一种铝合金汽车轮毂的制作方法与流程

本发明涉及一种汽车轮毂的制作方法，特别是涉及一种铝合金汽车轮毂的制作方法。

背景技术：

现有汽车轮毂的制造以铸造和锻造为主，其中，锻造使用的原料为铝合金圆棒，加工工艺为热锻压、热处理、机加工，这个制作工艺能耗高、污染严重、设备投资大，对原料铝合金棒的要求高；现有技术中，有工艺使用铝板通过旋压制作卡巴车轮，使用的工艺为强力旋压、热处理、机加工，在实际生产中出现的问题是旋压后的卡巴轮坯料精度不宜控制，需要预留的加工余量多，机加工的耗时长，其中铝板的尺寸厚度是35mm，直径是780mm。

技术实现要素：

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种铝合金汽车轮毂的制作方法，能提高轮毂毛坯成型的精度和强度，减少机加工的余量，缩短机加工的时间。

根据本发明的第一方面实施例，提供一种铝合金汽车轮毂的制作方法，包括以下步骤：

1)摆辗锻造，将铝合金帽状毛坯放到摆辗芯模和摆辗外模之间，铝合金帽状毛坯的开口朝下，摆辗凸模在铝合金帽状毛坯的上端摆辗，通过摆辗凸模对铝合金帽状毛坯的轮辐进行轴向轧制，将铝合金帽状毛坯的材料摆辗锻到轮缘，形成摆辗毛坯；

2)旋压成型，将摆辗毛坯放入旋压机的轮毂精坯模具中，摆辗毛坯的开口朝下，通过旋压轮对摆辗毛坯的侧壁旋压使得摆辗毛坯的侧壁厚度变薄，摆辗毛坯的轮辋依轮毂精坯模具成型，形成轮毂精坯。

根据本发明第一方面实施例所述的铝合金汽车轮毂的制作方法，在步骤2)之后，进行热处理和机加工，对轮毂精坯进行固溶和时效处理，通过数控车床和加工中心机加工设备，对热处理后的轮毂精坯进行加工，制成铝合金汽车轮毂。

根据本发明第一方面实施例所述的铝合金汽车轮毂的制作方法，使用6061铝合金圆板经过旋压、锻压、辗压或液压成型工艺得到铝合金帽状毛坯。

根据本发明第一方面实施例所述的铝合金汽车轮毂的制作方法，6061铝合金圆板的延伸率在20％以上。

根据本发明第一方面实施例所述的铝合金汽车轮毂的制作方法，6061铝合金圆板具有sc，其中，sc的含量为0.1-0.3wt％。

根据本发明第一方面实施例所述的铝合金汽车轮毂的制作方法，6061铝合金圆板的厚度为20-40mm，直径为300-800mm。

根据本发明第一方面实施例所述的铝合金汽车轮毂的制作方法，所述摆辗凸模的下端面设有一圈球状凸起，在摆辗过程中，球状凸起在轮辐的上表面形成轮辐轮缘凹槽。

根据本发明第一方面实施例所述的铝合金汽车轮毂的制作方法，所述摆辗外模和摆辗芯模之间形成位于上部的轮缘成型腔和位于下部的定位腔，所述轮缘成型腔的宽度沿上往下的方向逐渐变小。

根据本发明第一方面实施例所述的铝合金汽车轮毂的制作方法，对铝合金帽状毛坯进行摆辗锻时，摆角为1.5～3°，工进速度为0.3-8mm/s，摆辗凸模的公转速度为100-120r/min，公称力为3500-5500kn。

根据本发明第一方面实施例所述的铝合金汽车轮毂的制作方法，摆辗锻造中采用冷摆辗成型、温摆辗成型或热摆辗成型。

本发明的有益效果是：本发明采用摆辗锻造轮辐，对轮辐进行轴向轧制，将材料摆辗锻到轮缘，产品成型精度高，留给机加工的余量少，能减少机加工的时间；相比于旋压成型的轮缘和轮辐，轮缘和轮辐的强度更高，性能更优。由于轮缘的材料来自轮辐，降低对铝合金板的厚度和直径要求，相比于旋压成型工艺，对于同一尺寸的轮毂，铝合金板的直径从780mm降到760mm，铝合金板的厚度从35mm降到32mm，减少了材料的使用量，大幅度的降低了产品的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是本发明实施例中将6061铝合金圆板旋压成铝合金帽状毛坯的示意图；

图2是本发明实施例中将铝合金帽状毛坯摆辗成摆辗毛坯的示意图；

图3是本发明实施例中将摆辗毛坯旋压成轮毂精坯的示意图；

图4是本发明实施例中铝合金汽车轮毂的俯视图；

图5是本发明实施例中铝合金汽车轮毂的剖视图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图2～图5，一种铝合金汽车轮毂的制作方法，包括以下步骤：

1)摆辗锻造，将铝合金帽状毛坯21放到摆辗芯模13和摆辗外模14之间，铝合金帽状毛坯21的开口朝下，摆辗凸模16在铝合金帽状毛坯21的上端摆辗，通过摆辗凸模16对铝合金帽状毛坯21的轮辐进行轴向轧制，将铝合金帽状毛坯21的材料摆辗锻到轮缘23，形成摆辗毛坯22，在摆辗过程中，需要加入冷却液；停机，通过摆辗顶出杆15将摆辗毛坯22顶起，将其取下；在此过程中，摆辗锻造的参数：公称力为3500-5500kn，摆角为2°，工进速度为0.3～8mm/s，摆辗凸模16的公转速度为100～120r/min，回程为80mm/s，顶出力为100kn，公称力为3500-5500kn，其中，冷却液为水和乳化液混合物；

2)旋压成型，将摆辗毛坯22放入旋压机的轮毂精坯模具中，摆辗毛坯22的开口朝下，通过粗旋压轮10对摆辗毛坯22进行粗旋，将摆辗毛坯22的侧壁厚度变薄并拉长，粗旋压轮10下行的行程为151mm，使得摆辗毛坯22的内壁贴合轮毂精坯模具，在粗旋的同时，精旋压轮30紧随粗旋轮10的后面对摆辗毛坯22进行精旋，使得摆辗毛坯22的侧壁逐渐变薄，精旋压轮30下行的行程为186mm，摆辗毛坯22的轮辋依轮毂精坯模具成型，形成轮毂精坯25，通过精坯顶出杆15将轮毂精坯25顶出；在旋压过程中，加入冷却液进行冷却，避免摆辗毛坯22的温度过高的同时，还有润滑作用；在前述过程中，旋压的参数如下：主轴转速为165r/min，粗旋进给速度为1.7mm/r，粗旋时的旋进量为4～7mm，精旋的进给速度为1.6mm/r，精旋时的旋进量为2～3mm，横向进给力为450kn，纵向进给力为350kn。

在上述方法中，摆辗时，由于工件以局部循环变形代替常规锻造中的整体变形。因此具有明显的省力优点。与常规锻造设备相比，通常可省力10～15倍，因而该机器可代替大吨位常规锻造设备加热锻造锻件为冷、温摆辗成型，满足环保要求，节能降耗。摆辗变形均匀、金属流线好；加工相同工件，摆辗锻造机较常规锻压设备具有重量轻，耗能少，投资小等特点；摆辗零件精度高、粗糙度低，可少无切削加工，效率高。

在一些实施例中，在步骤2)之后，进行热处理和机加工，参照6061铝合金的t6热处理工艺，对轮毂精坯25进行固溶和时效处理，加强轮毂精坯25的强度，通过数控车床和加工中心机加工设备，对热处理后的轮毂精坯25进行加工，制成铝合金汽车轮毂。

在一些实施例中，使用6061铝合金圆板20经过旋压、锻压或液压成型工艺得到铝合金帽状毛坯21。以旋压成型为例，粗旋压轮10的轴线和6061铝合金圆板20的轴线之间的夹角为30～50°。精旋轮30的轴线和6061铝合金圆板20的轴线之间的夹角为30～50°。如图1所示，在6061铝合金圆板20中部冲切一个通孔，将带通孔的6061铝合金圆板20放置到轮毂毛坯模具11中，粗旋压轮10的轴线和6061铝合金圆板20的轴线之间的夹角为30°，先通过粗旋压轮10对6061铝合金圆板20进行粗旋，粗旋时粗旋压轮10下行的行程为200mm，在粗旋的同时，精旋压轮30紧随粗旋轮10的后面对铝合金圆板20进行精旋，精旋时，精旋轮30的轴线和6061铝合金圆板20的轴线之间的夹角为30°，精旋压轮30下行的行程为250mm，使得使铝合金圆板依轮毂毛坯模具11成型，形成铝合金帽状毛坯21。其中，旋压时的参数为：主轴转速为165r/min，粗旋进给速度为1.2mm/r，粗旋旋进量为0～11mm，精旋进给速度为1.5mm/r，精旋旋进量为0～12.5mm，横向进给力为450kn，纵向进给力为350kn。

在一些实施例中，6061铝合金圆板20的延伸率在20％以上。具体的，6061铝合金圆板20的延伸率主要是6061铝合金的延伸率为20％以上，高的延伸率使得在旋压成型和摆辗成型中，不开裂，塑性高，便于加工。

在一些实施例中，6061铝合金圆板20具有sc，sc为钪。其中，sc的含量为0.1-0.3wt％。wt％表示重量含量百分数，wt是英文weight的简写。其中，在6061铝合金中加入微量的sc后，进行特殊热处理，该特殊热处理可以为加热到380°-420°，保温240分钟，优化性能，使得6061铝合金圆板在做t6热处理前的抗拉强度小于150pa、屈服强度小于85mpa，延伸率在19-25％，成型效果较好；延伸率大于26％以上，成型效果优于延伸率在19-25％的6061铝合金圆板；经过加工，发现6061铝合金圆板的延伸率在27％或者30％时，成型效果更优。选用一定厚度的6061铝合金板，并对板材做圆形分料，形成旋压加工所需要的铝合金圆板，对铝合金圆板进行冲孔，为铝合金帽状毛坯21的成型做准备。

在一些实施例中，6061铝合金圆板20的厚度为32m，直径为760mm。用摆辗成型轮辐和轮缘23，减少铝合金帽状毛坯21的侧壁材料往轮辐和轮缘23流动的量，且轮辐和轮缘23成型效果好，精度高，可减少铝合金帽状毛坯21的尺寸，而铝合金帽状毛坯21由6061铝合金圆板20旋压而成，故减少6061铝合金圆板20直径和厚度的尺寸。

在一些实施例中，如图2所示，所述摆辗凸模16的下端面设有一圈球状凸起17，在摆辗过程中，球状凸起17在轮辐的上表面形成轮辐轮缘凹槽24。在摆辗的过程中，通过球状凸起17和摆辗角度匹配，在轮辐的上表面成型轮辐轮缘凹槽24，该轮辐轮缘凹槽24主要起到初步成型的作用，轮辐轮缘凹槽24需后续机加工进行进一步精加工。

在一些实施例中，所述摆辗外模14和摆辗芯模13之间形成位于上部的轮缘23成型腔和位于下部的定位腔，所述轮缘23成型腔的宽度沿上往下的方向逐渐变小。具体的，摆辗芯模13的外表面为圆柱面，摆辗外模14的下部为圆柱面，摆辗外模14的上部为锥形面，锥形面的上端直径大于锥形面下端直径，摆辗外模14和摆辗芯模13放置后，形成沿上往下方向逐渐变小的轮缘23成型腔和宽度不变的定位腔，以便在摆辗时，摆辗凸模16驱使轮辐的材料沿径向流动，在轮缘23成型腔内形成所需的轮缘23。

在一些实施例中，对铝合金帽状毛坯21进行摆辗锻时，摆角为1.5～3°，工进速度为1.6-0.6mm/s，摆辗凸模16的公转速度为100-120r/min。优选的，摆角的角度为2°。摆辗凸模16驱使轮辐的材料沿径向流动，在轮缘23成型腔内形成所需的轮缘23。球状凸起17和摆辗角度匹配，在轮辐的上表面成型轮辐轮缘凹槽24，该轮辐轮缘凹槽24主要起到轮缘初步成型的作用。

在一些实施例中，摆辗锻造中采用冷摆辗成型、温摆辗成型或热摆辗成型。冷摆辗成型时，需要每隔5秒钟往铝合金帽状毛坯21添加冷却液，冷摆辗对工件无需加热，成本降低，摆辗的精度更高，强度更好。温摆辗成型时，需要将铝合金帽状毛坯21加热，再将其放置到摆辗芯模13和摆辗外模14之间，通过摆辗凸模16对铝合金帽状毛坯21进行成型，温摆辗需要对工件进行加温，加温后的工件更易摆辗成型，可以减少摆辗机的公称力，减少设备的投资。

优选的实施例为，选用6061铝合金圆板20，6061铝合金圆板20在做t6热处理前抗拉强度小于150pa、屈服强度小于85mpa，延伸率在19-25％，成型效果较好；延伸率大于26％以上，成型效果优于延伸率在19-25％的6061铝合金圆板；经过加工，发现6061铝合金圆板的延伸率在27％或者30％时，成型效果更优，铝合金汽车轮毂的制作方法，包括以下步骤：

1)在直径为760mm、厚度为32mm的6061铝合金圆板20中部冲切一个通孔，将带通孔的6061铝合金圆板20放置到轮毂毛坯模具11中，旋压轮10的轴线和6061铝合金圆板20的轴线之间的夹角为30°，通过粗压轮10对6061铝合金圆板20进行粗旋，粗旋时粗旋压轮10下行的行程为200mm，在粗旋的同时，精旋压轮30紧随粗旋轮10的后面对铝合金圆板20进行精旋，精旋时，精旋轮30的轴线和6061铝合金圆板20的轴线之间的夹角为30°，精旋时精旋压轮30下行的行程为250mm，使得使铝合金圆板依轮毂毛坯模具11成型，形成铝合金帽状毛坯21。其中，旋压时的参数为：主轴转速为165r/min，粗旋进给速度为1.2mm/r，粗旋旋进量为0～11mm，精旋进给速度为1.5mm/r，精旋旋进量为0～12.5mm，横向进给力为450kn，纵向进给力为350kn；具体形状如图1所示，其中，虚线所框选部分为6061铝合金圆板20，覆盖在轮毂毛坯模具11外的为铝合金帽状毛坯21；

2)摆辗锻造，将帽状的铝合金帽状毛坯21放到摆辗芯模13和摆辗外模14之间，铝合金帽状毛坯21的开口朝下，摆辗凸模16在铝合金帽状毛坯21的上端摆辗，通过摆辗凸模16对铝合金帽状毛坯21的轮辐进行轴向轧制，将铝合金帽状毛坯21的材料摆辗锻到轮缘23，摆辗凸模16驱使轮辐的材料沿径向流动，在轮缘23成型腔内形成所需的轮缘23，球状凸起17和摆辗角度匹配，在轮辐的上表面成型轮辐轮缘凹槽24，形成摆辗毛坯22，在摆辗过程中，需要加入冷却液；停机，通过摆辗顶出杆15将摆辗毛坯22顶起，将其取下；在此过程中，摆辗锻造的参数：公称力为3500-5500kn，摆角为2°，工进速度为0.3-8mm/s，摆辗凸模16的公转速度为100～120r/min，回程为80mm/s，顶出力为100kn；具体形状如图2所示，其中，虚线所框选部分为铝合金帽状毛坯21，将轮缘23成型腔和定位腔填满的工件为摆辗毛坯22；

3)旋压成型，将摆辗毛坯22放入旋压机的轮毂精坯25模具中，摆辗毛坯22的开口朝下，粗旋压轮10的轴线和摆辗毛坯22的轴线平行，通过粗旋压轮10对摆辗毛坯22进行粗旋，将摆辗毛坯22的侧壁厚度变薄并拉长，粗旋压轮10下行的行程为151mm，使得摆辗毛坯22的内壁贴合轮毂精坯25模具，在粗旋的同时，精旋压轮30紧随粗旋轮10的后面对摆辗毛坯22进行精旋，使得摆辗毛坯22的侧壁逐渐变薄，精旋压轮30下行的行程为186mm，摆辗毛坯22的轮辋依轮毂精坯25模具成型，形成轮毂精坯25，通过精坯顶出杆15将轮毂精坯25顶出，将其取下；在旋压过程中，加入冷却液进行冷却，避免摆辗毛坯22的温度过高；在前述过程中，旋压的参数如下：主轴转速为165r/min，粗旋进给速度为1.7mm/r，粗旋时的旋进量为4～7mm，精旋的进给速度为1.6mm/r，精旋时的旋进量为2～3mm，横向进给力为450kn，纵向进给力为350kn；具体形状如图3所示，其中，虚线所框选部分为摆辗毛坯22，实线所框选部分为轮毂精坯25；

4)热处理和机加工，参照6061铝合金的t6热处理工艺，对轮毂精坯25进行固溶和时效处理，加强轮毂精坯25的强度，通过数控车床和加工中心机加工设备，对热处理后的轮毂精坯25进行加工，制成铝合金汽车轮毂。

以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。