试论汽车铝合金轮毂模具及数控的工艺优化设计

王 斌,陈伟平

（陕西黄河工模具有限公司,西安 710043）

试论汽车铝合金轮毂模具及数控的工艺优化设计

王 斌,陈伟平

（陕西黄河工模具有限公司,西安 710043）

铝合金汽车轮毂作为汽车的重要部件之一，随着汽车的快速发展，汽车轮毂逐渐由钢制轮毂转向铝合金制造轮毂，轮毂的质量也获得不断提高。高质量的模具是确保轮毂产量的提增的关键，越来越多的汽车轮毂厂家越来越注重汽车轮毂模具的设计和加工，但由于汽车轮毂模具的制造精度相对较高，加工工艺难度大，本文就铝合金汽车轮毂模具在数控编程加工过程中通过一系列优化措施包括进行刀具选取、工艺编排、刀路设置方面的运用策略，使数控加工程序得以优化，从而提升汽车轮毂模具质量，确保汽车铝合金轮毂生产效率得以提高。

铝合金轮毂；数控加工；模具；优化措施

铝合金汽车轮毂通常用压铸模具，即我们常说的轮毂模具生产。针对汽车轮毂模具的加工，要充分考虑铝合金汽车轮毂特点，要合理对加工刀路进行设置，从而确保模具表面精度和尺寸精度，同时提高设备利用率，要尽可能的减少刀具和机床的磨损。以下就铝合金汽车轮毂模具的加工工艺并针对加工刀路设置提出了工艺方案的优化。

1 汽车铝合金轮毂设计

以往传统的汽车轮毂材质均是钢制，虽然钢制轮毂与铝合金轮毂相比成本较低低，但综合从汽车整车性能而言比较，铝合金轮毂要优于钢制轮毂很多方面，如：重量轻、散热快、安全性能高、驾驶性能好、外观多变美丽，更适应现代化整车的要求等。由于汽车铝合金轮毂比钢制的车轮至少轻30～40％，因此，相应汽车自重，减轻燃油效率就可提高，尾气排放也将大大减少。另外，传统汽车钢制轮毂散热效果相比铝合金轮毂而言要弱化很多，长时间驾驶中高热量不能及时散去，极易造成加大轮胎和制动装置的损耗，同时增加交通事故危险的发生概率，由于汽车铝合金轮毂诸多的优点已经成为了日后汽车轻量化发展的必然趋势。

1.1 汽车铝合金轮毂相关的基础装配

轮毂的设计要充分考虑要装配的车型风格进行设计，在对客户进行造型设计的过程中还要考虑装车时轮胎与轮毂的装配，好的轮毂设计要精确各项数值把握好轮毂与整车以及轮胎之间的转配关系，否则就会对汽车装车造成干涉甚至导致无法装配。

1.2 汽车铝合金轮毂设计的重要参数

汽车轮毂又被俗称为轮圈，是汽车车轮周边安装轮胎的重要部件。轮毂规格的宽度和直径通常用英寸来表示。汽车轮毂又分为正向轮毂和反向轮毂。汽车轮毂的选用要考虑汽车整车装配、车轮形状以及轮缘深度等参数来最终确定选型。

1.3 汽车铝合金轮毂中间毂部分设计

1）安装盘直径设计：安装面主要是指汽车车轮与车轴之间的连接的部分，对安装盘直径进行设计时要充分考虑车轮与车轴两个连接面的合理配置问题，实际设计中应确保车轮安装盘的直径要比车轴的连接面略小一些。

2）安装盘平面度设计：在进行安装盘平面进行设计时，要确保考虑到安装面的防松和螺栓的受力情况，当安装面无螺栓孔沉孔结构时，设计的安装面平面应确保能够向内凹，通常实际针对平面度的安装盘会有三种设计：①安装面的平面度不超过0.1mm，且不凸出；②从安装面边缘向中心孔内凹0.2°的斜面，或从安装面边缘到中心孔倒角内凹；③安装面会加深度0.5mm的防松槽。

2 汽车铝合金轮毂模具的加工工艺分析

由于汽车轮毂模具尺寸较大，因此，建议用直径大于30mm 以上的刀具，尽量要用合金圆鼻刀如φ30R5，由于这类刀具更加耐用，效率相对较高。如因大小凹槽因宽度不够，若实际过程刀具无法下行，此时应换较小的刀进行局部清理残料，如还有局部地区留料较多，需再局部清理残料，可以再局部半精一下，以确保精加工刀具的受力均匀，从而获得模具表面更高的加工质量，最后应用较大的球刀对上部分曲面进行精加工，应用小球刀对较小内圆角曲面进行精加工，针对较陡的曲面最好应用中φ20R0.8 的合金圆鼻刀进行加工，加工方式可以采用等高外形方式，以期获得最佳效果这样效果极佳。

当进行铝合金轮毂模具设计还要采用Pro/E 提供NC加工模块，要确保设置好NC加工所需的各项参数，要针对性的进行铝轮顶模的加工工艺选定并制定相应工艺，除此之外，还会要考虑其它几个方面：

1）轮毂模具毛坯的加工余量是否留待充分，要确保进行批量生产时，毛坯余量是否确保稳定，在进行数控加工过程中，各个工件的加工面是否都有较为充分的余量。

2）对模具毛坯余量的大小以及其均匀性进行充分考虑。由于不同类型的零件均要选用对应的数控机床进行工艺的加工，因此，在进行加工工序的安排时要依据零件结构和毛坯实际参数进行，要考虑定位安装和夹紧，特别是要确保工件刚性不会受到破坏和造成制约加工工艺的影响。

3 汽车轮毂模具底模数控的加工工艺流程

模具底模作为铝轮挤压铸造装备的关键零件，模具底模加工质量将影响汽车轮毂模具的装配质量，同时还关系到铝轮毛坯的生产质量，并最终影响到汽车的整体安全行驶性能。因此，底模的主要加工技术要求为底模与侧模配合处的尺寸精度要确保在一定数值范畴内，通常设计参数选择为h8，底模工作部分的表面粗糙度为Ra0.8，当挤压面的表面质量要求相对较高时，其工作表面的参数可选取Ra0.2～0.8 底模工作，另外，要确保表面不允许有任何的表面缺陷，如裂纹、发裂、剥落及各种孔洞底模导入处，不能有明显的接刀痕迹，底模在进行第一次粗加工后再进行一次去应力退火，半精加工后在对其进行调质处理。

4 总结

通过对铝合金汽车轮毂模具数控加工工艺的研究，表明针对铝合金汽车轮毂模具的特点，进行必要合理的加工刀路设置，采用CAD设计和CNC数控加工制造方式能更有效的提高汽车轮毂模具的质量、精度和生产效率。

[1]孙群，张龙，赵颖等.一种铝合金轮毂的设计[J].机械设计与制造，2013，(6).

[2]宋鸿武，李昌海，常海平等.高强韧铝合金轮毂的轻量化铸旋新工艺[J].稀有金属，2012，36(4).

[3]焦明华，于军涛，俞建卫等.基于回归分析的卷制轴套圆度精度模拟结果评价[J].农业机械学报，2008，39(7).

[4]李建国，汤文成.基于热力耦合的减振轴套挤压成形有限元模拟研究[J].机械设计与制造，2009，(10).