锻造铝车轮的生产工艺简介

2021-04-07 17:10:29 zxhcl 1

铝车轮的生产工艺现在主要有两种,即铸造工艺和锻造工艺。目前应用最普遍的是铸造铝车轮,约占到铝车轮产品总量的95%。锻造铝车轮较铸造铝车轮机械性能更高、重量更轻、抗疲劳性更好,但由于工艺复杂、设备投资大、生产成本高,因而还没有得到大面积推广应用。随着汽车行业对轻量、高速、安全、环保等需求的日益迫切,锻造铝车轮在汽车领域中的应用将会越来越受到重视,逐步会成为高端轿车、载货卡车、商用客车等的最佳选择。

1 锻造铝车轮的材料

一般来说,所有的变形铝合金都可用于锻造,但由于车轮锻件以强度为主要指标,所以铝车轮宜选用高强度易热处理的形变铝合金,比如6061、6082等。

锻造铝车轮的毛坯一般采用直径为8寸(26.7cm)或其他规格的铸棒,使用前需对坯料的尺寸、重量、化学成分、显微组织、外观质量、含氢量等进行检查,尤其注意要尽可能地减少材料中的金属杂质和非金属杂质的有害作用。6061合金中的有害金属杂质主要是Fe,Fe在该合金中形成FeAl3,对性能有害,特别是对延伸率影响较大;非金属杂质主要是氢和氧化膜,其来源之一是精炼气体中的水分,因为水与铝会发生反应,如有氢和氧化膜存在,热处理固溶后产品探伤会不合格,另外,它们对性能的危害也很大,会显著降低延伸率。

车轮锻件

2 锻造铝车轮的生产工艺

铝车轮的锻造成形是盘状或棒状的铸态坏料在热状态下进行塑性变形的过程,与低压铸造相比,生产工艺有着明显的差异。

锻造铝车轮的生产工艺流程一般为:制坯→锻造→旋压→热处理→机加工→涂装。

1制坏:锻造铝车轮生产工艺的首要工序是制坯,利用摆动碾压(旋转锻造)技术,将圆柱棒料制成饼状料,为后续的锻造成形提供合适的坯料。

摆动碾压技术是利用一个带圆锥的上模对毛坯局部加工,通过向旋转的毛坯施加一个倾斜力实现成型,这种方式可以在保证效率的前提下大幅度减少能量消耗,摆动碾压可以在250t的压力下完成3 000t以上的普通压力机的工作,另一个优点是这种方式可以将棒料内部的材料均匀地分布到毛坯的表面,形成独特的螺旋形金属流线,从而提高锻造工序的整体表面和性能质量。制坯棒料初始温度可设定为500℃以上,模具预热温度约在450℃。

2锻造:锻造工序是将经过高温预热的制坯后毛坯,经过压力机锻造成形车轮的旋压前毛坯,主要是将车轮的轮辐和窗口部位锻造成形。压力机一般需根据车轮成形所需压力的不同,选择4000吨或更高吨位的设备。

根据车轮成形难易程度的不同,锻造工序需考虑锻造的次数,即在一台压力机上进行几次锻造或在2台压力机上进行初锻、终锻等。6061铝合金的过烧温度为590°C左右,考虑加热炉的温差为±20 ℃,锻造毛坯的温度需控制在约500 ℃。为防止固溶加热过程中产生大晶粒,终锻温度一般控制在450 ℃以下。锻造模具的材料一般选用H13,模具温度需控制在约400 ℃。

3旋压:因为车轮本身结构原因,车轮的轮辋部位很难锻造成形,需要靠后续的旋压工艺成形旋压工序是将锻造成形毛坯的短粗轮辋部位加工成形为车轮最终轮辋结构。

旋压设备一般选用立式三旋轮强力旋压机,也可选用卧式旋压机。德国的立式三旋轮强力车轮旋压机的旋轮头可正、负双向较高速工作进给,在一个工步可完成粗旋和精整过程,辅助工序少,配套上下料机器人、周转带,是锻造铝车轮规模化生产线中的关键设备,生产质量及效率都很高。根据轮辋成形难易的不同,可采用冷旋或热旋工艺。

通过旋压工艺,可得到更高的材料致密性,明显增强力学性能。可将铝车轮的轮辋厚度从4.0~6.0 mm(铸造铝车轮)减薄至2.7~3.0 mm(锻造旋压铝车轮)。

车轮锻件

4)热处理:热处理是通过对毛坯在固态下加热、保温冷却来改变其内部组织,从而获得所需机械性能的一种工艺方法。

锻造铝车轮一般采用T6热处理工艺,即先固溶处理,再进行人工时效。采用该工艺可以使 6061 锻造铝车轮各部位的抗拉强度均能达到350 MPa以上。实际操作时,一方面提高溶温度,使强化相Mg2Si在固溶处理中充分溶解,同时也相应提高人工时效温度,使Mg2Si沉淀析出,以获得最大强化效果。

5切削加工:旋压后的车轮毛坯的内外表面需通过CNC车床进行切削加工,螺栓孔、气门孔等需通过立式加工中心进行加工。铝车轮切削加工所需的CNC车床和立式加工中心均为加工车轮的专用设备。

6表面处理:铝车轮的表面处理工艺分为全涂装、抛光、电镀、精车等。

全涂装生产线,设备多,投资大,但生产效率很高,适合大批量规模化生产。全涂装是铝车轮采用最多的一种表面处理工艺,是指车轮在自动生产线上采用高压静电喷枪和高速旋转喷枪进行喷涂,其涂层厚度和色彩光泽均匀,表面质量好且节省涂料,涂料需采用客户认可的环保型粉质和水性涂料。车轮在喷涂前进行预处理,使之形成一层化学转化膜,这样可以提高涂料的附着性能,预处理是采用环保型的无铬处理。

       锻造铝车轮推荐采用抛光工艺。因为锻造铝合金组织致密,表面质量优越,抛光后能达到与电镀媲美的外观效果,同时还可避免电镀对环境的污染。