專利名稱：：高性能大尺寸鋁合金汽車輪轂的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及機(jī)械制造方法，尤其是一種高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、高疲勞性能且可作為無內(nèi)胎車輪使用的20英寸以上商用車鋁合金車輪轂的方便、經(jīng)濟(jì)制造方法。
背景技術(shù)：
：隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車的產(chǎn)量增加和保有量增多，在帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和給人們出行帶來方便的同時(shí)，也產(chǎn)生了排放、燃油能源消耗和安全三大問題，尤其是汽車尾氣排放，溫室氣體的增加，給我國對(duì)京都議定書的承諾帶來很大的困難。世界各國政府均對(duì)汽車的節(jié)能減排和安全問題十分重視，并制訂了相關(guān)的法規(guī)，以降低汽車燃油消耗和排放，并提高汽車的安全性，如燃油消耗法，排放法規(guī)以及碰撞安全法規(guī)等。一系列的實(shí)驗(yàn)證明，汽車每減重10%，油耗下降6-8%,排放降低4-6%，每減少l升油耗，可使C02排放降低2-2.5kg，可見汽車輕量化是節(jié)能減排的重要而有效的手段。但輕量化不能影響汽車安全，只有合理的采用各類輕量化、高強(qiáng)度材料才能保證汽車減重而不能影響它的安全。鋁合金的比重約為2.7g/cm3，為鋼鐵的30%左右，應(yīng)用鋁合金是重要的減重方法；因此，近年來鋁合金在汽車上的應(yīng)用迅速增加，據(jù)歐洲鋁協(xié)的報(bào)告，每應(yīng)用lkg的鋁合金可使轎車壽命周期降低排放C0222kg，在汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)上大量應(yīng)用鋁合金鑄件，出現(xiàn)了全鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)，美鋁公司更是開發(fā)了全鋁轎車AudiA8。鋁合金在汽車上應(yīng)用的一個(gè)重要零部件是鋁合金汽車輪轂，目前乘用車上基本都是用鑄造鋁合金輪轂，但我國重卡等商用車、大型客車仍使用有焊縫的鋼制車輪，該種車輪散熱性差、質(zhì)量重、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低、需要使用內(nèi)胎增加了爆胎率。由于近年全球石油能源消耗大，油價(jià)飆升，節(jié)能減排、提高汽車綜合性能已是國家和各整車制造商亟待解決的問題。將有焊縫的鋼制車輪替換為大尺寸的鋁合金車輪轂可大大提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性，并能改善汽車的平順性和剎車制動(dòng)性能。但目前鑄造鋁合金輪轂強(qiáng)度低，難以滿足商用車使用要求。美國美鋁公司等開發(fā)的鍛造鋁合金車輪轂可以滿足商用車的使用要求，但其制造成本高，是目前我國商用車使用的鋼制車輪的5-7倍，難以大批量應(yīng)用。因而，重卡等商用車、大型客車等使用的鋁合金輪轂必須滿足高強(qiáng)度、高疲勞性能、低成本等的要求，才有可能批量應(yīng)用。半固態(tài)鋁合金制造構(gòu)件的金相組織為等軸晶組織，晶粒細(xì)小分布均勻，極大程度地避免了縮孔和疏松的產(chǎn)生，因而半固態(tài)鋁合金制造構(gòu)件有高的疲勞壽命和結(jié)構(gòu)性能，可達(dá)到鍛造制品的性能水平。用半固態(tài)鋁合金制造汽車輪轂是較為有效提高性能的方式，但整體半固態(tài)鋁合金模鍛汽車輪轂或半固態(tài)鑄造鋁合金輪轂需要大尺寸的半固態(tài)漿料鑄坯，且成形控制復(fù)雜并需要大型的生產(chǎn)設(shè)備，因而成本仍相對(duì)較高。專利申請?zhí)?2156716.6，2004年6月23日公開，公開號(hào)為CN1506177a，公開了"一種無縫鋁輪圈成型方法"，以及專利申請?zhí)?00610050140.5，2006年9月6日公開，公開號(hào)為CN1827289a，公開了"一種鍛造鋁合金車輪鍛旋成形工藝"，但兩者成本均較高，其市場競爭力較小。而巻焊鋁合金輪圈成本較低，工藝較成熟，市場競爭力較好。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于選用一種新的制造工藝，制造一種汽車高性能鋁合金車輪，車輪輪輻采用半固態(tài)鋁合金擠壓制造，車輪輞采用鋁合金滾壓或旋壓成形，再將半固態(tài)鋁合金輪輻和滾旋壓成形輪輞焊接成整體汽車車輪。由于汽車車輪失效多發(fā)生在輪輻部分，顯然半固態(tài)鋁合金制造汽車車輪能大幅度提高車輪抗沖擊性能和疲勞性能等綜合性能；為了降低工業(yè)化難度和成本，采用半固態(tài)鋁合金制造車輪輪輻與滾壓巻焊輪圈焊接在一起是較為合理的工藝選擇。本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是，制造方法步驟如下a、將鋁合金熔化后，相對(duì)于鋁合金加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%-2.0%范圍的硼鈦合金或者SiB2等細(xì)化劑細(xì)化晶粒，并精煉后在靜止?fàn)t中冷卻至合金的液相線溫度-液相線溫度以上10-18。C范圍內(nèi)，保溫20-30分鐘，在半連續(xù)鑄造機(jī)上經(jīng)一次冷卻及二次冷卻鑄造出02OO-01OOOmm直徑的鋁合金圓柱鑄坯，其鑄造速度為100-200mm/min，冷卻水流量0.05-0.1m3/min;隨后將020O-01OOOmm直徑的鋁合金圓柱鑄坯經(jīng)工頻爐加熱，加熱溫度為液相線溫度以下20-30。C范圍保溫20分鐘，其固相率達(dá)到55-70%，再通過固態(tài)觸變擠壓鑄造在1500-3000噸的油壓機(jī)上擠壓出不同設(shè)計(jì)形狀和大尺寸直徑的鋁合金輪輻，其中壓室溫度為200-350'C，停留時(shí)間為10秒；b、將一定尺寸、3.5-14cm板厚的鋁合金板材通過巻筒機(jī)巻為圓筒，在接縫處進(jìn)行惰性氣體保護(hù)焊焊接，其工藝參數(shù)為焊絲直徑為0.8mm-2.0mm，焊接電流為240-290A，電弧電壓26-28V，惰性氣體流量23-31L/min，在滾壓機(jī)或旋壓機(jī)進(jìn)行滾壓或旋壓成形，將兩端部進(jìn)行巻邊，滾壓時(shí)進(jìn)行適當(dāng)外熱，其工藝參數(shù)為加熱溫度為345-480'C，厚度減薄率為50-80%，主軸轉(zhuǎn)速300-480轉(zhuǎn)/分，每轉(zhuǎn)進(jìn)給率為0.5-2.0mm/轉(zhuǎn)，制造出鋁合金輪輞；c、輪輞和輪輻經(jīng)精加工后，將兩者采用惰性氣體保護(hù)焊焊接或者激光-惰性氣體保護(hù)焊復(fù)合焊在一起，形成一個(gè)整體汽車輪轂，再按常規(guī)鋁合金車輪處理工藝進(jìn)行表面處理和強(qiáng)化，，采用MIG直流反接半自動(dòng)焊接，其工藝參數(shù)為焊絲直徑為2.0mm，焊接電流為240-290A，電弧電壓26-28V，惰性氣體流量23-31L/min，正面焊l-3層，反面焊一層。按本發(fā)明的汽車半固態(tài)鋁合金-旋壓車輪轂，疲勞強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，釆用半固態(tài)鋁合金制造的輪輻能大幅度改善車輪的疲勞性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，采用圓板圈整體旋壓成無縫輪輞可使用無內(nèi)胎輪胎，大大降低爆胎率，利用半固態(tài)成形降低了模具成本、提高了成品率，而采用滾壓巻焊輪輞成本低，所制的車輪市場競爭力強(qiáng)。本發(fā)明促進(jìn)鋁合金在汽車輕量化中的應(yīng)用，能有效提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和汽車平順性。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例中采用的6061鋁合金板材的合金成分質(zhì)量百分比(％)為:_化學(xué)成分(ChemicalCompositionLimitswt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>將6061鋁合金放入工頻電爐熔化后，相對(duì)于鋁合金加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的SiB2作為細(xì)化劑細(xì)化晶粒，并精煉后在靜止?fàn)t中冷卻至合金的液相線溫度-670。C范圍內(nèi)，保溫30分鐘，在半連續(xù)鑄造機(jī)上經(jīng)一次冷卻及二次冷卻鑄造出0300mm直徑的鋁合金圓柱鑄坯，其鑄造速度為125mm/min，冷卻水流量0.05-0.75m3/min。隨后將0300mm直徑的鋁合金圓柱鑄坯經(jīng)工頻率加熱，加熱溫度為618"C保溫20分鐘，其固相率達(dá)到65-70%,再通過固態(tài)觸變擠壓鑄造在2500噸的油壓機(jī)上擠壓出設(shè)計(jì)形狀和尺寸的鋁合金輪輻，其中壓室溫度為35(TC，停留時(shí)間為10秒后脫模，冷卻后機(jī)加工，完成半固態(tài)輪輞成型；將12cm板厚的6022鋁合金熱軋板剪切到一定尺寸，將下料板材通過巻筒機(jī)巻為圓筒，在接縫處進(jìn)行氬氣保護(hù)焊焊接，焊接參數(shù)為焊絲直徑為1.0mm，焊接電流為240A，電弧電壓26V,氬氣流量23L/min，然后再將兩端部進(jìn)行巻邊，滾壓時(shí)進(jìn)行外部加熱，其工藝參數(shù)為加熱溫度為480°C，厚度減薄率為60%，主軸轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分，每轉(zhuǎn)進(jìn)給率為1.0mm/轉(zhuǎn)，制造出鋁合金滾壓輪輞；輪輞和輪輻經(jīng)精加工后，將兩者采用直流反接半自動(dòng)氬氣保護(hù)焊焊接形成一個(gè)整體汽車輪轂，其工藝參數(shù)為焊絲直徑為2.0mm，焊接電流為240A,電弧電壓26V，氬氣流量23L/min，正面焊1-3層，反面焊一層，最后再進(jìn)行噴沙強(qiáng)化和表面處理。本實(shí)施例所制造的15英寸車輪重量為6.7kg。權(quán)利要求1、一種高性能大尺寸鋁合金汽車輪轂的制造方法，其特征在于制造方法步驟如下a、將鋁合金熔化后，相對(duì)于鋁合金加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3％-2.0％范圍的硼鈦合金或者SiB2等細(xì)化劑細(xì)化晶粒，并精煉后在靜止?fàn)t中冷卻至合金的液相線溫度-液相線溫度以上10-20℃范圍內(nèi)，保溫20-30分鐘，在半連續(xù)鑄造機(jī)上經(jīng)一次冷卻及二次冷卻鑄造出id="icf0001"file="A2009101040620002C1.tif"wi="29"he="3"top="63"left="24"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>直徑的鋁合金圓柱鑄坯，其鑄造速度為100-200mm/min，冷卻水流量0.05-0.1m3/min；隨后將id="icf0002"file="A2009101040620002C2.tif"wi="29"he="3"top="71"left="69"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>直徑的鋁合金圓柱鑄坯經(jīng)工頻爐加熱，加熱溫度為液相線溫度以下20-30℃范圍保溫20分鐘，其固相率達(dá)到55-70％，再通過固態(tài)觸變擠壓鑄造在1500-3000噸的油壓機(jī)上擠壓出不同設(shè)計(jì)形狀和大尺寸直徑的鋁合金輪輻，其中壓室溫度為200-350℃，停留時(shí)間為10秒；b、將一定尺寸、3.5-14cm板厚的鋁合金板材通過卷筒機(jī)卷為圓筒，在接縫處進(jìn)行惰性氣體保護(hù)焊焊接，其工藝參數(shù)為焊絲直徑為0.8mm-2.0mm，焊接電流為240-290A，電弧電壓26-28V，惰性氣體流量23-31L/min，在滾壓機(jī)或旋壓機(jī)進(jìn)行滾壓或旋壓成形，將兩端部進(jìn)行卷邊，滾壓時(shí)進(jìn)行適當(dāng)外熱，其工藝參數(shù)為加熱溫度為345-480℃，厚度減薄率為50-80％，主軸轉(zhuǎn)速300-480轉(zhuǎn)/分，每轉(zhuǎn)進(jìn)給率為0.5-2.0mm/轉(zhuǎn)，制造出鋁合金輪輞；c、輪輞和輪輻經(jīng)精加工后，將兩者采用惰性氣體保護(hù)焊焊接或者激光-惰性氣體保護(hù)焊復(fù)合焊在一起，形成一個(gè)整體汽車輪轂，再按常規(guī)鋁合金車輪處理工藝進(jìn)行表面處理和強(qiáng)化，采用直流反接半自動(dòng)惰性氣體保護(hù)焊接，其工藝參數(shù)為焊絲直徑為0.8mm-2.0mm，焊接電流為240-290A，電弧電壓26-28V，惰性氣體流量23-31L/min，正面焊1-3層，反面焊一層。全文摘要高性能大尺寸鋁合金汽車輪轂的制造方法涉及機(jī)械制造方法。利用半固態(tài)觸變鑄造在大型擠壓機(jī)上擠壓出設(shè)計(jì)形狀和直徑的高力學(xué)性能及疲勞性能鋁合金輪輻；將鋁合金板材進(jìn)行滾壓或旋壓成形，為一定形狀和直徑的輪輞，輪輞和輪輻經(jīng)精工修正后，利用惰性氣體保護(hù)焊或激光-惰性氣體保護(hù)焊復(fù)合焊將兩者焊接在一起，形成一個(gè)整體，再進(jìn)行表面處理。具有輕量化、高的力學(xué)性能及疲勞性能等優(yōu)點(diǎn)，可替代目前商用車使用的鋼制焊接車輪和乘用車使用的低壓鑄造鋁合金車輪，同時(shí)可提高燃油經(jīng)濟(jì)性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。適用于所有汽車、摩托車車輪的制造，尤其適用于大型輕卡車輪和高級(jí)轎車車輪。文檔編號(hào)B23P23/04GK101579818SQ20091010406公開日2009年11月18日申請日期2009年6月11日優(yōu)先權(quán)日2009年6月11日發(fā)明者李志剛,楊傳增,畢祥玉,游江海,路洪洲,路貴民,馬鳴圖申請人:馬鳴圖;路洪洲;游江海;路貴民;楊傳增;畢祥玉;李志剛