一种宽幅异形轮毂的成形模具及方法

1.本发明涉及轮毂成形技术领域，尤其涉及一种宽幅异形轮毂的成形模具及方法。


背景技术：

2.镁合金轮毂具有重量轻，减震性能好，强度高等许多优点，越来越被人们所青睐。镁合金轮毂的应用，可实现汽车的轻量化要求，同时降低了对能源的消耗，降低油耗的同时也减少了尾气的排放，起到了环保的作用。轮毂的成形方式主要由两种，铸造成形和挤压成形。但是铸造式镁合金轮毂由于存在缩孔，缩松等问题，使得轮毂性能差，无法普及。因此，镁合金轮毂大多采用挤压成形。
3.轮毂的外形特点是轮辐中心孔较小，而轮辐端面面积很大，且轮辐中心部位下凹。传统工艺在正挤压成形轮毂时，凸模与坯料的接触面积大，进而使得挤压过程所需成形载荷较高。另外，轮辐中心孔处下沉，使得空心坯料不易流动成形轮辐部位。因此，传统正挤压工艺需要极大的成形载荷，这对于挤压设备要求较高，进而提高生产成本。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供一种宽幅异形轮毂的成形模具及方法。所述的技术方案如下：第一方面，提供一种宽幅异形轮毂的成形模具，包括正挤压模具和扩口翻边模具，所述正挤压模具用于采用一次加热三次成形的方法来依次成形目标轮毂的轮辋深度、轮辐厚度和轮辐形状，得到初始轮毂；所述扩口翻边模具用于对初始轮毂进行扩口翻边，得到目标轮毂；其中，所述正挤压模具由大顶杆、小顶杆支板、第一下模板、第一螺钉、第一凹模垫板、第一凹模、预应力圈、若干根小顶杆、凹模芯轴、凹模垫块、顶料圈、凸模圈、芯轴、第一上模板、第一凸模垫板、凸模型芯和第一凸模组成伸缩凸模，所述第一下模板中部开设有支板凹槽，小顶杆支板置于支板凹槽中，大顶杆顶端与小顶杆支板的底面中部连接，第一下模板、第一凹模垫板和预应力圈通过第一螺钉连接，预应力圈位于第一凹模垫板上方的边缘位置，预应力圈为中空结构且其内腔为圆台形，第一凹模的外轮廓为与预应力圈内腔匹配的圆台形，第一凹模置于预应力圈内且外侧与预应力圈接触，第一凹模也为中空结构且上部开设有卡槽，凹模垫块置于卡槽中，凹模芯轴置于第一凹模内腔中并与凹模垫块之间留有定径带，凹模芯轴底部通过螺钉与第一下模板和第一凹模垫板连接，若干根小顶杆置于小顶杆支板上，小顶杆顶端与凹模芯轴连接，顶料圈通过凹模芯轴上开设的螺纹孔与小顶杆顶端螺纹连接，第一上模板、第一凸模垫板和第一凸模通过螺钉从上至下依次连接，凸模型芯置于第一凸模内腔中并与第一凸模过盈连接，第一凸模底端设有限位凸起，凸模型芯顶端设有卡位凸起，通过限位凸起和卡位凸起第一凸模将凸模型芯限位在第一凸模内腔中，凸模型芯底部中间开设芯轴凹槽，芯轴凹槽的直径与芯轴的直径匹配，芯轴与凹模芯轴连接并可在芯轴凹槽中滑动，凸模圈的内径与芯轴的直径匹配并用于套在芯轴上；
所述扩口翻边模具包括顶杆、第二下模板、第二凹模垫板、销、下模座、四个燕尾条、四个凹模滑块、第二凸模、第二凸模垫板、第二上模板和第二螺钉，所述第二下模板中部开设有顶杆过孔，顶杆穿过顶杆过孔后与第二凹模垫板连接，下模座与第二下模板边缘通过销连接，下模座内腔为圆台形，四个凹模滑块组合形成扩口翻边模具的凹模，凹模内腔形状与目标轮毂的外轮廓形状相同，凹模滑块外侧与燕尾条通过第二螺钉连接后置于第二凹模垫板上并可在下模座的内腔内滑动，第二上模板、第二凸模垫板和第二凸模从上至下依次通过第二螺钉连接，第二凸模外形与目标轮毂的内轮廓形状相同。
5.可选地，所述芯轴底端开设有与凹模芯轴螺纹连接的第一定位孔，芯轴通过第一定位孔与凹模芯轴螺纹连接。
6.可选地，所述小顶杆顶端开设有与顶料圈螺纹连接的第二定位孔，顶料圈通过第二定位孔与小顶杆顶端螺纹连接。
7.第二方面，提供一种宽幅异形轮毂的成形方法，所述一种宽幅异形轮毂的成形方法采用上述第一方面所述的成形模具，包括如下步骤：s1，选用镁合金圆柱形的铸态坯料，对铸态坯料进行镦粗、反挤压和冲孔，制得空心坯料；s2，将空心坯料及正挤压模具加热至预定温度，并通过正挤压模具依次挤压成形目标轮毂的轮辋深度、轮辐厚度和轮辐形状，得到初始轮毂；s3，将初始轮毂取出并冷却至室温后，将初始轮毂的轮辋端部车削平整；s4，将车削后的初始轮毂和扩口翻边模具加热至预定温度，并通过扩口翻边模具对车削后的初始轮毂进行扩口翻边，得到目标轮毂。
8.可选地，所述s2在通过正挤压模具依次挤压成形目标轮毂的轮辋深度、轮辐厚度和轮辐形状时，包括如下步骤：s21，将空心坯料置于正挤压模具内并进行居中对齐后，第一上模板下行，带动第一凸模向下挤压，使空心坯料在由第一凸模、凹模垫圈及凸模型芯组成的腔室中填充，待坯料填充满该腔室后从凹模垫圈及凹模芯轴定径带所构成的间隙中挤压流出；s22，待到第一凸模挤压坯料使坯料到达第一凹模底部时，第一上模板停止下行，此时，轮辋部位成形结束，第一上模板上行，第一凸模垫板和第一凸模一同上行，并将凸模型芯一同带离坯料后，用工具将凸模型芯推回第一凸模，使第一凸模与凸模型芯的下端表面齐平；s23，第一上模板下行，第一凸模及凸模型芯一同向下挤压坯料，使坯料横向流动，待到坯料填充满凹模垫圈与芯轴之间的间隙时停止，然后第一上模板上行，此时，轮辐的厚度挤压完成；s24，将凸模圈套到芯轴上，第一上模板下行，当凸模型芯接触凸模圈后，第一上模板继续下行，会将凸模圈压入坯料中，当凸模圈完全没入坯料后得到初始轮毂；s25，第一凸模上移，由小顶杆连同顶料圈将初始轮毂及凸模圈顶出后，对初始轮毂进行室温冷却。
9.可选地，所述s4在通过扩口翻边模具对车削后的初始轮毂进行扩口翻边时，包括如下步骤：s41，将车削后的初始轮毂及扩口翻边模具加热至预定温度后，顶杆带动第二凹模
垫板上移，使凹模滑块沿着下模座凹槽向上滑动，凹模滑块打开，将车削后的初始轮毂放于第二凹模垫板上并进行居中对齐；s42，顶杆带动第二凹模垫板向下滑动，使得凹模滑块包覆车削后的初始轮毂向下合拢；s43，第二上模板带动第二凸模下行通过第二凸模对车削后的初始轮毂进行扩口翻边；s44，顶杆上行带动第二凹模垫板将扩口挤压件顶出并取出，待冷却至室温后进行车削精加工，得到目标轮毂。
10.可选地，所述s1在对铸态坯料进行镦粗、反挤压和冲孔之前，还包括：对铸态坯料进行均匀化处理。
11.上述所有可选地技术方案均可任意组合，本发明不对一一组合后的结构进行详细说明。
12.借由上述方案，本发明的有益效果如下：通过正挤压模具采用一次加热三次成形的方法来依次成形目标轮毂的轮辋深度、轮辐厚度和轮辐形状，将轮毂各部位分步成形，减小了单次挤压时第一凸模与工件的接触面积，因而可以显著降低轮毂成形所需的载荷，对于实际生产过程中的液压设备不必做过高的要求。
13.进一步地，在第一凸模和凸模型芯的挤压作用下，借助凹模芯轴和凹模垫块之间的定径带成形轮辋的深度，借助凹模垫块与芯轴之间的限定成形轮辐的厚度，并借助凸模圈成形轮辐的形状，实现了将轮毂各部位分步成形，减小了单次挤压时第一凸模与坯料的接触面积，因而可以显著降低轮毂成形所需的载荷，对于实际生产过程中的液压设备不必做过高的要求，采用小吨位液压机即可实现。再者，通过凸模圈成形轮辐的形状，解决了轮辐中心孔处下沉，凹陷处金属不易流动成形轮辐部位的问题。整个正挤压过程一次加热，多步成形，将正挤压过程分解为多个步骤进行，显著降低成形载荷。
14.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
15.图1是本发明中正挤压模具的结构示意图。
16.图2是本发明中扩口翻边模具的结构示意图。
17.图3 是本发明中将空心坯料置于正挤压模具上的示意图。
18.图4是本发明中正挤压第一次成的形示意图。
19.图5是本发明中正挤压第二次成形的示意图。
20.图6是本发明中正挤压第三次成形的示意图。
21.图7是本发明中挤压件扩口翻边成形的示意图。
22.图8是本发明的轮毂成形工艺流程示意图。
23.图中，1、大顶杆，2、小顶杆支板，3、第一下模板，4、第一螺钉，5、第一凹模垫板，6、第一凹模，7、预应力圈，8、小顶杆，9、凹模芯轴，10、凹模垫块，11、顶料圈，12、凸模圈，13、芯轴，14、第一上模板，15、第一凸模垫板，16、凸模型芯，17、第一凸模，18、顶杆，19、第二下模
板，20、第二凹模垫板，21、销，22、下模座，23、燕尾条，24、凹模滑块，25、第二凸模，26、第二凸模垫板，27、第二上模板，28、第二螺钉。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
25.本发明实施例提供了一种宽幅异形轮毂的成形模具，其包括正挤压模具和扩口翻边模具，所述正挤压模具用于采用一次加热三次成形的方法来依次成形目标轮毂的轮辋深度、轮辐厚度和轮辐形状，得到初始轮毂；所述扩口翻边模具用于对初始轮毂进行扩口翻边，得到目标轮毂。
26.本发明通过正挤压模具采用一次加热三次成形的方法来依次成形目标轮毂的轮辋深度、轮辐厚度和轮辐形状，将轮毂各部位分步成形，减小了单次挤压时第一凸模17与坯料的接触面积，因而可以显著降低轮毂成形所需的载荷，对于实际生产过程中的液压设备不必做过高的要求。
27.如图1所示，所述正挤压模具由大顶杆1、小顶杆支板2、第一下模板3、第一螺钉4、第一凹模垫板5、第一凹模6、预应力圈7、若干根小顶杆8、凹模芯轴9、凹模垫块10、顶料圈11、凸模圈12、芯轴13、第一上模板14、第一凸模垫板15、凸模型芯16和第一凸模17组成伸缩凸模，所述第一下模板3中部开设有支板凹槽，小顶杆支板2置于支板凹槽中，大顶杆1顶端与小顶杆支板2的底面中部螺纹连接，第一下模板3、第一凹模垫板5和预应力圈7通过第一螺钉4连接，预应力圈7位于第一凹模垫板5上方的边缘位置，预应力圈7为中空结构且其内腔为圆台形，第一凹模6的外轮廓为与预应力圈7内腔匹配的圆台形，第一凹模6置于预应力圈7内且外侧与预应力圈7接触，第一凹模6也为中空结构且上部开设有卡槽，凹模垫块10置于卡槽中，凹模芯轴9置于第一凹模6内腔中并与凹模垫块10之间留有定径带，凹模芯轴9底部通过螺钉与第一下模板3和第一凹模垫板5连接，若干根小顶杆8置于小顶杆支板2上，小顶杆8顶端与凹模芯轴9连接，顶料圈11通过凹模芯轴9上开设的螺纹孔与小顶杆8顶端螺纹连接，第一上模板14、第一凸模垫板15和第一凸模17通过螺钉从上至下依次连接，凸模型芯16置于第一凸模17内腔中并与第一凸模17过盈连接，第一凸模17底端设有限位凸起，凸模型芯16顶端设有卡位凸起，通过限位凸起和卡位凸起第一凸模17将凸模型芯16限位在第一凸模17内腔中，凸模型芯16底部中间开设芯轴凹槽，芯轴凹槽的直径与芯轴13的直径匹配使芯轴13可在芯轴凹槽中滑动，芯轴13与凹模芯轴9螺纹连接并可在芯轴凹槽中滑动，凸模圈12的内径与芯轴13的直径匹配并用于套在芯轴13上。
28.在正挤压模具中，小顶杆8与顶料圈11用螺纹固定，用于在坯料挤压完成之后将其取出，且将该挤压件取出后顶料圈11归位，由于螺纹的固定，使顶料圈11返回的时候不会发生偏移使其无法归位。另外，如图1所示，凹模芯轴9仅与小顶杆8顶部接触，小顶杆8下部未设置凹模芯轴9，实现了对凹模芯轴9的减重设计，降低了该部件重量，也节约了生产成本。凹模垫圈10及凹模芯轴9之间定径带的设计，使得空心坯料在正挤压过程中，其轮辋下端坯料与模具接触面积小，减少了正挤压时的摩擦阻力，进一步降低了第一凸模17的挤压载荷。
29.如图2所示，所述扩口翻边模具包括顶杆18、第二下模板19、第二凹模垫板20、销21、下模座22、四个燕尾条23、四个凹模滑块24、第二凸模25、第二凸模垫板26、第二上模板
27和第二螺钉28，所述第二下模板19中部开设有顶杆过孔，顶杆18穿过顶杆过孔后与第二凹模垫板20螺纹连接，下模座22与第二下模板19边缘通过销21连接，下模座22内腔为圆台形，四个凹模滑块24组合形成扩口翻边模具的凹模，凹模滑块24外侧与燕尾条23通过第二螺钉28连接后置于第二凹模垫板20上并可在下模座22的内腔内滑动，四个凹模滑块24组合形成凹模的内腔形状与目标轮毂的外轮廓的形状相同，第二上模板27、第二凸模垫板26和第二凸模25从上至下依次通过第二螺钉28连接，第二凸模25的形状与目标轮廓的内轮廓的形状相同。
30.在本发明实施例提供的正挤压模具中，由于第一凹模6和凹模芯轴9之间留有较大的距离，因而为更换不同规格型号模具预留了可替换空间，在下次生产其余类型或型号的轮毂时，仅需替换少量零部件即可，因而可大幅度节约生产成本。例如，用本发明实施例提供的模具生产某型号轮毂结束进行下一次同型号不同外形或者不同型号轮毂时，可根据实际需求适当改正挤压模具中的凹模芯轴9、凹模垫圈10，顶料圈11、凸模圈12、芯轴13和凸模型芯16，以及扩口翻边模具中的凹模滑块24及第二凸模25中的部分或全部即可，其余零部件均可重复利用。
31.可选地，所述芯轴13底端开设有与凹模芯轴9螺纹连接的第一定位孔，芯轴13通过第一定位孔与凹模芯轴9螺纹连接，所述小顶杆8顶端开设有与顶料圈11螺纹连接的第二定位孔，顶料圈11通过第二定位孔与小顶杆8顶端螺纹连接。
32.在芯轴13及小顶杆8相应位置处均设计相应的第一定位孔和第二定位孔，目的为生产人员进行模具安装时，实现芯轴13及小顶杆8的螺纹准确对接，更容易将芯轴13及小顶杆8的螺纹拧紧。
33.本发明实施例还提供了一种宽幅异形轮毂的成形方法，所述一种宽幅异形轮毂的成形方法采用上述的一种宽幅异形轮毂的成形模具，包括如下步骤：s1，选用镁合金圆柱形的铸态坯料，对铸态坯料进行镦粗、反挤压和冲孔，制得空心坯料。
34.可选地，所述s1在对铸态坯料进行镦粗、反挤压和冲孔之前，还可以对铸态坯料进行均匀化处理。由于铸态坯料含有缩孔缩松等缺陷，将铸态坯料进行均匀化处理后可消除铸态组织偏析。镦粗后的坯料上下中心处变形程度小，进行冲孔处理后除去变形程度较小区域，使得坯料组织更均匀，同时也提高了坯料的性能强度。
35.s2，将空心坯料及正挤压模具加热至预定温度，并通过正挤压模具依次挤压成形目标轮毂的轮辋深度、轮辐厚度和轮辐形状，得到初始轮毂。
36.其中，预定温度至少为铸态坯料的变形温度。所述s2在通过正挤压模具依次挤压成形目标轮毂的轮辋深度、轮辐厚度和轮辐形状时，包括如下步骤：s21，将空心坯料置于正挤压模具内并进行居中对齐（如图3所示）后，第一上模板14下行，带动第一凸模17向下挤压，使空心坯料在由第一凸模17、凹模垫圈10及凸模型芯16组成的腔室中填充，待坯料填充满该腔室后从凹模垫圈10及凹模芯轴9定径带所构成的间隙中挤压流出，如图4所示。
37.s22，待到第一凸模17挤压坯料使坯料到达第一凹模6底部时，第一上模板14停止下行，此时，轮辋部位成形结束，第一上模板14上行，第一凸模垫板15和第一凸模17一同上行，并将凸模型芯16一同带离坯料后，用工具将凸模型芯16推回第一凸模17，使第一凸模17
与凸模型芯16的下端表面齐平。
38.s23，第一上模板14下行，由于凸模型芯16与第一凸模17为过盈配合，第一凸模17及凸模型芯16一同向下挤压坯料，使坯料横向流动，待到坯料填充满凹模垫圈10与芯轴13之间的间隙时停止，如图5所示，然后第一上模板14上行，此时，轮辐的厚度挤压完成。
39.s24，将凸模圈12套到芯轴13上，第一上模板14下行，当凸模型芯16接触凸模圈12后，第一上模板14继续下行，会将凸模圈12压入坯料中，如图6所示，当凸模圈12完全没入坯料后得到初始轮毂。
40.s25，第一凸模17上移，由小顶杆8连同顶料圈11将初始轮毂及凸模圈12顶出后，对初始轮毂进行室温冷却。
41.本发明实施例提供的正挤压模具挤压成形轮毂时，在第一凸模17和凸模型芯16的挤压作用下，借助凹模芯轴9和凹模垫块10之间的定径带成形轮辋的深度，借助凹模垫块10与芯轴13之间的限定成形轮辐的厚度，并借助凸模圈12成形轮辐的形状，实现了将轮毂各部位分步成形，减小了单次挤压时第一凸模17与坯料的接触面积，因而可以显著降低轮毂成形所需的载荷，对于实际生产过程中的液压设备不必做过高的要求。另外，通过分步成形，也降低了正挤压模具的复杂程度，减少了模具故障率。进一步地，通过凸模圈12成形轮辐的形状，解决了轮辐中心孔处下沉，凹陷处金属不易流动成形轮辐部位的问题。整个正挤压过程仅加热一次即可，实现了轮毂的一道次成形，解决了多道次挤压成形坯料需多次加热而使轮毂性能下降的问题。
42.s3，将初始轮毂取出并冷却至室温后，将初始轮毂的轮辋端部车削平整。
43.为了使初始轮毂可以置于扩口翻边模具中，加之扩口翻边需以轮辐内侧端面为基准面，因此，本发明实施例在车削时，距离轮辋下端预定深度车削切除，距离轮辐上端预定厚度也进行车削扫平，以消除因摩擦力而导致挤压不均匀变形使初始轮毂底端不平整的问题。
44.优选地，为了减小车削的量，本发明实施例可以设置凹模垫圈10与凹模芯轴9之间定径带的长度等于或略大于轮辋深度。
45.s4，将车削后的初始轮毂和扩口翻边模具加热至预定温度，并通过扩口翻边模具对车削后的初始轮毂进行扩口翻边，得到目标轮毂。
46.其中，所述s4在通过扩口翻边模具对车削后的初始轮毂进行扩口翻边时，包括如下步骤：s41，将车削后的初始轮毂及扩口翻边模具加热至预定温度后，顶杆18带动第二凹模垫板20上移，使凹模滑块24沿着下模座22凹槽向上滑动，凹模滑块24打开，将车削后的初始轮毂放于第二凹模垫板20上并进行居中对齐。
47.s42，顶杆18带动第二凹模垫板20向下滑动，使得凹模滑块24包覆车削后的初始轮毂向下合拢，如图7所示。
48.s43，第二上模板27带动第二凸模25下行通过第二凸模25对车削后的初始轮毂进行扩口翻边。
49.s44，顶杆18上行带动第二凹模垫板20将扩口挤压件顶出并取出，待冷却至室温后进行车削精加工，得到目标轮毂。
50.由于四个凹模滑块24组合形成凹模的内腔形状与目标轮毂的外轮廓的形状相同，
第二凸模25的形状与目标轮廓的内轮廓的形状相同，使得经过扩口翻边后，可以得到目标轮毂。
51.本发明优化凸模结构，采用伸缩凸模和凸模圈组合实现了轮毂的分步成形，降低了正挤压过程中凸模与工件的接触面积，将传统的整个变形过程分解为多个步骤进行，进而大幅度降低了成形载荷。
52.本发明实施例中的正挤压模具和扩口翻边模具，均采用可替换式设计，使得本发明中的部分零部件可以重复利用，很大程度上降低了成本，对于可更改式的多规格型轮毂挤压模具设计具有一定指导意义。
53.综上，如图8所示，本发明实施例的轮毂成形工艺流程为：下料——镦粗——反挤压——冲孔——正挤压——机加工（车削）——扩口翻边。具体为：按照计算得出的下料尺寸得到相应铸态坯料，将铸态坯料进行均匀化处理，并将模具加热至预设温度后进行镦粗、反挤冲孔制得空心坯料，然后将其室温冷却以待下道工艺流程。之后将空心坯料及正挤压模具加热至预定温度，然后按照工艺流程，分三步挤压成形，然后取出初始轮毂室温冷却。再将该初始轮毂对轮辋端部车削平整，最后再将车削后的初始轮毂进行扩口翻边，得到目标轮毂。
54.以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。