铝合金车轮制造工艺 【技术领域】
本发明是有关于一种铝合金车轮制造工艺，特别是有关于一种铝合金车轮的铸造旋压工艺。
【背景技术】
车轮是涉及汽车安全的零部件之一，可以分为钢质车轮和铝合金车轮，由于铝合金车轮与钢质车轮相比，铝合金车轮具有重量轻、强度大、制动平衡性能好、精度高、导热性好、汽车油耗低等许多优点，因此铝合金车轮具有广泛的使用前景。常见铝合金车轮的制造方式，可以分为锻造、半固态铸造(挤压铸造、液态模锻)、低压铸造、重力铸造、差压铸造、组装等6类，其中刚性最强，重量最轻的是锻造方式。所谓锻造就是将整块的铝锭经由重量达千吨以上的模具一次性挤压成型(制造压力可以达到1.6×107牛/平方厘米，而铸造件密度只有2.2千克/立方厘米)，这样会使车轮的整体密度平均化，材料强度也提高不少，同时减轻了重量。以15英寸的铝合金车轮为例，专业的车轮制造商生产的产品，重量可以控制在4-5千克，比起其他的制造方式，锻造方式能够轻40％以上，但是制造成本高出铸造3～5倍，价格惊人。而低压铸造则是较为折中的方式，制造过程是将铝和其他金属合金用高温熔化成液态，再注入模具内成型，这样既能达到高强度、轻量化的目的，又能控制制造成本，是现在大多数改装用车轮的主流制造工艺。
但是低压铸造技术产品无法满足大尺寸、高负荷(大客车、载货车)以及高端产品市场的需求，尤其是国内企业在大尺寸车轮制造上与国外相比存在较大差距，而非铸造方式生产较大车轮在国内尚属空白。目前，先进的成形技术是旋压工艺，由于旋压铝车轮不受尺寸制约、产品美观、性能良好、安全性高、节省材料等因素，而具有良好的发展前景。
中国发明专利公开第CN 101020286A号公开了一种整体汽车车轮制造工艺，整个汽车车轮是用一块连铸钢坯为原料，通过热搌锻、热旋压、精旋压、普旋压加工，而成为连成一体的轮辐和车轮。可见，现有的旋压铝车轮是采用了锻造和旋压相结合的制造方式。尽管采用这种组合方式的产品性能较好，但正如前所述，由于锻造工艺成本很高，不适合广泛应用，所以锻造和旋压的组合方式也同样具有成本高的缺陷。
因此，有必要研究一种新的铝合金车轮制造工艺，以克服现有技术中存在的缺陷。
【发明内容】
本发明的主要目的在于提供一种铝合金车轮制造工艺，其工艺简单、容易控制产品品质，由该工艺制造所得的铝合金车轮具有成本低、重量轻、机械强度高的特点，而且由于该工艺可以避免使用大吨位的压力设备，从而使得铝合金车轮能够被大批量生产。
本发明的其它目的和优点可以从本发明所披露的技术特征中得到进一步的了解。
为达到上述的目的或是其它目的，本发明采用如下技术方案：一种铝合金车轮制造工艺，包括有以下步骤：
1)以低压铸造的方式形成一个铸造毛坯，该铸造毛坯包括有一体铸造成形的轮辋毛坯及轮辐毛坯；
2)在铸造毛坯的轮辐毛坯上形成一个定位孔；
3)使用第一加热装置预热铸造毛坯至旋压温度；
4)冷却铸造毛坯的轮辐毛坯；
5)将铸造毛坯安装至旋压机上，其中旋压机包括有定位装置、旋压模及旋压金属轮，定位装置夹持轮辐毛坯，旋压模压紧于轮辋毛坯的内壁，以及旋压金属轮是抵压于轮辋毛坯的外壁上；
6)由旋压机对铸造毛坯的轮辋毛坯进行旋压，并同时使用至少一组第二加热装置对轮辋毛坯进行加热，以保持在旋压的过程中轮辋毛坯的温度不会降低而保持在旋压温度的范围内，以此方式旋压可以得到一个粗制品；
7)对粗制品进行热处理；
8)对粗制品进行机加工；以及
9)对粗制品进行整理工序，而得到成品铝合金车轮。
根据一实施例，上述步骤6)中的旋压模会带着铸造毛坯一起沿旋压模的主轴进行转动，而旋压金属轮则以预定程序对轮辋毛坯的外壁进行旋压。而且在步骤6)是采用了三组第二加热装置。
相较于现有技术，本发明铝合金车轮的制造工艺使用了至少一组第二加热装置对轮辋毛坯进行加热，以充分保证旋压过程中的旋压温度不会降低，同时又能够使得轮辋毛坯保持一定塑性，从而有利于控制热旋压过程中轮辋毛坯的变形量及变形速度，以确保最终成品具有良好的外形品质及良好的机械性能。可见，由于本发明铝合金车轮制造工艺采用了铸造与旋压相结合的成形技术，其工艺简单、容易控制产品品质，由该工艺制造所得的铝合金车轮具有成本低、重量轻、机械性能良好的特点，而且由于该工艺可以避免使用大吨位的压力设备，从而使得铝合金车轮能够被大批量生产。
【附图说明】
图1A是本发明一实施例的铝合金车轮的正面结构示意图。
图1B是沿图1A中所示地A-A线剖开之后的铝合金车轮的剖面结构示意图。
图2A是本发明一实施例的铝合金车轮的铸造毛坯正面结构示意图。
图2B是沿图2A中所示的B-B线剖开之后的铝合金车轮的铸造毛坯剖面结构示意图。
图3是在图2B所示的铸造毛坯上钻出定位孔的剖面结构示意图。
图4是将图3中所示的铸造毛坯安装于旋压机上进行旋压成形的示意图。
图5是将图3中所示的铸造毛坯进行旋压之后的铝合金车轮粗制品的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
下列各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「内」、「外」等，仅是参考附加图式的方向。因此，本发明以下实施例中所提到的方向用语是用来说明本发明，而非用来限制本发明。
请参照图1A及图1B所示的本发明一实施例的铝合金车轮成品结构示意图，铝合金车轮1包括有轮辋10及轮辐20，其通过铸造技术与旋压技术相结合的方式制造成形，轮辋10与轮辐20是呈一体式的结构，使得铝合金车轮1具有安全、可靠的性能，还可以应用于重载运输车辆上。轮辋10具有外侧轮缘11、胎圈座12及内侧轮缘13，轮辐20具有多个辐射状的镂空结构21、多个螺栓孔22、一个中心孔23、多个逃料孔24，以及一个气嘴孔25。
铝合金车轮1的制造工艺包括以下步骤：
1)以低压铸造的方式形成一铸造毛坯3，如图2A及图2B所示。该铸造毛坯3包括有一体铸造成形的轮辋毛坯30及轮辐毛坯40，其中轮辐毛坯40具有多个辐射状的镂空结构41、一个位于轮辐毛坯40中心处的圆锥孔42、多个位于圆锥孔42外围的半通孔43，以及多个逃料孔44；
2)在轮辐毛坯40上形成一个定位孔45，如图3所示。在本实施例中，定位孔45是通过钻孔机或钻床对圆锥孔42进行加工从而形成的一个圆孔；
3)使用第一加热装置(未图示)，例如加热炉，预热铸造毛坯3至旋压温度。在本实施例中，需预热至280℃至380℃之间，较佳地是预热至300℃至320℃之间；
4)冷却轮辐毛坯40。由于轮辐毛坯40将作为铸造毛坯3在以下旋压过程中的装夹面，也就是说当铸造毛坯3装载于以下旋压机5(如图4所示)上时，旋压机5上的装夹装置50会夹持该轮辐毛坯40到旋压模51上，所以必须冷却轮辐毛坯40，以防止装夹部位(即轮辐毛坯40)变形。在本实施例中，轮辐毛坯40需要冷却5～10秒即可接着进行以下步骤；
5)将铸造毛坯3安装至旋压机5上，如图4所示。在本实施例中，旋压机5包括有装夹装置50、旋压模51及旋压金属轮52。在本实施例中，装夹装置50是一个夹具，该夹具连接至旋压机5的顶杆53上，轮辐毛坯40则被该夹具夹紧到旋压模51上；旋压模51是连接至旋压机5的传动/控制系统54上，并且旋压模51套置并压紧于轮辋毛坯30的内壁；旋压金属轮52是抵压于轮辋毛坯30的外壁；
6)由旋压机5对铸造毛坯3的轮辋毛坯30进行旋压，并同时使用至少一组第二加热装置6对轮辋毛坯30进行加热，以保持在旋压的过程中轮辋毛坯30的温度不会降低而保持在旋压温度的范围(例如300～320℃)内，以此方式旋压可以得到一粗制品7，如图4及图5所示。在本实施例的旋压过程中，旋压模51会带着铸造毛坯3一起沿主轴进行转动，而旋压金属轮52则以预定程序对轮辋毛坯30的外壁进行旋压，使得轮辋毛坯30的壁厚及形状均达到粗制品7的要求，例如旋压金属轮52是沿一定的曲线移动于轮辋毛坯30的外壁上，并随着轮辋毛坯30反向转动，以安全完成旋压工艺。在本实施例中，第二加热装置6是一个自动点火器，并且本实施例还采用了三组数量的第二加热装置6，以充分保证旋压温度不会降低，同时又能使得轮辋毛坯30保持一定塑性；
7)对粗制品7进行固溶及人工时效热处理，以提高整个产品的机械性能；
8)对粗制品7进行机加工，例如在粗制品7上加工一气嘴25(如图1B所示)，再如利用车床或钻床将图5中所示的轮辐毛坯40上的定位孔44及半通孔43进行加工，使其形状及直径尺寸符合要求，图5中的定位孔44经机加工后的形状为图1B中所示的中心孔23，而图5中的半通孔43经机加工后的形状为图1B中所示的螺栓孔22，图5中的逃料孔44形状与图1B中所示成品的逃料孔24的形状相同；
9)对粗制品7进行整理工序，而得到成品铝合金车轮1(如图1B所示)，例如对粗制品7的轮辋70进行整形、对粗制品7进行表面处理(如抛光、电镀或涂装等)；
10)性能测试，例如对铝合金车轮1施加一定承载力进行疲劳与老化测试。
通过以上描述可知，在本发明铝合金车轮的制造工艺中，使用了至少一组第二加热装置6对轮辋毛坯30进行加热，以充分保证旋压过程中的旋压温度不会降低，同时又能够使得轮辋毛坯30保持一定塑性，从而有利于控制热旋压过程，例如能够容易控制在热旋压过程中的轮辋毛坯30的变形量及变形速度，以确保最终成品具有良好的外形品质及良好的机械性能。可见，由于本发明铝合金车轮制造工艺采用了铸造与旋压相结合的成形技术，其工艺简单、容易控制产品品质，由该工艺制造所得的铝合金车轮1具有成本低、重量轻、机械性能良好的特点，而且由于该工艺可以避免使用大吨位的压力设备，从而使得铝合金车轮1能够被大批量生产。