轮毂加工工艺分析

2014-07-01牛永才

机械工程师 2014年4期

关键词：外圆毛坯轮毂

牛永才

（齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司161005）

轮毂加工工艺分析

牛永才

（齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司161005）

轮毂是车辆车轮的重要组成部分之一，用于将制动鼓和驱动半轴进行连接。轮毂按照结构进行划分包括辐板式车轮轮毂和辐条式车轮轮毂两种，文中主要对轮毂的加工工艺进行了分析。

轮毂；加工；工艺

0 引言

轮毂是盘套类零件的典型代表之一，因此对于轮毂的加工工艺可以参考盘套类零件的加工工艺路线。轮毂零件的内表面一般都是阶梯孔，外表面也是阶梯型的。此外，轮毂零件的某些特征又与轴套类零件相同。轮毂的两个端面一般都是要进行加工的表面，并且尺寸和形位公差都比较高，加工表面质量也要求高。此外，轮毂内表面一般都包含有内花键，对于内花键的加工也有一定的难度。

1 小型轿车轮毂加工

1.1 轮毂结构组成

小型轿车轮毂由内外圆表面、端面、台阶面、退刀槽、内外倒角等组成。图1所示是小型轿车轮毂简图。毛坯材料为铸钢，该轮毂属于中批量生产类型，加工机床采用通用机床。

图1 轮毂零件图

1.2 加工工艺确定

1）毛坯的制造。该零件采用的毛坯是HT250。HT250具有良好的铸造、减振和耐磨性能，并且切削性能非常好。轮毂的结构和外形都比较复杂，由于安装在汽车轴上所承受的冲击不大，因此考虑采用铸造轮毂，在进行热处理之后进行机加工。该零件年产量为6 000件，属于大批量生产。由零件图1可知所铸造轮毂的尺寸较小，因此可以采用砂型铸造方式。在铸造完毕之后去应力处理，然后进行机加工。

该轮毂零件全长为236 mm，外形相对比较复杂。零件的内孔为多种直径的阶梯孔（长径比较小）。为了简化铸造工艺，通过牺牲材料的方式进行实现。因此，在铸造和热处理之后，零件的内外表面需要去除的材料余量较大，需要多次走刀才能完成。

2）定位基准。由图1可知，该轮毂零件属于典型的阶梯孔轴类零件，根据其特性以及现有的加工机床、经验和要求，选取毛坯的外圆和直径为180 mm的外圆端面分别作为加工的径向粗基准和轴向粗基准。

粗基准选择是为了进行粗加工，在完成粗加工之后需要选定精基准进行半精和精加工。由图1可知，该轮毂的设计基准为轮毂的端面，轮毂轴线是以内孔为基准。根据选定基准的两原则（基准重合和基准统一），选取内孔作为精基准，同时将零件的两个端面也设定为基准。

3）加工方法。由图可知，该轮毂的加工表面主要是端面、外圆面和孔。综合分析各个加工表面的技术要求，加工的经济性、加工精度、现有加工手段、HT250的特性，确定加工方法如下：

（1）加工 φ135 mm、φ176 mm、φ23 mm、φ20 mm和φ12.2mm孔：因各孔的内表面粗糙度为Ra6.3，同时考虑到生产效率的问题，选择“粗镗→半精镗”的加工方法；

（2）加工φ336mm外圆表面、φ180外圆表面、φ214外圆表面和φ155 mm外圆表面：表面粗糙度为Ra6.3，同时考虑到生产效率，选择采用“粗车→半精车”的加工方法。

4）工艺路线的制定。综合考虑各表面的加工方法、加工顺序及生产批量和经济性，其汽车轮毂机械加工工艺过程如下：备坯→去应力处理→孔粗加工→孔半精加工→基准面加工→外圆等粗加工→外圆等半精加工→基准面加工→安装孔加工→去毛刺→零件最终热处理→清洗→终检。

轮毂的加工工艺为：（1）准备原料。（2）铸造轮毂的毛坯。（3）对铸造的轮毂进行时效处理。（4）粗镗孔φ135；粗镗轴承孔φ176；粗镗轴承孔φ23；粗镗轴承孔φ20；半精镗轴承孔φ135；半精镗轴承孔φ176；精镗。（5）粗镗孔φ216；粗镗孔φ217；半精镗孔φ219.5。（6）粗车上端面；粗车上端面四分之一圆弧；粗车外圆。半精车上端面；半精车上端面四分之一圆弧；半精车外圆。（7）粗车下端面；半精车下端面；倒角。（8）粗铣上端面不规则孔；精铣上端面不规则孔。（9）钻φ50孔；铰φ50孔，倒角。（10）钻φ6孔，攻螺纹。（11）去毛刺，所有的锐边倒钝。（12）清洗零件（退火处理）。（13）表面淬火，保证硬度为120～163HBS。

2 轮毂零件加工工艺分析

由于轮毂具有盘套类零件和轴套类零件的特点，因此对于轮毂零件的加工工艺分析，可以分为两部分：盘套部分加工工艺和轴套部分加工工艺。

2.1 加工余量的选择

加工余量是指加工过程中在工件表面所切去的金属层厚度。加工余量一般指的是公称余量，公称余量即公称尺寸之差，又称为毛坯余量，是指毛坯尺寸与零件图设计尺寸之差。影响加工余量的因素包括加工前（或毛坯）的表面质量（表面缺陷层深度和表面粗糙度），前工序的尺寸公差，前工序的形状与位置公差（如直线度、同轴度、垂直度公差等），本工序加工时的安装误差。

轮毂零件的加工余量必须保证图纸上所标注的全部精度都能达到要求。同时为了减少加工工时，降低加工成本，应将加工余量设计为最小。在进行加工余量的设定时，还需要考虑加工过程中零件、机床和夹具的刚度和变形。

2.2 孔的加工

轮毂零件的内表面包含多个尺寸的孔，各个孔的加工精度也有差异。根据精度的要求，采取车削、镗削和扩孔的方式进行加工。对于精度要求较低的可以通过铰孔的方式实现，孔的尺寸比较大的情况下，可以选用磨削或者滚压的方式完成孔的加工。中大批量生产的时候，在没有台阶阻挡的情况下，可以选用拉削的方式加工孔。

通常孔与外圆的同轴度都要求较高，其端面与轴线的垂直度要求也有一定的要求，因此加工时应尽量选取较好的加工工艺实现低成本加工。对于轮毂类盘套零件轴线上的孔，通常选用的是车床车削和磨床磨削的加工方式；在大批大量生产中，盘、套轴线位置上的通直配合孔，多选用拉床加工。小型支架上的轴承支承孔，一般选用车床利用花盘—弯板装夹加工，或选用卧铣加工。箱体和大、中型支架上的轴承支承孔，多选用铣镗床加工。各种零件上的销钉孔、穿螺钉孔和润滑油孔，一般在钻床上加工。各种难加工材质零件上的孔，可选用相应的特种加工机床加工。

2.3 基准的确定

任何轮毂零件加工时都要选加工基准。加工基准通常跟设计和检验基准保持一致。在进行定位基准选择时，应该首先考虑零件的加工精度，特别是加工表面之间的相互位置精度，从而保证零件定位的准确性，减少由于定位引起的误差。轮毂类零件应该考虑基准重合和基准统一原则。基准重合就是将零件的设计基准、加工基准、检验基准相互重合。基准统一是指对于加工零件的多个表面都应该使用定位基准作为基准进行加工。