轿汽车车轮轮辋的滚形工艺研究

1、轻轿汽车车轮轮辋的滚形工艺研究金属成形工艺METALFORMINGTECHNOLOGYVo1.21No.62003轻轿汽车车轮轮辋的滚形工艺研究郑玲利,方文周,任晋泰(1.广东工业大学,广东广州511049;2.东风汽车车轮有限公司,湖北十堰442042;3.一汽四环汽车股份有限公司车轮分公司,吉林长春130052)摘要】时轻轿汽车滚形轮辋的工艺设计思想进行了分析研究,并以4.50B×12轮辋为例.分析了轮辋工艺设计的全过程.用此方法设计的轮辋尺寸精度高,圆角减薄量小,具有较大的现实意义.【关键词】车轮;车轮轮辋;滚形工艺;模具设计中图分类号:TG306文献标识码:B文章编号:100

2、08446(2003)06009803TheStudyofRollFormingProcessoftheCarWheelRim.ZHENGLi,ng-li,FANGW拥妇DH;RENJin-Tai(1.GuangDongUniversityofTechnology,Guangzhou511400.China;2.DongFengAutomotiveWheelCo.,LTD,Shiyan442042,China;3.FAWSiHuanAutomobileCO.,LTD.WheelBranchCompany,Changchun130052,China)Abstract:Studyhasbeenma

3、deoftheprocessdesignmethodofcarwheelrim.Thecompletepme,essofrimtechnologicaldesignisanalyzed,size4.05B×12beingtheexanlple.Thisdesignmethodleadstolliaccuracyofrimsizeandlowradiusreducingthickness-whichwillbeofsigniiieaneeinpractice.Keywordsirim;rollforming;processdesigndiedesign1轻轿汽车滚形轮辋的特点目前,轻轿

4、汽车车轮轮辋已实现无内胎化.轮辋经一系列工序加工后,与子午胎相配合形成密闭充气腔才能达到无内胎的要求,故要实现无内胎,对成形后的轮辋尺寸精度和减薄量要求极高,如轮辋的标定直径,l6”以下的轮辋,公差限制在±0.3一±0.4mm之间;其减薄量必须控制在材料厚度的10%以内.而控制轮辋尺寸精度和减薄量的关键是设计合理的滚形工艺.2滚形轮辋生产工艺过程目前,轻轿汽车车轮轮辋的滚形工艺已基本成熟,主要工艺过程为:下料一卷圆一闪光对焊一去焊渣一扩口一滚形(1,2,3台)一胀形一冲气门孔等j.由于各厂家所使用的设备和技术处理的不同,其工艺过程仍有些细微的差异,如日本丰田钢圈厂,在刮渣工

5、序后,直接进行滚形,没有扩口工序;美国HESS公司,在刮渣与扩口工序之间,要经过冷却和倒角工序,胀形和冲气门孔工序又合为一个工序完成;荷兰FONTYNE厂生产的轮辋线,在焊接与扩口之间,对焊缝还做了一系列的处理,刨渣一滚压一切端头一水冷一复圆.国内从荷兰进口的轮辋线多数采用这一工艺,只是最新的生产线将闪光对焊改为直流对焊.3滚形轮辋的工艺设计思想3.1设计原则要使轮辋一次成形,满足尺寸精度和减薄量的要求,除了设备起主要作用外,合理设计轮辋的滚形工艺是轮辋成形的关键环节.因产品要求,使用设备和技术的差异,各厂所使用的轮辋设计思路并不完全相同,但设计原则都是一样的,一是假定轮辋变形前后厚度不变,即

6、体积相等;二是确保变形在局部进行,即分段变形,以氏宽度方向的拉应力,控制减薄量;三是上道工序制件要能方便地在下道滚形形辊内定位.3.2传统的设计方法根据上述原则,从扩口工序至第3次滚形结束,每个工序的设计都是以厚度不变为假设条件,确保体积不变的局部收疆日期:20034)74)7作者筲介:郑玲利(1963一),女,工学硕士,主要从事机械设计及计算机课程的教学工作.郑玲利等轻轿汽车车轮轮辋的滚形工艺研究变形设计.用传统的方法来设计计算,十分繁琐,而要反复调整一部分经验取值,使某一部分体积与后道工序对应部分体积相等,计算量很大,限制了这种合理的工艺设计方法的使用;于是,转而求其次,变形段变形前后中心

7、线长度不变,这种轮辋滚型工艺设计思路,是准确计算设计的一种方法,上海SANTANA车轮51/2J×13112轮辋和广州标致PU505车轮51/2J×14FH轮辋的滚型工艺即是用这种方法设计的.变形段变形前后中心线长度不变,是以变形段变形前后形心位置不变为隐含条件的,而实际上局部的变形其形心位置是要改变的,但改变量相对于不变的标定直径来说,相差两个数量级,因而可以忽略,但中J线长度计算同样十分繁琐;于是,再求其次,全用经验取值,用几何作图法进行设计,连下料尺寸都采用经验公式计算.根据这种方法设计出的模具,调试难度和修模工作量较大,设计调试是否顺利与工艺人员的经验有很大的关系.

8、为了方便定位,整个工艺设计是按照加工顺序从后向前进行的,即工序图的设计顺序为:三滚工序图一二滚工序图一一滚工序图一扩口工序图.3.3利用AutoCAD进行辅助设计利用传统工艺设计积累的经验,借助AutoCAD强大的图形编辑功能及数据查询功能,来辅助轮辋的工艺设计,使原来繁琐的设计计算得到简化.下面以已开发成功的两片式钢铝车轮所用4.50B×12车轮轮辋的工艺设计及调试过程为例,说明其工艺设计及调试的全过程.44.50B×12轮辋的设计过程4.50B×12轮辋产品(仅标注部分尺寸),见图1.图14.50B×12轮辋(料厚6=3mm)4.1下料尺寸计算先用A

9、atoCAD绘出轮辋产品图,然后用命令Region将轮辋截面设置为一面域,使用命令Massprop查询,即可得到轮辋截面面积A:522.5413mm,除以料厚3,即得理论下料宽度B:174.18.mm,再用命令Revolve将轮辋截面绕轮辋直径轴线旋转成为三维旋转体使用命令Massprop查询,即可得到轮辋回转体体积V=476692.1697mm,除以轮辋截面面积A,即得理论下料长度L:912.2574mm.4.2三滚工序设计三滚工序图除标定直径取产品图的99%(预留1%扩张量)外,其余尺寸均取产品名义尺寸,如图2所示(图中仅标注部分尺寸).图2三滚工序4.3二滚工序设计二滚工序根据三滚工序图

10、来设计,设计原则为,标定宽度和标定直径不变,两突峰R9.5mm尺寸及位置不变,C2A:段,B:段尺寸不变,仅P2c2段,A:B:段,D:Q:段3段设计为过渡形状.过渡形状段尺寸设计采用先经验取值后计算调整的方法,用前面介绍的方法计算变形段回转体的体积,反复调整经验取值,使其变形前后体积保持相等(允许相差0.1%以下).图中轮缘段即P2c2段R经验取值1215mm,轮缘高度按产品图轮缘高度的1.2倍设计,这么设计可以减少轮缘部位的减薄量.最终取值如图3所示.槽底部分,即A:B:段,R9.5mm及槽侧直线段角度不变,改变槽深,槽底圆角半径,并设计槽底过渡圆角.槽深增量根据体积不变原则计算,槽底圆角

11、半径经验取值为R12mm,槽底过渡圆角经验取值为R40R100mm,该值大小取决于槽部宽度.经计算,图2中A,B,段回转体积为229119.6480mm,通过调整槽深增量及槽底过渡圆角,最终取值如图3所示,A:B:段回转体积为231327.8156mm,比AB段多出0.96%,这是考虑到为避免三滚时槽底圆角处过份减薄而预留的一部分材料.Rl2.5.雎墨1图3二滚工序4.4一滚工序图设计一滚工序图根据二滚工序图来设计,设计原则为,标定宽度和标定直径仍保持不变,两突峰R9.5mm尺寸及位置不变,A,B,段尺寸不变,仅P,A,段,B,Q段设计为过渡形状.过渡形状段尺寸设计仍采用先经验取值后计算调整的

12、方法.P,A,段经验取值为喇叭口倾角45.,过渡圆角取R1215mm,圆角圆心内偏47,喇叭口端头距离标定直径线高度同产品轮缘高度相当.通过调整和计算,按图4取值,PA,段回转体积与P2A:段回转体积仅相差o.063%,达到设计要求.B,Q,段尺寸同P,A,段.4.5扩口工序图设计扩口工序图以由一滚工序图所得一滚下辊图为依据进行设计,为便于扩口件在一滚时材料能顺利拉入下辊形成j曹10o金属成形工艺METALFORMINGTECHNOLOGYVo1.21.62003图4一滚工序底,经验要求扩口件喇叭口在支于下辊两端时,斜边与槽顶圆角间隙在12之间,本设计取值1.5mm,如图5所示.经计算,三滚工

13、序图整个截面回转体体积为476692.1697姗,根据体积不变可计算筒形件内径为担87.38ram,扩口工序图未变形部分内径不变,仍取担87.38ram,然后根据上述间隙要求,可绘出喇叭口倾角,计算机测量倾角为19.9.,调整倾角部分长度,使整个截面回转体体积同三滚工序,当取值如图5时,体积为238324.8104ram,与三滚工序仅相差0.01%,符合设计要求.图5扩口工序4.6滚量量辊设计工序图设计完毕,根据下列原则即可方便地设计出型辊,如图6所示(图中d,d分别表示下辊最大外径,制件最小内径).图6型辊设计(1)上下辊工作面曲线同工序图,上下辊各处间隙相等,等于料厚3.采用分瓣式(三瓣)

14、型辊设计,其分型面如图6,除分型处空开外,其余各处等间隙.(2)型辊直径的确定,为便于制件出入下辊,取下辊最大直径制件最小内径(即槽底内径)一1520ram,于是可确定下辊径向尺寸.并校核(D+,/)/2+3是否处于设备上下轴中心距可调范围内,于是上辊径向尺寸D也可确定.(3)型辊轴向总体尺寸确定,根据工序图宽度尺寸适当放宽,并考虑机加装夹方便,设计一轴肩,总体宽度上下相等,本设计取210ram,轴向尺寸公差取0.1mm.(4)型辊型面曲线轮廓精度以样板保证,要求与样板公差不超过0.03.(5)侧辊轮廓尺寸同工序图槽底.54.50B×12轮辋调试5.1下料尺寸确定由于理论下料尺寸是以

15、料厚不变,形心不变为假定前题,然后由体积不变原理计算出来的,而实际变形过程中,二者均会发生一定的变化,因而实际下料尺寸要通过投料试料来确定.首批试料取理论下料长度为:+2H3=921,其中2t为对焊烧化量;首批试料宽度取理论下料宽度为:B+3=177ramo试料时,根据三滚出来的产品确定下料尺寸是否合适,然后作出调整.如扩张量不足1%(球带尺测量),表明下料尺寸过长;超过1%,表明下料尺寸过短;如轮缘宽度过宽,表明下料宽度过宽;如轮缘宽度不够,表明下料宽度过窄.通过试料,最后确定出理想的下料尺寸为918ram×176ramo5.2调试中的有关问题及其解决方法(1)两侧轮缘不对称,原因是两侧扩口直径不等,导致一滚时制件定位不准,两边分料不均.通过加垫调整扩口模定位圈,调至两端扩口外径相等即可解决.(2)产品槽底圆角处厚度2.75ram,减薄量未超差,但槽底不平直,分析原因为一滚时拉入槽底材料过多,三滚复直时宽度方向压应力过大.经查,一滚型辊中部与图纸不符,高出0.3mm,经修模,即可解决.(3)三滚时,两侧外径相差2mm,经微调上辊轴倾角,两侧外径相差控制在lmm