再根據(jù)客戶訂單需求旋壓即可，大大節(jié)約了庫存費用，減少了庫存風(fēng)險。

（3）鋁料成本差異。由于雙向旋壓工藝可以對輪輞前后部分進(jìn)行旋壓，重量上每顆輪轂可節(jié)約重量約0.15kg，以一年4萬顆訂單量計算，節(jié)約鋁料6t，以1噸1.3萬元計算，每年節(jié)約鋁材成本約7.8萬元。

1.3 雙向旋壓的缺點

雙向旋壓作為一種新工藝，同樣也存在一些缺點，主要缺點如下：

（1）加工定位較困難。由于雙向旋壓輪輞部前后都經(jīng)過旋壓，所以輪輞部沒有較可靠的定位點，目前只能通過旋壓模具成型面進(jìn)行定位，定位效果不是太理想，需要增加余量克服，會導(dǎo)致切削量增加，二次鋁料增加，抵消了一部分減重帶來的效益。

（2）適用的輪輞造型存在一定局限。由于雙向旋壓前后都需要旋壓，所以適用于正面有一定深度的輪轂輪輞造型，目前設(shè)計要求正面深度至少有1英寸（25.4mm）以上。

2.輪轂成品設(shè)計以及模具設(shè)計要點

2.1 輪轂成品設(shè)計要點

（1）輪轂成品正面深度要求。為確保輪轂正面可旋壓，需確保輪轂正面最小深度1英寸（25.4mm）以上，如圖5所示。

（2）輪轂成品裝車空間確認(rèn)。由于雙向旋壓成品正面有一定深度，會造成輪轂背面安裝剎車谷/剎車卡鉗的空間相應(yīng)減小，所以需特別注意輪轂成品背面裝車空間的確認(rèn)，根據(jù)不同的裝車車型確認(rèn)裝車空間，如圖6所示。

（3）輪轂耳部造型需考慮旋壓工藝成型性能。一般要求輪轂正面耳部內(nèi)側(cè)R角在R10或以上，太小的R角會造成旋壓過程中擠壓不到位，造成成型不良。

（4）輪轂輪輻部分應(yīng)盡量與輪輞部分垂直。雙向旋壓要求輪輞前后部分都通過旋壓模具成型，所以特別注意輪輻部分需給旋壓模具留有足夠的空間，建議輪輻部分盡量與輪輞部分垂直，以便給旋壓模具留出最大的設(shè)計空間。

（5）輪輻部分造型盡量選擇較寬的造型，高度盡量一致。如前所述，雙向旋壓的定位困難，造成相對變形量較大，所以輪輻部分造型盡量選擇較寬的造型，可以減少變形量，弱化變形造成的差異。盡量避免選擇高低造型的輪輻，以免因變形造成高低輪輻的落差變化，影響外觀。

2.2 雙向旋壓輪轂胚料鑄造模具設(shè)計要點

（1）鑄造模具設(shè)計應(yīng)嚴(yán)格遵循鑄造原理。由于雙向旋壓成品設(shè)計與單向旋壓產(chǎn)品設(shè)計有所不同，模具的設(shè)計上也會有所不同，但無論何種原因，都要確保胚料厚度梯度，模具厚度梯度以及冷卻梯度。以重力鑄造胚料為例，重力鑄造模具的基本原則是鋁水要依循重力方向補(bǔ)縮：鑄胚設(shè)計需上厚下薄，以便下方先冷卻凝固，上方后冷卻便于向下方補(bǔ)縮；模具需下厚上薄，以便下方吸收更多熱量，先行凝固；冷卻也需先下后上。胚料和模具厚度情況如圖7所示。由于需要進(jìn)行旋壓成型，輪輞部分的胚料會比一般輪轂的輪輞的胚料更厚，則內(nèi)側(cè)胚料需做更厚，以保證足夠的鑄造梯度，方可盡量避免補(bǔ)縮不良造成縮孔不良以及漏氣。

2.3 雙向旋壓輪轂旋壓模具設(shè)計要點

（1）旋壓模具應(yīng)注意預(yù)留足夠的定位面。由于雙向旋壓內(nèi)外輪輻都進(jìn)行旋壓，定位面需在旋壓模具上成型，旋壓模具一定要預(yù)留足夠的定位平面。

（2）應(yīng)注意旋壓模具的重量。由于旋壓模具內(nèi)外輪輻都需要進(jìn)行旋壓，所以外側(cè)模具配件會較單向旋壓模具更多，如不對模具進(jìn)行輕量化設(shè)計，模具重量過重可能導(dǎo)致脫模力不足，最終導(dǎo)致旋壓模具無法脫模。

（3）應(yīng)較單向旋壓預(yù)留更大的加工余量。由于雙向旋壓定位面是在旋壓模具上成型的，相對于鑄造面有偏差，定位效果比較差，所以需要視具體情況比單向旋壓增加0.5mm～1mm的加工余量以克服定位偏差。

（4）應(yīng)注意旋壓模具外側(cè)脫模角度。由于雙向旋壓模具外側(cè)也要進(jìn)行旋壓，存在旋壓模具脫模問題，而目前外側(cè)旋壓模具沒有特別增加頂出機(jī)構(gòu)，所以應(yīng)特別注意外側(cè)旋壓模具的脫模角度。特別是立式機(jī)臺，還需克服外側(cè)旋壓模具的重量，脫模力相對不足，如脫模角度太小可能造成無法脫模。

3.雙向旋壓發(fā)展前景展望

由于雙向旋壓對鋁合金輪轂的輪輞內(nèi)外側(cè)均進(jìn)行旋壓，可通過胚料可旋壓變形成不同尺寸這一特性針對性設(shè)計，甚至可以不僅不同胎寬共用一套鑄造模具，不同尺寸也可以達(dá)到共用鑄造模具的效果。如圖8所示。

參考文獻(xiàn)

[1]王成.旋壓技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，46-47.