一种车轮自动化闭式模锻生产线、生产工艺以及铝合金车轮的制作方法

本申请涉及汽车轮毂制造技术领域，具体涉及铝合金车轮自动化闭式模锻生产线以及生产工艺。

背景技术：

现有技术方法中常规车轮生产工艺是低压铸造工艺和重力铸造工艺。车轮锻造工艺是继传统的重力、低压等车轮铸造工艺后，国内车轮生产工艺一次全新变革，可以大大降低与杜绝常规铸造的通病问题，能实现车轮制造的自动化，是国际上较具竞争力的新技术方法，有较好的市场应用前景。车轮自动化闭式模锻工艺是在开式模锻基础上新研究开发的新工艺。闭式模锻与开式模锻的区别是：去掉开式的桥口飞边设计，飞边的多余材料节省了。闭式模锻过程中需提前使型腔闭合，旋转锻毛坯在封闭的锻模具型腔内成形，保证模具型腔封闭成形、成型后没有飞边。虽然，闭式模锻省去了飞边，提高了金属材料的利用率，但是其对胚料体积的准确度、形状合理性、锻造温度控制、设备打击能力以及打击控制等要求较高。因此，如何改进汽车轮毂制造工艺和提高制造效率对于轮毂制造业来说具有重要意义。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种车轮自动化闭式模锻生产线以及生产工艺，以改进汽车轮毂制造工艺和提高制造效率，满足铝合金车轮的自动化生产制造工艺。

第一方面，提供一种铝合金车轮自动化闭式模锻生产线，其特征在于：包括锯床、转运轨道一、棒料加热炉、一号机械手、摆动碾压机、二号机械手、初锻液压机、中间加热炉、三号机械手、终锻液压机、车轮中转块、四号机械手、切扩冲液压机、转运轨道二、旋压机、五号机械手、转运轨道三、热处理炉、转运轨道四、机加单元、六号机械手、成品轨道五；其中锯床用于加工出符合锻造要求的棒料；转运轨道一设置在锯床和棒料加热炉之间，用于转运棒料；棒料加热炉用于预热棒料；一号机械手设置在棒料加热炉和摆动碾压机之间，用于棒料的转运；摆动碾压机，用于车轮毛坯旋转锻造加工；二号机械手设置在摆动碾压机、初锻液压机和中间加热炉之间，用于将车轮毛坯从摆动碾压机转移到初锻液压机以及将车轮毛坯从初锻液压机转移到中间加热炉；初锻液压机用于进行车轮毛坯初闭式模锻；中间加热炉设置在初锻液压机和终极液压机之间，用于车轮毛坯闭式模锻的中间加热；终锻液压机用于进行车轮毛坯终闭式模锻；三号机械手设置在中间加热炉、终锻液压机、车轮中转块，用于将车轮毛坯从中间加热炉转运到终锻液压机以及将车轮毛坯从终锻液压机转移到车轮中转块；四号机械手设置在车轮中转块、切扩冲液压机、转运轨道二之间，用于将车轮毛坯从车轮中转块转移到切扩冲液压机，以及将车轮毛坯从切扩冲液压机转运到转运轨道二；切扩冲液压机用于扩孔、轮辋扩口、冲窗口和冲中心孔复合锻车轮毛坯。转运轨道二设置在切扩冲液压机和旋压机之间，用于转运车轮毛坯；五号机械手设置在转运轨道二、旋压机、转运轨道三之间，用于将车轮毛坯从转运轨道二转移到旋压机，以及从旋压机转移到转运轨道三；旋压机用于加工车轮毛坯轮辋；转运轨道三设置在旋压机和热处理炉之间，用于转运车轮毛坯；热处理炉用于处理车轮毛坯温度；转运轨道四设置在热处理炉和机加单元之间，用于转运车轮毛坯；机加单元用于加工车轮毛坯达到产品图要求；六号机械手设置在转运轨道四、机加单元、成品轨道五之间，用于将车轮毛坯从转运轨道四转移到机加单元，以及将成品车轮从机加单元转移到成品轨道五；成品轨道五用于输出成品车轮。

优选的，一种铝合金车轮自动化闭式模锻生产线，其中初锻液压机和终锻液压机的闭式模锻模具包括：上模座、上模芯、上顶料器、下模座、承压板、下模芯、下顶料器、下模板、上模板；上模板底面紧固有承压板，绕承压板外围固定上模座，承压板外围卡在上模板与上模座之间，承压板底面固定上模芯，上模芯上端与上模座相接触，沿上模板、承压板、上模芯中心位置贯穿固定设置上顶料器；下模板上面紧固下模座，下模座中部凹陷处紧固下模芯，沿下模板、下模座、下模芯中心位置贯穿固定设置下顶料器；上顶料器和下顶料器端头部相对，上模芯和下模芯中间放置车轮毛坯料。

优选的，一种铝合金车轮自动化闭式模锻生产线，其中切扩冲液压机，包括：下模座、底座、支撑柱、下模、窗口冲头、扩口块、中心孔冲头、退料装置、上模、上模座底板、车轮毛坯、上模座；下模座上面固定有底座，底座上固定有支撑柱，支撑柱上固定下模，车轮毛坯固定在下模上；上模座下面固定有上模座底板，上模座底板上固定上模；上模边缘固定有扩口块，上模靠近扩口块位置还设置有窗口冲头，上模中心位置设置有中心孔冲头；上模座、上模座底板、上模中心位置围绕中心孔冲头设置有退料装置。

优选的，一种铝合金车轮自动化闭式模锻生产线，其中切扩冲液压机的各模块的固定连接采用螺接。

优选的，一种铝合金车轮自动化闭式模锻生产线，其中锯床为自动化锯床，棒料加热炉为自动化加热炉，摆动碾压机为自动化旋转锻造压力机，初锻液压机和终锻液压机为自动化模锻压力机，中间加热炉为自动化中间加热炉，旋压机为自动化旋压机，热处理炉为自动化热处理炉，机加单元为自动化机加机床单元。

第二方面，本申请实施例提供了一种铝合金车轮自动化闭式模锻生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：

第一步：棒料锯切，利用锯床锯切加工出符合锻造要求的棒料，然后通过轨道将锯切后的棒料转运到预热炉；

第二步：预热棒料，用加热炉加热棒料温度控制在470-500℃，通过轨道和机器人将锯切后的棒料转运到摆动碾压机上；

第三步：车轮毛坯摆碾压制，利用摆动碾压机进行车轮毛坯旋转锻造加工，然后通过机器人转运车轮毛坯到初锻液压机上；

第四步：车轮毛坯初锻闭式模锻，利用初锻液压机预锻车轮毛坯，温度控制在470-500℃；然后通过机器人转运车轮毛坯到中间加热炉中；

第五步：车轮毛坯中间加热，保证预锻车轮毛坯在中间加热控制在470-500℃；然后通过轨道和机器人转运车轮毛坯到终锻液压机上；

第六步：车轮毛坯终锻闭式模锻，利用终锻液压机终锻车轮毛坯温度控制在470-500℃，终锻工序，同初锻成形原理相同，采用闭式模锻，完成轮辐精整成形；然后通过机器人转运车轮毛坯到切扩冲液压机上；

第七步：车轮毛坯扩孔、冲窗口和冲中心孔复合锻，利用切扩冲液压机扩孔，冲孔，复合锻车轮毛坯；轮辋扩口、冲窗口和冲中心孔工序，对轮辋部位进行扩口成形，冲窗口和冲中心孔多余金属冲除为旋压轮辋做准备；然后通过机器人和轨道将车轮毛坯转运到旋压机上

第八步：旋压加工，利用旋压机旋压加工车轮毛坯轮辋，对轮辋部位进行最终旋压成形，然后通过机器人和轨道将车轮毛坯转运到热处理炉中；

第九步：车轮毛坯热处理，利用热处理炉热处理车轮毛坯，热处理工艺包括固溶、淬火、时效三个工艺过程，固溶温度控制在470-500℃，淬火温度控制在70-100℃，时效温度控制在150-180℃，热处理之后然后通过机器人和轨道将车轮毛坯转运到到机加单元；

第十步：车轮毛坯机械加工，利用机加单元加工车轮毛坯达到产品图要求。

优选的，该铝合金车轮自动化闭式模锻生产工艺的第四步和第六步中，初锻闭式模锻和终锻闭式模锻过程中需提前使型腔闭合，旋转锻毛坯在封闭的初锻闭式模锻模具型腔内成形，保证模具型腔封闭成形、车轮毛坯成型后没有飞边。

优选的，该铝合金车轮自动化闭式模锻生产工艺的第五步中间加热采用自动化中间加热炉；其中第九步热处理采用自动化热处理炉。

优选的，该铝合金车轮自动化闭式模锻生产工艺，其中锯床为自动化锯床，棒料的加热炉为自动化加热炉，摆动碾压机为自动化旋转锻造压力机，初锻液压机和终锻液压机为自动化模锻压力机，旋压机为自动化旋压机，机加单元为自动化机加机床单元。

第三方面，本申请实施例提供了一种铝合金车轮，其特征在于，采用上述的铝合金车轮自动化闭式模锻生产线制造而成，或者上述的铝合金车轮自动化闭式模锻生产工艺制造而成。

可见本申请提供了一种车轮自动化闭式模锻生产线以及生产工艺，可大幅度提高车轮成品件的机械性能与物理性能以及车轮锻造效果和成品率，实现结构复杂的铝、镁合金车轮压制成型，进一步简化铝合金、铝镁合金车轮的压制工艺，大大节省后期二次加工整形的费用、时间与人力，提高设备在生产制造中的安全性与工作效率。本锻造工艺的预锻压制、终锻压制及扩孔切边液压机均为全程可视操作，可有效防止有害气雾对操作人员身体造成伤害。此外，工件送料和上料定位准确，便于操作，自动化程度高，故可满足铝合金、铝镁合金车轮的自动化生产制造工艺。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1为一种铝合金车轮自动化闭式模锻生产线示意图。

图2为初锻、终锻闭式模锻模具结构示意图。

图3为切扩冲液压机平面示意图。

图4为车轮自动化闭式模锻工艺流程图。

1-锯床、2-转运轨道一、3-棒料加热炉、4-一号机械手、5-摆动碾压机、6-二号机械手、7-初锻液压机、8-中间加热炉、9-三号机械手、10-终锻液压机、11-车轮中转块、12-切扩冲液压机、13-四号机械手、14-转运轨道二、15-五号机械手、16-自动化旋压机、17-转运轨道三、18-热处理炉、19-转运轨道四、20-机加单元、21-六号机械手、22-成品轨道五；1-1-上模座、1-2-上模芯、1-3-上顶料器、1-4-下模座、1-5-承压板、1-6-下模芯、1-7-顶料器、1-8-下模板、1-9-上模板；2-1-下模座、2-2-底座、2-3-支撑柱、2-4-下模、2-5-窗口冲头、2-6-扩口块、2-7-中心孔冲头、2-8-退料装置、2-9-上模、2-10-上模座底板、2-11-车轮毛坯、2-12-螺钉、2-13-上模座。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：如图1中所示，一种铝合金车轮自动化闭式模锻生产线，其特征在于：包括锯床1、转运轨道一2、棒料加热炉3、一号机械手4、摆动碾压机5、二号机械手6、初锻液压机7、中间加热炉8、三号机械手9、终锻液压机10、车轮中转块11、切扩冲液压机12、四号机械手13、转运轨道二14、五号机械手15、自动化旋压机16、转运轨道三17、热处理炉18、转运轨道四19、机加单元20、六号机械手21、成品轨道五22；其中锯床1用于加工出符合锻造要求的棒料；转运轨道一2设置在锯床1和棒料加热炉3之间，用于转运棒料；棒料加热炉3用于预热棒料；一号机械手4设置在棒料加热炉3和摆动碾压机5之间，用于棒料的转运；摆动碾压机5，用于车轮毛坯旋转锻造加工；二号机械手6设置在摆动碾压机5、初锻液压机7和中间加热炉8之间，用于将车轮毛坯从摆动碾压机5转移到初锻液压机7以及将车轮毛坯从初锻液压机7转移到中间加热炉8；初锻液压机7用于进行车轮毛坯初闭式模锻；中间加热炉8设置在初锻液压机7和终极液压机10之间，用于车轮毛坯闭式模锻的中间加热；终锻液压机10用于进行车轮毛坯终闭式模锻。三号机械手9设置在中间加热炉8、终锻液压机10、车轮中转块11，用于将车轮毛坯从中间加热炉8转运到终锻液压机10以及将车轮毛坯从终锻液压机10转移到车轮中转块11；四号机械手13设置在车轮中转块11、切扩冲液压机12、转运轨道二14之间，用于将车轮毛坯从车轮中转块11转移到切扩冲液压机12，以及将车轮毛坯从切扩冲液压机12转运到转运轨道二14；切扩冲液压机12用于切边、扩孔、轮辋扩口、冲窗口和冲中心孔复合锻车轮毛坯；转运轨道二14设置在切扩冲液压机和自动化旋压机之间，用于转运车轮毛坯；五号机械手15设置在转运轨道二14、自动化旋压机16、转运轨道三17之间，用于将车轮毛坯从转运轨道二14转移到自动化旋压机16，以及从自动化旋压机16转移到转运轨道三17；自动化旋压16机用于加工车轮毛坯轮辋；转运轨道三17设置在自动化旋压机16和热处理炉18之间，用于转运车轮毛坯；热处理炉18用于处理车轮毛坯温度；转运轨道四19设置在热处理炉18和机加单元20之间，用于转运车轮毛坯；机加单元20用于加工车轮毛坯达到产品图要求；六号机械手21设置在转运轨道四19、机加单元20、成品轨道五22之间，用于将车轮毛坯从转运轨道四19转移到机加单元20，以及将成品车轮从机加单元20转移到成品轨道五22；成品轨道五22用于输出成品车轮。

其中，初锻、终锻闭式模锻模具设计要以工步图和锻造工艺为基础进行设计。设计的原则是：摆碾压毛坯在初锻模具中成形均匀、流线顺畅，同时在终锻最终成形时成形均匀，充填性好；模具在压力机上工作顺畅、稳定，安装方便。本次设计参考现有开式初、终锻模具设计，利用人机交互技术，使用ug软件三维造型。设计初锻、终锻闭式模锻模具结构如图2所示，包括：上模座1-1、上模芯1-2、上顶料器1-3、下模座1-4、承压板1-5、下模芯1-6、下顶料器1-7、下模板1-8、上模板1-9；上模板1-9底面紧固有承压板1-5，绕承压板1-5外围固定上模座1-1，承压板1-5外围卡在上模板1-9与上模座1-1之间，承压板1-5底面固定上模芯1-2，上模芯1-2上端与上模座1-1相接触，沿上模板1-9、承压板1-5、上模芯1-2中心位置贯穿固定设置上顶料器1-3；下模板1-8上面紧固下模座1-4，下模座1-4中部凹陷处紧固下模芯1-6，沿下模板1-8、下模座1-4、下模芯1-6中心位置贯穿固定设置下顶料器1-7；上顶料器1-3和下顶料器1-7端头部相对，上模芯1-2和下模芯1-6中间放置车轮毛坯料。在该模具设计中去掉开式的桥口飞边设计，节省了飞边的多余材料。另外，闭式模锻过程中需提前使型腔闭合，摆碾压制毛坯在封闭的初锻模具型腔内成形。触变成形前上模座1-1与下模芯1-6提前闭合，保证模具型腔封闭成形、成型后没有飞边。

其中，扩孔、冲窗口和冲中心孔复合模具图设计对轮辋部位进行扩口成形，冲窗口和冲中心孔多余金属冲除为旋压轮辋做准备。扩孔、冲中心孔和冲窗口一次完成减少了后序机加时间，提高了工作效率。

结合图3所示，切扩冲液压机平面图，包括下模座2-1、底座2-2、支撑柱2-3、下模2-4、窗口冲头2-5、扩口块2-6、中心孔冲头2-7、退料装置2-8、上模2-9、上模座底板2-10、车轮毛坯2-11、上模座2-13；下模座2-1上面固定有底座2-2，底座2-2上固定有支撑柱2-3，支撑柱上固定下模2-4，车轮毛坯2-11固定在下模2-4上；上模座2-13下面固定有上模座底板2-10，上模座底板2-10上固定上模2-9；上模2-9边缘固定有扩口块2-6，上模2-9靠近扩口块2-6位置还设置有窗口冲头2-5，上模2-9中心位置设置有中心孔冲头2-7；上模座2-13、上模座底板2-10、上模2-9中心位置围绕中心孔冲头2-7设置有退料装置2-8。

其中，各个模块之间的固定方式采用螺接，如图3中所示，采用螺钉2-12固定连接。

根据图1中所示的生产线，设计了一种铝合金车轮自动化闭式模锻生产工艺，具体生产步骤如下：

第一步：棒料锯切，利用自动化锯床锯切加工出棒料符合锻造要求的棒料，通过轨道转运锯切后棒料到预热炉；

第二步：预热棒料，利用自动化加热炉加热棒料温度控制在470-500℃，通过轨道和机器人锯切后棒料转运到旋转锻造压力机上；

第三步：车轮毛坯摆碾压制，利用自动化旋转锻造压力机进行车轮毛坯旋转锻造加工；摆碾压制工序，由于摆碾压制是局部线接触，顺次加压连续成形，接触面积和单位压力都比较小，故预制坯成形时所用设备吨位小，变形力为一般锻造变形力的1/5～1/20，经摆碾压制后的预制坯其内部组织均匀细致，性能有所提高，产品质量好，不易开裂；通过机器人转运车轮毛坯到初锻模锻压力机上；

第四步：车轮毛坯初闭式模锻，利用自动化模锻压力机预锻车轮毛坯温度控制在470-500℃；初锻工序，由于零件形状复杂，成形比较困难，在旋转锻工序和终锻工序之间增加采用闭式模锻成形工艺初锻方法工序，使旋转锻毛坯经过初锻变形接近于终锻件的形状，以便终锻时保证充满模膛并不出现折叠或裂纹等缺陷，同时也降低终锻对设备吨位的要求；通过机器人转运车轮毛坯中间加热中

第五步：车轮毛坯中间加热，保证预锻车轮毛坯在中间加热控制在470-500℃，通过轨道和机器人转运车轮毛坯到终锻模锻压力机上；

第六步：车轮毛坯终闭式模锻，利用自动化模锻压力机终锻车轮毛坯温度控制在470-500℃；终锻工序，同初锻成形原理相同，采用闭式模锻，完成轮辐精整成形；终锻闭式模锻过程中需提前使型腔闭合，终锻闭式模锻模具型腔内成形，保证模具型腔封闭成形、成型后没有飞边；通过机器人转运车轮毛坯到复合模锻压力机上；

第七步：车轮毛坯扩孔冲、窗口和冲中心孔复合锻，利用自动化模锻压力机扩孔、冲孔、复合锻车轮毛坯；轮辋扩口、冲窗口和冲中心孔工序，对轮辋部位进行扩口成形，冲窗口和冲中心孔多余金属冲除为旋压轮辋做准备；通过机器人和轨道转运车轮毛坯到旋压机上；

第八步：旋压加工，利用自动化旋压机旋压加工车轮毛坯轮辋；旋压工序，对轮辋部位进行最终旋压成形；通过机器人和轨道转运车轮毛坯到热处理炉中；

第九步：车轮毛坯热处理，利用热处理炉热处理车轮毛坯，热处理工艺包括固溶、淬火、时效三个工艺过程，固溶温度控制在470-500℃，淬火温度控制在70-100℃，时效温度控制在150-180℃，热处理之后然后通过机器人和轨道将车轮毛坯转运到到机加单元；

第十步：车轮毛坯机械加工，利用自动化机加机床单元加工车轮毛坯达到产品图要求。

其次，本申请还涉及一种铝合金车轮，其特征在于，采用上述的铝合金车轮自动化闭式模锻生产线制造而成，或者上述的铝合金车轮自动化闭式模锻生产工艺制造而成。

可见本申请提供了一种车轮自动化闭式模锻生产线以及生产工艺，可大幅度提高车轮成品件的机械性能与物理性能以及车轮锻造效果和成品率，实现结构复杂的铝、镁合金车轮压制成型，进一步简化铝合金铝、镁合金车轮的压制工艺，大大节省后期二次加工整形的费用、时间与人力，提高设备在生产制造中的安全性与工作效率。本锻造工艺的预锻压制、终锻压制及扩孔切边液压机均为全程可视操作，可有效防止有害气雾对操作人员身体造成伤害。此外，工件送料和上料定位准确，便于操作，自动化程度高，故可满足铝、镁合金车轮的自动化生产制造工艺。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。