鋁合金車輪的機(jī)械加工技術(shù)

楊磊

中信戴卡股份有限公司，中國·河北 秦皇島 066011

鋁合金車輪；機(jī)械加工技術(shù)；制造工藝

1 引言

鋁合金車輪屬于旋轉(zhuǎn)的主要部件，可以承受輪胎以及輪軸之間的具體載荷。它們屬于車輛行駛系統(tǒng)當(dāng)中非常重要的組件部分，也屬于汽車外觀比較重要的組成部分。在車輪的設(shè)計過程中，車輪外形的具體設(shè)計、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及疲勞強(qiáng)度的具體設(shè)計都屬于非常關(guān)鍵的部分。之前關(guān)于車輪的傳統(tǒng)設(shè)計主要對于其造型進(jìn)行設(shè)計，通過具體的測試來證明其相應(yīng)的強(qiáng)度以及疲勞度。這種方法需要依賴于實驗，并且有比較多的缺點，如設(shè)計非常的盲目，周期比較長以及成本比較高等。

2 思維以及方法

2.1 具體的問題分析

為了更大程度地減小全車的負(fù)載，需要進(jìn)一步提高材料

在垂直的方向上主要產(chǎn)生兩個作用在車輪上面的力。一種力是利用制動盤螺柃傳遞到車輪的WZ 上；另一種屬于地面上面的反作用力FZ，這兩種力量都可以稱之為疆隨力。因為的強(qiáng)度。通過具體的分析方法，對車輪的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，可以很好地提高了車輪的強(qiáng)度以及壽命，提高生產(chǎn)的成功率，進(jìn)一步使得車輪產(chǎn)品的具體開發(fā)周期得到縮短。改變了輻條的具體厚度，并針對性的對鋁合金的車輪進(jìn)行了優(yōu)化，縮短了鋁合金車輪的具體研發(fā)以及制造周期。按照實際車輪的相關(guān)尺寸，使用CATIA 對車輪的三維模型進(jìn)行設(shè)置，并把其迅速的導(dǎo)入到ANSYS 分析軟件當(dāng)中進(jìn)行詳細(xì)的分析。按照試驗當(dāng)中的安裝以及加載條件，建立了輪輞，加載軸以及輪輻等，并對其進(jìn)行了相應(yīng)的約束、加載以及計算[1]。

2.2 具體的理論證明

車輪在制造的過程中經(jīng)常會出現(xiàn)一些偏移的現(xiàn)象，指的是車輪平面以及車輪組件之間不處于垂直中心的平面上面，所以可以把這兩個平面之間的具體距離稱之為車輪偏移d，地面的具體反作用力Fz 主要出現(xiàn)在輪胎中心的平面上面。并且車輪的負(fù)載Wz 大約作用在車輪表面上，因此兩者會在車輪（主要指的是輻條）上面產(chǎn)生相應(yīng)的彎矩[2]。所以，對車輪造成重大影響的力屬于輪胎充氣的具體壓力、垂直力以及由此而引發(fā)的相關(guān)彎矩等，輪胎充氣壓力對輪輞以及螺栓的擰緊等造成非常大的影響，而相應(yīng)的垂直力則會對于整個車輪造成影響。

2.3 關(guān)鍵參數(shù)以及設(shè)計要點

本篇論文所要研究的車輪屬于鋁合金材質(zhì)的，使用比較廣泛的汽車車輪鋁合金就屬于A356 鋁合金。鋁合金A356 具備良好的鑄造性以及高流動性，不會出現(xiàn)相應(yīng)的熱裂紋傾向，線性收縮率比較小，氣密性非常高，比較適合在一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的車輪當(dāng)中使用。在生產(chǎn)的過程中鑄造工藝對于材料也會造成非常大的影響，不同部位的材料在相應(yīng)的性能方面也是不一樣的。因此，需要對于輪輻以及輪輞進(jìn)行取樣，然后在執(zhí)行后續(xù)的工作。由于所用到的輔助軸在特定的計算當(dāng)中不進(jìn)行參與，因此它的作用僅僅的在施加彎矩以及力的上面顯現(xiàn)，即其材料的具體性能不會受到心力分布以及數(shù)值的具體影響[3]。

3 實驗力的具體方法以及測試結(jié)果

論文當(dāng)中所使用的鋁合金輪輻的具體厚度為35mm，輪輞材料的具體厚度為3mm。和整個車輪的相關(guān)結(jié)構(gòu)比較，其屬于比較薄的結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究可以表明，只對那些比較危險的區(qū)域當(dāng)中的材料使用較厚的材質(zhì)厚度，即使用三維實體元，和加載軸端部垂直，從而使得車輪承受相應(yīng)的彎矩M。查閱相關(guān)文獻(xiàn)并對此情況進(jìn)行分析之后，確定所施加的具體載荷F 屬于3196N，在模型上載滿乘客后，需要固定以及約束相應(yīng)的車輪。在論文當(dāng)中，選擇輪輞的外端面當(dāng)作具體的固定約束，完成鋁合金車輪的有限元模型后，使用ANSYS 軟件進(jìn)行具體的模擬計算。

4 具體的機(jī)械加工技術(shù)

4.1 鋁合金的具體特性

鋁合金的硬度比較低，通常會在60 到100HBS 的范圍之內(nèi)，韌性非常的好，具備比較良好的導(dǎo)熱性以及散熱性，密度非常的小，重量比較輕。但是，其機(jī)械強(qiáng)度以及剛度比較弱。

4.2 鋁合金加工的特點

為了使刀具更加的合適，所選用的刀具應(yīng)該具備大前角以及較長的修邊，并且也要具備易于粘貼的特性。由于其具備相應(yīng)的柔軟度，低硬度以及易于形成的旋鈕形狀，因此在加工的過程當(dāng)中必須去除相應(yīng)的切屑，快速的進(jìn)行加工將會非常利于生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品的質(zhì)量得到提高。在加工的具體過程當(dāng)中必須對夾緊以及定位進(jìn)行考慮，這樣可以防止產(chǎn)品出現(xiàn)彈性變形，進(jìn)而造成的尺寸或者形狀過大的一些偏差等[4]。

4.3 具體的工藝內(nèi)容

（1）關(guān)于車銷內(nèi)端的加工內(nèi)容，主要包含車銷的端面、外圓以及內(nèi)孔部分。利用數(shù)控專用車床進(jìn)行相應(yīng)的加工，檢查車輪得具體定位，并按照之前設(shè)定的具體加工路線選擇比較合適的切削工具。在處理完成之后，要去除相應(yīng)的毛刺，并對外觀、尺寸以及鑄件等進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)是否存在一些缺陷。

（2）鉆孔加工的具體內(nèi)容，主要包含鉆削車輪安裝孔系方面的內(nèi)容、裝飾件安裝孔系方面的內(nèi)容以及相應(yīng)的車輪充氣孔等。采用B 軸立式進(jìn)行加工，可以更好地完成車削步驟以及中心定位。首先，需要處理車輪安裝孔的具體系統(tǒng)，進(jìn)行加工之后，保障工件繞B 軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)一定的角度；其次，進(jìn)一步加工相應(yīng)的砂輪膨脹孔；再次，在加工完成之后，將工件進(jìn)行復(fù)位；最后，等全部處理完成之后，需要按照工藝流程進(jìn)行具體的檢查。

（3）車削外端的具體內(nèi)容，主要包含車削面以及外圓部分。其是由數(shù)控專用車床進(jìn)行加工完成的，等處理完成之后，按照技術(shù)的具體規(guī)定進(jìn)行比較全面的檢查以及外觀檢查等。

（4）動平衡檢查的具體內(nèi)容，主要包含車輪平衡器的檢查。需要定位好相應(yīng)的車輪，然后把其夾緊，再啟動相應(yīng)的平衡器，測試車輪是否平衡，最終計算出具體的不平衡量。

（5）清潔的具體內(nèi)容。需要使用一些專用的清潔機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的清潔，這樣可以很好地把一些殘留以及粘性的碎屑進(jìn)行清除。

（6）具體的氣密性測試。由于很多鋁合金車輪都屬于沒有內(nèi)胎的車輪，因此必須對輪輞進(jìn)行相應(yīng)的氣密性檢查。這時候可以測試車輪的氣門孔并進(jìn)行密封，用帶有墊圈的具體壓力板使勁的按壓車輪的兩側(cè)以更好地把其密封好，然后把整個的車輪放到裝有水的水箱當(dāng)中。在450KPa 的壓縮空氣當(dāng)中，保障其待在相應(yīng)的壓力當(dāng)中30 秒鐘，如果用肉眼可以看到出現(xiàn)了一些氣泡，那么就可以說明這個產(chǎn)品正處于泄漏的狀態(tài)。

（7）具體的車銷鏡面。可以采用數(shù)控專用車床對于車輪外端面的具體鏡面（即裝飾面）進(jìn)行加工，對裝飾表面進(jìn)行轉(zhuǎn)動之前，需要使用圖像進(jìn)行處理設(shè)備，然后把圖案信息傳送到相應(yīng)的車床上面，從而可以更好地處理所需要的具體圖案。

4.4 具體的鉆孔

使用臺中精機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)的各種各樣的立式加工中心機(jī)都可以在鋁合金車輪的鉆孔方面進(jìn)行使用。該機(jī)床具備比較出色的床身設(shè)計，關(guān)于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)肋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，底座采用的是A 形肋的結(jié)構(gòu)，立柱內(nèi)部則采用的是十字形結(jié)構(gòu)，這樣可以獲得非常好的強(qiáng)度以及剛度。套筒式的具體主軸設(shè)計為相應(yīng)的主軸模塊提供了非常多的特性，從主軸前端突出的相關(guān)套筒長度比較短，因此可以很大程度上使得相應(yīng)的剛性得到提高。除此之外，在主軸套筒外部循環(huán)的冷卻油可以使得主軸軸承的具體使用壽命得到延長，Y 軸三種線性的設(shè)計可以最大程度地減少重力引起的相關(guān)變形[5]。

4.5 生產(chǎn)線的具體平面布置

經(jīng)過長時間的探索以及研究，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)鋁合金車輪的具體布局可以采用一種比較全新的模式，即相應(yīng)的獨立制造島。這屬于一種具備中國特色的全新生產(chǎn)方式，它主要包含生產(chǎn)技術(shù)方面以及數(shù)控機(jī)床方面等，主要強(qiáng)調(diào)自動化的生產(chǎn)以及以人為本的生產(chǎn)方式，需要相應(yīng)的組織、人員以及技術(shù)之間進(jìn)行有效的整合。鋁合金車輪的具體布局面向車間，可以進(jìn)行分散以及全面的管理，主要目標(biāo)是獲得更多的經(jīng)濟(jì)利益，獨立的制造島具備更好的靈活性，即包含人員以及設(shè)備的靈活性等，并且適應(yīng)范圍比較廣泛。這對中國的機(jī)械制造業(yè)來講具備非常積極以及重要的意義，可以更好地參與國際上的競爭。可以這樣講，這種模式非常的適合中國的國情發(fā)展。

5 具體的生產(chǎn)技術(shù)

5.1 鑄造技術(shù)

低壓鑄造技術(shù)屬于生產(chǎn)車輪當(dāng)中一種比較基本的方式，相對來講比較的經(jīng)濟(jì)。低壓鑄造指的是在模具當(dāng)中鑄造以及硬化熔融金屬的一個全過程。反壓鑄造屬于一種相對來講比較先進(jìn)的方法，可以使用強(qiáng)真空把金屬吸入到模具當(dāng)中，這樣非常有助于保持恒溫并消除相應(yīng)的雜質(zhì)。

5.2 具體的鍛造

鍛造屬于制造鋁合金車輪當(dāng)中一種非常先進(jìn)的方法。在高溫以及62.3MN 的具體壓力下，把一塊鋁錠壓入到車輪當(dāng)中，這種鋁輪和普通的鋁輪相比較強(qiáng)度是后者的3 倍，前者和后者相比較輕了20%。一些形狀比較漂亮以及結(jié)構(gòu)相對來講比較復(fù)雜的車輪通常不可能一次性的鍛造形成。車輪的毛坯在軋制的過程當(dāng)中被鍛造成一定的形狀，軋制車輪的同時可以很大程度上減小相應(yīng)的厚度。利用這種方法造成的鋁合金車輪不僅具備比較均勻的密度以及光滑的表面，而且承受能力也比較強(qiáng)，可以承受非常大的壓力[6]。但是，該產(chǎn)品在生產(chǎn)的過程中需要比較復(fù)雜的生產(chǎn)設(shè)備，且成品率比較低，制造的成本非常的高，因此價格略貴。

6 結(jié)語

綜上所述，汽車工業(yè)市場正在面向全球化以及國際化的方向發(fā)展。中國的制造業(yè)已經(jīng)逐漸地變成了全球性的制造業(yè)基地。這既是一個很好的機(jī)遇，也是一個新的挑戰(zhàn)。因此，企業(yè)要不斷地提高相應(yīng)的加工技術(shù)，爭取獲得更大的突破。