低压双边浇立式旋压铝合金车轮的开发与应用

曹学锋 李渊涛 张川吉

摘要：为适应汽车行业发展的需求，资源合理化利用，节能降耗，提升市场竞争力，解决行业共性问题，我公司决定自主研发低压双边浇立式旋压工艺，降低产品重量、提高产品机械性能，使车轮朝着大直径、轻量化、高强度方向发展。

关键词：铝合金车轮;开发;应用

1.总体开发思路

我公司决定自主研发压双边浇立式旋压工艺，本项目研制成功后，主要达到以下指标：设计开发出合理的低压双边浇模具，开发出合理的低压双边浇车轮生产工艺，并通过立式旋压工艺进行生产，使得生产效率提高25%以上，并且使得车轮的整体机械性能提高10%以上，车轮重量减重20%以上。

2.技术方案

该项目利用一套低压双边浇铸造机，设计出低压双边浇模具;同时购置立式旋压机并开发出合理的立式旋压工艺，二者工艺相结合生产出达到性能要求的低压双边浇立式旋压铝合金车轮产品。在低压双边浇工艺的基础之上，采用立式旋压新工艺进行生产，可使铝合金车轮轮辋的抗拉强度、屈服强度延伸率，都要比传统铸造工艺生产的车轮有所提高，而重量可以较普通车轮有所减少，达到节约成本的目的。

3.产品（工艺）开发流程

3.1开发流程

方案研讨→机台设计→模具设计→模具制造→模具试生产→试生产总结→小批量生产→批量生产总结→正式投产→项目总结。

3.2具体开发成果方案

低压双边浇立式旋压生产工艺流程如下：

熔炼→铸造毛坯→预加工→预热→旋压车轮→热处理→机加工→涂装。

低压双边浇立式旋压生产工艺流程与普通的铸造铝合金车轮工艺相比较，差别在于：原工艺铸造的毛坯是一次性成型，已具备了车轮的全部要素，与我们普通的车轮成品只是在尺寸精度上不同;而低压双边浇立式旋压生产工艺铸造的毛坯只铸出轮辐，不具有轮辋，只是根据等体积变形原理预留轮辋所需的材料，在旋压机上将预留的材料挤压形成正常的轮辋。低压双边浇立式旋压生产工艺需解决的主要技术问题如下：

（1）双边浇工艺开发。针对目前使用的中心浇注设计，我公司开发出了低压双边浇技术，以我公司真元机为例，如若改为双边浇生产工艺，机台台板的升液管孔按双边浇注设计，增加两个孔位，当采用双边浇注方式时，使用两个升液管充型。我们将要设计实施的是设置两个浇口，可用做单边浇注或双边浇注，浇口设置在台板方位的前后两端。

（2）立式旋压工艺开发。立式旋压工艺是一种综合了模具设计、铸造、挤压、拉伸、弯曲、环轧、横轧和滚挤等工艺特点的少切削加工的先进工艺。该工艺将铸造专用毛坯用顶模顶紧在旋压机上模上，由主轴带动上模和坯料旋转，同时旋压轮从毛坯一侧将坯料挤压在旋转的上模上，使坯料产生逐点连续的塑性变形，实现了更高的粒子紧密度，从而获得材料结构致密、强度高的铸造热旋压毛坯车轮。

我公司在旋压过程中使用的是强力旋压中的一种特殊的旋压方式—分层错距旋压，是指多个旋轮在周向相互错开而在径向又依次使毛坯厚度减薄的旋压过程。这种旋压方式可以在一道次旋压过程中完成多道次旋压，提高了生产效率，同时使工件直径精度得到了提高。

（3）产品性能对比

4.关键技术及创新点

（1）双边浇的铸造方式，在轮子两侧设置浇口，使铝液从轮辋处进入，铝液流动的距离可缩短一半，补缩能力大大增强，对满足轮辋及轮辐的铝液补缩量是绰绰有余的，这样轮辐摆脱了对轮辋进行补缩的作用。并且通过水冷工艺加大冷却强度，提高了生产效率。

（2）通过水冷工艺，铝液在急冷的模具温度下依然能够依顺序凝固的原则进行结晶，不会产生R角、轮辋部位的缩松缺陷，铸件组织致密，机械性能得到改善，特别是轮盘的机械性能，将得到更大的提高。

（3）该技术在保持铝合金车轮款式多变的前提下，提高了车轮材料力学性能和强度，解决车轮轻量化后的性能问题，实现车轮整体性能，同时减重20%以上。

（4）满足车轮大直径、轻量化、高强度的要求。

（5）在边模上设计冷却系统，解决传统铸造工艺必须牺牲部分轮辐性能来保证轮辋性能的问题，有效保证轮辐性能的提高。

（6）设备工艺简单，工艺准备和工艺过程与普通低压铸造相同，整个工艺过程简单，容易操作。

（7）以往铸造毛坯墩都需要先进行初加工，若能将中间步骤省略，将铸造出来毛坯直接进行旋压，可以很大提高生产效率，也可以节约生产成本。

5.总结

5.1技术成果及应用前景

该工艺易于实施、可操作性强、生产效率高、机械性能好，能够满足主机厂在中高端市场对车轮“大直径、高强度、轻量化”的要求，且投资成本低，具有较好的生产应用价值和市场推广价值。

5.2存在的不足及有待完善的地方

尽管低压双边浇立式旋压工艺在各部门的努力攻关下已取得可喜的成绩，但仍存在一些美中不足，目前我们攻克的技术仅代表了旋压技术的初期阶段，还须进一步深入研究。

作者简介：

曹学锋（1977-）男，汉族，河北人，工程师，毕业于江汉石油学院机械设计及制造专业，主要从事铝合金车轮工程技术工作。