摆辗技术在铝合金车轮制造中的应用

文/刘建芳·秦皇岛戴卡兴龙轮毂有限公司

马春荣·大连大学机械工程学院

摆辗技术在铝合金车轮制造中的应用

文/刘建芳·秦皇岛戴卡兴龙轮毂有限公司

马春荣·大连大学机械工程学院

铝合金车轮的制造工艺主要有铸造、铸旋、锻造等，其中，锻造工艺中很重要的一个工序就是摆辗成形。摆辗机是实现摆辗成形的特种成形设备，铝合金车轮摆辗机也是全自动锻造铝合金车轮生产线的主要设备。随着汽车工业对锻造铝合金车轮需求量的不断增多，对铝合金车轮摆辗机的研制及摆辗技术的开发，已成为我国势在必行的攻关项目和车轮制造行业普遍关注的焦点问题之一。

摆辗技术的原理与优点

摆辗技术的原理

摆辗技术是一种通过局部加载，多次累积，最后整体成形的金属塑性加工新工艺，其基本原理为：锥形摆头绕机身轴线连续滚动，同时给坯料一定的进给速度，使坯料上升，上模与坯料一直保持连续的局部接触，局部区域的变形逐步累积，最终达到坯料的整体成形。摆辗技术的工作原理如图1所示。

图1 摆辗工作原理示意图

摆辗技术为连续局部成形，摆头中心线与摆辗机机身的垂直轴线相对倾角为γ角，此角称为摆角。上模安装于摆头上，下模安装于滑块上。当摆辗机工作时，摆头中心线绕摆辗机机身轴线旋转，于是摆头便产生了摆动。摆头一直承受偏心载荷，其合力作用点不断绕机身轴线作轨道运动（即摆动）。与此同时，滑块在油缸的作用下上升，对毛坯施压，这样上模母线就在毛坯上连续不断地滚动，最后达到整体成形的目的。

摆辗技术的优点

与传统成形技术相比，摆辗技术具有如下优点：

⑴省力。因摆辗是以连续局部变形代替常规锻造工艺的一次整体成形，因此可以大大降低变形力。加工相同锻件，其辗压力仅是常规锻造方法变形力的1/20～1/5。

⑵精度高。摆辗能够使锻件毛坯变形均匀，金属纤维流动合理，加上摆辗过程中的强化加工，大大提高了成品零件机械强度，且加工精度和表面质量亦大大改善。

⑶适合于加工形状薄而复杂的饼盘类锻件。锻造饼盘类锻件时，由于平均单位压力与H/D（H为锻件高度，D为锻件直径）有关，H/D越大，变形力越大，当H/D特别大时，可能使平均单位压力等于或高于模具材料的强度极限，以至于无法加工。

⑷模具寿命较长。由于摆辗的变形力比常规锻造工艺的变形力小得多，可使平均单位压力远小于模具材料的强度极限，延长摆辗模具的寿命。

⑸劳动环境好，劳动强度低。摆辗时机器的噪声和振动小，环境污染少；易于实现机械化、自动化。

⑹产品制造周期短，生产效率快，效益回收快；设备投资小，占地面积小，基建费用低。

铝合金车轮摆辗机

铝合金车轮摆辗机本体结构方案采用普通液压机结构方式，主要分为机身、活动横梁（滑块）、底座、上主轴、下主轴、驱动装置和油缸七部分，如图2所示。

图2 轮毂摆辗机本体结构简图

铝合金车轮摆辗机为框架式机身，采用组合式焊接结构，由上横梁、下横梁、立柱和四个拉紧螺栓组成。上、下横梁和立柱通过拉紧螺栓组成一个整体。上、下横梁和立柱之间分别采用四个环形键来定位，其圆形键槽与拉紧螺栓孔同心。

活动横梁（滑块）是一个传递力的部件，将油缸的推力传递给工件，使之产生塑性变形，以便达到预期的加工目的。活动横梁上端和四个油缸中的活塞杆连接，四周与导轨相配合，活动横梁中安装上主轴。工作时，活动横梁在油缸推动下沿导轨作上下往复运动。

铝合金车轮摆辗机的上主轴（安装上模）安装于活动横梁上，与机身垂直轴线的倾角为5°。上主轴靠工件摩擦或液压马达驱动绕自身轴线旋转，但不绕机身垂直轴线作摆动运动，并且在油缸的带动下随活动横梁一起作等速或变速进给运动。下主轴（安装下模）安装于摆辗机下横梁上，其轴线即为机身垂直轴线。下主轴在驱动装置的驱动下带动工件绕自身轴线作匀速旋转，与上主轴的运动相配合，实现对毛坯的圆周轨迹的摆辗。

铝合金车轮摆辗工艺

摆辗工艺是锻造铝合金车轮制造工艺的预制坯工序，其目的是使用吨位很小的设备加工出铝合金车轮的毛坯。为了在摆辗机上实现铝合金车轮毛坯的加工，首先需要制作摆辗模具，摆辗模具包括上模、下模两部分，如图3所示。

上模安装于摆辗机的上主轴下端，与机身垂直轴线的倾角为5°，随上主轴绕自身轴线旋转，并向下作等速或变速进给运动；下模安装于摆辗机的下主轴上端，随下主轴绕自身轴线作匀速旋转；坯料放置于下模上，上模与下模的运动相配合，实现对坯料的圆周轨迹摆辗。摆辗前的坯料、车轮摆辗件如图4所示。

图3 摆辗模具示意图

图4 坯料、车轮摆辗件示意图

车轮摆辗件经精密模锻成形、热处理、机加工、涂装等工序，最终加工成为锻造铝合金车轮成品。

结论

⑴铝合金车轮摆辗机可以代替标称压力是其5～20倍的常规锻压设备。设备投资小，经济效益高。

⑵铝合金车轮摆辗技术所需变形力小，加工精度和表面质量高，摆辗模具寿命长，易于实现自动化，是理想的锻造铝合金车轮预制坯工艺，具有很好的发展前景。