汽车铝合金轮毂旋压工艺的制作方法

本发明涉及铝合金轮毂制造领域，特别涉及一种汽车铝合金轮毂旋压工艺。

背景技术：

随着汽车工业的快速发展，人们对汽车轮毂的设计多样化和力学性能要求也越来越高，铝合金旋压轮毂由于致密度和刚度都较好，且重量轻，更耐用，已被广泛应用。但传统旋压工艺因其工艺环节多，加工周期长，加工成本高，仅得适用于某些高端轿车市场，在中低端汽车市场未能得到更广泛的应用。传统的汽车铝合金铸旋轮毂，其加工工艺包括：铸造、去浇口、去飞边、车中心孔、加热、旋压、热处理、机加工、涂装防护等九个工序。铝合金轮毂旋压工艺通常是将铝合金轮毂毛坯定位在旋压模具上，之后在旋压模具上方用上尾顶工装ⅰ将铝合金轮毂毛坯定位夹紧在旋压模具上，再用旋压刀对铝合金轮毂毛坯进行旋压加工。现有铝合金轮毂结构如图1所示，铝合金轮毂毛坯被定位在上尾顶工装ⅰ和旋压模具中如图2所示，其中上尾顶工装包括上尾顶ⅰ6、上尾顶连接柱7、连接座8，上尾顶ⅰ6用于压紧铝合金轮毂毛坯10的轮辐，上尾顶连接柱7设置在上尾顶上，且上尾顶连接柱7底端中心定位杆9由上尾顶中部通孔向下延伸以定位铝合金轮毂毛坯10中部中心孔。现有技术铝合金轮毂毛坯。这种现有旋压工艺存在以下缺陷：1、铝合金轮毂毛坯轮辋内侧无定位端面，在旋压工艺前需要对铝合金轮毂毛坯去浇口、去飞边、车中心孔来保证旋压的适配和定位问题，生产周期长，设备和人工的投入较多，生产成本高；2、铝合金轮毂毛坯受冲孔和去飞边、车中心孔的加工精度影响较大；3、铝合金轮毂毛坯轮辋比较短，轮辋外壁与水平线的夹角a1为69度，该处轮毂是直径十八寸汽车铝合金轮毂轮辋（下面举例说明都是指这一规格的轮毂），轮辋在竖直方向的高度h1为87mm，轮辋末端厚度e1（d2=25.27mm）大且增加过快，轮辋末端厚度大，在旋压加工过程中容易出现旋压不到位的缺陷，因厚度增加快还会造成旋压加工过程中设备受力不均，出现超载导致卡刀而报警，容易造成设备损坏，轮辋根部厚度d1较小，通常只有9mm（直径十八寸汽车铝合金轮毂轮辋），旋压加工过程存在强大往下的拉力，此处过薄会被拉变形或者断裂，此处过薄造成铝水通道过小也不利于铸造；4、从铸造模具出来的铝合金轮毂毛坯（通常温度为260~290度）需要冷却到常温才能够进行去浇口、去飞边、车中心孔等机加工，而旋压时则需要将铝合金轮毂毛坯加热到365度左右，需要消耗大量的能源；5、因旋压模具结构不够合理，如上尾顶仅仅压紧工件，没有在圆周方向限位工件，旋压加工后铝合金轮毂毛坯止口变形较大（变形在0.3至1毫米范围），影响后序机加工精度，再由于旋压工艺需要在高温下进行，旋压加工的铝合金轮毂毛坯是热的，铝合金轮毂毛坯中心孔壁与中心定位杆的间隙较小，根据热胀冷缩的原理，在加工过程中当上尾顶工装上行时，上尾顶连接柱的中心定位杆会经常带铝合金轮毂毛坯起来，影响到生产的正常进行和效率的提高。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述现有技术存在的缺陷，提供一种汽车铝合金轮毂旋压工艺，生产周期短，能有效保证产品加工精度和质量，并节省能耗。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：汽车铝合金轮毂旋压工艺，包括以下步骤：(一)对旋压模具加热使其温度达到270～300℃，在旋压模具表面喷脱模剂，同时将从铸造模具中取出铝合金轮毂毛坯直接放入加热炉继续加热，直到铝合金轮毂毛坯温度达到355～375℃；(二)用机械手抓取从加热炉中出来的铝合金轮毂毛坯并将铝合金轮毂毛坯放在旋压模具上，控制旋压模具上方的上尾顶工装下行与旋压模具共同夹紧铝合金轮毂毛坯；(三)由旋压刀具对铝合金轮毂毛坯进行旋压加工；(四)控制上尾顶工装上行至原始点，控制旋压模具内侧的顶料器向上顶已完成旋压加工的旋坯，使旋坯脱离旋压模具。

本发明的进一步技术方案是：在步骤(一)中所述铝合金轮毂毛坯包括轮辐和轮辋，轮辋与轮辐连接端内侧壁突出设有与旋压模具相互抵靠定位的凸台，轮辋外侧壁与水平面的夹角为72-74度，由与轮辐连接端至远离轮辐连接端所述轮辋的厚度逐渐增加，轮辋远离轮辐一端的轮辋端部为平整的平面。

本发明的进一步技术方案是：凸台由每一条轮辐与轮辋连接端端部延伸形成，凸台上表面为平整的平面，与轮辐连接端的轮辋的壁厚最小，轮辋最小壁厚度为11-14mm，轮辋最大壁厚位置位于轮辋远离轮辐一端的端部，轮辋最大壁厚为18-22mm。

本发明的进一步技术方案是：步骤(一)中所述旋压模具包括模芯和顶料器，模芯包括与连接法兰连接的底座及连接在底座上的定位模，定位模顶端周边设有与铝合金轮毂毛坯内侧凸台相互配合定位的台阶面，定位模内侧设有定位顶料器的顶料器收容腔，顶料器收容腔底端中部设有贯穿模芯底座的通孔，推动机构的推杆通过通孔与顶料器底面中间位置连接，顶料器底端表面靠周缘位置垂直连接有限位传动杆，模芯的顶料器收容腔底端端面设有与限位传动杆位置相互对应的导向孔。

本发明的进一步技术方案是：定位模靠底端的侧向支撑表面与水平支撑表面不设倒角的直接连接，模芯底座底端中部向上凹陷设有用于安装连接法兰的阶梯槽，阶梯槽与通孔相互连贯通。

本发明的进一步技术方案是：步骤(四)中所述上尾顶工装包括上尾顶ⅱⅱ、浇口护套、定心轴、定心轴套、弹簧，上尾顶ⅱ包括圆环形的上压板，上压板中部设有用于安装定位浇口护套的阶梯孔，浇口护套定位在上尾顶ⅱ的阶梯孔中，浇口护套上端与定心轴固定连接，定心轴外缘表面突出设有一段定位凸缘，定心轴套套装在定心轴外，定心轴套底端与上尾顶ⅱ阶梯孔上端周边表面固定连接，定心轴套上端设有可供定心轴顶端穿过的通孔，弹簧套在定心轴定位凸缘上端的定心轴外表面，弹簧下端抵在定位凸缘的上表面，弹簧上端抵在定心轴套顶壁下表面。

本发明的进一步技术方案是：所述浇口护套包括圆筒状的主体部，主体部上端内侧连接有护套顶壁，护套顶壁中部连接有向上突起的定位柱，定位柱中部设有与主体部内腔相互贯通的中心孔，定心轴轴向中心设有与定位柱上的中心孔位置相互对应的通孔，定心轴底端与浇口护套的定位柱相互连接。

本发明的进一步技术方案是：所述浇口护套定位柱周缘的护套顶壁上设有贯穿护套顶壁的连接孔ⅰ，定心轴底端设有与定位柱外径相等的定位阶梯孔，定心轴底端端面设有与浇口护套定位柱周缘连接孔ⅰ位置相互一一对应的连接孔ⅱ，定心轴与浇口护套连接时，连接螺栓由护套顶壁底面分别向上穿过连接孔ⅰ和连接孔ⅱ而将浇口护套与定心轴连为一体。

本发明的进一步技术方案是：所述浇口护套的主体部下侧为外侧壁逐渐向内倾斜的锥形结构，且主体部外壁底端向上凹陷设有多个缺口。

本发明的进一步技术方案是：所述上尾顶ⅱ的上压板下表面靠外侧周缘向上凹陷设有与轮毂的轮辐外缘凸起相互定位的止口限位槽。

本发明汽车铝合金轮毂旋压工艺具有如下有益效果：

1、本发明从铸造模具中取出铝合金轮毂毛坯稍微加热达到旋压要求温度，即可直接对铝合金轮毂毛坯进行旋压加工，不需要等从铸造模具中取出的铝合金轮毂毛坯冷却到常温再对铝合金轮毂毛坯进行去浇口、去飞边、车中心孔这些机加工，减少了中间加工环节，缩短生产周期，也减少设备和人工的投入，有效降低生产成本；同时因从铸造模具中取出的铝合金轮毂毛坯温度为260～290℃左右，与旋压温度差较小，铝合金轮毂毛坯能够较快的加热到旋压温度360℃左右，较现有技术将经过机加工后处于常温的铝合金轮毂毛坯加热至旋压所需温度，能够节省大量的能源。

2、通过对铝合金轮毂毛坯结构做改进，铝合金轮毂毛坯在轮辋与轮辐连接端内侧壁设置凸台，凸台可与旋压模具相互抵靠定位，实现直接精准定位，不需要对铸造出来的铝合金轮毂毛坯加工定位面后再进行旋压，铸造完成后铝合金轮毂毛坯未冷却就可直接进行旋压加工，轮辋外侧壁与水平面的夹角较现有技术增加，使得轮辋的高度变高，保证足够的旋压加工余量，不易出现旋压不到位的问题，旋压加工过程中设备受力均匀，保证旋压质量的稳定性，提高设备的有效使用率，延长设备的使用寿命，进而降低生产成本。

3、在模芯定位模顶端周边设有与铝合金轮毂毛坯内侧凸台相互配合定位的台阶面，铝合金轮毂毛坯可直接定位在模芯的定位模上进行旋压加工，顶料器下不设置定位轴，顶料器由分体改为一体，有效减轻设备整体重量，便于顶料器维护更换，顶料器底端设置限位传动杆，模芯设置位置相互对应的导向孔，能够很好的使顶料器与模芯同步运行，保证产品的质量稳定，定位模靠底端侧向支撑表面与水平支撑表面不设倒角的直接连接，且夹角稍微大于90度，利于此处的旋滚下压及施加力的传导，使加工出来的旋坯在轮缘倒角能够减小，解决了后序加工出现此处车不光的现象；在模芯底座底端中部向上凹陷设有用于安装连接法兰的阶梯槽，将连接机台的法兰盘沉到模芯里，一是模具整体重量减重，二是整个模具与法兰之间的适配起到了加强限位的作用，确保了加工精度和安全运行的指数，三是模具的总高度降低，便于加工不同型号特别是更大尺寸及更高轮辋的产品。

4、在上尾顶ⅱ的上压板中部设置有与铝合金轮毂毛坯中部的浇口位置相对定位的浇口护套，浇口护套直接压在浇口上，不需要再对铝合金轮毂毛坯进行机加工车中心孔的工艺，即可直接进入旋压加工，省去了中间加工环节，有效提高生产效率；在浇口护套上方连接定心轴，定心轴外设有定心轴套和弹簧，浇口护套压在浇口上时弹簧被压缩，浇口护套始终能够稳定的压紧浇口；在上尾顶工装上行时浇口护套会在弹簧回复力作用下快速向下回位，浇口护套主体部外壁底端设有多个缺口，浇口护套不易黏住浇口，更不会向上带起轮毂，不会影响现场的生产；在上尾顶ⅱ的上压板下设置止口限位槽，更加有利于控制住产品的尺寸变化，经过实践证明尺寸变形在均在0.3mm以内；且该上尾顶工装更加简单实用且经济。

下面结合附图和实施例对本发明汽车铝合金轮毂旋压工艺作进一步的说明。

附图说明

图1是现有技术铝合金轮毂毛坯的结构示意图；

图2是现有技术铝合金轮毂毛坯被定位在上尾顶工装和旋压模具中的结构示意图；

图3是本发明汽车铝合金轮毂旋压工艺所加工铝合金轮毂毛坯的结构示意图；

图4是本发明汽车铝合金轮毂旋压工艺所用旋压模具的结构示意图；

图5是本发明汽车铝合金轮毂旋压工艺所用上尾顶工装的结构示意图；

图6是图5所示上尾顶工装的浇口护套的结构示意图；

图7是图5所示上尾顶工装的定心轴套的结构示意图；

图8是图5所示上尾顶工装的定心轴的结构示意图；

图9本发明汽车铝合金轮毂旋压工艺的铝合金轮毂毛坯被定位在上尾顶工装和旋压模具中的结构示意图；

附图标号说明：1-旋压模具,2-连接法兰,3-定位轴,4-顶料器,5-定位套,6-上尾顶ⅰ,7-上尾顶连接柱,8-连接座,9-中心定位杆,10-铝合金轮毂毛坯,11-轮辐,12-轮辋,13-轮辋端部,14-凸台,15-轮辐内侧加强筋,16-浇口,17-水平支撑表面,18-侧向支撑表面,19-定位模,20-台阶面,21-阶梯槽,22-限位传动杆,23-导向孔,24-底座,25-定心轴套,26-定心轴,27-上护盖,28-弹簧,29-上尾顶ⅱ,30-上压板,31-阶梯孔,32-浇口护套,33-止口限位槽,34-缺口,35-连接孔ⅰ,36-定位柱,37-中心孔,38-主体部,39-法兰式凸台,40-连接孔ⅳ,41-连接孔ⅲ,42-定位凸缘,43-连接孔ⅱ,44-旋压刀,45-机台,46-轮辐外缘凸起,47-旋坯。

具体实施方式

如图3至图9所示，本发明汽车铝合金轮毂旋压工艺，包括以下步骤：(一)对旋压模具1加热使其温度达到270～290℃，在旋压模具1表面喷脱模剂，同时将从铸造模具中取出铝合金轮毂毛坯10直接放入加热炉继续加热，从铸造模具中取出的铝合金轮毂毛坯10温度为260～290℃左右，将热的（260～290℃左右）铝合金轮毂毛坯10直接放入加热炉继续加热，直到铝合金轮毂毛坯温度达到355～375℃；(二)用机械手抓取从加热炉中出来的铝合金轮毂毛坯10并将铝合金轮毂毛坯10放在旋压模具1上，控制旋压模具1上方的上尾顶工装下行与旋压模具1共同夹紧铝合金轮毂毛坯10；(三)由旋压刀44具对铝合金轮毂毛坯10进行旋压加工；(四)控制上尾顶工装上行至原始点，控制旋压模具1内侧的顶料器4向上顶已完成旋压加工的旋坯47，使旋坯47脱离旋压模具1。

如图3所示，其中在步骤(一)中所述铝合金轮毂毛坯10包括轮辐11和轮辋12，其中在轮辋12与轮辐11连接端内侧壁突出设有与旋压模具1相互抵靠定位的凸台14，凸台14由每一条轮辐11与轮辋12连接端端部向上延伸形成，凸台14上表面为平整的平面。设置凸台14有利于旋压过程与旋压模具1相互定位，不需要在旋压工艺前进行机加工，可以很好的解决窗口飞边需上机加工去飞边这道工序带来的麻烦。轮辋12外侧壁与水平面的夹角为72-74度，以直径十八寸的汽车铝合金轮毂为例，轮辋12外侧壁与水平面的夹角a2为73度。轮辋12外侧壁与水平面的夹角增加使得轮辋12在竖直方向的高度变高，以直径十八寸的汽车铝合金轮毂为例，轮辋12在竖直方向的高度h2为116mm。由与轮辐11连接端至远离轮辐11连接端所述轮辋12的厚度逐渐增加，轮辋12壁厚优化成有梯度的增加，使得旋压刀44受力均匀，既保证旋压质量也避免旋压加工过程中设备受力不均，出现超载导致卡刀而报警，容易造成设备损坏，适当的升高轮辋12的高度也可以保证足够的旋压加工余量。与轮辐11连接端的轮辋12的壁厚最小，轮辋12最小壁厚度为11-14mm，以直径十八寸的汽车铝合金轮毂为例，轮辋12与轮辐11连接端的轮辋12壁厚最小厚度d2为12mm。此处的壁厚较现有技术明显增大，可防止旋压加工过程存在强大的向下的拉力，而引起该处被拉变形或者断裂，采用该结构铸造时可加大铝水的通道，让铝水更快的充满铸造模具的型腔，能够提高生产效率。轮辋12最大壁厚位置位于轮辋12远离轮辐11一端的端部，轮辋12最大壁厚为18-22mm。以直径十八寸的汽车铝合金轮毂为例，轮辋12最大壁厚e2为19±3㎜mm。轮辋12远离轮辐11一端的轮辋端部13为平整的平面，轮辋12与端面连接的内侧面也是平面，且角度接近直角。采用该设计避免在旋压加工过程中出现旋压不到位的缺陷，让旋压加工更加顺畅，保障了产品的质量。

如图4所示，步骤(一)中所述旋压模具1包括模芯和顶料器4。其中模芯包括与连接法兰2连接的底座24及连接在底座24上的定位模19。定位模19顶端周边设有与铝合金轮毂毛坯10内侧凸台14相互配合定位的台阶面20。在本实施例中，定位模19顶端周边设有两个台阶面20，其中一个台阶面20与铝合金轮毂毛坯10内侧凸台14相互配合定位，另一个台阶面20与铝合金轮毂毛坯10内侧凸台14上端的轮辐内侧加强筋15相互配合定位。定位模19内侧设有定位顶料器4的顶料器4收容腔，顶料器4收容腔底端中部设有贯穿模芯底座24的通孔，推动机构的推杆通过通孔与顶料器4底面中间位置连接。顶料器4底端表面靠周缘位置垂直连接有限位传动杆22，模芯的顶料器4收容腔底端端面设有与限位传动杆22位置相互对应的导向孔23。定位模19靠底端的侧向支撑表面18与水平支撑表面17不设倒角的直接连接，定位模19靠底端的侧向支撑表面18与水平支撑表面17之间的夹角为91至95度，在本实施例中，定位模19靠底端的侧向支撑表面18与水平支撑表面17之间的夹角为93度，在旋压过程中利于此处的旋滚下压及施加力的传导，使加工出来的旋坯在轮缘倒角能够减小，解决了后序加工出现此处车不光滑的现象。模芯底座24底端中部向上凹陷设有用于安装连接法兰2的阶梯槽21，阶梯槽21与通孔相互连贯通。

如图5至图8所示，步骤(四)中所述上尾顶工装包括上尾顶ⅱ29、浇口护套32、定心轴26、定心轴套25、弹簧28。上尾顶ⅱ29包括圆环形的上压板30，上压板30中部设有用于安装定位浇口护套32的阶梯孔31，浇口护套32定位在上尾顶ⅱ29的阶梯孔31中。上尾顶ⅱ29的上压板30下表面靠外侧周缘向上凹陷设有与轮毂的轮辐外缘凸起46相互定位的止口限位槽33。浇口护套32包括圆筒状的主体部38，主体部38上端内侧连接有护套顶壁，护套顶壁中部连接有向上突起的定位柱36，定位柱36中部设有与主体部38内腔相互贯通的中心孔37，定位柱36中部设置中心孔37便于通气，可有效防止浇口护套32带起因高温膨胀的铝合金轮毂毛坯10。浇口护套32的主体部38下侧为外侧壁逐渐向内倾斜的锥形结构，且主体部38外壁底端向上凹陷设有多个缺口34，设置缺口34当铝合金轮毂毛坯10因高温膨胀时，缺口34可充分容纳膨胀的余量，而避免铝合金轮毂毛坯10浇口16位置膨胀卡在浇口护套32内腔，进而避免上尾顶工装上行时向上带起铝合金轮毂毛坯10。

定心轴26外缘表面突出设有一段定位凸缘42，定心轴26轴向中心设有与定位柱36上的中心孔37位置相互对应的通孔。浇口护套32上端与定心轴26固定连接，定心轴26底端与浇口护套32的定位柱36相互连接。在本实施例中，浇口护套32定位柱36周缘的护套顶壁上设有贯穿护套顶壁的连接孔ⅰ35，定心轴26底端设有与定位柱36外径相等的定位阶梯孔31，定心轴26底端端面设有与浇口护套32定位柱36周缘连接孔ⅰ35位置相互一一对应的连接孔ⅱ43，定心轴26与浇口护套32连接时，连接螺栓由护套顶壁底面分别向上穿过连接孔ⅰ35和连接孔ⅱ43而将浇口护套32与定心轴26连为一体。定心轴套25整体为圆筒状结构，定心轴套25底端突出设有与上尾顶ⅱ29上侧表面连接的法兰式凸台39，法兰式凸台39上设有连接孔ⅲ41。定心轴套25套装在定心轴26外，定心轴套25底端与上尾顶ⅱ29阶梯孔31上端周边表面固定连接。定心轴套25上端中部设有可供定心轴26顶端穿过的通孔，定心轴套25顶面好设有与上护盖27相互连接的连接孔ⅳ40。弹簧28套在定心轴26定位凸缘42上端的定心轴26外表面，弹簧28下端抵在定位凸缘42的上表面，弹簧28上端抵在定心轴套25顶壁下表面。定心轴套25的顶端还连接有罩在定心轴26上端的上护盖27，设置上护盖27避免灰尘及杂物从定心轴套25上端通孔进入定心轴套25内侧而影响定心轴26的上下运动。

旋压模具1通过连接法兰2与机台45连接，铝合金轮毂毛坯10定位在旋压模具1和顶出器的上端，定位模19其中一个台阶面20与铝合金轮毂毛坯10内侧凸台14相互配合定位，另一个台阶面20与铝合金轮毂毛坯10内侧凸台14上端的轮辐内侧加强筋15相互配合定位，铝合金轮毂毛坯10被精准定位。上尾顶工装向下压紧铝合金轮毂毛坯10，浇口护套32与浇口16位置相互定位，浇口护套32压在浇口16周缘时，受浇口16向上的作用力浇口护套32整体稍微上移，定心轴26与浇口护套32一同上移，此时弹簧28被压缩，因弹簧28回复力作用，浇口护套32受到一个向下的弹力作用，使得浇口护套32能够始终压紧浇口16，且而浇口护套32低端外侧为锥形使其不会压伤浇口16周缘的轮辐11。上尾顶ⅱ29的上压板30下表面的止口限位槽33与铝合金轮毂毛坯10的轮辐外缘凸起46相互定位。之后由旋压刀44对铝合金轮毂毛坯10进行旋压加工，旋压加工后，控制上尾顶工装整体上移释放铝合金轮毂毛坯10。浇口护套32主体部38外壁底端设有多个缺口34，浇口护套32不易黏住受热膨胀的浇口16，更不会向上带起轮毂，不会影响现场的生产。在上尾顶工装上行时浇口护套32会在弹簧28回复力作用下快速向下回位。由顶料器4顶出旋压轮毂即完成一次旋压加工。旋压加工后，得到旋坯47，如图9中双点画线所示构造。

以上实施例仅为本发明的较佳实施例，本发明的并不限于上述实施例列举的形式，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。