汽車輪轂加工方法與工藝分析（xī）
2024-1-8 來源： 山東電子職業（yè）技術學院 作者：王（wáng）秀明
【摘要】: 以深槽輪輞為例，闡述（shù）兼具使用性能優點和加（jiā）工成本優勢的壓力成形（xíng）製造工藝（yì）。通過分（fèn）析輪轂的材料、結構及加工方法，詳細介紹了輪輞生產過程（chéng）及所用裝備，並展望未來生產技術的特點和（hé）發展方向。
【關鍵詞】: 深槽輪轂 ; 鍛造加工 ; 工藝過程 ;特點
1. 序言（yán）
汽車作為現代化的（de）交通工具，其數（shù）量（liàng）越來越多。車輪是汽車必須的、基本的和重要的部件（jiàn），其安全性、經濟性及外觀質量是目（mù）前使用者關（guān）注的主（zhǔ）要指標。不同車輛的輪轂（gū）結構不同、材料不同，其加工工藝也不相同。通過分析車輛輪轂常使（shǐ）用的（de）材料及加工方法（fǎ），著重介紹具有深（shēn）槽結構（gòu）的家用汽車鋁合金輪轂加工工藝及其特點。
2. 汽車輪轂的材料及製造現狀
2.1 輪轂結（jié）構與材（cái）料
輪轂是汽車支撐輪胎的圓形結構，由輪輞和輪（lún）輻組成，輪輞和（hé）輪輻（fú）可（kě）以是整體式（shì）的、永久聯接式（shì）的和可拆卸式的（de）。輪輞常使用的結構有深槽輪輞和平底（dǐ）輪輞，並在此結構上有不同的改進，比如（rú）對開式（shì）輪輞、半深槽輪輞、平底寬（kuān）輪輞及（jí）全斜底輪輞，用於（yú）不同的場合。
深槽輪輞如圖 1 所示，斷麵中部呈凹槽形，有凸（tū）緣結構，用於安放輪胎（tāi），肩部向中間傾斜4° ~6°。該結構簡單，剛度大，質量較小，對於尺寸小、彈（dàn）性大的輪胎安（ān）裝比較方便（biàn），因此適用（yòng）於（yú）轎車及輕型越野車。平底輪輞（wǎng）是貨（huò）車常用的結構形式。
圖 1 深槽輪輞
常（cháng）見的汽車輪轂有鋼（gāng）質輪轂和鋁合金輪轂。鋼質輪轂強度高（gāo），常用於大型載貨（huò）汽車，質量較重 ; 鋁合金輪轂質量（liàng）相較要輕很多，相同體（tǐ）積的鋁合金輪轂比鋼質（zhì）輪轂輕 2/3 左右，符合如今低碳的使用理念，且導熱快，散熱性能好。
2.2 輪轂常用加工方法
目前鋁合金輪轂的生產方法有（yǒu）鑄造法、鍛造法、衝壓法（fǎ）和（hé）旋壓法。我國鋁合金輪轂仍然以低（dī）壓鑄造為主，隨（suí）著（zhe）技術的發展，其加工工藝不斷進行變革（gé）。
鋁合金的鑄造工藝主要有 4 種 : 重力鑄造、低壓鑄（zhù）造、反壓鑄造（zào）和（hé）擠壓鑄造。大部分的鋁合金車輪采用低壓鑄造生產，這（zhè）是鋁合金車輪鑄造工藝中的主要技術。鑄造（zào）車輪需要準備鑄型，熔煉金屬，澆築冷卻凝固成形（xíng）後取出鑄件，工序多、設備大，產品容易出現縮孔、縮鬆等質量缺陷，特（tè）別是鑄件尺寸較薄的情況下，更容易出現質量問題。
為（wéi）了解決鑄件容易出現的問題，鋁合金車輪也在使用鍛造 - 旋壓工藝生產，其生產（chǎn）過程為 : 預製鍛坯→模鍛成形→旋壓成形→熱處（chù）理→ CNC 機械加工。鍛件在滿足使用要求的前提下，有更小的壁（bì）厚、更高的強度，具有明顯的優勢。
3. 輪轂加工特性分析
永久聯（lián）接式輪（lún）轂（gū）結構如圖 2 所示，其輪輞和輪輻單獨生產後，可以采用焊接的（de）方式進行聯接。深槽輪輞屬於套筒類結構，壁厚度較（jiào）小，尺寸相差不大，可以使用板料通過壓力加工的方式進（jìn）行（háng）生（shēng）產，以此為原理設（shè）計（jì）輪輞的製造工藝 ; 對於輪輻，可以沿用旋壓（yā）工藝配以機械加工。隨著製造技術的不斷發展，編製的加工工藝應融合信息化技術，利於實現自動化生產，將（jiāng）信息化、智能化和綠色化的（de）特點融入到車輪轂的現代化生產中。
圖 2 永久（jiǔ）聯接式輪轂結構
4. 輪（lún）轂的鍛壓成形工藝
加工前先分析零件結構特點及（jí）技術要求，選擇合適的毛坯 ; 通過切削加工或者壓力加（jiā）工的方法，改變工件的形狀、尺寸、位置和性質，最後形成（chéng）滿足要求的零件。對於深槽輪轂，除了傳統的鑄造成型工藝，使用鍛壓成形工藝可以獲得性能更加優良的產品（pǐn）。輪輞的毛坯選擇精度較高的板料，通過卷圓、焊接及焊縫處理後進行壓力（lì）加（jiā）工，形成輪輞結構，然後和輪（lún）輻進行（háng）焊接，組成完整輪轂。
4.1 卷圓
毛坯材料經過開卷、平整後剪切，酸洗後作為被（bèi）加（jiā）工對象。加工成輪轂的第一步（bù）是形狀的變化，需要使薄板變形，成為和輪輞結構（gòu）相似的圓（yuán）筒狀。為了減輕勞動強度（dù）、提高加工質量，可以利用自動取料機取料後，使用卷圓機把鋼板卷成圓形。自（zì）動滾圓如圖 3 所（suǒ）示，不過此時的圓筒狀零件不是封閉（bì）的圓形。
圖（tú） 3 自動滾圓
4.2 焊接
利用焊接技術把開口位置焊接，形成封閉圓筒狀加工對象。輪輞（wǎng）的焊接采用閃光對焊技術，在焊縫處不需要額（é）外添加焊接材料，利用電阻熱加熱融化鋼板間對接接（jiē）頭觸點，達到預（yù）定溫（wēn）度時迅速施加頂鍛力，使兩個分離表麵的金屬原子之間接近（jìn）到（dào）晶格距離，完（wán）成焊接。其焊（hàn）縫是母材金屬在高溫熱變形（xíng）的過程中形成的，該焊接（jiē）方（fāng）法具（jù）有省時、省力和省能源的優點。為了使焊接（jiē）後的零件符合技術要求，在焊接前增加一步壓平工藝，以減（jiǎn）小焊接後非焊（hàn）接（jiē）原因（yīn）產生（shēng）的誤差（chà）。焊接原因產生的誤（wù）差通過相應的手段來（lái）解決，利用焊縫刨渣機去掉輪輞焊接後產（chǎn）生的焊渣（見圖 4），得到平整的焊接表麵，然後壓平並強（qiáng）化刨渣後的焊縫，最後進行滾壓，使得焊縫和母材平齊，並使用衝切機構切除焊縫兩端頭。
圖 4 焊縫刨渣
4.3 擴（kuò）口
滾圓焊接後（hòu）鋼板變為（wéi）等直徑封閉套結（jié）構，該套筒零件各處直徑相等。輪輞是外側直徑大，靠近中間部位直徑（jìng）相對較小。使用擴口機（見（jiàn）圖 5）對輪輞（wǎng）進行擴口，將圓（yuán）筒形工（gōng）件兩端擴大成（chéng）喇叭口狀，該工序保證了滾壓成形中工件定位的可靠性，能防止輪緣在滾（gǔn）壓成形中因變（biàn）形量太大而開裂。擴口（kǒu）加工依賴擴口模具，不同直徑的輪輞（wǎng）擴口時，需要更換（huàn）不同規格（gé）的擴口模具。
圖 5 輪輞擴口機
4.4 滾形
擴口後輪輞進行滾形。滾形屬於旋壓成形，輪輞的形狀（zhuàng）通過滾形模具的上下模對（duì）金屬坯料施加壓力，迫使金屬在上下模間產生塑性變形。進（jìn）行 3 次滾形加工，使得輪（lún）輞的同軸度、圓柱度及尺寸符合加（jiā）工要求。第 1 次滾形為預成（chéng）形，滾壓深槽過（guò）渡形狀（zhuàng），中心要控製準確 ; 第 2 次滾形主要是保（bǎo）證加（jiā）工形狀，保持槽底形狀不變，實現胎圈座尺寸到位 ; 第 3 次滾形加工是修正形麵，除徑向尺寸留合（hé）適的加工餘量外，輪輞形麵與其他尺（chǐ）寸均加（jiā）工到設計（jì）尺（chǐ）寸。滾形機 3 次（cì）滾形見圖 6。
圖 6 滾形機 3 次滾形
4.5 擴張精整加工（gōng）
對成形後的輪輞以冷滾壓的方式進（jìn）行去毛刺處理，修理輪緣實現圓滑過渡。最後進（jìn）行（háng）圓形校正，即擴張精整加工（見圖 7），通（tōng）過擴張模具的精確擴張，使輪輞成形後的直徑滿（mǎn）足產品的設計要求。
圖 7 擴張精整（zhěng）加工
4.6 其他加工
輪輞的尺寸精度、幾何精度在卷筒焊（hàn）接和壓力成形後（hòu），已經達到設計（jì）要求，是否滿足使（shǐ）用條（tiáo）件還需要進行相應的檢測。輪輞常進行氣密性檢（jiǎn）測，通過內置在探測器裏的氣體傳感（gǎn）器，檢測工件中滲漏出的氣體，判斷零（líng）件是否存在問題，以及問題發生的原因和缺陷的位置。對於符合密封要求的輪輞，可以根據（jù）結構（gòu）特點進行下一步加工，比如衝氣門孔等操作。
4.7 壓配焊接
加（jiā）工完的合格的輪輞和輪輻裝配（pèi）在一起（qǐ），通過圖 8 所（suǒ）示壓配（pèi）機將輪輻壓入輪輞（wǎng）內，設置（zhì）好輪輻和輪輞之間的偏距值，確定輪輞和輪輻之間（jiān）準（zhǔn）確的相對位置，利用圖 9 所示輪輞輪輻焊接機（jī）將兩個零件（jiàn）焊接成一體結構。焊接後的輪轂跳動要求比較高，這是直接影響車輪運動（dòng）性能（néng）的主要參數。焊接零件檢驗合格後，即完成輪（lún）轂的鍛壓生（shēng）產過程。
圖 8 壓配機
圖 9 輪輞輪輻焊接機
5. 輪轂鍛造加（jiā）工工藝特點（diǎn）
輪（lún）轂鍛造加（jiā）工技術的發展，離不開材料技術的發展。對於具有（yǒu）良好可鍛性的材（cái）料，比如T6061 航空（kōng）鋁、輪輞專用鋼等，采用鍛（duàn）壓成形工藝加工輪輞具有明顯的（de）優勢，加工過程中的壓力可（kě）以改善金屬組織，提高金屬力學性（xìng）能，和鑄造後再進行切削加（jiā）工相（xiàng）比，生產效率高，節省加工工時，無切（qiē）屑，節省金屬材料。該（gāi）加工工藝能（néng）夠充分利用現代化生產設備（bèi），整個（gè）加工過程，從取料、卷圓、焊縫刨渣和擴口加工，到 3 次滾壓後的（de）精整加工，均可利用集液（yè）壓技術、氣（qì）動技（jì）術和控製技術等新技術於一體的設備，可以優化生（shēng）產流程，降低能源損耗，減輕操作人員勞動強度。最重要的（de）是使用該技術生產的輪轂，比鑄造輪轂質量輕、強度高、剛（gāng）強及成（chéng）品精度高，因此在（zài）滿足使用（yòng）要求的前提下（xià），可確保車輛在（zài）使用中更加節能，從而（ér）減少能源損耗。
6. 結束語
工藝的發展依賴設備（bèi）的技術水平，工藝的（de）變革促進設（shè）備（bèi）的升級改造（zào）。隨著機（jī）械製造技術的（de）發展，輪轂的（de）鍛造工藝會不斷地被改進，工藝（yì）也會越來越多地使用自動化、集成化和（hé）信息（xī）化技術，智能製造會逐漸（jiàn）融入並改變生產過程。目前汽車輪轂鍛（duàn）造技（jì）術生產效率高、成本低，加工質量合格，滿（mǎn）足使用要求，展現了效率和（hé）質量的雙重優勢。
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