对开式轮辋降本增效工艺方法浅析

文/周永红·吉凯恩车轮（连云港）有限公司

导 语

将挡圈圆筒体工艺、挡座圈圆筒体工艺有机结合起来运用，使对开式轮辋由圆盘料常规工艺变成了圆筒体工艺，虽然工序有一定增加，但是材料的利用率却从原来的45%～65%大幅度提高到95%，大大节约了材料，降低了成本。

车轮是连接轮胎与制动毂的一个零部件，本文介绍的车轮是一种对开式车轮，由两个半边对开式轮辋组合而成，如图1所示，其轮辋轮廓符合国家标准GB/T 12939—2002《工业车辆轮辋规格系列》中的对开式轮辋。

图1 车轮结构示意图

加工工艺现状

对开式轮辋常规加工工艺是：下圆盘料、拉深成形、复合冲孔、冲气门孔，工艺虽然相对简单，但是材料利用率却非常低，以24-W10对开式轮辋下圆环料为例，尺寸φ970mm×φ460mm×6mm，加工方法：冲圆环料或等离子弧切割（激光切割）。但不论何种加工方法进行圆环落料，材料利用率最高也只能达到57.28%，如图2所示，这是最适宜的原材料尺寸，若是原材料再宽或窄一些，板料的利用率还会更低，这样就造成了原材料很大的浪费。从落料图上可以看出，圆环料剩下的边角料、中心圆饼料都是废料，那么怎样才能提高材料利用率、降低生产成本，就成了工程技术人员必须研究的课题。

图2 落料图

工艺改进设想

用常规方式看，对开式轮辋就是一个简单的拉深件，但若将这个拉深件看成是由一个工程圈四件式挡圈与一个工程圈三件式挡座圈组合成的对开式轮辋，如图3所示，这样就可以将工程圈的圆筒体省料工艺引入到对开式轮辋的加工工艺上来，即将一个圆筒体挡圈工艺与一个圆筒体挡座圈工艺分别组合在同一个零件上制造，将对开式轮辋由原来简单的拉深工艺（费料）改成较为复杂的圆筒体工艺（省料），这样就可以大大提高材料利用率，降低成本。

图3 对开式轮辋

加工工艺新方案

圆筒体加工具体工艺路线如下：①下条料、②卷圆、③焊接、④收口、⑤压平、⑥扩口、⑦压形、⑧复合冲孔。其主要加工工艺如图4、图5所示。

图4 圆筒体挡圈工艺

图5 圆筒体挡座圈工艺

关键工序模具设计要点

工序④收口模具设计要点

圆筒体加工工艺中工序④收口是关键工序，其加工所用模具也是保证质量的重要模具，其结构设计如图6所示，其设计要点如下：

图6 收口工序模具结构示意图

⑴一般情况下，工序②卷圆、工序③焊接后能保证圆筒体圆度不大于要求的1.3mm，当卷圆设备老化、稳定性差或原材料机械强度达到对应型号要求，但其他机械性能如伸长率差等原因，造成卷圆、焊接后圆筒体圆度大于要求的1.3mm，那么就需要在工序④收口前增加一道正圆返修工序，以保证圆筒体圆度不大于要求的1.3mm，即采用老旧设备加工时，需要在工序④收口前增加一道正圆工序，新的工艺路线为：①下条料、②卷圆、③焊接、④正圆、⑤收口、⑥压平、⑦扩口、⑧压形、⑨复合冲孔。这也充分说明了设备质量、原材料质量与工艺质量要求是正相关的。

⑵将下定位板锥度上接口比下底面单边设计小7.5mm，保证当圆筒体内圆圆度不大于1.3mm时，圆筒体能放进下定位板。若在工序④收口前增加一道正圆工序，圆筒体内圆圆度会远小于1.3mm，尺寸7.5mm相应变小，虽增加工序满足了加工精度要求，但必需要考虑设备、模具及制造成本。

⑶上整体收缩模圈深度及R设计，同样是依据圆筒体圆度情况，确保圆筒体外圆顺利进入上整体收缩模圈，控制圆筒体外圆圆度。

⑷圆筒体放置在下定位板时，要确保上端面外圈为剪切带，保证其与上整体收缩模圈从上往下剪切滑移并使收缩过程顺畅，避免毛刺朝外在收缩模圈工作表面形成积屑瘤，拉伤圆筒体外表面。

⑸上整体收缩模圈材质选用Cr12MoV，热处理后硬度值要求达到58～62HRC，设计45°和5°角，整个表面要求抛光研磨，表面粗糙度值达到Ra0.4μm，保证收缩模工作表面不易形成积屑瘤，不拉伤圆筒体外表面。

⑹圆筒体从开始接触整体收缩模到最后完成收口，整个行程较长，保证不拉伤圆筒体外表面是整个零件试制过程中的重难点问题。

工序⑥扩口、⑦压形模具设计要点

圆筒体加工工序⑥扩口、⑦压形也是提高生产效率、降低成本的关键工序，其一模两序的模具结构设计如图7所示，设计要点如下：

图7 一模两序结构示意图

⑴上模板双凹梯形槽与滑板双凸梯形台配合，扩口凸模、压形凸模均装在滑板上，通过人工或机械力推动滑板移动，当扩口凸模在压形凹模上方时，进行扩口，完成后，再将压形凸模推到压形凹模上方，进行压形。这种一模两序，既可以节约设备、模具的投入成本，又可以减少装模时间、减少一次上下料时间，提高生产率，降低成本。

⑵模具设计时，扩口凸模、压形凸模不能设计成与对开式轮辋拉深件一样深，只要保证胎圈座尺寸值就可以了，这样既可以节省模具材料，又便于脱料。

⑶凹凸模材料依然选用Cr12MoV，热处理后硬度值要求达到58～62HRC，整个表面要求抛光研磨，保证表面粗糙度值达到Ra0.4μm，保证凹凸模工作表面不易形成积屑瘤、不拉伤圆筒体内外表面。

结 束 语

从事车轮工艺设计工作，也要有庖丁解牛、三年不见全牛的精神，跳出固有思维看问题，问题就不那么棘手，换一种思路，也许就有答案。将挡圈圆筒体工艺、挡座圈圆筒体工艺有机结合起来运用，达到提高材料利用率，降低成本的目的。有了总体工艺设计思路，还要对每道工序的工艺状态作具体分析，设计相适应的模具。最后，经过验证，在试制过程中，发现问题，分析问题，多次反复，就一定会有满意的结果。