李國東，白 飛，王瓊雅

（三門峽戴卡輪轂制造有限公司，河南 三門峽 472000）

近年，由于能源及環(huán)保的考慮，各汽車廠家為搶占市場紛紛舉起新能源汽車大旗。為此汽車輕量化設(shè)計研究受到汽車企業(yè)廣泛關(guān)注，其中降低汽車輪轂重量成為輪轂行業(yè)生存競爭著力點。為適應(yīng)市場需求，汽車輪轂要做到安全、節(jié)能、環(huán)保、美觀幾方面，輕量化輪轂的設(shè)計與制造工藝顯得十分重要。鋁合金輪轂鑄旋技術(shù)順應(yīng)汽車時代潮流，質(zhì)量輕，強度高恰恰吻合當(dāng)下汽車設(shè)計理念[1]。

1 鑄旋原理

鋁合金輪轂一般分為：外輪輞、內(nèi)輪輞、輪輻三部分，鋁合金輪轂鑄旋工藝是將低壓或重力鑄造的半成品毛坯預(yù)熱一定溫度，對其內(nèi)輪輞旋壓成型，同時保留鑄造毛坯輪輻及外輪輞結(jié)構(gòu)。簡言之鑄旋產(chǎn)品就是鑄造+旋壓，在鑄造基礎(chǔ)上將輪轂輪輞擠壓減薄成型，使材料組織形態(tài)進一步強化。

為了進一步認(rèn)識鑄旋產(chǎn)品，我們對同批次鑄造毛坯旋壓前后輪輞機械性能進行對比。兩種狀態(tài)毛坯各取兩個樣進行試驗，實驗結(jié)果如下表：

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從上表我們可以看到鑄旋輪輞抗拉強度,、屈服強度、延伸率明顯高于低壓輪輞，尤其是延伸率幾乎高出80%-90%。

為了進一步認(rèn)識鑄旋產(chǎn)品微觀組織，我們同樣對同批次鑄造毛坯旋壓前后輪輞金相組織進行對比，如下圖所示：

圖a 低壓鑄造輪輞金相

圖b 鑄旋輪輞金相

可以看到圖a 低壓鑄造輪輞金相組織無序排列，組織形狀各異， 圖b 鑄旋輪輞金相組織形狀呈橢圓形且方向基本一致 ，顯然是旋壓過程對組織形態(tài)進行重新規(guī)整，改變晶體形狀和方向，提高材料強度及塑性變形[2]。

2 鑄旋工藝控制要點

（1）鑄旋毛坯設(shè)計要點。旋壓前鑄造毛坯設(shè)計原則為：滿足旋壓充型要求，輪輞旋壓鋁材量既不能過多，也不能過少。鋁材量過多旋壓時多余的量趕到最下部即下輪緣處，造成后序機加工加工量過大，同時鋁材量設(shè)計偏多造成旋壓前毛坯輪輞壁厚大，旋壓時旋壓機旋輪受負(fù)載大，不易于輪輞減薄。鋁材量過少旋壓時鋁材量不足以滿足產(chǎn)品成型，造成機加工車不光缺陷。

設(shè)計毛坯旋壓量可采用倒推計算法，首先我們根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計圖偏置出旋壓后的毛坯線（如圖3），然后根據(jù)毛坯線利用三維軟件計算出輪輞鋁材量，最后根據(jù)鋁材量計算旋壓毛坯鋁材量，注意：只需要計算旋壓起刀點以下鋁材量，起刀點以上不參與旋壓。為保證旋壓后毛坯質(zhì)量，避免出現(xiàn)填充不足，影響后序加工，鋁材量設(shè)計一般為旋壓理論成型毛坯1.1-1.2倍。

鑄造毛坯結(jié)構(gòu)設(shè)計十分重要，它直接影響旋壓后產(chǎn)品力學(xué)性能，以及旋壓成型穩(wěn)定性。鑄造毛坯設(shè)計一般從旋壓起刀點向下壁厚逐漸增加，這樣能保證旋壓成型“流動性”，鋁材快速補給，防止旋壓過程拉裂輪輞（見圖2）。鑄造毛坯輪輞壁厚根據(jù)旋壓機性能而定，旋壓后毛坯一般壁厚8mm左右，鑄造毛坯壁厚設(shè)計一般不超過20mm。旋壓過程鋁材量變形、減薄率越大，旋壓后形成輪輞組織越致密，力學(xué)性能越好。

圖1 旋壓圖

圖2 旋壓前毛坯圖

圖3 旋壓后毛坯圖

（2）鑄旋毛坯定位要點。鑄旋毛坯定位十分重要，它直接關(guān)系旋壓后毛坯成型質(zhì)量。鑄旋毛坯定位設(shè)計不合理，首先造成旋壓前毛坯放置不到位，引起旋壓撞機或旋壓起刀點未按設(shè)計路徑運行；其次旋壓過程中毛坯和模具型芯配合不好，發(fā)生相對轉(zhuǎn)動導(dǎo)致成型不良，旋壓后毛坯跳動、變形大。

鑄旋毛坯徑向定位通常采用旋壓毛坯與旋壓模芯配合。考慮到旋壓毛坯與旋壓工裝預(yù)熱膨脹，冷態(tài)狀態(tài)下配合間隙控制在0.5mm～1mm之間。間隙設(shè)計過小造成毛坯放置不到位，旋壓后毛坯脫模困難，脫膜力大造成毛坯變形。間隙設(shè)計過大，毛坯與旋壓模芯徑向竄動，旋壓過程中毛坯圓度，同軸度差，甚至旋壓時毛坯不能與模芯同步轉(zhuǎn)動，相對轉(zhuǎn)動造成旋壓輪輞起皺。

鑄旋毛坯軸向定位涉及旋壓模芯、旋壓上壓板兩處定位（見圖1）。毛坯上端面工藝保護圈與上壓板接觸，保證旋壓平穩(wěn)。旋壓毛坯與模芯軸向定位一般有兩種方式，一是模芯與鑄旋毛坯熱節(jié)分型面臺階接觸定位，鑄旋毛坯輪輻背腔不與模芯接觸或接觸受力較小；二是模芯直接與鑄旋毛坯輪輻背腔輪廓重合。由于前者毛坯脫模時受力點是輪輻根部，毛坯變形量小；后者脫模頂出瞬間，推出機構(gòu)作用輪輻直接造成輪輻變形。故鑄旋毛坯軸向定位建議采用前者。

（3）鑄旋工藝參數(shù)控制。首先，旋壓模具安裝精度影響旋壓后毛坯的質(zhì)量，模具安裝與旋壓主軸回轉(zhuǎn)同軸度越好，旋壓過程越平穩(wěn)，成型的產(chǎn)品同軸度，壁厚均勻性，工件輪廓越好。生產(chǎn)中旋壓模具、上壓板徑跳控制在0mm～0.05mm之間，端跳0～0.05之間即可。其次，旋壓前工件預(yù)熱溫度控制對旋壓成型至關(guān)重要，溫度過高旋壓過程輪輞易成型，但工件溫度高易造成工件受力后變形量加大；溫度過低旋壓時旋壓“流動性”差不易成型。一般旋壓前工件溫度預(yù)熱控制在350～380度最佳。最后，旋壓模具的預(yù)熱不容忽視，模具溫度低旋壓時工件不易脫模，模具溫度高則在旋壓過程模具與工件接觸粘鋁。一般模具加熱溫度控制在250～270度為宜。旋壓過程中旋壓轉(zhuǎn)速、進給率要選擇合理，否則工件會發(fā)生起皮，旋裂，軌跡狀表面，壁厚分布不均勻缺陷。

3 結(jié)語

鋁合金輪轂鑄旋工藝能夠有效提高金屬機械性能，從而在設(shè)計上可降低成品輪轂壁厚，實現(xiàn)輕量化要求。同時控制好鑄旋工藝設(shè)計及旋壓工藝參數(shù)可有效提高產(chǎn)品合格率。