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铝合金铸旋轮毂的减重设计方法研究

李晓

秦皇岛中秦渤海轮毂有限公司,河北省轻合金车轮技术创新中心,河北秦皇岛,066004

摘要: 汽车数量在不断增加的过程中其各项性能也得到了改进和优化,轻量化发展是现代车辆发展的主要趋势,尽可能的减轻车辆整体重量可以降低燃油、燃气的消耗同时也可以保证汽车整体的稳定性。汽车轮毂在汽车实际重量中占据着较大比例,实现对汽车轮毂工艺的优化并做好减重设计工作可以满足现代车辆的发展需求,也能够充分发挥铝合金铸旋轮毂技术优势。本文主要对铝合金铸旋轮毂的减重设计方法进行了分析,确保能够在减轻轮毂重量的同时优化轮毂使用性能,保证汽车行驶期间的安全性和稳定性。
关键词: 铝合金铸旋;轮毂;减重设计方法
DOI:10.12721/ccn.2021.157025
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汽车行业的飞速发展对汽车使用期间的重量、排量提出了更为严格的要求,多种新材料、新技术的应用优化了汽车整体性能,许多复合型材料也应用到了汽车轮毂的生产制造中,不但可以减少材料的使用还具有良好的环保性能,铝合金材料具有强度高、重量轻和稳定性好的特点能够很好的满足车辆的减震减排要求,所以铝合金铸旋轮毂的应用优势较为明显。在实际进行生产制造的过程中也需要结合现实需要对其进行减重设计,不断进行优化和改进才能提高整体的韧性和强度。

1.铝合金轮毂铸旋成形技术的应用分析

1.1铝合金材料的应用发展

铝合金是现代复合型材料中的一种在多个领域得到了广泛应用,可以满足不同类机械设备和各类零部件生产制造要求,具有良好的工艺技术优势和广阔的发展前景。铸造铝合金在铸造领域的应用优势较为明显可以充分展现强度高和质量轻等的特点,在实际运用过程中还能够展示出良好的力学性能,将其作为汽车轮毂的制作原材料可以减轻整体重量,还能够提高车轮的承载力,整体的可塑性比较强可以很好满足汽车强度要求。

1.2铝合金轮毂的具体应用

将铝合金材料应用到汽车轮毂的生产设计中能够取得的良好的应用效果,在汽车行业快速发展期间铝合金轮毂也得到了大规模运用。目前铝合金轮毂生产制造期间使用的成形技术方法有很多,每种方法在实际应用期间都有其专门的优势特点,比较常用的方法有重力铸造、低压铸造、液态铸造和挤压铸造等,多种技术方法在实际应用期间也进行了针对性的改进和优化所以汽车车轮整体性能也逐渐提升,而锻造轮毂的安全性和可靠性都比较高,整体的重量比较轻具有较为明显的应用优势。但是这种轮毂在生产制造期间需要投入较多的成本一般在高档汽车车轮设计中较为常用。为了更好的满足汽车行业的发展需求不断提升汽车的使用性能,铸旋轮毂成形技术应时而出,具备了轮辋性能好,重量轻等特点。

2.铝合金铸旋轮毂减重设计研究

2.1铝合金铸旋工艺

在旋转压缩时只是轮辋出现变形情况,而轮毂的边缘部位可以将其固定从而对变形情况进行有效控制。要做好毛坯的装夹工作将其安装在芯模上并利用主轴带动其旋转,在实际进行铸旋操作之前会根据轮毂生产需要提前设置好程序的相关数据,系统可以按照程序设定进行自动运行操作。对毛坯进行挤压操作后其能顾与模具型面相贴合从而形成轮辋的具体形状。铝合金材料在室内温度下进行生产制造的过程中无法进行针对性塑造,为了更好的塑形还需要了解不同温度环境中这一材料的各方面性能指标,通过具体分析后做好温度的调整工作。室内温度在不断下降的过程中材料强度也越来越高其可塑性也逐渐降低。反之,如果温度升高其可塑性也有所提升,二者呈正比例关系。要想发挥出铝合金材料的强度优势以及可塑性则必须要调整好铸造期间的温度,一般将其控制在370℃-400℃,可以充分展现铝合金轮毂的功能性。但是在实际生产制造的过程中也存在一些缺陷问题,铸旋工艺技术在应用期间对于操作技术有着较高要求并且需要是反复加工,属于一项复杂的工艺流程,如果对于加工期间的各项参数无法进行合理控制,存在温度不合理或者材料堆积的情况则无法保证最终的生产加工质量和效果,对产品性能有着较大影响。如果轮毂旋压操作期间材料温度较低就会影响产品的成型效果,很容易出现不同程度的缺陷问题。

2.2铸坯热旋压工艺的应用分析

铝合金轮毂铸坯热旋压工艺在实际应用过程中的影响因素比较多,如温度、工艺等,如果不能将各项参数指标控制在合理范围内才不会在实际加工过程中出现隆起或者开裂的情况,在这一过程中需要注意旋转成形角的取值,保证角度的适宜性,充分考虑多种可能对这一角度造成影响的因素并实现对壁厚减薄率进行合理控制以防出现变形情况。一般会根据汽车整体的生产制造需要对铝合金轮毂的变薄旋参数进行调整和控制,进给率通常控制在0.5~2mmr-1内,尽可能的控制其对铝合金材料质量的影响。

同时在设置减薄率时也应对其进行控制,使之保持在20%~50%,控制变薄率保持在20%~30%最佳。对于多旋轮错距的控制也是影响轮毂质量的重要因素,若多旋轮的错距过大,则实际工作时容易出现金属隆起,造成材料表面的起皮、折叠,若多旋轮的错距过小,则容易出现旋轮前面材料的突起,这会造成材料堆积,对于铝合金轮毂的表面材料造成十分严重的影响,致使铝合金轮毂尺寸不准。一般在对多旋轮的错距进行设计时,最好不要超过旋轮直径的一半。

2.3铸坯热旋压工艺的合理选择

由于铝合金轮毂铸坯的热旋压成形过程涉及到的物理知识以及几何知识较广,而且这一实现过程较为复杂。在铸坯热旋压工艺生产过程中,能够对最终效果产生影响的因素较多,如果单一的应用某一种方法对其进行轮毂铸旋工艺研究,则极有可能造成资金消耗过大,而且研究时间长,结果不够准确等情况。考虑到轮毂铸旋的工艺以及材料、资金的投入,应用数值模拟技术能够对轮毂铸旋的工艺进行制定,并能够有效地实现铸坯数值的精准性。在实际应用时,可通过铝合金轮毂铸坯热旋压过程进行数值模拟,确定旋轮轨迹以及坯料开口角等工艺步骤的参数设置,实现对铸坯热旋压工艺的优化设计。而且在应用过程中能够大大缩短工程的耗用时间。

综上所述,车轮轮毂尺寸、强度以及负荷能力与车辆整体的使用性能有着密切关系,铝合金铸旋轮毂设计工艺的应用提高了轮毂的可塑性,不但可以满足车辆的外形设计要求也能够减轻汽车整体结构重量,有利于推动汽车的轻量化发展。铸旋加工工艺的合理利用可以最大程度的减轻轮毂重量,在保证轮毂质量的同时提升整体的经济性。铝合金铸旋轮毂的设计生产具有广阔的市场发展前景,也是我国车辆轮毂制造的一大必然趋势。因此,相关车辆制造商更应对这一技术展开研究,通过深入的分析和研究,使铸造铝合金的热旋压技术能够在实际生产过程中得到优化,进一步促进我国汽车行业的市场竞争和良性发展。

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