铝合金轮毂加工工艺设计摘要近年来，随着汽车工业的快速发展，铝合金轮毂的市场潜力日趋显现，需求不断扩大；同时跨国公司的采购量、出口量也在迅猛增长，使铝合金轮毂行业迎来大发展的良好机遇期。随着市场全球化的发展，轮毂行业既面临新的发展机遇，也面临新的挑战。为了适应汽车更安全、更节能、降低噪声、污染物排放不断加严的要求，铝合金轮毂正在向大直径、轻量化、高强度、更美观等方向发展。大直径轮毂与轮胎组合，更显示现代、霸气和时髦。由于大直径、宽轮辋，使轮胎与地面的接触面积更大，从而增加汽车与地面的附着力和摩擦力，使汽车的操纵性能更好，提高汽车的安全性。一般要求与扁平轮胎相匹配。但大直径、宽轮辋，也会产生使轮胎磨损加快的不利影响。为了减轻轮毂重量、提高强度，一般采用锻造工艺、组装式工艺生产轮毂，可减轻重量20%左右。还可采用高强度镁合金、钛合金制造轮毂，但成本也相应增加。为了使轮毂更美观，一般采用镀铬、抛光、喷漆、喷粉、加装不锈钢或塑料毂盖、压铸花纹、改进轮毂设计图案等办法。与之相比，轮毂的加工质量要求是满足客户需求的首要条件，这表明对轮毂机械加工工艺流程的优化和控制，提出了更高的要求。目前，国内铝合金轮毂制造主要采用成本较低的低压铸造工艺，约占全部产量的80%以上；其次是采用最简便的重力铸造工艺，不到其全部产量的20%。在铝合金轮毂加工方面，一般采用数控机床，高精度自动化柔性加工系统；采用自动化涂装工艺，喷粉技术在表面涂装方面，渐有替代喷漆之势，少部分企业还采用先进的真空电镀涂装技术；在热处理试验检测方面，基本都接近或达到国外先进水平。随着现代制造技术的不断发展，轮毂的加工工艺不断完善，轮毂制造技术也日趋成熟。但是到目前为止，还没有形成一套完整的轮毂加工工艺文件，希望该课题的研究，将对这项制造技术的大缺口，给以一定的填补。 目录一、毛坯的选用及制造11-1毛坯的选择1.1.1 毛坯种类选择中应考虑的问题11-2毛坯的形成工艺1.2.1 低压铸造原理及特点11.2.2 低压铸造模具1.2.3 低压铸造工艺 1-3毛坯的铸造工艺设计1 1-4毛坯的质量检查1二、毛坯的热处理工艺1 2-1热处理工艺方法及分类12-2毛坯热处理工艺流程设计12.2.1 毛坯的固溶处理2.2.2 毛坯的淬火处理 2-3毛坯热处理后的机械性能检测 2-4几种轮型的热处理工艺12.4.1连续炉OPEL轮热处理工艺12.4.2 连续炉美国通用标准轮热处理工艺12.4.3 连续炉宝马标准轮热处理工艺12.4.4 连续炉大众轮热处理工艺三、零件机械加工工艺流程设计1 3-1毛坯的热处理工艺 3-2零件的工艺分析13.2.1 零件结构分析3.2.2 零件的技术要求分析 3-3毛坯的选择1 3-4工艺路线的确定13.4.1 定位基准的选择3.4.2 加工方案的确定3.4.3 加工阶段的划分3.4.4 工序的划分3.4.5 工序顺序的安排 3-5 机床及工艺装备的选用 3-6加工余量的确定1 3-7切削用量的确定1四、机加工后轮毂的气密性检测1 4-1气密性检测的意义 4-2气密性检测方法1五、轮毂喷涂工艺流程15-1喷涂工艺概述 1 5-2轮毂的表面预处理 5-3喷涂工艺流程安排1 参考文献11致 谢11下面以宝马车轮型号为421-775为例，对其加工工艺流程进行设计，设计内容如下：一 毛坯的选用及制造1.1 毛坯的选择毛坯的确定，不仅影响毛坯制造的经济性，而且影响机械加工的经济性。所以在确定毛坯时，既要考虑热加工方面的因素，也要兼顾冷加工方面的要求，以便从确定毛坯这一环节中，降低零件的制造成本。在机械加工中，常用的毛坯种类很多，同一种毛坯又有多种制造方法，机械制造中常用的毛坯有以下几种：铸件、锻件、型材、焊接件，除此之外，还有冲压件、冷挤压件等。不同种类的毛坯，其制造加工特点不同。形状复杂的零件毛坯，宜采用铸造方法制造。目前铸件大多用砂型铸造，它又分为木模手工造型和金属模机器造型。木模手工造型铸件精度低，加工表面余量大，生产率低，适用于单件小批生产或大型零件的铸造。金属模机器造型生产率高，铸件精度高，但设备费用高，铸件的重量也受到限制，适用于大批量生产的中小铸件。其次，少量质量要求较高的小型铸件可采用特种铸造（如压力铸造、离心制造和熔模铸造等）。由于轮毂的结构组成，其轮毂轮辋的窗口结构复杂，又有斜面、曲面及圆弧线条等各种线型组成，而且在轮毂的整个形状结构中，包括有圆弧的驼峰、斜圆柱锥面及带有减重窝槽等实体结构，所以，轮毂毛坯的实体结构形状很复杂，考虑到其结构的复杂性，该零件的毛坯制造方法，应该最好选用铸造方法制造，以便在毛坯以后的生产加工过程中，减少毛坯的切削用量。1.1.1 毛坯种类选择中应考虑的问题 (1)零件材料及其力学性能 零件的材料大致确定了毛坯的种类。例如材料为铸铁和青铜的零件应选择铸件毛坯；钢质零件形状不复杂，力学性能要求不太高时可选型材；重要的钢质零件，为保证其力学性能，应选择锻件毛坯。 (2)零件的结构形状与外形尺寸 形状复杂的毛坯，一般用铸造方法制造。薄壁零件不宜用砂型铸造；中小型零件可考虑用先进的铸造方法；大型零件可用砂型铸造。一般用途的阶梯轴，如各阶梯直径相差不大，可用圆棒料；如各阶梯直径相差较大，为减少材料消耗和机械加工的劳动量，则宜选择锻件毛坯。尺寸大的零件一般选择自由锻造；中小型零件可选择模锻件；一些小型零件可做成整体毛坯。 (3)生产类型 大量生产的零件应选择精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，如铸件采用金属模机器造型或精密铸造；锻件采用模锻、精锻；型材采用冷轧或冷拉型材；零件产量较小时应选择精度和生产率较低的毛坯制造方法。 (4)现有生产条件 确定毛坯的种类及制造方法，必须考虑具体的生产条件，如毛坯制造的工艺水平，设备状况以及对外协作的可能性等。 (5)充分考虑利用新工艺、新技术和新材料 随着机械制造技术的发展，毛坯制造方面的新工艺、新技术和新材料的应用也发展很快。如精铸、精锻、冷挤压、粉末冶金和工程塑料等在机械中的应用日益增加。采用这些方法大大减少了机械加工量，有时甚至可以不再进行机械加工就能达到加工要求，其经济效益非常显著。我们在选择毛坯时应给予充分考虑。1.2 毛坯的形成工艺毛坯的铸造方法有很多种，目前，国内轮毂制造业大多都采用低压铸造技术。1.2.1 低压铸造原理及特点低压铸造是使液体金属在压力作用下充填型腔，以形成铸件的一种方法。由于所用的压力较低，所以叫做低压铸造。其工艺过程是：在密封的坩埚（或密封罐）中，通入干燥的压缩空气，金属液在气体压力的作用下，沿升液管上升，通过浇口平稳地进入型腔，并保持坩埚内液面上的气体压力，一直到铸件完全凝固为止。然后解除液面上的气体压力，使开液管中未凝固的金属液流回坩埚，再由气缸开型并推出铸件。低压铸造独特的优点表现在以下几个方面：1.液体金属充型比较平稳；2.铸件成形性好，有利于形成轮廓清晰、表面光洁的铸件，对于大型薄壁铸件的成形更为有利；3.铸件组织致密，机械性能高；4.提高了金属液的工艺收得率，一般情况下不需要冒口，使金属液的收得率大大提高，收得率一般可达90。此外，劳动条件好；设备简单，易实现机械化和自动化，也是低压铸造的突出优点。 1.2.2 低压铸造模具低压铸造所用的铸型，有金属型和非金属型两类。金属型多用于大批、大量生产的有色金属铸件，非金属铸型多用于单件小批量生产，如砂型，石墨型，陶瓷型和熔模型壳等都可用于低压铸造，而生产中采用较多的还是砂型。但低压铸造用砂型的造型材料的透气性和强度应比重力浇注时高，型腔中的气体，全靠排气道和砂粒孔隙排出。为充分利用低压铸造时液体金属在压力作用下自下而上地补缩铸件，在进行工艺设计时，应考虑使铸件远离浇口的部位先凝固，让浇口最后凝固，使铸件在凝固过程中通过浇口得到补缩，实现顺序凝固。常采用下述措施：1.浇口应设在铸件的厚壁部位，而使薄壁部位远离浇口；2.用加工裕量调整铸件壁厚，以调节铸件的方向性凝固；3.改变铸件的冷却条件。对于壁厚差大的铸件，用上述一般措施又难于得到顺序凝固的条件时，可采用一些特殊的办法，如在铸件厚壁处进行局部冷却，以实现顺序凝固。1.2.3 低压铸造工艺低压铸造的工艺规范包括充型、增压、铸型预热温度、浇注温度，以及铸型的涂料等。（1）充型和增压升液压力是指当金属液面上升到浇口，附所需要的压力。金属液在升液管内的上升速度应尽可能缓慢，以便有利于型腔内气体的排出，同时也可使金属液在进入浇口时不致产生喷溅。 （2）充型压力和充型速度充型压力是指使金属液充型上升到铸型顶部所需