[发明专利]一种制造轻量化汽车轮辋的成形结构和成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及管形零件精密成形技术领域，具体为一种制造轻量化汽车轮辋的成形结构和成形方法。

背景技术

汽车钢制车轮是由轮辋和轮辐两部分组成，轮辋是钢制车轮周围边缘的部分。轮辋俗称轮圈，分别与轮辐和轮胎配合接触，是主要的承力关键部件。汽车轮辋的常见形式主要有两种：深槽轮辋和平底轮辋；此外还有对开式轮辋、半深槽轮辋、深槽宽轮辋、平底宽轮辋以及全斜底轮辋。轮辋的表面结构一般都比较复杂，成形过程中变形量大，容易发生破裂、起皱，存在材料利用率低和工艺复杂等问题。

目前普遍采用板材卷焊、多道次滚压以及扩张精整成形，制造工序复杂、效率低、成本高，同时由于工艺限制轮辋普遍只能选用中等强度级别低合金钢，并且无法成形较为复杂结构外形的轮辋零件，因此不能满足进一步轻量化的需求。

目前成形方式主要是滚压成形工艺。中国发明专利CN 103286524 A公开了一种板材成形轮辋加工工艺，相比较传统的型钢成形工艺其减轻了轮辋的本身重量，降低了成本，提高了产品的可靠性。但是此工艺仍然存在着滚压工艺流程长、坯料壁厚相对较大、刚度过要求等不足之处。并且在滚压的过程中容易对零件表面造成不同程度的划痕。纵截面结构不对称的轮辋零件在成形过程中，受力比较复杂，并且存在轴向力不平衡，需要格外增加其他结构平衡轴向力差，所需成形模具多，生产成本高。

中国发明专利CN 103464563 A公开了一种管材外高压充液成形装置。此装置虽然采用液压成形，成形效果好，但是只能成形一些简单零件，对于复杂零件难以控制其变形量。

上述两种成形工艺，虽然成形方式不同，但是对于径向变形量较大的复杂管形零件的成形存在工艺流程长、可实现变形量小、成形零件表面质量差、生产效率低等缺点。

发明内容

为了解决现有技术在轮辋加工工艺中存在的上述不足之处，本发明的目的在于提供一种制造轻量化汽车轮辋的成形结构和成形方法，通过采用内外复合液压成形工艺，通过坯料和模具的共同配合，分别形成内外独立的密闭腔体，其中外高压成形轮辋中间底槽区域，内高压成形轮辋边部凸缘区域，二者同时进行，配合选用适中的管坯外径，最终实现径向变形较大的复杂结构薄壁管形零件的液压成形。该方法不仅相比于传统滚压工艺和旋压工艺效率有大幅提高，而且可以有效降低轮辋零件成形过程中单道次的变形量，并且配合适当的轴向进给，可以有效防止零件壁厚过度减薄，保证轮辋结构刚度。借助脉动液体的柔性介质提供成形所需载荷，有效保证轮辋零件的表面质量，减少后续加工。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种制造轻量化汽车轮辋的成形结构，该成形结构包括内高压成形模具、外高压成形模具、筒形坯料和环形冲头；其中：所述内高压成形模具套装于外高压成形模具之外，合模后形成汽车轮辋的密闭模腔；所述内高压成形模具和外高压成形模具之间放置筒形坯料，所述环形冲头设于筒形坯料的两端侧，能够使筒形坯料进行轴向进给运动。

所述筒形坯料将密闭模腔分成内外两部分，坯料内表面一侧为外高压密闭腔体，坯料外表面一侧为内高压密闭腔体。

所述内高压成形模具和外高压成形模具都为分体结构，内高压成形模具为对称的上下分体结构，外高压成形模具为对称的左右分体结构。

所述内高压成形模具上设有充液通道Ⅰ，沿内高压成形模具的径向设置，出液端对应于内高压密闭腔体；所述外高压成形模具上设有充液通道Ⅱ，出液端对应于两个外高压密闭腔体。

该成形结构还包括密封圈，该密封圈沿着周向分布，设置于内高压密闭腔体和外高压密闭腔体之间的位置处。

所述筒形坯料的壁厚为2mm，初始管坯外径为360mm，径厚比为180，采用低碳微合金钢S500MC，其抗拉强度约为650MPa。

利用所述成形结构制造轻量化汽车轮辋的成形方法，具体包括如下步骤：

(1)将筒形坯料套装于外高压成形模具之上，闭合内高压成形模具和环形冲头，通过筒形坯料和模具的共同配合，在筒形坯料的内外两侧分别形成相互独立的外高压密闭腔体和内高压密闭腔体；

(2)通过外高压成形模具上的充液通道Ⅱ和内高压成形模具上的充液通道Ⅰ向筒形坯料内外表面同时施加脉动的高压液体进行成形，与此同时，环形冲头带动筒形坯料向内推进补料，直至筒形坯料与内高压成形模具和外高压成形模具的接触表面完全贴合；

(3)释放高压液体，退出环形冲头，垂直打开内高压成形模具和水平移除外高压成形模具，取出成形后的轮辋零件。