【導(dǎo)讀】加工等優(yōu)點(diǎn)，是用于制造車輪等的良好減振材料?？纱蠓葴p輕重量，降低啟動(dòng)和行駛。運(yùn)行速度，改善操作穩(wěn)定性。的結(jié)構(gòu)可以多樣化，可以很好地滿足各類使用者的審美要求?？?，國(guó)際汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，節(jié)能化、輕量化成為我國(guó)汽車工藝發(fā)展的必然趨勢(shì)，法有了較大的進(jìn)步。因此，加強(qiáng)對(duì)汽車鋁合金輪轂生產(chǎn)制造的研究是很有必要的。納出鍛造鋁合金輪轂的具體鍛造工藝。⑴畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）正文以及模具設(shè)計(jì)圖紙；⑵一篇引用的外文文獻(xiàn)及其譯文；⑶附不少于10篇主要參考文獻(xiàn)的題錄及摘要。的缺陷，直接影響了整車性能。本文針對(duì)輪轂加工與使用中存在的問(wèn)題，開展了鋁合金。依據(jù)輪轂的機(jī)械強(qiáng)度和服役要求，選擇確定了7A04鋁合金作為輪轂的制造材料，并討論確定了7A04鋁合金擠壓成形工藝參數(shù)及熱處理規(guī)范。輪轂屬典型的寬階梯凸緣。的成形提供了重要的指導(dǎo)。性能測(cè)試結(jié)果表明，7A04鋁合金輪轂的抗拉強(qiáng)度達(dá)到610～。量由31Kg減為（減重%），達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，實(shí)際中應(yīng)用取得了良好的效果。

　　

【正文】 圖 如圖 31所示輪轂不是軸對(duì)稱形狀，輪轂零件的內(nèi)孔凸臺(tái)右側(cè)有凸起而左側(cè)沒有，將擠壓件設(shè)計(jì)為如圖 32 所示的軸對(duì)稱形式，在降低擠壓成形難度的同時(shí)也降低了后續(xù)機(jī)械加工的難度。如果擠壓件是不對(duì)稱形狀，在機(jī)械加工時(shí)不能在車床上裝夾只能采用數(shù)控銑加工。 孫俊豪： 7A04 鋁合金輪轂擠壓成形與模具設(shè)計(jì) 14 因?yàn)閿D壓件尺寸比較大，階梯比大，因此在擠壓過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生偏心，豎直方向尺寸為 203mm，在擠壓件設(shè)計(jì)中水平方向留出 3mm 的加工余量，豎直方向留出 15mm 的加工余量。擠壓件的底厚為 10mm，拔模斜度為 度 [21]。 依據(jù)用戶對(duì)輪轂零件的外形、服役條件等的要求，綜合考慮以上條件決定采用擠壓成形的方式制造輪轂零件，應(yīng)該可以滿足輪轂要求的高強(qiáng)度和耐久性要求。設(shè)計(jì)的擠壓件圖如圖 33 圖 輪轂擠壓件零件圖安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 輪轂擠壓成形工藝路線確定 鋁合金輪轂的擠壓方式 根據(jù)前一章所確定的輪轂材料將 7A04 鋼坯按照輪胎的寬度和規(guī)定的長(zhǎng)度進(jìn)行切割，為了提高工藝塑形和盡量減小變形抗力，根據(jù)合金相圖選擇合金處于單相區(qū)內(nèi)變形來(lái)確定其鍛造溫度范圍，其原理是單相合金塑形最好因此變形抗力最小。 對(duì)于可熱處理強(qiáng)化 的鋁合金，盡管熱處理參數(shù)對(duì)鍛件的組織和性能起決定性的影響，但是，工廠生產(chǎn)實(shí)踐表明，鍛件的鍛后組織直接影響鍛件的熱處理后的組織和性能；因此，對(duì)于熱處理可強(qiáng)化的鋁合金，鍛造溫度仍然是取得最佳鍛件組織和性能的重要因素。 變形溫度對(duì)于鋁合金之所以有如此重要的作用，是因?yàn)榧訜峄蝈懺鞙囟冗^(guò)高鍛件將形成粗晶組織；若鍛造溫度過(guò)低，鍛件產(chǎn)生加工硬化，在隨后的熱處理過(guò)程中，局部加工硬化區(qū)域的啟動(dòng)能大，首先產(chǎn)生再結(jié)晶，隨后晶粒急劇長(zhǎng)大形成粗晶，從而降低鍛件性能。 根據(jù)以上原理再將坯料在 480℃加熱使其變軟，根據(jù)以往的輪轂實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn) ，鋁合金輪轂的成形變形抗力大，可以采用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備： 4THP616300KN 液壓機(jī)，公稱壓力 6300KN，壓力 位移測(cè)試系統(tǒng)對(duì)鋁合金輪轂進(jìn)行擠壓成形。在擠壓過(guò)程中，被擠壓金屬在變形區(qū)能獲得比其他成形方式更為強(qiáng)烈和均勻的三向壓縮應(yīng)力狀態(tài)，這就充分發(fā)揮被加工金屬本身的塑性，所以 7A04 擠壓鋁輪轂的承受沖擊力，剪切力，拉伸載荷等性能參數(shù)均大大高于傳統(tǒng)鑄造法的鋁輪轂，擠壓鋁輪轂的成品表面無(wú)氣孔，比強(qiáng)度高?？梢灾苽涑鼍C合機(jī)械性能更強(qiáng)的擠壓成形輪轂。7A04 鋁輪轂擠壓成形后的輪轂水平方向可以只留下 3～ 5mm 的機(jī)械加工 余量，比傳統(tǒng)的低壓鑄造的方式減少機(jī)械加工材料約 50%左右，大大減小了材料的浪費(fèi)[16]。 本鋁合金輪轂應(yīng)嚴(yán)格控制粗晶環(huán)缺陷 ,因此反向擠壓具有非常大的優(yōu)勢(shì)。與正向擠壓相比 ,反向擠壓（反擠的示意圖如圖 34 所示）可降低擠壓 30～ 40%,提高擠壓速度 ～ 1 倍 , 提高成品率 10～ 20% ,制品的尺寸精度高 ,組織和性能均勻。在模具設(shè)計(jì)的過(guò)程中注意凸模的圓角過(guò)渡和拔模斜度 ,可以獲得合格的反擠壓件。輪轂采用的 7A04 鋁合金材料強(qiáng)度大，所以變形抗力也會(huì)大。因此在成形過(guò)程中設(shè)計(jì)兩層組合凹模，以組合模的形式加強(qiáng)凹模的承力 強(qiáng)度。模具工作部分采用不同的結(jié)構(gòu)形式 ,對(duì)單位擠壓力的影響也不同。因此 ,其對(duì)許用變形程度值也有較大的影響。毛坯表面軟化及潤(rùn)滑處理將嚴(yán)重影響到單位擠壓力的大小 ,因此在輪轂成形過(guò)程前保證良好的潤(rùn)滑措施。 1凸模 2工件 3凹模 圖 34 反擠壓件示意圖 孫俊豪： 7A04 鋁合金輪轂擠壓成形與模具設(shè)計(jì) 16 由于輪轂零件的材料為超硬鋁合金 7A04,其供應(yīng)狀態(tài)存在較大的偏析，強(qiáng)度雖高但塑性差 ,難以進(jìn)行大變形量的反擠壓成形加工。因此對(duì)毛坯需進(jìn)行充分的均勻化處理 ,以提高塑性和降低變形抗力。如此可滿足反擠壓成形工藝的要求。反擠壓制品零件的精度高，制品表面的質(zhì)量也 較好。針對(duì)我輪轂零件對(duì)后續(xù)裝配位置的要求，選擇擠壓成形是可行的。 擠壓工藝路線的確定 輪轂的成形工藝采用大變形、等溫多次變形。下料后反擠成一定高度的筒形件，擴(kuò)口為后續(xù)的鐓擠做好準(zhǔn)備，最后依照擠壓件圖的外形要求鐓擠階梯型寬凸緣。工藝路線為：下料 —— 反擠壓 —— 擴(kuò)口 —— 鐓擠精整 —— 熱處理 —— 機(jī)加。如圖 35所示： 圖 35 輪轂擠壓工藝路線圖 工藝參數(shù)計(jì)算 ⑴ 擠壓坯料尺寸確定 根據(jù)擠壓件圖并按照毛坯體積等于擠壓件體積的原則，擠壓后還 要進(jìn)行切削加工， 所以計(jì)算毛坯體積時(shí)要加上修邊余量，即： VpVsV ??0 （ 32） V0毛胚體積 Vp擠壓件體積 Vs修編余量體積 根據(jù)擠壓零件的尺寸計(jì)算得出：毛胚體積是 6890000 立方毫米，擠壓零件的最終重量約為 。坯料直徑的大小直接會(huì)影響到凸模在成形過(guò)程中的總功的大小，實(shí)驗(yàn)中的材料選擇為φ 190mm 的 7A04 棒料。 7A04 鋁合金塑性性能的好壞和原始坯料的制作方式以及原始坯料的組織狀態(tài)有著非常密切的關(guān)系。7A04 材料的坯料不一定要在變形過(guò)程前就具有大量細(xì)化的晶粒，據(jù)資料顯示在7A04 鋁合金變形超過(guò) 20%～ 50%時(shí)晶粒就會(huì)出現(xiàn)細(xì)化現(xiàn)象， 7A04 在塑性成形過(guò)程中也會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶、等軸化、組織均勻化等現(xiàn)象。因此在坯料的選擇時(shí)晶粒越細(xì)小、等軸化高、組織均勻的材料被認(rèn)為具有最好的塑性變形能力。 坯料選擇為由哈爾濱東輕特種材料有限公司提供的 7A04 棒材，下料在全自動(dòng)帶鋸床上進(jìn)行，鋸切成的棒料作為輪轂的坯料，擠壓前對(duì)毛坯進(jìn)行表面清理，將毛坯上所有毛刺、油污、鋁屑及其它臟物去除。 ⑵ 反擠壓變形程度 擠壓件的形狀和尺寸，毛坯的體積確定后，計(jì)算變形程度，擠壓加工中表示安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 變形程度的大小有很多方法如斷面收縮率、擠壓比等，本試驗(yàn)采用擠壓比表示。 反擠壓變形程度的計(jì)算： 202020 dDDR ???反 （ 33） D0毛胚外徑 d0擠壓件內(nèi)徑 R 反 擠壓比 從上式可以計(jì)算出 202020 dDDR ???反 = 2 51 9 21 9 7 222 ??? （ 34） 經(jīng)換算斷面收縮率 : ? ? %%1 0 011 ????? 反RA? （ 35） 斷面收縮率在許用范圍內(nèi)。 ⑶ 反擠壓力：綜合考慮影響變形抗力的各種因素，當(dāng)單位壓力超過(guò)模具材料的許用單位壓力時(shí)，應(yīng)采用多次成形或者采用材料變形抗力較小的擠壓，否則模具將會(huì)損壞。溫?cái)D壓模具鋼的許用單位擠壓力一般為 2020MPa～ 2500MPa[12]，本實(shí)驗(yàn)擠壓力計(jì)算采用經(jīng)驗(yàn)公式： 本公式適合于平底凸模反擠 壓 ,（ σ b 取為 Mpa)采用直接反擠壓成形擠壓力估算如下： ? ?? ? bddDP ????????? [12] （ 36） P反擠壓的擠壓力（ KN） D反擠壓凹模的工作直徑（ mm） d反擠壓凸模的工作直徑（ mm） σ b擠壓終了時(shí)金屬的強(qiáng)度極限（ Mpa） 本公式適合與平底凸模反擠壓，（ σ b取為 ）采用直接反擠壓成型擠壓力估算如下： ? ?? ? bddDP ????????? （ 37） = [8+1/(197/1251)] 12522 103= 可采用型號(hào)為 630T 壓力機(jī) ,公稱壓力為 6300 KN, 所需的擠壓力小于設(shè)備提供的壓力， 本章小結(jié) ⑴ 選擇確定了 7A04 鋁合金作為輪轂的制造材料，并討論確定了 7A04 鋁合金擠壓成形工藝參數(shù)及熱處理規(guī)范。 ⑵ 輪轂凸緣與筒部直徑差別大，根據(jù)輪轂零件的形狀特點(diǎn)，結(jié)合 7A04 鋁合金的成形特性，設(shè)計(jì)了鋁合金輪轂擠壓件圖，制定了鋁合金輪轂反擠壓 —— 擴(kuò)口—— 鐓擠成形工藝 孫俊豪： 7A04 鋁合金輪轂擠壓成形與模具設(shè)計(jì) 18 第 4 章 輪轂成形模具設(shè)計(jì) 引 言 溫?cái)D時(shí)由于需要將毛坯加熱，因此，在連續(xù)生產(chǎn)時(shí)模具的溫度比冷擠時(shí)升的更高，可達(dá) 300℃～ 500℃。這就要求溫?cái)D模具不但象冷擠那樣能夠經(jīng)得住高壓作用，而且具有抗中溫破壞的足夠硬度、強(qiáng)度和韌性；還要在反復(fù)變形應(yīng)力和熱應(yīng)力作用下，具有高的耐磨性，耐疲勞性能。溫?cái)D壓模具在設(shè)計(jì)時(shí)基本上沿用了冷擠壓模具的設(shè)計(jì)原則。如：為了利于金屬流動(dòng)，減少摩擦阻力，反擠凸模和正擠凹模都必須設(shè)計(jì)有工作帶 ，凹模采用預(yù)應(yīng)力圈以確保強(qiáng)度等。但是，基于溫?cái)D壓本身的特點(diǎn)，在鋁合金輪轂的模具設(shè)計(jì)過(guò)程中我們主要了注意下列幾點(diǎn) :[13] ⑴ 在擠壓過(guò)程中，模具工作零件的某些部分被加熱到很高的溫度而使硬度降低，加速磨損。這樣，在設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)時(shí)，擴(kuò)口和鐓擠等容易磨損部分的鑲塊便于更換修補(bǔ)。 ⑵ 設(shè)計(jì)組合凹模要考慮由于溫度的關(guān)系而發(fā)生的尺寸變化對(duì)預(yù)應(yīng)力效果的影響。 ⑶ 卸料裝置 擠壓時(shí)的卸件工作，一般都是利用設(shè)備的下頂桿來(lái)帶動(dòng)擠壓模的卸件裝置工 作。本文中的卸料采用了頂桿定出，卸料板擋下工件進(jìn)行卸料。 ⑷ 導(dǎo)向裝置 為了使凸、凹模工作時(shí)的中心一致，保證擠壓件的尺寸精度，減少模具所受的偏心負(fù)荷，本文采用了芯軸來(lái)起到擠壓過(guò)程定位和防止失穩(wěn)的作用。 ⑸ 模具的表面粗糙度 在擠壓過(guò)程中金屬流動(dòng)劇烈，擠壓凸模的工作部分和凹模型腔要求具有較小的表面粗糙度，借以提高擠壓件的表面質(zhì)量，減少模具磨損。熱擠壓模的表面粗糙度一般為 微米。 ⑹ 擠壓成形時(shí)模具通常要加熱，模具預(yù)熱可使模 具表面溫度與坯料溫度之間的溫差降低，從而大大減少模具表層的熱應(yīng)力，延長(zhǎng)了模具的壽命。此外，預(yù)熱模具將使擠壓金屬表層冷卻減緩，這無(wú)疑將有利于金屬流動(dòng)和充填。對(duì)于流動(dòng)性差的鋁合金來(lái)說(shuō)，模具預(yù)熱就尤為重要。預(yù)熱溫度視所用設(shè)備類型而定，使用速度較慢的液壓機(jī)，特別是小公差或形狀復(fù)雜的零件時(shí)，模具應(yīng)預(yù)熱到 450℃。 ⑺ 為了提高擠壓件和模具的壽命，應(yīng)經(jīng)常清除沉積在模腔內(nèi)的潤(rùn)滑劑殘?jiān)? 7A04鋁合金輪轂成形模具設(shè)計(jì) 反擠壓模具設(shè)計(jì) ⑴ 反擠 壓凸模的設(shè)計(jì) 凸模的工作帶外徑 d 應(yīng)取與擠壓件孔徑相同的尺寸?？紤]到工作帶會(huì)磨損，而反擠壓后，擠壓件孔的尺寸要縮小 ～ ，因此凸模工作帶的外徑，一般擠壓件孔徑的最大尺寸設(shè)計(jì)。凸模的前段高度 則與擠壓件的材料有關(guān)，一般取 h ≤ 。擠壓鋁合金的時(shí)候，取 h 5d，這時(shí)最好利用凹?？讓?dǎo)向。一般的溫?cái)D反擠壓凸模的尺寸可以參考下列數(shù)據(jù)如圖 41 示意： [20] d1=(～ )d ； h=(～ )mm ； d2=d(～ )mm ； h2=1/2d32 ； 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 d3=(～ )d ； α =1176。～ 2 176。 ； d4=(～ )d ； Q=4176?！? 5 176。 圖 41 凸模設(shè)計(jì)原則示意圖 凸模工作部分的長(zhǎng)度 h1 應(yīng)進(jìn)行縱向彎曲穩(wěn)定性校核。凸模工作 部分的長(zhǎng)徑比 h\d不僅和被擠壓的材料有關(guān)，還與凸模材料和承受的單位擠壓力有關(guān)。本章采用第二章所述的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算所得結(jié)果： ? ?? ? bddDP ????????? [23] （ 38） = [8+1/(197/1251)] 12522 103= 設(shè)備可以提供所需的擠壓力。依據(jù)以上的設(shè)計(jì)原則可以設(shè)計(jì)輪轂反擠壓凸模如圖 所示凸模 d=φ 125mm,R=20mm，凸模表面光潔度為 Ra=： 圖 42 反擠壓凸模 孫俊豪： 7A04 鋁合金輪轂擠壓成形與模具設(shè)計(jì) 20 ⑵ 反擠壓凹模設(shè)計(jì) 反擠壓凹模的型腔深度可以按下式計(jì)算： ? ?mmRrhh 3~2???? [12]（ 39） 式中： h —— 毛坯的厚度 mm； r —— 凹模入口處的圓角半徑，一般采用 r =2～ 3mm； R —— 凹模底部圓角半徑 mm。 組合凹模的設(shè)計(jì)：等溫?cái)D壓時(shí)，單位壓力較大，整體擠壓凹模在擠 壓時(shí)容易產(chǎn)生縱向裂紋，因而通常采用加預(yù)應(yīng)力圈的組合凹模，以改善凹模工作時(shí)的應(yīng)力分布情況，防止凹模發(fā)生脹裂。組合凹模一般有兩層和三層的兩種結(jié)構(gòu)。其尺寸關(guān)系如圖 43 所示： 圖 43 兩層組合凹模設(shè)計(jì)原則示意圖 【 15】 增大凹模外徑和凹模內(nèi)徑的總直徑比 a 可使危險(xiǎn)截面的應(yīng)力值減小。生產(chǎn)中一般采用的 a值為 4～ 6。因此直徑比： 6~41331 ??? dda （ 310） 311221 ???? adda ? ? 13 6~4 dd ? 設(shè)計(jì)反擠壓凹模如圖 44； 圖 44 反擠壓組合凹模 組合凹模的壓合 ,一般在液壓機(jī)上進(jìn)行。壓合角γ一般采用 1176。 30′。若是γ超過(guò) 3176。各圈在使用過(guò)程中容易松脫。在本次輪轂成形中我們采用γ =176。； 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 凹模內(nèi)圈采用模具鋼時(shí)，在常溫情況下 ,先將中圈壓入外圈，最后再將內(nèi)圈壓入。如要壓出時(shí)，應(yīng)先將內(nèi)圈壓出，然后再壓出中圈。壓合后內(nèi)圈孔徑會(huì)有一點(diǎn)縮小，需要修型。 ⑶ 反擠壓模具裝配圖。反擠壓工序模具裝配圖如圖 45 示： 圖 45 反擠壓模具裝配圖 1銷釘 2頂桿 3螺釘 4下模板 5下墊板 6頂板 7凹模 8預(yù)應(yīng)力圈 9凸模 10卸料螺釘 11卸料板 12墊片 13接座 14上模板 15螺釘 16銷釘 擴(kuò)口模具設(shè)計(jì) 【 15】 ⑴ 擴(kuò)口成形凸模設(shè)計(jì)：圖 46 為擴(kuò)口成形凸模，擴(kuò)口凸模錐度根據(jù)上一章計(jì)算： ? ?? ? ?????? 102742195379a r c t a n2? 【 23】 （ 311） 頂部的過(guò)渡圓角為 R=2mm： 圖 46 墩擠成形凸模 ⑵ 擴(kuò)口模具裝配圖 如圖 47 所示，在相關(guān)文獻(xiàn)查到的數(shù)值模擬過(guò)程中取 R10 時(shí)，擴(kuò)口零件直壁與擴(kuò)口部分圓角 R過(guò)小而在鐓擠階段出現(xiàn)了折疊缺陷，方案優(yōu)化后把過(guò)渡圓角定為 R20，可以獲得尺寸質(zhì)量都很好的零件，因此在擴(kuò)口模具的凹模中圓角的尺寸定為 R=20mm: 孫俊豪： 7A04 鋁合金輪轂擠壓成形與模具設(shè)計(jì) 22 圖 47 擴(kuò)口模裝配圖 1銷釘 2頂桿 3下模板 4螺釘 5下墊板 6頂板 7凹模 8預(yù)應(yīng)力圈 9凸模芯軸 10凸模 11凸模墊板 12上模板 13螺釘 14銷釘 鐓擠模具設(shè)計(jì) 【 15】 ⑴ 鐓擠模具凸模設(shè)計(jì)：如圖 48 所示為鐓擠成形凸模，根據(jù)零件的最終尺寸以及擠壓件圖的要求，凸模頭部的斜度為 15176。、凸模外側(cè)的斜度為 6176。、各圓角尺寸如圖 圖 48 鐓擠成形凸模 鐓擠成形過(guò)程中的熱量損失容易導(dǎo)致如圖所示的凸臺(tái)高度不到標(biāo)準(zhǔn)，所以在實(shí)際操作中成形結(jié)束后注意測(cè)量，鐓擠成形模具裝配圖如圖 49所示 : 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 49 鐓擠模裝配圖 1銷釘 2頂桿 3下模板 4螺釘 5下墊板 6頂板 7凹模 8預(yù)應(yīng)力圈 9凸模芯軸 10凸模 11凸模墊板 12上模板 13螺釘 14銷釘 模具材料的選擇 擠壓模具的材料應(yīng)該具備的條件是： ① 在工作條件下具備有良好的綜合機(jī)械性能。 ② 在工作條件下具備良好的組織穩(wěn)定性。 ③ 在工作條件下具有良好的抗冷、熱疲勞性能。 ④ 具有良好的工藝性能。 ⑤ 具有良好的冶金質(zhì)量。 因此，根據(jù)模具不同部分的受力情況，凸模、凹模、預(yù)應(yīng)力圈受力較大工作條件特殊，所以決定采用 40Cr 為模具材料。其余部分采用 45號(hào)鋼并加以一定熱處 理達(dá)到要求硬度即可。 本章小結(jié) 參考文獻(xiàn)數(shù)值模擬結(jié)果，設(shè)計(jì)完成了反擠壓模具、擴(kuò)口模具、鐓擠模具。根據(jù)溫?cái)D模具的要求，模具工作零件采用了 40Cr、其余零件采用 45鋼，加以一定熱處理可滿足成形模具使用要求。孫俊豪： 7A04 鋁合金輪轂擠壓成形與模具設(shè)計(jì) 24 結(jié)論與展望 1 結(jié)論： 本文以某輪式車輛輪轂為研究對(duì) 7A04 鋁合金的成形特性，分析設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究相結(jié)合，開展了鋁合金輪轂的加工與應(yīng)用研究。主要結(jié)論如下： ⑴ 根據(jù)