如何铝轮毂铸造变形(铝轮毂变形如何矫正)-方松汽车网

封面企业：江苏兴锻智能装备科技有限公司

文/孙绍明，李建，孙惠学，王志松·秦皇岛燕大现代集成制造技术开发有限公司

铝合金车轮锻造工艺作为一种换代工艺，与铸造铝合金车轮相比，锻造铝合金车轮的强度可提高40%以上，延伸率能提高2倍以上，减重超过15%。而在我国，自1988年铸造铝车轮问世以来，主要沿用传统铸造工艺，产品亟待升级换代。而新工艺的实施需要核心装备国产化，铝合金车轮辗锻机就是实现车轮锻造工艺的核心装备之一。

轮旋转辗锻机是用于轻合金车轮锻造成形的核心装备，是集机械、液压、数控、软件和工艺技术于一体的高新技术产品，以往世界上只有德、美、日等少数国家能够制造。在国家“十二五”863项目“节能、节材精确锻造成形工艺及装备研制”项目支持下，研发团队研发成功WE-RFM/3600型铝合金车轮旋转辗锻机(图1)，该机是世界上吨位最大的车轮旋转辗锻成形设备之一，并通过实际应用，表明该机各项性能指标均达到或超过国际先进水平，对我国汽车车轮产品的升级换代具有重要意义。

图1 WE-RFM/3600型铝合金车轮旋转辗锻机

铝合金车轮旋转辗锻机

旋转辗锻机的国内外现状

此前我国还不能生产铝合金车轮旋转辗锻机，仅有德国SSB、美国MJC等少数企业可以。据统计，近几年我国进口多台该类设备，且存在的问题主要表现在以下几个方面。

⑴设备可靠性明显不足，主轴轴承过早失效，这是目前我国引进设备普遍存在的明显问题，主轴故障频发，维修难度大，维修周期长，备品备件货期长，设备可靠性问题突出。

⑵模具与卡盘热传导设计存在问题，隔热效果不良，导致主轴螺栓断裂，综合考虑模具隔热和主轴传动冷却润滑，建立温度平衡系统也是该类设备设计中必须解决的问题。

⑶使用中存在着模具型线设计问题、卡紧装置结构不合理以及模具更换不方便等问题。

旋转辗锻机的工作原理与工艺特点

⑴旋转辗锻机工作原理。

旋转辗锻机主要由机体、机械传动系统、液压系统、伺服控制系统、软件系统以及安全防护系统组成。它的机械主体部分由机身、上下旋转主轴、上下卡盘、压下滑块、驱动油缸、主轴电机和油马达组成，工作原理见图2。油缸推动滑块做上下直线运动，上下主轴分别安装在滑块和下梁内且轴线互成定角a。辗锻时，上下主轴分别在油马达和主轴电机带动下做同向同速旋转，滑块在油缸作用下通过联结在上主轴上的卡盘带动上模向下运动并与装在下模上的铝合金毛坯局部接触并施加局部接触压力，使锻件产生局部塑性变形，随着滑块的下压和主轴的旋转，被辗压工件的局部变形连续积累，直至充满凹模型腔。

图2 铝合金车轮旋转辗锻机工作原理示意图

旋转辗锻机与摆辗机既相似又有所不同，相似之处：都是通过模具与工件的局部接触产生塑性变形并通过旋转使变形逐渐积累。不同之处：摆辗机的摆轴带动凸模自转的同时还做摆动，凹模不转，而旋转辗锻机有上下两个轴线互成夹角a的主轴，且两个主轴在做同向等速旋转运动，不需摆动。

⑵车轮旋转辗锻成形工艺特点。

旋转辗锻工艺能够使锻件毛坯变形均匀，金属纤维流线合理，大幅度提高了产品性能，采用旋转辗锻机进行车轮成形，变形过程中可以将铸造铝棒端头部位的金属翻辗到车轮的正面，而将棒料表面的鱼鳞皮翻到车轮背腔，从而有效地保障了车轮正面非加工区域的表面质量，优于传统锻造方式，图3为铝合金车轮辗锻变形过程示意图。

图3 铝合金车轮旋转辗锻变形示意图

旋转辗锻机的伺服控制系统

该机控制系统基于西门子840D建立，经两次开发实现了数字化伺服控制及安全检测报警，支持自动化上下料和模具自动润滑。基于工业以太网的标准通讯方式，支持手动、调试与自动模式。辗锻机主滑块具有位置闭环实时检测与控制，同时具有滑块速度和压力闭环控制。开发了用户定制画面和软限位控制功能，故障诊断与报警信息完善。辗锻机具有完善的安全保护系统，基于工业以太网络开发了安全保护链路，支持多机联线安全保护，安全提示信息与报警信息完善。WE-RFM/3600型旋转辗锻机伺服控制系统配置见图4。

图4 WE-RFM/3600型旋转辗锻机伺服控制系统配置图

设备基本参数

铝合金车轮旋转辗锻机的设备基本参数见表1。

表1 铝合金车轮旋转辗锻机技术参数

旋转辗锻机的优点

采用旋转辗锻机进行铝合金车轮锻造工艺的制坯，具有很多传统锻造设备难以替代的优点，主要表现在如下几方面。

⑴旋转辗锻机是靠局部积累变形来成形的，相比传统模锻液压机，大大降低了的设备吨位，约为传统模锻液压机的1/20～1/10。

⑵旋转辗锻机装机容量小，仅为传统模锻液压机的1/2，无用功耗显著降低。

⑶旋转辗锻机的自身重量轻，仅为相应传统模锻液压机本体重量的1/10～1/5，且厂房高度和面积均较小，对厂房要求较低。

⑷使用旋转辗锻机压制毛坯，在锻造润滑剂方面，可采用水基的润滑剂取代油基润滑剂，有利于环保处理。

⑸采用旋转辗锻机进行车轮制坯，变形过程中将棒料端部的金属翻到车轮的正面，车轮正面无棒料鱼鳞皮预留，从而有效地保障了车轮正面非加工区域的表面质量，优于传统锻造方式，特别适合用于锻造铝车轮的制坯工序。

应用实例

⑴旋转辗锻机在铝合金轿车车轮锻造生产线中的应用。

轿车车轮铝合金锻造生产线的组成：由5台成形设备组成，分别为旋转辗锻机、大吨位模锻液压机2台、小吨位液压机、强力旋压机。图5为铝合金轿车轮锻造成形工艺步骤。

铝合金轿车车轮锻造生产线的特点：

1)可以成形出轿车锻造车轮的窗口，减少机加工成本。

2)特别适合OEM市场的铝合金锻造轿车车轮。

3)生产效率可达年产50万件，产值超过2亿元。

图5 轿车铝车轮锻造成形工艺

⑵旋转辗锻机在铝合金车轮短流程锻造生产线中的应用。

1)短流程锻造生产线的设备组成。仅由三台成形设备组成，分别为旋转辗锻机、小吨位压力机、强力旋压机，成形工艺减少至3序，短流程锻造铝合金车轮生产线见图6，图7给出了重型卡车铝合金车轮成形工艺。

图6 铝合金车轮短流程锻造生产线

图7 铝车轮短流程锻造工艺步骤

2)短流程铝合金锻造车轮生产线的特点。

①比常规锻造线节省两台大型压力机，投资减少50%。

②由于短流程，减少两套大型成形模具和物料流动成本。

③该生产线亦可用于售后市场的轿车车轮的毛坯锻造，满足个性化车轮的市场需求。

④适合铝合金重卡、大巴车轮和售后轿车车轮的生产，可实现产值约2亿元。

经济效益及节能节材效果

⑴直接经济效益。

与引进的同类设备相比，每台可节省大量资金。以辗锻机为主体，针对重卡、大巴车轮和售后乘用车轮市场，开发成功的铝合金车轮短流程成形生产线，节省两台80000kN液压机，同时节省了两套大型模具投入，可节省资金投入50%，约3000余万；旋转辗锻机作为核心装备，生产的铝合金锻造卡车车轮与传统的钢质车轮相比，具有减重50%的轻量化效果，对于车轮产品的升级和大型车辆的轻量节能具有重要经济意义。

⑵环保作用。

与传统模锻工艺相比，使用旋转辗锻机进行塑性成形，可使用非油基润滑剂，有效避免火灾，并便于空气净化处理，生产的铝合金商用车轮具有显著的节能减排作用。

⑶节能节材效果。

3600kN旋转辗锻机可以替代相应的80000kN液压机，装机容量减少一半，每台装机容量可减少600kW，可显著节省无用功耗；设备本身具有节材特点，旋转辗锻机机体重量仅为相应液压机重量的1/10；与旋压机相结合可使车轮锻件尺寸更为精化。

发展展望

⑴智能化是旋转辗锻机的重要发展方向，将辗锻工艺参数与虚拟工艺过程模拟相结合，实现辗锻工艺的智能化调参，对于缩短工艺调试周期具有重要意义。

⑵将设备状态参数与互联网平台相结合，建立设备远程故障诊断与预警系统，实现基于互联网的便捷服务，提高面向用户的服务水平。

⑶旋转辗锻机的研制成功为铝合金车轮的锻造成形提供了新型装备，但其应用并不仅限于铝合金车轮，进一步拓宽该类装备的应用范围，在有色金属成形和黑色金属成形中大力推广，对于实现轴对称盘类件和筒形件的近净成形具有重要意义。

作者简介

孙绍明，副总经理，工程师，主要研究方向为车轮锻造设备控制系统开发，曾负责铝合金车轮重型强力旋压机以及3600kN铝合金车轮辗锻机的电控系统开发及调试，并拥有授权专利6项，其中发明专利2项。

—— 来源：《锻造与冲压》2020年第9期

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