铝合金轮毂加工分析及工艺方案研究
所属分类：轮毂
2013-12-24 15:25:27 推荐指数：
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。
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。