汽車鋁合金車輪一刀車夾具設計

孫洪勝 郭云松 李靈鳳

(①燕山大學，河北秦皇島066004；②沈陽工業大學材料科學與工程學院，遼寧沈陽110807)

鋁合金車輪由于具有重量輕、散熱好、平衡性能優良等顯著的行駛性能，加之外觀精美大氣、造型豐富多樣等優點，已經在轎車、輕型客車等乘用車范疇內成為客戶首選，并占有絕對的市場領先地位。即使在客車、卡車等商用車范疇內，鋁合金車輪也持續發力，且后來居上，逐漸取代部分商用車的傳統鋼制車輪。甚至在高鐵、軍工、航空領域，性能卓越的鋁合金車輪也正在突破一個又一個技術難題，并取得顯著成果。

1 鋁合金車輪的接刀棱及其產生原因

鋁合金車輪是按照鋁錠熔煉、毛坯鑄造、機械加工、噴涂、成品包裝等工藝流程進行制造的。在機械加工階段，一般又分為三道工序，國內一般稱之為機加一序、機加二序、機加三序，也有稱之為一工程、二工程、三工程的。三道工序的順序并沒有嚴格規定，或者稍有交叉，但大同小異。下面簡介如下。

(1)機加一序。如圖1所示，在數控車床上，使用一序專用夾具，將毛坯定位、夾緊，接著按照工步A1→A2、B1→B2、C1→C2的走刀軌跡，進行車削加工。

(2)機加二序。如圖2所示，在數控車床上，使用二序專用夾具，將毛坯調頭定位、夾緊，接著按照工步D1→D2、E1→E2的走刀軌跡，進行車削加工。

(3)機加三序。如圖3所示，在加工中心上，使用三序專用夾具，將毛坯定位、夾緊，接著分別鉆削螺栓孔、氣門孔、裝飾孔等。

根據以上工藝路線，不難看出，鋁合金車輪的外輪輞部位是由機加一序的工步A1→A2和機加二序的工步D1→D2組合而成的，是分別在兩臺機床上加工的。

在鋁合金輪轂的整個金屬切削過程中，加工變形是不可避免的，同時，由于存在二次裝夾造成的定位誤差，于是，在幾乎所有的機加成品中，都有圖4所示的接刀痕跡(臺階)，行業內稱之為“接刀棱”。接刀棱的存在，一般會導致車輪徑向跳動不好、輪輞壁厚不均勻、局部尺寸超差、動平衡不好等質量缺陷。

在上述的走刀軌跡中，接刀棱是不可避免的，雖然有各種整改措施，但仍無法根本杜絕。對于常規的乘用車和商用車來說，接刀棱的存在并不會對車輪質量、整車性能帶來過多的影響。因此，在保證車輪性能指標的前提下，汽車廠也認可接刀棱的存在，并給出具體的接收指標。

2 一刀車夾具的結構組成

但是對于高端客戶或者其他有特殊技術指標要求的客戶來說，就不允許接刀棱的存在了。如高速行駛、極度輕量化的賽車，輪輞壁厚很薄的高端乘用車，特殊要求的軍用車輛等，這就要求在機械加工過程中，必須根治接刀棱。

理論上，使用前述的車床夾具，是無論如何也不能根除接刀棱的，其根本原因就是因為夾具的夾緊位置限制了車刀走刀軌跡。

為了解決接刀棱的問題，設計了一種一刀車夾具，如圖5所示。該夾具端面定位環15和彈性漲套13固定在底座1上，起到為車輪提供端面(軸向)和徑向定位的作用，彈性漲套13上端開口呈圓錐形，和錐形拉桿14頭部吻合，錐形拉桿14下端和聯結套3固定在一起，防轉銷12安裝在15上，起到帶動車輪轉動的作用，氣密膠圈11安裝在端面定位環15和底座1中間，形成氣密檢測回路，上盤10和下盤7通過螺釘6組合在一起，然后用螺栓5與底座1聯結，在外緣部位形成內、外兩個環形回路，內側回路安放鋼珠8，外側回路安放橡膠環9。

鋁合金車輪一刀車夾具結構組成和特點如下。

(1)彈性漲緊部分。包含彈性漲套13、錐形拉桿14，和常規的芯軸定位方式不同，彈性漲套能夠根據車輪中心孔直徑的大小自動漲緊，徹底消除中心孔徑向定位部分的定位誤差，使車輪的徑向跳動更小。

(2)定位檢測部分。如圖5、圖6所示，在底座圓筒部位、端面定位環內部，預先制作了通氣孔，形成氣路，將壓縮空氣從主軸鼻端引流到底座部分，并最終引導到端面定位環上表面。如果車輪定位不好、車輪放置不正、車輪法蘭面翹起，此時壓縮空氣會從氣孔泄漏。只有當氣孔被車輪法蘭面貼平時，法蘭面堵住氣孔，使壓縮空氣不泄漏，機床才會正常工作。

(3)輔助支撐部分。為了避免車削過程中產生震刀、讓刀和切削變形，在夾具中間部位，設置了輔助支撐部分，即上盤、下盤、鋼珠、橡膠環組合。當機床主軸高速旋轉時，在離心力的作用下，鋼珠向外側滑動，并擠壓橡膠環9，使橡膠環9頂住車輪17下緣內側，給車輪提供內部支撐。

3 一刀車夾具的工作模式

工作之前，先將底座1用螺栓2聯結在數控車床的主軸101鼻端上，并用鎖緊螺釘4把聯結套3和數控車床的主軸拉桿102聯結在一起，這樣就可以正常工作了(圖6)。

工作時，首先安放待加工車輪工件17。此時，需要確保工件17法蘭面和端面定位環15接觸、貼平，如果貼不平，泄氣孔會漏氣，觸發機床報警；同時，防轉銷12需要插入到任意一個螺栓孔中。然后，錐形拉桿14在主軸拉桿102的作用下向下運行，并將彈性漲套13向外漲開，從而撐在工件中心孔部位，起到徑向定位和夾緊的作用。至此，工件的定位、夾緊工作基本完成。

然后啟動數控車床，數控車床主軸旋轉，并帶動底座1旋轉，相應的，安放在上盤10和下盤7外緣部位的鋼珠8，在離心力的作用下，向外側滑動，并擠壓橡膠環9，使橡膠環9頂住車輪17下緣內側，給車輪提供內部支撐。

此時，就可以進行車削加工了，X1→X2即為車刀的走刀軌跡。由圖6可以看出，車輪的外輪輞部位再也沒有夾具干涉了，可以由一把車刀連續加工而成了，因此，就不會出現接刀棱了。

4 結語

按照常規的加工工藝，接刀棱是不可避免的。這制約了鋁合金車輪品質的提高，也或多或少地降低了產品的合格率。本文根據鋁合金車輪的加工特點，設計的一刀車專用夾具，具有減震效果良好、裝夾可靠、定位誤差小等優點。圖7即為現場使用實景，現場使用證明，該夾具能徹底消除接刀棱的困惑。