[發(fā)明專利]高性能大尺寸鋁合金汽車輪轂的制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910104062.6
• 申請日: 2009-06-11
• 公開（公告）號: CN101579818A
• 公開（公告）日: 2009-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬鳴圖;路洪洲;游江海;路貴民;楊傳增;畢祥玉;李志剛
• 申請（專利權(quán)）人: 馬鳴圖;路洪洲;游江海;路貴民;楊傳增;畢祥玉;李志剛
• 主分類號: B23P23/04
• 分類號: B23P23/04
• 代理公司: 重慶市恒信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 陸志強

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機械制造方法，尤其是一種高結(jié)構(gòu)強度、高疲勞性能且可作為無內(nèi)胎車輪使用的20英寸以上商用車鋁合金車輪轂的方便、經(jīng)濟制造方法。

背景技術(shù)

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車的產(chǎn)量增加和保有量增多，在帶動經(jīng)濟發(fā)展和給人們出行帶來方便的同時，也產(chǎn)生了排放、燃油能源消耗和安全三大問題，尤其是汽車尾氣排放，溫室氣體的增加，給我國對京都議定書的承諾帶來很大的困難。世界各國政府均對汽車的節(jié)能減排和安全問題十分重視，并制訂了相關(guān)的法規(guī)，以降低汽車燃油消耗和排放，并提高汽車的安全性，如燃油消耗法，排放法規(guī)以及碰撞安全法規(guī)等。一系列的實驗證明，汽車每減重10％，油耗下降6-8％，排放降低4-6％，每減少1升油耗，可使CO₂排放降低2-2.5kg，可見汽車輕量化是節(jié)能減排的重要而有效的手段。但輕量化不能影響汽車安全，只有合理的采用各類輕量化、高強度材料才能保證汽車減重而不能影響它的安全。鋁合金的比重約為2.7g/cm³，為鋼鐵的30％左右，應(yīng)用鋁合金是重要的減重方法；因此，近年來鋁合金在汽車上的應(yīng)用迅速增加，據(jù)歐洲鋁協(xié)的報告，每應(yīng)用1kg的鋁合金可使轎車壽命周期降低排放CO₂?22kg，在汽車的發(fā)動機上大量應(yīng)用鋁合金鑄件，出現(xiàn)了全鋁合金發(fā)動機，美鋁公司更是開發(fā)了全鋁轎車Audi?A8。

鋁合金在汽車上應(yīng)用的一個重要零部件是鋁合金汽車輪轂，目前乘用車上基本都是用鑄造鋁合金輪轂，但我國重卡等商用車、大型客車仍使用有焊縫的鋼制車輪，該種車輪散熱性差、質(zhì)量重、結(jié)構(gòu)強度低、需要使用內(nèi)胎增加了爆胎率。由于近年全球石油能源消耗大，油價飆升，節(jié)能減排、提高汽車綜合性能已是國家和各整車制造商亟待解決的問題。將有焊縫的鋼制車輪替換為大尺寸的鋁合金車輪轂可大大提高汽車的燃油經(jīng)濟性，并能改善汽車的平順性和剎車制動性能。但目前鑄造鋁合金輪轂強度低，難以滿足商用車使用要求。美國美鋁公司等開發(fā)的鍛造鋁合金車輪轂可以滿足商用車的使用要求，但其制造成本高，是目前我國商用車使用的鋼制車輪的5-7倍，難以大批量應(yīng)用。因而，重卡等商用車、大型客車等使用的鋁合金輪轂必須滿足高強度、高疲勞性能、低成本等的要求，才有可能批量應(yīng)用。

半固態(tài)鋁合金制造構(gòu)件的金相組織為等軸晶組織，晶粒細小分布均勻，極大程度地避免了縮孔和疏松的產(chǎn)生，因而半固態(tài)鋁合金制造構(gòu)件有高的疲勞壽命和結(jié)構(gòu)性能，可達到鍛造制品的性能水平。用半固態(tài)鋁合金制造汽車輪轂是較為有效提高性能的方式，但整體半固態(tài)鋁合金模鍛汽車輪轂或半固態(tài)鑄造鋁合金輪轂需要大尺寸的半固態(tài)漿料鑄坯，且成形控制復(fù)雜并需要大型的生產(chǎn)設(shè)備，因而成本仍相對較高。

專利申請?zhí)?2156716.6，2004年6月23日公開，公開號為CN1506177a，公開了“一種無縫鋁輪圈成型方法”，以及專利申請?zhí)?00610050140.5，2006年9月6日公開，公開號為CN1827289a，公開了“一種鍛造鋁合金車輪鍛旋成形工藝”，但兩者成本均較高，其市場競爭力較小。而卷焊鋁合金輪圈成本較低，工藝較成熟，市場競爭力較好。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于選用一種新的制造工藝，制造一種汽車高性能鋁合金車輪，車輪輪輻采用半固態(tài)鋁合金擠壓制造，車輪輞采用鋁合金滾壓或旋壓成形，再將半固態(tài)鋁合金輪輻和滾旋壓成形輪輞焊接成整體汽車車輪。

由于汽車車輪失效多發(fā)生在輪輻部分，顯然半固態(tài)鋁合金制造汽車車輪能大幅度提高車輪抗沖擊性能和疲勞性能等綜合性能；為了降低工業(yè)化難度和成本，采用半固態(tài)鋁合金制造車輪輪輻與滾壓卷焊輪圈焊接在一起是較為合理的工藝選擇。

本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是，制造方法步驟如下：

a、將鋁合金熔化后，相對于鋁合金加入質(zhì)量分數(shù)為0.3％-2.0％范圍的硼鈦合金或者SiB₂等細化劑細化晶粒，并精煉后在靜止?fàn)t中冷卻至合金的液相線溫度-液相線溫度以上10-18℃范圍內(nèi)，保溫20-30分鐘，在半連續(xù)鑄造機上經(jīng)一次冷卻及二次冷卻鑄造出直徑的鋁合金圓柱鑄坯，其鑄造速度為100-200mm/min，冷卻水流量0.05-0.1m³/min；隨后將直徑的鋁合金圓柱鑄坯經(jīng)工頻爐加熱，加熱溫度為液相線溫度以下20-30℃范圍保溫20分鐘，其固相率達到55-70％，再通過固態(tài)觸變擠壓鑄造在1500-3000噸的油壓機上擠壓出不同設(shè)計形狀和大尺寸直徑的鋁合金輪輻，其中壓室溫度為200-350℃，停留時間為10秒；