專利名稱：鋁車輪的鑄鍛工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車及其它類型機動車的鋁合金車輪制造技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種用“鑄坯鍛造”取代傳統(tǒng)“鍛坯鍛造”的鋁車輪的鑄鍛工藝。
背景技術(shù)：
汽車鋁車輪的制造一般有鑄造、鍛造、旋壓輪輞、(板材)旋壓和滾壓技術(shù)等工藝。
鋁輪傳統(tǒng)的鑄造工藝包括重力鑄造和擠壓鑄造。前者通常是利用重力(沒有任何附加壓力)使金屬液流動并充滿型腔的一種方法。由于該鑄造方法生產(chǎn)成本較低、外觀造型自由度大、重量比鑄坯輕和強度可靠等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。但由于該工藝僅靠重力將鋁液充填型腔，較其它采用壓力的鑄造及鍛造方法相比，其注入模具鋁液后成形的坯料密度要小；同時為滿足車輪強度而需要的大壁厚，增加了鋁車輪的重量。
為滿足鋁車輪高強度和低重量的要求，與前述的重力鑄造相比，擠壓鑄造使用高壓快速將鋁液充填型腔，以得到更高密度的產(chǎn)品。鋁車輪用擠壓鑄造的生產(chǎn)成本要比重力鑄造的成本要高些，原因就是它的性能優(yōu)劣取決于壓力的高低(即壓力越高，機床成本就越高)，通常在O.E.M.及aftermarket銷售的鋁車輪一般都為“壓力場”鑄造產(chǎn)品。
除了重力鑄造和擠壓鑄造外，還有旋壓輪輞、(板材)旋壓及滾壓技術(shù)。這類方法制造的鋁車輪成形過程是先用低壓鑄成鑄坯，通過專門的機床對鑄坯進行旋壓，然后加熱鑄坯外部，再通過熱滾壓，將輪輞滾成最終寬度和形狀。由此得到的輪輞部分，有同鍛造車輪同等的強度，而無需更高的成本。
最后介紹一下鍛造技術(shù)，此法通過巨大的壓力，將固體的鋁坯在鍛模模腔內(nèi)強壓成形，最終的坯料無疑密度非常高，強度也很大，因此產(chǎn)品也可以非常輕。傳統(tǒng)鋁車輪的鍛造方法，需經(jīng)以下工序(1)熔煉，(2)鑄成圓坯，(3)材料均質(zhì)化，(4)擠壓坯料，(5)切斷，(6)加熱，(7)鍛壓坯料，(8)加熱，(9)初鍛成形，(10)加熱，(11)精鍛，(12)去除飛邊，(13)熱處理，(14)熒光探傷，(15)機加工成形。通過這十五個步驟，顯然可知傳統(tǒng)的鍛造方法耗時長、費材多。
對比上述的鑄造及滾壓法，鍛造的加工成本及設(shè)備開發(fā)，極大限制了鋁車輪鍛造工藝的推廣，導(dǎo)致市場上的鍛造鋁車輪非常少見，價格也十分昂貴。隨著當(dāng)今市場對鋁車輪有著越來越高的性能要求，現(xiàn)有鑄造和滾壓的鋁車輪也不能完全滿足高性能的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種鋁車輪的鑄鍛工藝。該工藝與傳統(tǒng)的鍛造方法相比，操作簡易，綜合成本明顯降低，且鋁車輪的產(chǎn)品性能與鍛輪相當(dāng)、甚至更高，同時該工藝便于重復(fù)生產(chǎn)，易于推廣實施。
本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)所述一種鋁車輪的鑄鍛工藝包括車輪輪輻的鑄鍛工藝，包含以下步驟首先制出低壓鑄造或重力鑄造輪輻，加熱輪輻到材料的塑性變形溫度，然后將加熱過的輪輻放入鍛模中進行高壓鍛造，接下來檢測鍛造輪輻是否有缺陷，再將經(jīng)過鍛壓的輪輻機加工，成為輪輻半成品，最后將它與相應(yīng)的輪輞組合成一個完整的車輪。
所述高壓鍛造是將加熱的輪輻鑄件壓縮約5～20mm；所述低壓鑄造的壓力大約在0.1～1kg/cm2，所述高壓鍛造的壓力大約在500～1000kg/cm2；所述鍛造輪輻缺陷檢測采用熒光探傷，或其它已知的探傷技術(shù)；所述機加工輪輻指將輪輻加工到所要求的輪輻尺寸，另外還包括加工裝配附件的尺寸，如中心孔、氣門孔等；所述機加工好的輪輻與輪輞通過螺栓連接，或焊接成一個車輪；所述輪輻材料主要是由鋁成份組成，一般還包括以下組成元素以質(zhì)量百分比計，Si約6～8％，Mg約0.25～0.45％，Ti約0.1～0.2％，Sr約0.01～0.02％，F(xiàn)e約0.1～0.2％，其余為Al；也可以是Si約6～8％，Mg約0.25～0.45％，Ti約0.1～0.2％，Sr約0.01～0.02％，F(xiàn)e約0.1～0.2％，L約0.2％，C約0.2％，其余為Al，其中采用了廣州華泰鋁輪轂有限公司提供的L型添加劑和C型添加劑。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有明顯的優(yōu)點和有益效果例如比較于傳統(tǒng)的鍛造過程，其所需的生產(chǎn)步驟為(1)熔煉，(2)鑄造成圓坯，(3)材料均質(zhì)化，(4)擠壓坯料，(5)切斷，(6)加熱，(7)鍛壓坯料，(8)加熱，(9)初鍛成形，(10)加熱，(11)精鍛，(12)去除飛邊，(13)熱處理，(14)熒光探傷，(15)機加工成形。本發(fā)明比上述方法減少了多個生產(chǎn)步驟，因此明顯縮短了加工時間，增加了金屬材料的利用，減少了總體制造工序并最終成品成本差不多可降低40％。由于本發(fā)明采用鑄坯作為鍛造的坯料，因此為輪輻提供了一個不受限制的自由設(shè)計。也由于在本發(fā)明中使用Al-Si-Mg成份的合金材料結(jié)合以上所述的鑄鍛工藝方法，制造出的車輪很少有缺陷，如針孔等，同時制造的鋁車輪即使在中心孔的區(qū)域也能達到10％延伸率和有高于250N/mm2的抗拉強度，最能誘人的是，該法保存了鑄造輪造型自由度大的極大優(yōu)點。從而確保能為當(dāng)今的汽車工業(yè)提供多款式高檔的鋁車輪。


本文中的附圖為本發(fā)明說明書的一個組成部分并對本發(fā)明作進一步的理解提供幫助。首先用圖形來體現(xiàn)發(fā)明主體，同時用相應(yīng)的詳細說明來解釋發(fā)明的原理。如圖所示圖1為傳統(tǒng)的鍛造方法的相應(yīng)過程的流程圖；圖2為本發(fā)明鑄鍛工藝的各個制造過程的示意圖；圖3中a～e為本發(fā)明中輪輻與旋壓輪輞相連接的各個步驟的示意圖；其中圖3-c為通過螺栓連接輪輻和輪輞的總成件的剖視圖；圖4為本發(fā)明鑄鍛制造方法的各個制造過程的示意圖，包括從鑄坯到鍛坯的過程。
具體實施例方式
以下從各個不同的角度來解釋圖形中各部分的相應(yīng)特性，圖2～4為本發(fā)明鑄鍛方法的不同制造步驟及其圖表的示意說明。
圖1為傳統(tǒng)的鋁車輪鍛造方法，具體包括其中以下步驟(1)10熔煉，(2)12鑄造成圓坯，(3)14材料均質(zhì)化，(4)16擠壓坯料，(5)18切斷，(6)20加熱，(7)22鍛壓坯料，(8)24加熱，(9)26初鍛成形，(10)28加熱，(11)30精鍛，(12)32去除飛邊，(13)34熱處理，(14)36熒光探傷，(15)38機加工成形。
總的來說，本發(fā)明旨在簡化及合并上述鋁車輪制造過程的前8步(即從(1)～(8))，直接用鑄坯進行加熱及鍛造，然后將經(jīng)過鍛壓的車輪加工成產(chǎn)品所要求的尺寸。通過試驗證明用本發(fā)明中鑄鍛工藝制造的鋁車輪及其機械性能優(yōu)于傳統(tǒng)的鑄造或鍛造鋁車輪。
圖2所示，本發(fā)明的鑄鍛工藝首先使用低壓鑄造生產(chǎn)出一個帶有局部輪輞42的輪輻40。如43所示，低壓鑄造使用氣壓技術(shù)，氣壓的范圍大約在0.1～1kg/cm2。如44所示，完成上述的低壓鑄造工序后，輪輻40進行加熱到它的塑性溫度，其溫度即為通常所知的鋁材塑性變形溫度。一旦達到塑性溫度后，輪輻40便放入鍛模45中，在高壓下將加熱的輪輻鍛造成精坯形狀。約為8000噸的螺桿壓力機用于在高壓力下鍛壓鑄造輪輻40根據(jù)車輪的結(jié)構(gòu)及性能要求，高壓后的可變形壓縮量為5～20mm，如圖4中的X標(biāo)注所示。與前述的低壓鑄造使用的壓力約為0.1～1kg/cm2相比，高壓鑄件使用的螺桿壓力機產(chǎn)生的壓力約為500～1000kg/cm2。在預(yù)定時間間隔內(nèi)使輪輻鑄件固化后，可用鍛壓機的頂桿機構(gòu)將鍛壓的輪輻46從模子中頂出。
最后將被鍛壓的輪輻46通過熒光透視法檢查其內(nèi)部是否有缺陷，包括使用大家所知X-射線進行已鍛輪輻的檢查。也可用其它通用的檢測技術(shù)進行已鍛輪輻的檢查，并不會脫離本發(fā)明的范圍。
如果在已鍛輪輻46中沒有發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷，接下來則可根據(jù)材料的性能通過熱處理來提高其機械性能。然后將熱處理后的輪輻進行機加工到所要求的尺寸規(guī)格。此機加工工序同時包括加工裝配附件時所需的尺寸如中心孔、氣門孔和胎圈座，同時應(yīng)考慮的參數(shù)如偏距、螺栓孔中心圓直徑(PCD)，以滿足汽車和輪胎的裝配要求。
為組成一個完整的車輪，輪輞48可用傳統(tǒng)的旋壓成形工藝制造，即在旋壓模具中將一塊鋁板旋壓成形，同時也可在不脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)使用其它方法制造輪輞。如將鋁管材簡單地切斷成輪輞，或?qū)X板先滾壓再焊接成輪輞。顯然，采用重力鑄造替代低壓鑄造工序，仍可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
參照圖3中a～e，當(dāng)輪輞48旋壓成形后，已鍛輪輻46和旋壓輪輞48可通過螺栓50進行連接以確保車輪裝配的平衡性能，如眾所周知的方法(見圖3中a～c)。另外還有其它成熟的工藝方法將已鍛輪輻46和旋壓輪輞48進行連接，如通過焊接法將已鍛輪輻46和旋壓輪輞48進行焊接，以此生產(chǎn)出輕量化的車輪。除了通過螺栓進行連接，已鍛輪輻和旋壓的輪輞還可通過傳統(tǒng)的密封膠(如49密封粘接劑)進行連接以防止裝上輪胎后在輪輻及輪輞之間漏氣。當(dāng)車輪52組裝完后，車輪可如圖3(d)所示進行檢查，然后如圖3(e)所示進行發(fā)送。
為滿足鍛壓車輪的性能要求，在本發(fā)明中鑄鍛過程所使用的鋁材料為一種特殊化學(xué)成份的材料以利于鑄造過程和生產(chǎn)出滿足鍛造性能要求的車輪。此合金材料由Al-Si-Mg和其它元素成份組成，元素成份可以有如下多種方案(1)Si約6％，Mg約0.25％，Ti約0.1％，Sr約0.01％，F(xiàn)e約0.1％，其余為Al；(2)Si約8％，Mg約0.45％，Ti約0.2％，Sr約0.02％，F(xiàn)e約0.2％，其余為Al；(3)Si約6.58％，Mg約0.3％，Ti約0.2％，Sr約0.18％，F(xiàn)e約0.16％，L約0.2％，C約0.2％，其余為Al。在本發(fā)明中使用此種成份的材料通過鑄鍛法生產(chǎn)出的產(chǎn)品，是能達到甚至優(yōu)于當(dāng)今鍛造車輪的強度、重量及性能的要求。
通過以上所述，對鑄鍛的工藝方法做不同的更改，將不會脫離本發(fā)明所涉及的范圍。例如當(dāng)鍛壓輪輻描述成包括一種局部輪輞或連接到一個旋壓輪輞，則很容易想到生產(chǎn)的鍛壓輪輻是可以帶有局部輪輞或者不帶局部輪輞能連接到一個輪輞上。另外，很容易判斷，本發(fā)明描述的生產(chǎn)鑄鍛輪輻的工藝方法，并不僅限于制造輪輻，還可使用該方法生產(chǎn)其它任何可以鍛造的產(chǎn)品。
盡管本發(fā)明的細節(jié)含意在此已做具體的描述并附有圖形，但并不僅限于所描述的發(fā)明的細節(jié)含意，對發(fā)明中的細節(jié)做任何的更改或修正并不會脫離本發(fā)明所述的精神。
權(quán)利要求
1.鋁車輪的鑄鍛工藝，包括車輪輪輻的鑄鍛工藝，其特征是，所述車輪輪輻的鑄鍛工藝包含以下步驟通過低壓鑄造或重力鑄造生產(chǎn)一種輪輻鑄件；加熱該輪輻鑄件到它的材料塑性變形溫度；將該加熱的輪輻鑄件放入鍛模中，在高壓下將該輪輻鑄件鍛造成鍛壓輪輻；檢測該鍛壓輪輻的缺陷；并且機加工該鍛壓輪輻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋁車輪的鑄鍛工藝，其特征是，所述高壓鍛造將加熱的輪輻鑄件壓縮約5～20mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋁車輪的鑄鍛工藝，其特征是，所述低壓鑄造的壓力大約在0.1～1kg/cm2，所述高壓鍛造的壓力大約在500～1000kg/cm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋁車輪的鑄鍛工藝，其特征是，所述鍛造輪輻缺陷檢測通過熒光透視法進行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋁車輪的鑄鍛工藝，其特征是，所述機加工輪輻包含對安裝附配件的尺寸的加工。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋁車輪的鑄鍛工藝，其特征是，也包含所述機加工好的輪輻與輪輞裝配組合成一個車輪。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述鋁車輪的鑄鍛工藝，其特征是，所述機加工好的輪輻連接所述輪輞是通過螺栓或焊接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋁車輪的鑄鍛工藝，其特征是，所述輪輻由一種鋁合金成份的材料加工成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述鋁車輪的鑄鍛工藝，其特征是，所述鋁合金包含有如下質(zhì)量比率的元素成份Si約6～8％，Mg約0.25～0.45％，Ti約0.1～0.2％，Sr約0.01～0.02％，F(xiàn)e約0.1～0.2％，其余為Al。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述鋁車輪的鑄鍛工藝，其特征是，所述鋁合金包含有如下質(zhì)量比率的元素成份Si約6～8％，Mg約0.25～0.45％，Ti約0.1～0.2％，Sr約0.01～0.02％，F(xiàn)e約0.1～0.2％，L約0.2％，C約0.2％，其余為Al。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述鋁車輪的鑄鍛工藝，其特征是，所述鋁合金包含有如下質(zhì)量比率的元素成份Si約6.58％，Mg約0.3％，Ti約0.2％，Sr約0.18％，F(xiàn)e約0.16％，L約0.2％，C約0.2％，其余為Al。
12.權(quán)利要求1所述鋁車輪的鑄鍛工藝制成一種車輪的輪輻。
13.鋁車輪的鑄鍛工藝，包括車輪輪輻的鑄鍛工藝，其特征是，所述車輪輪輻的鑄鍛工藝包含以下步驟通過低壓鑄造或重力鑄造生產(chǎn)一種輪輻鑄件；加熱該輪輻鑄件到它的材料塑性變形溫度；并且將該加熱的輪輻鑄件放入鍛模中，在高壓下將該輪輻鑄件鍛造成鍛壓輪輻。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述鋁車輪的鑄鍛工藝，其特征是，也包含以下步驟檢測該鍛壓輪輻的缺陷；并且機加工該鍛壓輪輻。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述鋁車輪的鑄鍛工藝，其特征是，所述高壓鍛造將加熱的輪輻鑄件壓縮約5～20mm。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述鋁車輪的鑄鍛工藝，其特征是，所述低壓鑄造的壓力大約在0.1～1kg/cm2，所述高壓鍛造的壓力大約在500～1000kg/cm2。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述鋁車輪的鑄鍛工藝，其特征是，所述鍛造輪輻缺陷檢測通過熒光透視法進行。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述鋁車輪的鑄鍛工藝，其特征是，也包含所述機加工好的輪輻與輪輞裝配組合成一個車輪。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述鋁車輪的鑄鍛工藝，其特征是，所述機加工好的輪輻連接所述輪輞是通過螺栓或焊接。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述鋁車輪的鑄鍛工藝，其特征是，所述輪輻由一種鋁合金成份的材料加工成。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述鋁車輪的鑄鍛工藝，其特征是，所述鋁合金包含有如下質(zhì)量比率的元素成份Si約6～8％，Mg約0.25～0.45％，Ti約0.1～0.2％，Sr約0.01～0.02％，F(xiàn)e約0.1～0.2％，其余為Al。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述鋁車輪的鑄鍛工藝，其特征是，所述鋁合金包含有如下質(zhì)量比率的元素成份Si約6～8％，Mg約0.25～0.45％，Ti約0.1～0.2％，Sr約0.01～0.02％，F(xiàn)e約0.1～0.2％，L約0.2％，C約0.2％，其余為Al。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述鋁車輪的鑄鍛工藝，其特征是，所述鋁合金包含有如下質(zhì)量比率的元素成份Si約6.58％，Mg約0.3％，Ti約0.2％，Sr約0.18％，F(xiàn)e約0.16％，L約0.2％，C約0.2％，其余為Al。
全文摘要
一種鋁車輪的鑄鍛工藝，包括車輪輪輻的鑄鍛工藝，包括的制造步驟為通過低壓鑄造制造一個輪輻鑄件，加熱該輪輻鑄件到它的材料塑性變形溫度，然后將加熱的輪輻鑄件放入到鍛模中進行高壓鍛造。本方法還進一步包括的步驟有檢測鍛壓輪輻是否有缺陷，及通過機加工鍛壓輪輻到所要求的輪輻成品的尺寸規(guī)格，最后將它與相應(yīng)的輪輞組合成一個完整的車輪。本發(fā)明減少了多個生產(chǎn)步驟，縮短加工時間，增加金屬材料的利用，最終成品成本降低40％，且制造出的車輪在中心孔的區(qū)域達到10％延伸率和有高于250N/mm
文檔編號B22D18/02GK1946497SQ200580012476
公開日2007年4月11日 申請日期2005年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月10日
發(fā)明者張新穎, 潘增源 申請人:張新穎, 潘增源