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特种成形 SPECIAL FORMING
文章编号:1672-0121(2011)02-0074-04
旋轮转速对变截面钢车轮旋压成形影响分析
杨光,毕大森12,楮亮1
(1.天津理工大学材料科学与工程学院,天津300384
2.天津市光电显示材料与器件重点实验室,天津300384
3.显示村料与光电器件省部共建教育部重点实验室,天津300384)
摘要:根据无内胎变截面等强度汽车钢车轮的使用要求,设计出其外形轮廊尺寸,用变截面代替等截面
可使其受力更为有效安全。同时提出了新的成形工艺,其エ艺流程为:筒形钢坯备制→辗环预制成形→旋压
成形→滚压凸缘→冲制气门孔→与轮辐组焊。其中旋压成形为主要成形工序,对制件的形状尺寸和使用性能
起决定性作用。旋压技术为变截面钢车轮的生产和使用提供了可靠的工艺保障。
关鍵词:机械制造;旋压成形;转速;变載面钢车轮
中图分类号:TG35.19文献标识码:B
1引言
首先就是尺寸的确定,通过确定典型无内胎载
随着我国高速公路?的快速发展,高速载重汽重汽车钢车轮产品,可以初步掌握变截面无内胎钢
车已经成为公路运输业的首选,从而促使了与之相车轮的市场需求和技术概要,这对于后来形成的载
配套的无内胎钢制车轮的大力发展。等强度钢制车重汽车等强度无内胎钢车轮标准纲要提供了重要依
轮是无内胎钢制车轮的上品,市场前景极好,该种车据。典型的无内胎载重汽车钢车轮(图1)的轮輞截
轮在我国还是空自。因此,我们需要尽快解决等强度面形状及其尺寸如图2所示。其工艺结构特点:截面
钢制车轮制造的技术问题,开拓和扩展无内胎钢制
昇性、径大
车轮的大市场。
轴向高度长、环
从变截面无内胎载重汽车钢车轮的市场现状来
辛薄。由于变截
看,国外主要有德国 HAYES- LEMMIERZ、意大利
面无焊车轮具
GIANETII和荷兰 RONTI-JNE等车轮公司在生产。
有中间直径小,
车轮通常是通过卷圆、焊接、扩整等工序加工面成
两端直径大的
工艺效率高,但精度低,且达不到等强度要求。随后
特点,因而旋压
徳国 LEICO、西班牙DFNN等公司推出了一种适
时旋轮单向进
应大批量生产的旋压一滚形工艺,其方法是用无缝
给无法满足其
钢管下料,再用强力旋压机旋压成不等截面中间坯
图1无内胎钢车轮
成形要求,必须
1.轮辐2.轮辋3焊缝
然后用滚型机滚成轮辋,最后与轮辐焊成轮毂。这种
采用旋轮双向
方法制造的车轮,由于轮辋没
240
有焊缝,在使用过程中不会漏
气,安全可靠。但设备投资巨
/台设备价格就超过150万欧?义
大,仅强力旋压机和滚型机,单
m的寸
长
500
2轻量化钢制汽车车轮
图2轮辋的截面尺寸
进给的专用多轴轮網旋压机。然而,这样的设备在国
修田上
收稿日期:2010-
内尚属空白?。所用的加工设备为轮辋成形专用数控
作者简介:杨光(1985-),男,项士在读,主攻材料加工工程
双向三旋轮旋压机,其中需要解决的主要技术有:实
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SPECIAL FORMING特种成形
现变截面轮辋自动旋压所需的旋压力和运动轨迹控
制;高强度、高刚度和高抗振颤性的旋压机床身结
构;实现不停机装卸工件
毛坯的尺寸计算与拉伸工艺一样,可按工件的
体积不变原则,求出毛坯直径。依据无内胎钢车轮的
轮廓尺寸,可计算出筒形坯的体积为2904630mrm3,
即形状尺寸为518mmx9mmx200mnm,如图3所示。
图5芯模和旋轮模型
1.芯模2.旋轮一3.旋轮二
表1工艺方案模拟数据
工件选用材料
ASI-1010, COLDI70F(20C)
摩擦系数旋轮和坯料问为012,芯模和坯料问为02
模拟温度
20°C
芯模转速
400r/rnim
图3简形坯的形状和断面尺寸
旋轮转速
6rad/sec. 3rad/sec. 1.5rad/sec.. Srad/sec.0.2rad/sec
在毛坯通过旋压转化成零件的过程中?,毛坏的
0.lrad/sec, 0.05rad/sec
受力特点是切向受压,径向受拉。但其变形过程与普旋轮进给速度
I mr/s
通拉旋不同,旋压时旋轮与毛坯之间基本是点接触。
步数
毛坯在旋轮的作用下产生两种变形:一种是旋轮接厚度较薄时取较小的转速,反之取较大的转速
触的材料产生局部塑性变形;另ー种是毛坯沿着旋
模型导入如图
轮加压方向倒伏。因此,在旋压时,制件有时会起皱
6,7所示,芯轴带动
或破裂。为了防止缺陷的产生,改进坯料的成形性
毛坯旋转,旋压轮
能,在旋压成形前先进行辗环预成形,预成形件如图
在自转的同时,绕
4所示。通过辗轧,可以将管材的铸态组织转变为锻
芯轴旋转,且作径
态组织,提高可塑性,为后续的旋压加工提供便利的
向进给运动,成形
条件。
无内胎钢车轮的轮
图6单旋轮的导入模型
廓
264
图4无内胎钢车轮预制坯
采用 Deform-3D软件可对无内胎钢车轮轮辋
的旋压成形进行仿真模拟,创建的芯模和旋轮模型
图7三旋轮的导入模型
如图5所示。为了防止坯料在变形中产生应力集中
提高流动性,旋轮的成形部分尺寸是其主要因素。工3模拟结果分析
艺方案模拟数据见表1所示。
比较旋轮的转速分别为0.0Srad/sec,0.1rad/se
在旋压成形过程中,为使毛坯均匀变形,必须选0.2rad/sec,0.5rad/sec,1.5rad/se,3rad/sec和6rad/sec
择合适的主轴变速,合理的变形过渡形状和旋轮的下的单截面成形模拟过程及结果,见图8~图12。
进给速度是旋压成形的重要保证。如果主轴转速太
选择旋轮转速的原则是,在可能的条件下,尽量塑
低,坏料将不稳定;若转速太高,容易过度变薄。合理取大一些。过小会由于弹性变形的缘故,在沿壁厚方「
的转速可根据被旋压材料的性能,厚度及芯模的直向不同的流动面上引起材料的夹层现象,使得尺寸
径确定,一般钢为400~-600r/min?。当毛坯直径较大,精度恶化,尤其是轮辋很深时很容易产生起皱,如图