旋压车轮

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铝车轮旋压模具优化设计

的力学性能，如图１所示。可以看出随着温度升高，合
金的强度下降，塑性提高，特别是在３０ｏ，塑性５Ｃ时其随温度的升高急剧增加，强度也快速降低，而因此旋压
４Ｏ３５
变细，具有明显的纤维组织，并大大提高了车轮的整体
强度和耐腐蚀性－。－
文献［－］４６对铝合金车轮旋压成形影响较大的工
３０２５
＼
艺参数，如旋压道次匹配、旋轮形状、旋轮进给速度和
旋压力等分别进行了模拟分析和试验研究，出了一得系列重要结论。但均未对旋压模具优化改进进行过研究。旋压模具与车轮毛坯的贴合状态对旋压成形起到至关重要的作用。本文通过对车轮改进前后的旋压模具和毛坯进行
（ｅａｍｅｔｆｎｉｎｅｔｎｉｅｒｇＥｖｏｍｅｔｎｇｍｅｔＤｐｒｎｖｒｍｎａＥｇｎｅｉ，ｎｉｎｎａｅｎｔｏＥｏｌｎｒＭａＣｌｇｆｈｎ，ｉｈａｇａ６０４ＣｏｅｅｏＣｉａＱｎｕｎｄｏ６０，ＨＮ）ｌ０
开始逐渐应用到汽车轮辋的制造和生产中去。车轮正
面采用低压铸造、轮辋采用热旋压加工是目前车轮加工中最安全、经济适用、受关注的一种加工方法，最最
车轮材料均选用Ａ５。Ａ５３６３６经过热旋压后金属晶粒
轮的旋压变形，而新型模具设计能够有效防止车轮变形。对新型模具进行了试验验证。模具设计为

热旋压对铝车轮轮辋性能影响的试验研究

低压铸造，辋经过热旋压成形，组织上有明显的纤轮在
次减薄率，热处理固溶、时效温度与时间，涂装工艺等。
［］１王永华．现代电器控制机Ｐ１Ｃ应用技术［．Ｍ］２版北京：七』京航空
ＥｒｏＴｘ：ＴＮＧｒｒｅｔＳＲＩ
ＦＮＤＴＲＵＣＳＴＥＮＩＴＹＰ）Ｅ
航天大学出版社，０９２０．
［］２郑莉，董渊，张瑞丰．＋语言程序设计【．ｃ＋Ｍ］３版．北京：清华大、出
版社，０８２０．
［］Ｅ，３＝吴乇中庆．ＩＤＣ数控设备远程异构通信物联网研究ｆ］脱ＲＣ— ＮＪ
摘要：从旋压总变形量对轮辋的机械性能进行了试验分析，出：旋压变形对轮辋的延伸率影晌最大，得热当变形量超过３％时对其影响效果显著；０同时，各旋轮的道次减薄率对轮辋组织性能有较大影响。
关键词：热旋压铝合金性能
ｌｔｃｕｌｌｃｎｌｙｍ：ｕｏＭａｕａｔｒｇｈｏｏｏｎｅｇ
热旋压对铝车轮轮辋性能影响的试验研究
张立娟（中国环境管理干部学院环境工程系，河北秦皇岛０６０）６０４
Ａｂｓｒｃｔａｔ：Ｔｈｆｅｔｏｐｎｉｇｄｆｒｔｏｅｒｅｏｈｃａｉａｒｐｒｙｏｌｍｉｕｍｅｅｆｃｆｓｉｎｎｅｏｍａｉｎｄｇｅｎｔｅｍｅｈｎｃｌｐｏｅｔｆａｕｎｗｈｅｌｒｍｓｅｐｒ－ｅｉｗａｘｅｉｍｅｔｌｔｄｅｎｔｉａｅ．Ｔｅｒｓｌｓｓｗｈｔｈｔｓｎｎｎｅｏｍａｉｎｈｓｓｇｉｃｎｆｅｔｏｎａｌｓｕｉｄｉｈｓｐｐｒｈｅｕｔｈｏｔａｏｐｉｉｇｄｆｒｔａｉｎｆａｔｅｆｃｎｙｏｉｔｌｎａｉｎａｈｅｒｍ，ｗｉｈｓｂｉｕｆｅｔｗｈｎｄｆｒｔｎｄｇｅｘｅｄ０％；ａｄｔｅｈｅｅｏｇｔｔｔｉｏｔｔｅｍｏｔｏｖｏｓｅｆｃｅｅｏｍａｉｅｒｅｅｃｅｓ３ｈｏｎｈ

基于simufact.forming软件的车轮旋压模拟分析

基于simufact.forming软件车轮旋压模拟仿真段小亮1，李光杰1(1．西模发特信息科技（上海）有限公司技术工程部，上海 200336)摘要：旋压轮毂具有重量轻、强度高、寿命长、表面光洁，机械加工余量少等优点。

而旋压工艺过程复杂，影响因素多，造成实际旋压加工中工艺参数和工装的选择和调试较为困难，本文采用理论结合实际对钢质重型卡车车轮及铝合金轿车车轮旋压工艺进行模拟分析，得出了旋压件的应力应变、厚度尺寸变化、旋压力变化情况，验证了工艺参数的准确性与工艺的可行性，仿真结果与实际有较好的相符性。

通过simufact.forming软件在旋压产品研制过程中的应用发现，仿真分析软件可以提前判断旋压工艺的可行性及合理性，为旋压产品的研制提供重要参考。

关键词：轮毂旋压；Simufact.forming；模拟仿真Simulation of wheel spinning by simufact.formingXiaoliang.Duan1，Jason.Li1(1.ManuSim Solutions Co,.Ltd Engineering department, Shanghai 200336)Abstract：The spinning wheel has the advantages of light weight, high strength, long service life, smooth surface, less machining allowance. But the spinning process is complicated, many influence factors that cause selection and debugging parameters and tooling is difficult in actual spinning process, this paper simulation of the spinning process of steel heavy truck wheels and aluminum alloy car wheel, give the result of the stress and strain, thickness, pressure changes of the parts, verify the feasibility and accuracy of process parameters, Through the simufact.forming software used in the process of spinning in the product development of discovery, analysis and simulation software can advance to judge the feasibility and rationality of the spinning process, provides the important reference for the development of spinning products.Keywords：wheel spinning；Simufact.forming；numerical Simulation1引言轮毂作为汽车中的重要部件之一，起着承载着汽车的重量，同时也体现着汽车的外观造型。

汽车轮毂多道次旋压成形工艺分析及数值模拟

２有限元模型
坯料成形方案确定后，利用ＡｂｑｓＣａｕＡＥ模块的三维造型功能建立各道次下旋压的有限元模型。为简化模型以提高运算的精度和速度，只对
轮毂锻坯变形部分进行模拟分析。定义坯料为刚塑性变形体，用材料为Ａ３６铝合金，性模量所５弹为７Ｐ，松比为０５屈服强度为１３ＭＰ，０Ｍａ泊．，３ａ
基金项目：安徽省优秀青年科技基金资助项目（ｏ４６６１．１ｏｏ０Ｙ２）作者简介：陈豪（９７）男，肥工业大学博士生． — ｉｑａ＿ｈｎａ＠ｙａ．ｅ钱１８一，合Ｅｍａｌｉｎｃｅｈｏｅｈｎｔ：通讯作者：克敏（９３）男，肥工业大学教授，士生导师． — ｉｘｅｍ０２＠ｓａｃｒ薛１６一，合博Ｅｍａｌｕｋ７１ｉ．ｏ：ｎｎ
大减薄率受到限制，至少需要采用两个道次的剪
切旋压完成总的壁厚减薄，以旋压成形方案拟所定为先进行两道次剪切旋压，进行普通旋压，再每
道次后都要进行退火处理，以消除残余应力。
验或理论解析方法难以准确、效地解决生产中高
一
（）压成形至１ａ旋／３时
一
（）压成形至２３时ｈ旋／

铝合金车轮旋压成形工艺因素分析

造成石墨对环境的严重污染随着环保要求越来越高．这些产品已不适应污染治理要求．在新全性的缺陷多由温度过低所引起温度过低．料塑性较差，引起旋材会
的喷射方式、新材料的运用上必须进行技术创新。该公司尝试将喷涂方式改为模具表面经过验证．毛坯容易脱模，即提高了生产效率又利于环保。所以有必要更改喷涂方式．装模具专用喷涂系统及良好的安排气装置。使其更合理，更环保，以此来稳定旋压工艺。
【要】摘本文从铸造铝合金车轮的热旋压成形工艺出发，Ａ５材料的旋压性做了进一步分析，对３６对车轮旋压模具与毛坯贴合程度、模具
润滑方式、模具结构进行了数值模拟和试验验证。结果表明，选择合适的旋压温度能够避免由于旋压过冷而造成的车轮毛坯缺陷，模具热膨胀
２１压温度选择．旋
Ａ３６合金其室温塑性较差．５需热态下成形旋压温度的选择对其成形性和成形质量有很大影响采用高温拉伸实验测定合金在不同温度下的力学性能，随着温度升高，合金的强度下降，塑性提高特别是在３０时，５ｏ其塑性随温度的升高急剧增加，Ｃ而强度也快速降低，因此旋压温度一般选择在３０Ｃ５ｏ以上．同时若温度过高．则金属强度太低，也容易引起车轮轮辐处的变形且旋压时的金属流动不容易控制．因此旋压成形温度一般控制在３０４０Ｃ５ ℃一０ｑ之间２２缺陷分析＿铝车轮热旋压是一个材料塑性变形的复杂过程，于影响车轮安对
系数的正确选取、具结构的合理设计对旋压成形工艺至关重要。模

影响A356铝合金车轮旋压成形品质的因素分析

ｍｉｎｕｍｈｅｓＴｈｅｆｃｏｒｐｉｉｇｔｍｐｒｕｅ，ｂａｋｓｐｅａｉｔｕｃｕｅｔｎｆｕｎｃｐｎｎｉｒｎｌｚｄ，Ｉｓｉｗｅｌ．ａｔｓｏｆｓｎｎｎｅｅａｔｒｌｎｈａｎｄｄｅｓｒｔｒｏｉｌｅｅｓｉｎｇａｅａａｙｅｔｉｍｐｔｎｔｔｔａｈｅｓｉｎｏｅｓｏｆａｕｍｉｏｒａｏｓｅｄｙｔｐｎｎｉｇｐｒｃｓｌｎｕｍｌｏａｌｙｓｗｈｅｌ．ｅｓ
Ｋｅｙｗｏｒ：ｓｎｎｎｏｅｓ；ｄｅｓｒｃｕｒｄｓｐｉｉｇｐｒｃｓｉｔｕｔｅ；ｏｔｍａｅｉｐｉｌｄｓｇｎ
近年来，造铝合金车轮以其散热快，量轻，铸质节能，舒适性好和外观漂亮等优点在轿车领域中得到普及。在车轮轻量化趋势的要求下，车轮正面采
化。
文献［ —４对铝合金车轮旋压成形影响较大的２］
工艺参数，旋压道次匹配、轮形状、如旋旋轮进给速度、压力等分别进行了模拟分析和试验研究，出旋得
了一系列重要结论。上述研究均未对此材料强韧化
ＡｂｔａｔＴｈｅｅｓｎｏｎｓｒｎｇｈｅｉｇｎｏｕｓｒｃ：ｒａｏｔｅｔｎｎａｄｔｇｈｅｉ３ｃｓｌｉｕｍａｌｙｉａａｙｅｆｏｍｔｅａｔｐｌｎｎｇｏｆＡ５６ａｔａｕｍｎｌｏｓｎｌｚｄｒｈｃｓｕｓｈｏｔｓｎｎｉｇｐｒｃｓｌｉｕｍｌｏｙｗｈｅｌ．Ｔｈｅａａｙｅｅｕｌｓｓｗｈａｐｉｎｏｅｓｏｆａｕｍｎａｌｅｓｎｌｚｄｒｓｔｈｏｔｔｈｏｔｄｅｏｒａｉｎｃｎｂｗｔｅｔｎｉｇａｎｆｍｔｏａｅａｎｅｓｒｎｇｈｅｎｄ

铝轮毂旋压成型工艺和设备的探究

102交通科技与管理技术与应用1　设备简介目前我司引进韩国株式会社CSCAM 制造的WFF125 mm型3刀120℃平面布置旋压机2台套。

该机外形长5 006.5 mm宽4 572.29 mm 高4 269 mm，重32 850 kg。

主要由主轴驱动（250 kW）、X，Z 轴旋刀驱动（37 kW）、尾顶座和排出器（22 kW）等组成。

配套南京长江工业炉科技有限公司制造的燃气加热炉NCL2014-1523２套，额定功率920 kW，分5个加热区，额定温度550℃。

2　生产过程中的工艺关键控制点我司配套有2条生产线，每条生产线各配套1套加热炉、1台旋压机、1台FANUC R-2000IC 210F 型机械手。

工作节拍为70 s 左右，每天两班12 h。

铝轮毂旋压成型工艺大致包括铝锭熔炼—铝液精炼—毛坯的铸造—X 光检测—去冒口—固溶时效—毛坯预热—旋压成型—车削加工—去毛刺—动平衡—氦气检漏—精磨—表面处理（除脂、酸洗、钝化、纯水洗）—喷涂—烘烤—动平衡检查—包装—入库。

其中的关键工艺控制要素如下：（1）轮毂的旋压温度。

铸造毛坯在旋压成型前必须预热到400℃以上，实际生产中设定轮毂加热炉的炉膛温度为425℃±10℃。

随着轮型尺寸的增大，炉温可适当提高。

特别是冬季生产中可提高到450℃±20℃。

关注生产环境温度的变化，及时微调预热炉毛坯的预热设定温度，是保证旋压成型达标的关键要素之一。

（2）尾顶的压紧力和同心度。

在旋压过程中，合适的尾顶压紧力是保证旋压正常进行的必要条件，压力太大，增加主轴旋转的阻力，降低联轴器的寿命；压力太小，轮毂毛坯会打滑，主轴和尾顶不同步。

所以，合适的尾顶压紧力对毛坯成型至关重要。

一般设定为4 MPa~5 MPa，通过调整液压站减压阀调压手柄可调整尾顶的压紧力，最大不应超过7 MPa。

尾顶和模具的同心度要调整在1.5 mm 以内，每次更换模具后必须用百分表测量其同心度，保证在此范围内。

轮毂旋压工艺标准

轮毂旋压工艺标准1 轮毂旋压工艺1.1 基本要求1.1.1 轮毂旋压工艺是指把热处理后的轮毂（或胀芯）经过适当的旋压处理，在轮毂（或胀芯）内壁上形成一定深度、一定宽度的槽状，以满足轮毂（或胀芯）的机械性能及使用要求。

1.1.2 轮毂旋压工艺应符合包括但不限于《国家载重汽车轮毂技术条件》，《车轮毂和车轮毂胀芯安装技术条件》等标准或技术文件的有关规定。

1.2 设备1.2.1 旋压机应符合国家对旋压机的有关规定和技术要求，具有足够的可靠性和强度，能够完成按规定的旋压操作。

1.2.2 旋压机的机架及安装件应符合有关技术规范，具有足够的稳定性及防抖性，旋压台面平整，运行平稳。

1.2.3 旋压机上装有切削刀及切削杆，切削刀型号规格应满足轮毂旋压工艺的要求，切削刀的尺寸应符合设计文件的要求，切削刀的材料应具有足够的耐磨性及硬度。

1.2.4 旋压机的油压缸应采用优质液压油，润滑油的粘度符合设备使用说明书的要求，按要求定期更换润滑油。

1.3 工艺1.3.1 旋压台面应定期清洗并用润滑剂润滑旋压台面，并定期检查锁紧螺栓是否松动。

1.3.2 旋压机上装有切削刀，切削刀应定期检查，磨刀定期调整，以保证切削刀锋利，达到规定的切削要求。

1.3.3 轮毂（或胀芯）应在清洁干燥的环境下，经过润滑处理，放入旋压台面，扳动锁紧螺栓，旋压机上切削刀应在轮毂（或胀芯）的中心点下切，并以外螺纹扳动紧固，当旋压压力达到规定值时，切削深度和宽度达到规定深度和宽度时，切削完成，拧松锁紧螺栓，取出轮毂（或胀芯），进行检查，满足要求可投入使用。

1.3.4 轮毂（或胀芯）在旋压过程中如出现异物或杂质，应及时清除，以免造成轮毂损坏。

1.4 检查1.4.1 检查旋压机是否符合设备使用说明书的要求，旋压台面平整、旋压铣刀锋利，油压缸液压油粘度符合设备使用说明书的要求，切削刀的尺寸及材料是否符合设计要求。

1.4.2 检查轮毂（或胀芯）是否符合有关技术标准和技术文件的要求，轮毂（或胀芯）内壁的槽状是否满足规定的深度及宽度，轮毂（或胀芯）外形尺寸是否符合规定。

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铝合金轮毂旋压成型工艺研究
摘要：本文通过对6061铝合金旋压变形性能的分析，主要论述对称式碟形轮毂旋压工艺方案的实施过程及效果。

关键词：铝合金；轮毂旋压；工艺研究
1 前言
铝合金轮毂有重量轻、成本低、强度高的优点，而且铝有较强的导热性能，可大大延长汽车、摩托车轮胎使用寿命，特别是高负载卡车轮胎的寿命。

（根据欧洲车轮生产商“ALCOA”公司测试数据，铝合金轮毂使轮胎最长可延长20%的使用寿命）。

2课题的提出
近年来，随着国际市场上车轮生产厂商生产工艺的不断改进，欧美车轮行业逐步用强旋铝合金轮毂取代传统的车轮生产工艺，国内车轮行业也在朝着先进的铝合金车轮生产工艺方面发展。

下面是某厂商需要订做的典型车轮轮毂（图1）。

轮毂材料为6061合金铝，（相当于国内牌号LD30）。

3 轮毂旋压加工设备
PT30501CNC双轮卧式强力旋压机，旋压加工工件的直径范围φ100~φ1000mm，旋轮纵向行程1900mm，最大旋压力30吨。

这些机床参数说明该台旋压机满足轮毂强力旋压工艺要求。

4 铝合金轮毂旋压工艺方案
4.1 轮毂材料6061合金铝的旋压性能分析
6061铝合金属于Cu-Mg-Si-Mn系铝基合金，其化学成份如下：
Cu-0.15%~0.4%，Mg-0.45%~0.9%，Si-0.4%~0.8%，Mn-0.15%；该种材料在固溶时效状态下的机械性能指标为：
σb≥320Mpa，δ5≥12%，ψb≥25%，HB≥120。

因此，6061合金铝在固溶时效状态下的可旋性指标值——单道次极限减薄率为：
φmax=ψb/（0.17+ψb）×100%=0.25/（0.17+0.25）×100%=60%。

这个指标值说明它的可旋性比高强度钢的可旋性要差一些，旋压工艺中，必要时应适当加热，工件加热温度310℃~350℃。

另外，为提高铝合金的可旋性，可适当加入一些矿物元素——锑和锶（0.02%）。

4.2轮毂旋压工艺方案的选择
像这种对称式碟形轮毂，旋压工艺方式一般可采用取板材劈开式旋压或用铸（锻）件毛坯进行强力旋压成型两种工艺方式。

劈开式旋压工艺是将圆盘状板坯用劈开轮通过分层工艺，使毛坯在中部被劈成两个等分，之后，再用成型轮渐进普旋成型即可；强旋工艺是将铸铝毛坯或锻造毛坯进行若干道次的强旋成型工艺，旋压达到轮毂型面尺寸要求，强旋工艺生产出来的轮毂重量比锻造轮毂重量可减轻大约25%，这是因为强旋工艺可旋制出变截面厚度，在满足车轮强度指标要求的前提下，可适当减薄轮毂厚度。

由于我厂的PT30501CNC机床纵横向滚珠丝杠成75°夹角，当旋轮编程轨迹只沿工件径向移动时，机床实际运动过程中旋轮在轴向有分位移，使得旋压加工过程中劈开轮外缘端面受到一定的轴向压力，它的反作用力直接作用于机床滚珠丝杠传动部分，影响机床使用寿命及精度，因此，这种结构形式不利于轮毂劈开式旋压。

根据以上分析，我们选择强力旋压工艺来成型这种对称式碟形铝轮毂。

4.3 轮毂强旋工艺路线
精密锻造毛坯第一道次强旋第二道次强
旋成型转数控车间机加成轮毂成品。

5.工艺方案实施过程
5.1工装设计
旋压芯模材料选用，型面光洁度Ra0.4~Ra0.8um；成型旋轮预成型角°，圆角半径mm，材料选用，热处理硬度。

5.2旋压毛坯设计
用实体造型软件（Solidworks，MastCAM等）绘制轮毂旋压件实体造型，并求其金属体积。

依据体积不变性设计计算模锻件旋压毛坯。

5.3 强旋工艺实施效果
第一道次旋压工艺参数：S=0r/min，进给比F=0mm/r，第二道次强旋工艺参数：S=0r/min，F=0mm/r。

工艺试验初期，用R15成型轮进行两道次强旋成型，试验过程中产生堆积起皮，拉裂缺陷。

随后，将Rmm轮改为R成型轮，并且增大了旋压芯模上过渡圆角半径，起皮、拉裂缺陷得到了消除。

我们认为这种堆积、起皮缺陷主要是由于旋压轮成型圆角半径偏小且无预成型角，旋压成形时，金属受力面积较小，部分金属无法参与变形，加之工件型面复杂，材料变形时流动不畅；坯料底部Rmm圆弧破裂主要是由于旋压毛坯和模胎在该处的圆角半径Rmm太小，导致变形过程中应力集中较为严重，并且该处材料变形率最大，达到65%左右，
已经超过了6061铝合金（LD30）的旋压极限减薄率60%，致使加工硬化现象严重。

上述试验分析表明最初的旋压毛坯，旋压模胎存在一定的设计问题。

旋压毛坯应在满足工件金属体积要求的前提条件下，适当减小旋压成型部位的金属厚度（也就是在保证金属体积不变的前提下增大坯料高度，减小坯料外径），以此降低旋压减薄率，减小旋压加工硬化问题；旋压模胎型面上过渡圆角半径普遍偏小，且加工的型面光洁度未达到设计要求的Ra0.8mm。

根据前面旋压工艺试验的结果和质量分析，我们对后面试验件的旋压工艺方案做出了适当调整，变三道次为二道次旋压，成型旋轮均用Rmm。

堆积、起皮缺陷基本上得到了解决，但工件大端内外型面均出现了撕裂现象。

我们认为，该现象出现是由于该部位材料在两道次旋压过程中均是处于不完全贴模的普旋成型，金属之所以能够向前延伸，是
由于旋轮带着坯料表层金属向前移动，材料内部就产生了拉应力，而不是承受压应力状态。

针对工件撕裂问题，我们将旋轮预成型角由°改为°，旋压毛坯外径由φ427mm改为φ421mm，依此来减小旋压变形区域材料厚度，降低道次减薄率。

还对旋压轮的运动轨迹作了修正，使材料流动更为通畅，工件破裂问题得到了解决。

将轮毂旋压件进行固溶时效热处理，保证得到形状和尺寸较为稳定铝合金轮毂产品，同时提高轮毂的机械性能。

6.结论
利用强旋工艺方案在PT30501CNC双轮卧式强力旋压机上旋制6061铝合金轮毂是切实可行的，但是，必须设计制造出合理的旋压芯模和旋轮，并选取合理的旋压工艺参数，才能解决轮毂旋压过程中出现的堆积、起皮和破裂等缺陷。