一种商用车铝合金车轮的锻造成型方法与流程

1.本发明涉及车轮制备技术领域，具体涉及一种商用车铝合金车轮的锻造成型方法。


背景技术：

2.汽车车轮是整车重要的安全件之一，车轮承受着汽车和载物质量作用的压力，受到车辆在启动、制动时动态扭矩的作用，还承受汽车在行驶过程中转弯、路面冲击等来自不同方向载荷产生的不规则交变受力。6061材料(6061合金，属铝镁硅系合金)的锻造铝合金车轮具有外观质量好、尺寸精度高、重量轻及安全性能高等优点，已经逐渐在高端商用车车型中得到广泛应用，随着我国汽车工业的飞速的发展，节能减排成为汽车工业发展的趋势，现有的锻造车轮生产工艺已不能满足行业发展方向需求。
3.在现有技术中，现有的锻造车轮工艺过程主要过包含：棒料加工-预锻-终锻-冲孔及扩口-冷却(水冷+空冷)-旋压(冷旋)-热处理(固溶+淬火+时效)-机加工。现有的工艺方法存在以下问题：
4.1、锻造成型压力与锻造坯料在锻造方向上的投影面积成正比，现有工艺采用先终锻，再去掉中心孔，致使终锻成型压力需求较大；
5.2、旋压成型采用冷旋工艺，冲孔及扩口过后需要冷却再进行旋压，旋压完成以后进行热处理工艺，旋压毛坯需要升温，因此存在热量浪费；
6.3、冲孔及扩口过后冷却需水冷和轨道运输风冷，延长了工艺路线，增加了厂房面积。
7.因此，为解决上述问题，有必要开发一种更节能的商用车锻造铝合金车轮制备方法。


技术实现要素：

8.基于上述表述，本发明提供了一种商用车铝合金车轮的锻造成型方法，以解决现有的锻造车轮工艺存在终锻成型压力需求较大、热量浪费和成本浪费的技术问题。
9.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
10.本发明提供一种商用车铝合金车轮的锻造成型方法，包括：
11.对棒料进行预处理，获得料坯；
12.对所述料坯进行锻造和冲孔处理，获得终锻毛坯；
13.将所述终锻毛坯进行热处理和旋压处理，获得旋压毛坯；
14.对所述旋压毛坯进行机加工处理，获得商用车铝合金车轮。
15.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
16.进一步的，所述对棒料进行预处理，具体包括：
17.通过切割机切割所述棒料，得到预设尺寸的所述料坯。
18.进一步的，所述对所述料坯进行锻造和冲孔处理，具体包括：
19.预锻处理：通过预锻设备对所述料坯进行锻造压制，获得预锻毛坯；
20.冲孔处理：把所述预锻毛坯放置于去中心孔设备上，冲中心孔后获得冲孔毛坯；
21.终锻处理：将所述冲孔毛坯放入终锻设备，对所述冲孔毛坯进行压制，采用挤压成型锻造所述中心孔，获得所述终锻毛坯。
22.进一步的，在所述预锻处理中，所述中心孔区域厚度不大于10mm。
23.进一步的，所述终锻处理后的中心孔直径比所述冲孔毛坯的中心孔直径小3～5mm。
24.进一步的，所述终锻毛坯的辐底厚度相比于所述冲孔毛坯的辐底厚度的减薄率不小于20％。
25.进一步的，获得的所述终锻毛坯的温度为320℃
±
20℃。
26.进一步的，所述将所述终锻毛坯进行热处理和旋压处理，具体包括：
27.将所述终锻毛坯送入固溶炉中进行固溶热处理，固溶后淬火处理，并冷却至室温；
28.将淬火后的所述终锻毛坯放入旋压设备，以中心孔定位，将所述终锻毛坯旋压处理成旋压毛坯；
29.将所述旋压毛坯送入热处理时效炉，进行时效热处理。
30.进一步的，所述将所述终锻毛坯送入固溶炉中进行固溶热处理，具体包括：
31.通过所述固溶炉将所述终锻毛坯的温度由320
±
20℃加热至540
±
5℃，并保温1～3小时。
32.进一步的，在所述时效处理中，时效温度150～180℃，时效时间9～12h。
33.与现有技术相比，本技术的技术方案具有以下有益技术效果：
34.本发明提供的商用车铝合金车轮的锻造成型方法通过先对棒料进行预处理，获得料坯；进而对料坯进行锻造和冲孔处理，获得终锻毛坯；进一步进行热处理和旋压处理，获得旋压毛坯；最后，对旋压毛坯进行机加工处理，即获得商用车铝合金车轮。
35.现有技术中的锻造毛坯制备过程中设备吨位需求过大，热处理之前存在能量浪费弊端，本发明提供的商用车铝合金车轮的锻造成型方法，具有如下优势：
36.1.先通过冲孔工序去掉预锻毛坯中心孔，再进行终锻成型，相比现有工艺的先终锻成型，再进行冲孔，终锻成型所需的压力减少，降低了设备功耗；
37.2.在锻造工序完成以后直接进行热处理，一方面，相比于传统工艺热处理之前工件处于室温，再进行热处理-固溶，可以有效降低毛坯热处理-固溶升温阶段所需要的能量，节约热处理能耗；另一方面，相比于传统工艺去掉了水冷+轨道运输风冷工艺，缩短了工艺流程，减少设备投资，降低了能耗。
38.因此，在制备相同规格锻造车轮时，本发明提供的商用车铝合金车轮的锻造成型方法能够有效降低锻造设备的成形力，提升工艺能耗利用率，缩短工艺流程，以达到节能减排效果。
附图说明
39.图1为本发明实施例提供的商用车铝合金车轮的锻造成型方法的流程示意图；
40.图2为本发明实施例提供的预锻毛坯的结构示意图；
41.图3为本发明实施例提供的冲孔毛坯的结构示意图；
42.图4为本发明实施例提供的终锻毛坯的结构示意图；
43.图5为本发明实施例提供的旋压毛坯的结构示意图；
44.图6为本发明实施例提供的终锻设备的结构示意图；
45.图7为图6中的上模模芯局部视图；
46.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
47.1、终锻上模底板；2、终锻上模模套；3、终锻上模模芯；4、终锻模腔；5、终锻下模顶料盘；6、终锻下模模套；7、终锻下模模芯；8、终锻下模垫板；9、终锻下模底板。
具体实施方式
48.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
49.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
50.在本说明书的描述中，参考术语“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
51.下面结合附图1至7和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
52.如图1所示，本发明实施例提供了商用车铝合金车轮的锻造成型方法，包括：
53.步骤s1：对棒料进行预处理，获得料坯。
54.具体包括通过切割机切割棒料，得到预设尺寸的料坯，对于预设尺寸不作限定，依据实际需要进行设置即可。
55.步骤s2：对料坯进行预锻、冲孔和终锻处理，获得终锻毛坯。
56.具体包括：
57.步骤s201：预锻处理，通过预锻设备对料坯进行锻造压制，获得预锻毛坯。
58.如图2所示，预锻毛坯呈内凹结构，且在中心孔区域，壁厚a≤10mm，辐底预留终锻20-25％的减薄厚度。
59.步骤s202：冲孔处理，把预锻毛坯放置于去中心孔设备上，冲中心孔后获得冲孔毛坯，其中，如图3所示，中心孔尺寸为d1。
60.步骤s203：终锻处理，将冲孔毛坯放入终锻设备，对冲孔毛坯进行压制，采用挤压成型锻造中心孔，获得直径d2的终锻毛坯。
61.具体地，为了提高中心孔尺寸精度，如图4所示，锻造毛坯中心孔d3采用挤压成型，且3mm≤d1-d3≤5mm。
62.为了保证终锻毛坯中心孔与终锻模具上模完全贴合，终锻毛坯辐底厚度b2相比于
冲孔毛坯辐底厚度b1减薄率≥20％。
63.如图6所示，终锻设备包括终锻上模底板1、终锻上模模套2、终锻上模模芯3、终锻模腔4、终锻下模顶料盘5、终锻下模模套6、终锻下模模芯6、终锻下模垫板7和终锻下模底板8，上模组件和下模组件构建形成供冲孔毛坯放置的模腔。为了保证上模能够自动脱模及上模下压过程中与下模同轴，如图7所示，终锻模具上芯模与锻造毛坯中心孔接触部位设计成具有一定拔模角度，同时在下端设计导向线段。
64.最终，获得的终锻毛坯的温度为320
±
20℃。
65.步骤s3：将终锻毛坯进行热处理和旋压处理，获得旋压毛坯。
66.具体包括：
67.步骤s301：将终锻毛坯送入固溶炉中进行固溶热处理，固溶后淬火处理，并冷却至室温。
68.在具体的示例中，对终锻毛坯进行热处理-固溶，毛坯温度由320
±
20℃加热到540
±
5℃，并保温1-3小时，固溶完成以后进行淬火，淬火后锻造毛坯温度保持为室温。
69.步骤s302：将淬火后的终锻毛坯放入旋压设备，以中心孔定位，将终锻毛坯旋压处理成旋压毛坯，如图5所示为旋压毛坯。
70.步骤s303：将旋压毛坯送入热处理时效炉，进行时效热处理，时效温度150～180℃，时效时间9～12h，具体的温度和时间依据实际需要进行设置即可。
71.步骤s4：对旋压毛坯进行机加工处理，获得商用车铝合金车轮。
72.具体地，根据锻造铝合车轮的设计要求，对热处理后的旋压毛坯进行车削加工，且在加工轮辋体表面时，采用中心孔定位。
73.综上，本发明实施例提供的商用车铝合金车轮的锻造成型方法相较于现有技术具有如下优势：
74.第一、该锻造成型方法中先通过冲孔工序去掉预锻毛坯中心孔，再进行终锻成型，相比现有工艺的先终锻成型，再进行冲孔，终锻成型所需的压力减少，降低了设备功耗。
75.第二、该锻造成型方法中先进行冲孔工序，再进行终锻工序，终锻毛坯中心孔是通过挤压成型，相比于现有工艺，先终锻，再冲孔，中心孔尺寸精度高，且无毛刺。
76.第三、该锻造成型方法中采用淬火以后再进行旋压，可以有效校正因锻造毛坯淬火以后锻造毛坯轮辋极速冷却而发生的变形，同时旋压工序和轮辋体表面机加工均采用中心孔定位，可以提高毛坯表面跳动质量，减少轮辋表面机加工余量，从而可以降低原材料下料重量，不仅可以节约成本，同时可以降低制造能耗。
77.第四、该锻造成型方法中终锻工序完成以后毛坯余温320℃
±
20℃左右，直接进行热处理-固溶，相比于传统工艺热处理之前工件处于室温，再进行热处理-固溶，可以有效降低毛坯热处理-固溶升温阶段所需要的能量，节约热处理能耗。
78.第五、采用锻造工序完成以后直接进行热处理固溶处理工艺，相比于传统工艺去掉了水冷+轨道运输风冷工艺，缩短了工艺流程，不仅减少设备投资，降低了能耗。
79.在实际应用中，利用上述锻造成型方法获得的锻造铝合金车轮，车轮强度及疲劳性能满足gb/t5909及gb/t5334的要求，抗拉强度提升25％，屈服强度30％，硬度提升3％，因此其能够在保障良好性能的同时，有效的实现节能减排。
80.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管
参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种商用车铝合金车轮的锻造成型方法，其特征在于，包括：对棒料进行预处理，获得料坯；对所述料坯进行预锻、冲孔和终锻处理，获得终锻毛坯；将所述终锻毛坯进行热处理和旋压处理，获得旋压毛坯；对所述旋压毛坯进行机加工处理，获得商用车铝合金车轮。2.根据权利要求1所述的商用车铝合金车轮的锻造成型方法，其特征在于，所述对棒料进行预处理，具体包括：通过切割机切割所述棒料，得到预设尺寸的所述料坯。3.根据权利要求1所述的商用车铝合金车轮的锻造成型方法，其特征在于，所述对所述料坯进行锻造和冲孔处理，具体包括：预锻处理：通过预锻设备对所述料坯进行锻造压制，获得预锻毛坯；冲孔处理：把所述预锻毛坯放置于去中心孔设备上，冲中心孔后获得冲孔毛坯；终锻处理：将所述冲孔毛坯放入终锻设备，对所述冲孔毛坯进行压制，采用挤压成型锻造所述中心孔，获得所述终锻毛坯。4.根据权利要求3所述的商用车铝合金车轮的锻造成型方法，其特征在于，在所述预锻处理中，所述中心孔区域厚度不大于10mm。5.根据权利要求3所述的商用车铝合金车轮的锻造成型方法，其特征在于，所述终锻处理后的中心孔直径比所述冲孔毛坯的中心孔直径小3～5mm。6.根据权利要求3所述的商用车铝合金车轮的锻造成型方法，其特征在于，所述终锻毛坯的辐底厚度相比于所述冲孔毛坯的辐底厚度的减薄率不小于20％。7.根据权利要求3所述的商用车铝合金车轮的锻造成型方法，其特征在于，获得的所述终锻毛坯的温度为320
±
20℃。8.根据权利要求7所述的商用车铝合金车轮的锻造成型方法，其特征在于，所述将所述终锻毛坯进行热处理和旋压处理，具体包括：将所述终锻毛坯送入固溶炉中进行固溶热处理，固溶后淬火处理，并冷却至室温；将淬火后的所述终锻毛坯放入旋压设备，以中心孔定位，将所述终锻毛坯旋压处理成旋压毛坯；将所述旋压毛坯送入热处理时效炉，进行时效热处理。9.根据权利要求8所述的商用车铝合金车轮的锻造成型方法，其特征在于，所述将所述终锻毛坯送入固溶炉中进行固溶热处理，具体包括：通过所述固溶炉将所述终锻毛坯的温度由320
±
20℃加热至540
±
5℃，并保温1～3小时。10.根据权利要求8所述的商用车铝合金车轮的锻造成型方法，其特征在于，在所述时效处理中，时效温度150～180℃，时效时间9～12h。

技术总结
本发明提供一种商用车铝合金车轮的锻造成型方法，包括对棒料进行预处理，获得料坯；对料坯进行预锻、冲孔和终锻处理，获得终锻毛坯；将终锻毛坯进行热处理和旋压处理，获得旋压毛坯；对旋压毛坯进行机加工处理，获得商用车铝合金车轮。该锻造成型方法在锻造工序完成以后直接进行热处理，可以有效降低毛坯热处理-固溶升温阶段所需要的能量，节约热处理能耗；还能够缩短工艺流程，减少了设备投资，降低了能耗。耗。耗。


技术研发人员：潘小雨 田尧 胡飞 张小格 程小强
受保护的技术使用者：东风汽车底盘系统有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/9/9