一种低应力组合式轻合金轮毂加工方法技术

本申请提供了一种低应力组合式轻合金轮毂加工方法，包括：组合式轮毂内应力消除工艺、轮辋轮辐合金材料选择、轮辋制作工序和轮辐制作工序。本发明专利技术的成型制备方式，具有轻量化效果佳、使用寿命高的特点。轮毂的承力部分轮辋和轮辐均采用合金金属棒经塑性加工变形方式获得，微观组织均为金属合金的变形组织状态，具有晶粒尺寸均匀细小，变形流线均匀，金属本体承载能力强的特点，能够实现轮辋和轮辐结构减薄和轻质化。减薄和轻质化。减薄和轻质化。

【技术实现步骤摘要】
一种低应力组合式轻合金轮毂加工方法


[0001]本专利技术涉及轮毂制备领域，具体涉及一种低应力组合式轻合金轮毂加工方法。

技术介绍

[0002]轮毂，即轮胎内廓用以支撑轮胎的圆桶形、中心装配在轴上的部件，它作为整车行驶部分的主要承载件，是决定整车性能的最重要的安全部件。轮毂主要包括轮辋和轮辐两部分结构，轮辋也称轮圈，是在车轮上周边安装和支撑轮胎的部件，轮辐起固定轮辋结构。目前轮毂的成型方式主要有轮辋、轮辐结构一体铸造或锻造成型方式，合金选择以铝合金轮毂和镁合金轮毂为主，主要采用低压铸造整体成型方式或者整体模锻成型，亦或者采用模锻
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旋压复合整体成型方式。采用整体成型方式制备的铝合金或镁合金轮毂，轮辋和轮辐必须为同一种合金材料，并且为保证轮辋和轮辐承力部分不出现缺陷，在铸造或锻造变形过程中需要设备对金属提供足够的压力，设备吨位、能耗和投资均较大，且成型模具结构尺寸复杂，导致轮毂产品的制备成本较高。而制备高强度轮毂时，由于合金的变形抗力较大，往往会出现设备吨位或锻旋功率不足而无法满足要求的现象，限制了轻量化合金轮毂的发展。
[0003]为解决一体式轮毂成型的弊端，近年来在公开文献及专利中相继报道了轿车和卡车用铝合金轮毂分体式成型的新方式。专利CN106862752A公布了一种轮毂复合成型方法，该方法主要包括轮辋成型、轮辐成型、轮辋与轮辐装配连接三个工序，最后再对装配连接完成的轮毂进行机械精加工和表面处理，但该专利未涉及轮毂整体应力消除工艺与工序，轮辋和轮辐部分在机加工以及连接过程中累积的内应力无法得到有效释放。专利CN106925957A公布了锻造铝合金两片式轿车轮轮辋的加工方法，采用铝棒预锻压、对锻坯进行不对称分割、再进行旋压的方式成型出轮辋结构，但该工艺不可实现轮辋轮辐异种合金选择方式，轮毂整体轻量化也受到限制。专利CN111731031A公开了一种组合式轮毂及轮毂加工方法，包括分体设置的轮辋和轮辐，轮辐在轮辋的基础上浇铸成型，冷却凝固后轮辐与轮辋固定形成一体。但该工艺方式决定了轮辐结构必须采用适合铸造类的合金品种，材料强度较低，轮辐厚度和重量较大。
[0004]分体式轮毂成型工艺相比整体式成型具有生产工艺和合金选择灵活的优势，能满足整体式车轮、二片式车轮和三片式车轮的生产需要。但当前分体式轮辋和轮辐成型制备工序较多，且两者采用焊接或铆接方式组合后会造成零件本体和连接部分应力集中，导致轮毂在使用2
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3年后往往会发生应力腐蚀现象。对于本领域的技术人员来说，如何降低应力，并且减少轮毂成型制备工序，提高轮毂使用寿命，是目前需要重点解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本申请提供了一种低应力组合式轻合金轮毂加工方法，具有轻量化效果佳、使用寿命高的特点。
[0006]一种低应力组合式轻合金轮毂加工方法，包括：组合式轮毂内应力消除工艺、轮辋
轮辐合金材料选择、轮辋制作工序和轮辐制作工序等。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种组合式轻合金轮毂加工方法，包括以下步骤：A.轮辋、轮辐结构合金材料选择：轮辋和轮辐选择同种轻合金材料或异种轻合金材料；B.轮辋制作工序：采用凝固冷却速率在50℃/s~200℃/s之间的半连续铸造工艺制备空心圆铸棒，经旋压成型至轮辋结构；C.轮辐制作工序：采用凝固冷却速率在20℃/s~100℃/s之间的半连续铸造工艺制备实心圆铸棒，经热锻造成型至轮辐结构；D.轮辋、轮辐连接工序：选择电磁脉冲焊接、搅拌摩擦焊接或者螺钉连接中的一种方式，将轮辋结构和轮辐结构连接成组合式轮毂；E.内应力消除工序：采用振动时效方式对组合式轮毂进行内应力消除处理，处理时间大于25分钟，振动时效处理后轮毂表面应力值降低至处理前的50%~90%。
[0008]优选地，所述步骤E的具体步骤为：采用振动时效方式消除内应力，通过变频激振器对组合式轮毂施加振动处理且时间为50
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60分钟，振动时效处理后轮毂表面应力值降低至处理前的40%~70%。
[0009]优选地，所述步骤A的具体步骤为：轮辋和轮辐选择同种轻合金材料，选择高强度5083铝合金、6061铝合金、6082铝合金、6056铝合金、2024铝合金、7075铝合金、7050铝合金、AZ80镁合金、AM60镁合金中的一种；轮辋和轮辐选择异种轻合金材料，即轮毂和轮辐结构分别选择高强度5083铝合金、6061铝合金、6082铝合金、6056铝合金、2024铝合金、7075铝合金、7050铝合金、AZ80镁合金、ZK60镁合金中的彼此不相同的轻合金材料；从而达到轮毂整体的轻量化效果。
[0010]优选地，所述步骤B的具体步骤为：半连续铸造制备的空心圆铸棒，内径大于φ100mm，晶粒尺寸为70
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120μm，在空气循环炉内进行均匀化热处理，经水雾喷淋迅速冷却至室温，空心圆铸棒1/2厚度处室温延伸率范围为15%~25%；空心圆铸棒沿垂直铸造方向锯切成环形旋压坯料，将模具和环形旋压坯料放入旋压机中，在旋压轮的强力作用下首先沿环形坯料中心旋压变形出V型坡口，坯料在旋压轮和旋压模具作用下，分别沿V型坡口向上和向下旋压变形成轮辋结构。
[0011]优选地，步骤B中涉及的环形旋压成型：当轮辋材料选择5083铝合金、6061铝合金、6082铝合金中的一种材料时，环形坯料在常温下旋压成轮辋结构；当轮辋材料选择6056铝合金、7075铝合金、7050铝合金、AZ80镁合金、ZK60镁合金中的一种材料时，环形旋压坯料在250℃~480℃热状态下旋压成轮辋结构。
[0012]优选地，所述步骤C的具体步骤为：制备的实心圆铸棒微观晶粒尺寸范围为80~160μm；在空气循环炉内进行均匀化热处理，经水雾喷淋迅速冷却至室温，1/2厚度处合金室温延伸率范围为10%~25%；将实心圆铸棒沿垂直铸造方向锯切成锻造坯料，采用加热方式下自由锻造成圆饼，经锻造机加工至轮辐形状的成型方式，或者在加热状态下，采用热模锻方式变形至轮辐形状的成型方式制备轮辐结构。
[0013]按照产品要求，对完成内应力消除后的组合式轮毂整体进行CNC机加工，然后进行抛光和着色处理，并最终制备成轮毂成品。
[0014]本专利技术的有益效果：本专利技术一种低应力组合式轻合金轮毂加工方法，采用轮辋和轮辐分别成型的方式，相比现有加工制备技术，具有以下优点：第一，本专利技术制备方法轮辋和轮辐分别独立变形，组合完成后采用应力消除处理，释放了轮毂在加工变形和连接过程中累积的内应力，不仅可以防止CNC机加工过程中轮毂发生变形造成尺寸超差，而且可以提高轮毂产品的抗应力腐蚀和疲劳性能，显著提高使用寿命。
[0015]第二，轮辋和轮辐可选择的轻质合金种类和范围增加，有利于进一步实现轮毂的轻量化，可制备出重量仅为钢制轮毂的1/4~1/3、比常规铝轮毂再轻10%~15%的轻质轮毂。
[0016]第三，本专利技术的成型制备方式，轮毂的承力部分轮辋和轮辐均采用合金金属棒经塑性加工变形方式获得，微观组织均本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低应力组合式轻合金轮毂加工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A.轮辋、轮辐结构合金材料选择：轮辋和轮辐选择同种轻合金材料或异种轻合金材料；步骤B.轮辋制作工序：采用凝固冷却速率在50℃/s~200℃/s之间的半连续铸造工艺制备空心圆铸棒，经旋压成型至轮辋结构；步骤C.轮辐制作工序：采用凝固冷却速率在20℃/s~100℃/s之间的半连续铸造工艺制备实心圆铸棒，经热锻造成型至轮辐结构；步骤D.轮辋、轮辐连接工序：选择电磁脉冲焊接、搅拌摩擦焊接或者螺钉连接中的一种方式，将轮辋结构和轮辐结构连接成组合式轮毂成品；步骤E.内应力消除工序：采用振动时效方式对组合式轮毂成品进行内应力消除处理，处理时间大于25分钟，振动时效处理后轮毂表面应力值降低至处理前的50%~90%。2.根据权利要求1所述的一种低应力组合式轻合金轮毂加工方法，其特征在于，所述步骤E的具体步骤为：采用振动时效方式消除内应力，通过变频激振器对轮毂施加振动处理且时间为50
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60分钟，振动时效处理后轮毂表面应力值降低至处理前的40%~70%。3.根据权利要求1所述的一种低应力组合式轻合金轮毂加工方法，其特征在于，所述步骤A的具体步骤为：轮辋和轮辐选择同种轻合金材料，选择高强度5083铝合金、6061铝合金、6082铝合金、6056铝合金、2024铝合金、7075铝合金，7050铝合金，AZ80镁合金，AM60镁合金中的一种；轮辋和轮辐选择异种轻合金材料，即轮毂和轮辐结构分别选择高强度5083铝合金、6061铝合金、6082铝合金、6056铝合金、2024铝合金、7075铝合金、7050...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂季冰，周宗岩，郭世杰，张金虹，闫玮，
申请(专利权)人：捷安特轻合金科技海安有限公司，
类型：发明
国别省市：