带法兰凸缘轮辋挤扩成形方法技术领域
本发明涉及一种轮辋的成型方法，尤其涉及一种带法兰凸缘轮辋挤压成型方法，
属于金属加工技术领域。
背景技术
轮辋是车轮中固定安装轮胎的部件，是车辆动力输出与制动载荷的转承结构件，
其服役过程中承受着弯、压、扭、拉等复杂交变应力场作用，因此轮辋服役力学性能要求较
高。
如图1所示，是一种带法兰凸缘的轮辋10，属于带法兰的中空半轴类回转结构件，
包括法兰部10a及由法兰部10a中间向外延伸突出的凸缘部10b。目前，该类带结构件的传统
制造方法主要是大余量的多道次锻造(复合挤压或挤压+横轧)坯料+机械加工成形或者采
用铸造成形+机械加工成形。
大余量锻坯机加成形方法存在微观组织致密且一致性较好，但是加工周期长，材
料利用率和成形效率低；机械加工破坏锻造金属流线影响该类构件的服役性能和服役寿命
等不足。
铸造成形方法能够实现复杂结构件的精密成形，但是铸造成形能耗较高，同时由
于气孔、偏析、疏松铸造缺陷不可避免，因而其成品率较低，微观组织及力学性能一致性难
以达到要求，尤其是对于承受复杂交变应力场作用的轮辋存在安全隐患。因此，如何实现该
构件高效率成形、降低成本且具有较好的力学性能是该技术领域亟待解决的问题。
经过对现有技术的检索发现，现有技术中公开了很多改进的成型制造方法，如
申请号为201510321975.9的中国发明专利申请公开《一种特轧半轴套管工艺》(公
开号：CN104942540A)，该申请是在独立成形的管体和法兰盘的基础上，通过三辊轧制的方
法实现管体变形，其中法兰盘和管体通过焊接方法连接。
申请号为201510131467.4的中国发明专利申请公开《一种半轴套管的加工工艺》
(公开号：CN104741875A)，该申请公开了一种半轴套管的加工工艺，采用了“多道次挤压+焊
接+机械加工”的成形工艺，其中采用了四道挤压工序实现半轴套管成形。
申请号为201110442773.1的中国发明专利申请公开《一种大直径法兰半轴套管的
成形技术方法》(公开号：CN102513791A)，该申请具体成形工序包括“下料+加热+镦头+摆辗
成形+正挤压+挤压成形”。
申请号为200910019301.8的中国发明专利申请公开《半轴套管热挤压成形工艺及
专用装置》(公开号：CN101690965A)，该申请公开了包括“下料+加热+正挤压镦粗+反挤压定
位+浅冲孔预成型+深冲孔终锻成型”工序在内的一种半轴套管热挤压成形工艺。
2013年第13期中58-58《金属加工:热加工》安杰所著的“法兰盘半轴的成形”文章
中描述了采用5道工序局部锻造(平锻)成形法兰半轴的成形方法。
2013年，于飞所著的硕士论文“半轴套管法兰盘成形工艺研究及仿真”中阐述了
“镦粗+预挤压成形+终挤压成形”3道工序的成形方法。
2007年32卷第2期《锻压技术》余光中、蒋鹏等发表的“半轴套管锻造及深孔挤压复
合工艺数值模拟”论文中描述了“下料+加热+镦粗头部+模锻法兰外形+切边+挤孔+整形+热
处理”的成形方法。
上述专利文献和文章中涉及的带法兰的中空半轴类回转结构件的成形方法普遍
存在成形工序多，成形效率低，加热次数多，能耗较高；成套成形模具工装及设备投入大，法
兰部位锻件余量大，材料利用率低，机加周期长等不足，致使制造成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种高效率、低成本的
带凸缘类轮辋的挤扩成形方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：所述的下料工序，棒材(铝合金、
镁合金)可以是半连续铸棒，也可以是铸坯挤压棒材。下料规格根据实际要求，进行等体积
下料，并经机械加工车平所下坯料的圆端面。
所述的加热工序，对经下料工序的棒料和挤压模具分别加热至开挤温度，该挤压
模具包括凹模、法兰凸模和半轴管凸模，前述的凹模轴向中空形成模腔并一端形成与轮辋
法兰部适配的扩口；前述的法兰凸模对应前述凹模的设置，该法兰凸模包括用于成型轮辋
中空腔体的第一凸头部及与前述扩口配合成型轮辋法兰部的成型部，前述的第一凸头部突
起于成型部中部，前述半轴管凸模对应前述凹模的另一端设置，该半轴管凸模的前端具有
突起于中部的第二凸起部并后端与凹模的内壁适配。
所述的双向挤扩成形工序，在经加热工序后的坯料配入凹模，凹模固定不动，法兰
凸模和半轴管凸模双向同步对挤。法兰凸模运行至其第一行程限位处后停止运行，法兰凸
模与凹模形成闭合型腔。为了避免金属后续流动填充该型腔时产生折叠缺陷，通过法兰凸
模与凹模的相对位置实现法兰凸模第一行程限位的位置控制，从而控制所形成的闭合型腔
结构参数控制。半轴管凸模继续运行至其行程限位(由连皮厚度决定)后停止运行的过程
中，靠近法兰凸模端的变形金属实现直径外扩流动，并流入法兰凸模与凹模所形成的闭合
型腔；法兰凸模再次开启运行至其第二行程限位处后停止运行，其中，法兰凸模的第二行程
限位由连皮厚度和半轴管凸模的相对位置确定。此时，凸缘法兰端部位实现净成形，轮辋成
形完毕。最后，取出成形件，空冷后机加去除连皮，随后进行热处理。
作为优选，步骤①中所述的棒材选用7075铝合金棒材；步骤②所述的加热工序条
件如下：坯料加热温度365℃～375℃，到温后保温2小时；挤压模具加热至345℃～355℃，到
温后保温5小时；步骤③中双向进给挤压速度1～3mm/s，半轴管凸模继续进给速度为1.5～
3mm/s，法兰凸模再次开启运行进给速度0.5～2mm/s。
作为优选，步骤①中所述的棒材选用AZ80镁合金棒材，步骤②所述的加热工序条
件如下：坯料加热温度330℃～340℃，到温后保温2小时；挤压模具加热至295℃～305℃，到
温后保温5小时；步骤③中双向进给挤压速度1.5mm/s，半轴管凸模继续进给速度为1.5mm/
s，法兰凸模再次开启运行进给速度1mm/s。
与现有技术相比，本发明的优点在于：1)加热工序少，能够实现微观组织控制成
形，保障成形构件力学性能的一致性；2)成形工序少，成套成形工装和设备投入，适合工业
化批量生产；缩短了成形周期，提高了成形效率；3)实现轮毂净成形，避免金属流线遭机械
加工破坏而影响服役寿命的不足，同时提高材料利用率，缩短机械加工工时，降低了制造成
本。
附图说明
图1为现有技术中带法兰凸缘的轮辋结构示意图。
图2为挤压模具结构示意图。
图3为坯料成型初始状态图。
图4为双向挤压后状态图。
图5为法兰凸模停止且半轴管凸模继续进给状态图。
图6为法兰凸模进给且半轴管凸模停止状态图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
(1)下料
直径195mm的7075铝合金挤压棒材，车平所下坯料的两个圆端面后，长度327mm。
(2)加热
铝合金坯料加热温度370℃±5℃，到温后保温2小时；挤压模具加热至350℃±5
℃，到温后保温5小时。如图2所示，挤压模具包括凹模3、法兰凸模1和半轴管凸模4，凹模3轴
向中空形成模腔31并一端形成与轮辋法兰部适配的扩口32；法兰凸模1对应凹模3的设置，
该法兰凸模1包括用于成型轮辋中空腔体的第一凸头部11及与扩口32配合成型轮辋法兰部
的成型部12，第一凸头部11突起于成型部12中部，半轴管凸模4对应凹模3的另一端设置，该
半轴管凸模4的前端具有突起于中部的第二凸起部41并后端与凹模3的内壁适配。
(3)双向挤扩成形
加热工序后的坯料2配装在凹模3中，如图3所示。法兰凸模1和半轴管凸模4同向同
步对挤，双向进给挤压速度3mm/s，双向同步位移差协同控制设定0.2mm。接触坯料后，法兰
凸模1挤压金属变形进给量为78mm后停止运行，如图4所示。半轴管凸模4继续(速度3mm/s)
运行至形成限位(连皮厚度18mm)，如图5所示。法兰凸模1再次开启运行(速度2mm/s)至其行
程第二限位处后停止运行，如图6所示，金属进一步填充满法兰凸模1与凹模3所形成的闭合
型腔，凸缘法兰端部位实现净成形，轮辋成形完毕。
取出成形件，空冷后机加去除连皮10c(如图6所示)，随后进行热处理。热处理后的
7075铝合金轮辋半轴管部轴向力学性能见表1所示。
表1 7075铝合金轮辋半轴管部力学性能
编号
抗拉强度(Mpa)
断后伸长率(％)
7075-1
582
11.0
7075-2
585
13.0
7075-3
574
11.5
实施例2
(1)下料
直径195mm的AZ80镁合金挤压棒材，车平所下坯料的两个圆端面后，长度329mm。
(2)加热
镁合金坯料加热温度335℃±5℃，到温后保温2小时；挤压模具加热至300℃±5
℃，到温后保温5小时。挤压模具的结构参考实施例1。
(3)双向挤扩成形
加热工序后的坯料2配装在凹模3中；法兰凸模1和半轴管凸模4同向同步对挤，双
向进给挤压速度1.5mm/s，双向同步位移差协同控制设定0.2mm。接触坯料后，法兰凸模1挤
压金属变形进给量为75mm后停止运行，半轴管凸模4继续(速度1.5mm/s)运行至形成限位
(连皮厚度20mm)。法兰凸模1再次开启运行(速度1mm/s)至其行程第二限位处后停止运行，
金属进一步填充满法兰凸模1与凹模3所形成的闭合型腔，凸缘法兰端部位实现净成形，轮
辋成形完毕。
取出成形件，空冷后机加去除连皮，随后进行热处理。热处理后的AZ80镁合金轮辋
半轴管部轴向力学性能见表2所示。
表2 AZ80镁合金轮辋半轴管部的力学性能
编号
抗拉强度(Mpa)
断后伸长率(％)
AZ80-1
372
9.0
AZ80-2
370
10.0
AZ80-3
374
9.5
实施例3
(1)下料
直径195mm的AZ91镁合金挤压棒材，车平所下坯料的两个圆端面后，长度330mm。
(2)加热
镁合金坯料加热温度300℃±5℃，到温后保温4小时；模具加热至300℃±5℃，到
温后保温5小时。
(3)双向挤扩成形
加热工序后的坯料2配装在凹模3中；法兰凸模1和半轴管凸模4同向同步对挤，双
向进给挤压速度1mm/s，双向同步位移差协同控制设定0.2mm。接触坯料后，法兰凸模1挤压
金属变形进给量为80mm后停止运行，半轴管凸模4继续(速度1.5mm/s)运行至形成限位(连
皮厚度21mm)。法兰凸模1再次开启运行(速度0.5mm/s)至其行程第二限位处后停止运行，金
属进一步填充满法兰凸模1与凹模3所形成的闭合型腔，凸缘法兰端部位实现净成形，轮辋
成形完毕。
取出成形件，空冷后机加去除连皮，随后进行热处理。热处理后的AZ91镁合金轮辋
半轴管部轴向力学性能见表3所示。
表3 AZ91镁合金轮辋半轴管部的力学性能
编号
抗拉强度(Mpa)
断后伸长率(％)
AZ91-1
267
8.0
AZ91-2
270
7.0
AZ91-3
268
7.0