自動(dòng)生產(chǎn)線閉式鍛造輪轂?zāi)＞呓Y(jié)構(gòu)及工藝

文／楊金嶺，朱向濤，楊玉坤，楊志偉·中信戴卡股份有限公司

輪轂是轎車懸掛系統(tǒng)重要運(yùn)動(dòng)安全件，其承擔(dān)汽車重量，傳遞動(dòng)能，承載著沖擊，輔助輪胎散熱。由于鋁合金輪轂有良好的剛度、強(qiáng)度及導(dǎo)熱性能，且輕質(zhì)化、造型大方美觀，因此得到客戶青睞。傳統(tǒng)鋁合金輪轂制造一般為低壓鑄造，中信戴卡是國(guó)內(nèi)首家鋁合金輪轂批量生產(chǎn)的公司，2003 年，中信戴卡成為國(guó)內(nèi)首家自動(dòng)生產(chǎn)線鍛造鋁、鎂合金輪轂并批量生產(chǎn)的公司。

鍛造鋁合金輪轂成形技術(shù)解決了低壓鑄造生產(chǎn)中的夾雜、氣孔等固有技術(shù)缺陷，鍛造鋁合金輪轂自動(dòng)生產(chǎn)線所成形的輪轂，具有組織致密均勻、有光滑造型、輕且薄、可承載載荷較大等優(yōu)質(zhì)特點(diǎn)，但由于生產(chǎn)模具數(shù)量多且價(jià)格貴，大多在高級(jí)轎車上應(yīng)用。

輪轂鍛造工藝過程

按成形過程是否有飛邊，可以將鍛造輪轂?zāi)＞叻譃殚_式模鍛和閉式模鍛兩種類型，有飛邊鍛造輪轂?zāi)＞邽殚_式模鍛，無飛邊鍛造輪轂?zāi)＞邽殚]式模鍛，本文介紹的就是無飛邊閉式鍛造輪轂?zāi)＞?。利用UG NX 軟件對(duì)輪轂產(chǎn)品造型和模具進(jìn)行建模設(shè)計(jì)，利用QForm 或Simufact Forming 軟件對(duì)鍛造成形過程分步模擬分析，針對(duì)分析結(jié)果對(duì)造型和模具進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，經(jīng)模具制造和現(xiàn)場(chǎng)試制優(yōu)化后進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)。

圖1 自動(dòng)生產(chǎn)線輪轂鍛造工序圖

由于鋁合金輪轂鍛造自動(dòng)生產(chǎn)線在生產(chǎn)過程中每道工序金屬變形極限存在變化范圍，所以鋁合金輪轂成形要由幾步鍛造工序來完成，本文介紹的輪轂鍛造自動(dòng)生產(chǎn)線是由棒料加熱、擺動(dòng)輾壓、初鍛、終鍛、沖孔擴(kuò)口、旋壓幾道工序完成。毛坯在生產(chǎn)過程中的流轉(zhuǎn)由機(jī)器人來完成，如圖1 所示。擺動(dòng)輾壓是預(yù)鍛制坯料。由于鍛坯正面成形復(fù)雜且較難，為保證模膛成形不出現(xiàn)各種缺陷，同時(shí)也降低設(shè)備噸位，將模鍛成形設(shè)計(jì)為初鍛、終鍛工序。而輪轂初鍛、終鍛工步是整個(gè)工序中最為關(guān)鍵的工序，也是窗口和輪輻成形必不可少的工序。沖孔擴(kuò)口工序?yàn)樾拚ば?，旋壓工序?yàn)檩嗇y成形工序。

自動(dòng)生產(chǎn)線初鍛、終鍛閉式輪轂?zāi)＞?/h3>

就輪轂鍛造自動(dòng)生產(chǎn)線整個(gè)工藝過程而言，成形的關(guān)鍵技術(shù)主要有：⑴初鍛、終鍛模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝；⑵初鍛、終鍛模具正面窗口造型配合設(shè)計(jì)；⑶沖孔擴(kuò)口模具的核心結(jié)構(gòu)和工藝；⑷旋壓編程設(shè)計(jì)和工藝；⑸模具和鍛造坯料溫度控制工藝；⑹潤(rùn)滑劑用量控制和工藝；⑺預(yù)鍛、初鍛、終鍛保壓時(shí)間控制。由于篇幅有限，本文主要針對(duì)自動(dòng)生產(chǎn)線輪轂初鍛、終鍛模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和成形工藝進(jìn)行闡述。

自動(dòng)生產(chǎn)線初鍛閉式輪轂?zāi)＞?/h3>

圖2 所示為一種增強(qiáng)鎖扣型閉式初鍛輪轂?zāi)＞?，其組成零部件及相互裝配關(guān)系為：模具上模嵌入模具上連接板內(nèi)，通過內(nèi)六角螺栓連接固定；下模套與下模座通過內(nèi)六角螺栓連接固定；上頂料器置于上模中，由卡環(huán)將其卡?。欢ㄎ讳N置于下模芯和模具下模座之間；下頂料器置于下模芯、下模座、下連接板中；下模芯嵌入下模座止口內(nèi)，并通過內(nèi)六角螺栓連接。

圖2 增強(qiáng)鎖扣型閉式初鍛輪轂?zāi)＞?/p>

在圖2 中B 圈區(qū)域內(nèi)，下模套通過增強(qiáng)鎖扣結(jié)構(gòu)鎖扣下模芯，并用內(nèi)六角螺栓連接。下模座嵌入模具下連接板內(nèi)，并通過內(nèi)六角螺栓連接。此結(jié)構(gòu)中A圈區(qū)域內(nèi)，下模套與上模導(dǎo)向?yàn)殒i扣式導(dǎo)向。下模套根據(jù)需要既可設(shè)計(jì)成整體結(jié)構(gòu)又可設(shè)計(jì)成通過螺栓連接的上下分體結(jié)構(gòu)，分體結(jié)構(gòu)便于安裝且靈活性強(qiáng)，可以防止輕合金擠壓入下模套和下模芯之間的縫隙內(nèi)。

自動(dòng)生產(chǎn)線終鍛閉式輪轂?zāi)＞?/h3>

圖3 所示為一種增強(qiáng)鎖扣型閉式終鍛輪轂?zāi)＞撸浣M成零部件及相互裝配關(guān)系為：終鍛模具與初鍛模具分模面相同，只鍛件朝向不同，模套需裝在上模上，如圖3 所示，上模套結(jié)構(gòu)及優(yōu)勢(shì)與圖2 中下模套相同。

閉式輪轂鍛造模具工藝實(shí)施

在初鍛時(shí)，機(jī)器人將前序擺輾來的鍛坯放在下模上。壓力機(jī)滑塊下行，模具鍛出初鍛鍛坯，壓力機(jī)滑塊上行，下頂料器將鍛后初鍛鍛坯頂起，隨后機(jī)器人將初鍛鍛坯取走，下轉(zhuǎn)至終鍛模具上，此工序完成。

圖3 增強(qiáng)鎖扣型閉式終鍛輪轂?zāi)＞?/p>

圖4 鋁、鎂合金鍛造輪轂?zāi)＞?D 裝配剖面圖

在終鍛時(shí)，機(jī)器人將初鍛鍛坯放在終鍛下模上。壓力機(jī)滑塊下行，模具鍛出終鍛鍛坯，壓力機(jī)滑塊上行，下頂料器將鍛后終鍛鍛坯頂起，隨后機(jī)器人將鍛后終鍛鍛坯取走，完成終鍛過程，終鍛毛坯實(shí)物如圖5 所示。隨后，終鍛鍛坯轉(zhuǎn)到切邊沖孔工序。

圖5 輪轂毛坯實(shí)物

結(jié)論

本文通過對(duì)輪轂自動(dòng)鍛造生產(chǎn)線工藝流程的介紹，闡述了輪轂自動(dòng)鍛造生產(chǎn)線用初鍛、終鍛模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)，總結(jié)起來：⑴對(duì)自動(dòng)生產(chǎn)線輪轂鍛造工藝流程的分析，可將各工步載荷科學(xué)合理分布，從而發(fā)揮金屬材料潛能；⑵增強(qiáng)鎖扣型自動(dòng)生產(chǎn)線閉式鍛造輪轂?zāi)＞呓Y(jié)構(gòu)更優(yōu)化、工作更可靠且效果更理想。