用於摩擦焊接的輪轂與輪輞搭接方法及其焊接方法

2023-06-10 04:53:56

用於摩擦焊接的輪轂與輪輞搭接方法及其焊接方法
【專利摘要】一種用於摩擦焊的輪轂與輪輞搭接方法，包括如下步驟：（a）分別形成輪輻與輪輞，其中所述輪輻的兩端形成為與輪輞進行裝配的裝配頭；及（b）對所述輪輻和輪輞進行貼邊式過盈裝配，其中所述裝配頭的裝配面與所述輪輻的裝配面接合。根據本發明的搭接方法和焊接方法，實現了輪轂的分體式加工成型，不僅車輪質量輕、強度高，而且車輪美觀、效率高，成本低，提高車輪品質。
【專利說明】用於摩擦焊接的輪轂與輪輞搭接方法及其焊接方法
[0001] _

【技術領域】
[0002] 本發明涉及輪轂的焊接領域，尤其涉及分體式鋁合金輪轂的是輪輞與輪輻的貼邊 式搭接方法和焊接方法。
[0003]

【背景技術】
[0004] 鋁合金輪轂具有輕量化、製造精度高、強度高、減震性好、散熱能力強、外觀成型漂 亮、視覺效果好等優點。現有技術中，鋁合金輪轂的主要製造方法有鑄造和鍛造兩種方法， 其中鑄造主要是重力鑄造和低壓精密鑄造。
[0005] 然而，整體鑄造不僅生產效率低，而且輪轂性能很難穩定，易產生氣孔，密度不均 勻，餘量大，材料浪費嚴重，能耗大；而採用鍛造則需要精密的鍛造設備，而且成品率低，力口 工製造成本較高。
[0006] 為了克服上述兩種製造方法的不足，業界提出了攪拌摩擦焊。攪拌摩擦焊是一種 在機械力和摩擦熱作用下的固相搭接方法。現有的鋁合金輪轂往往採用攪拌摩擦焊。例 如，CN 101530948A中公布了一種輪轂筒段縱縫和環縫的攪拌摩擦焊方法，可通過回抽解決 匙孔問題，但該文獻沒有給出輪輞與輪輻之間的搭配接頭型式。此外，CN101214605A中公 布了一種輪轂製造工藝，其中輪盤和輪輞搭接配合後採用攪拌摩擦焊，搭接配合處的結構 為階梯形結構，但其輪輞採用上下分模的型式。
[0007] 為克服上述整體式輪轂製造方法中產生的不足，目前採用分體式的加工製造方 式，即輪輞、輪輻整體鑄造，通過設計輪輞與輪輻之間的接頭型式並優化焊接方案，對輪輞 與輪輻進行焊接，因此輪轂的性能質量與焊接接頭結構有著直接的關係。
[0008] 因此，業界需要改進的焊接接頭。
[0009]


【發明內容】

[0010] 本發明旨在提供一種輪輞與輪輻的攪拌摩擦焊焊接方案，其採用新型接頭設計型 式，利用攪拌摩擦焊獲得性能優良的輪轂，並採用攪拌摩擦點焊去除匙孔，提高輪轂的氣密 性、安全性和美觀性。
[0011] 本發明的一個方面為一種用於摩擦焊的輪輻與輪輞搭接方法，包括如下步驟： (a)分別形成輪輻與輪輞，其中所述輪輻的兩端形成為與輪輞進行裝配的裝配頭；及（b)對 所述輪輻和輪輞進行貼邊式過盈裝配，其中所述裝配頭的裝配面與所述輪輻的裝配面接 合。
[0012] 一些實施例中，所述裝配頭形成為矩形。
[0013] 一些實施例中，所述裝配頭形成為楔形。
[0014] 本發明的另一方面為一種輪輻與輪輞的摩擦焊焊接方法，包括如下步驟：（1)形 成如前述權利要求中任一項所述的輪輻與輪輞連接；（2)利用攪拌摩擦焊接對所述輪輻和 所述輪輞進行定位焊接；及（3)利用攪拌摩擦焊接對所述輪輞和所述輪輻進行焊接。一些 實施例中，從所述輪輞的外側進行摩擦焊接，另一些實施例中，從所述輪輞的內側進行摩擦 焊接。
[0015] 一些實施例中，所述步驟（2)中的摩擦參數小於所述步驟（3)中的摩擦參數。
[0016] 一些實施例中，所述步驟（2)中，當引用權利要求2時，摩擦焊接的攪拌頭的直徑 所述裝配頭的長度（D1)的1/2,攪拌針的長度為所述輪輞的壁厚與所述裝配頭的厚度之和 的一半；當引用權利要求3時，攪拌頭直徑為所述裝配頭的長度（D2)的1/2,攪拌針的長度 大於H tl且小於H2，其中Htl為輪輞的壁厚，H2為輪輞的壁厚與輪輻貼邊最厚處厚度的總和。
[0017] 一些實施例中，所述步驟（3)中，當引用權利要求2時，攪拌頭直徑為所述裝配 頭的長度（D 1)的2/3,長度為H1- (0.5mnTlmm)，其中H1為輪輞壁厚與輪輻的貼邊厚度 的總和；當引用權利要求3時，攪拌頭的直徑為所述裝配頭的長度（D 2) 1/2,長度為Htl, 其中Htl為輪輞的壁厚，；並且焊接厚度t :6~8mm，攪拌頭轉速V :60(T800rpm，焊接速度： v/r，其中r為所述輪轂的半徑。
[0018] 一些實施例中，還包括： (3)採用同質鋁合金材料對匙孔進行填充處理，並採用攪拌摩擦點焊對其進行補焊。
[0019] 一些實施例中，所述步驟（3)中，加持力為(T30kN，攪拌工具可旋轉速度範圍為 0?3000rad/min。
[0020] 一些實施例中，還包括：（4)對焊接成型的所述輪轂進行熱處理。
[0021] 一些實施例中，所述步驟（4)中，所述熱處理包括固溶處理，其中固溶處理規範為： 535°C保溫60min+水淬，水淬溫度不大於30°C;及人工時效，所述人工時效規範為：200°C保 溫8小時+空冷。
[0022] 根據本發明的搭接方法和焊接方法，實現了輪轂的分體式加工成型，不僅車輪質 量輕、強度高，而且車輪美觀、效率高，成本低，提高車輪品質。
[0023] 結合附圖，根據下文的通過示例說明本發明主旨的描述可清楚本發明的其他方面 和優點。
[0024]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它 特徵、目的和優點將會變得更明顯： 圖1為示出本發明搭接形式的示意圖； 圖2為根據本發明實施例的外側焊接方案的示意圖；及 圖3為根據本發明實施例的內側焊接方案的示意圖。
[0026] 附圖中相同或相似的附圖標記代表相同或相似的部件。
[0027]

【具體實施方式】
[0028] 參見示出本發明實施例的附圖，下文將更詳細地描述本發明。然而，本發明可以以 許多不同形式實現，並且不應解釋為受在此提出之實施例的限制。相反，提出這些實施例是 為了達成充分及完整公開，並且使本【技術領域】的技術人員完全了解本發明的範圍。這些附 圖中，為清楚起見，可能放大了層及區域的尺寸及相對尺寸。
[0029] 應理解，本發明的描述/圖示為單個單元的部分可存在於兩個或兩個以上的物理 上獨立但合作實現所描述/圖示之功能的實體。此外，描述/圖示為兩個或兩個以上物理 上獨立的部分可集成入一個單獨的物理上實體以進行所描述/圖示的功能。
[0030] 現參考圖Γ3詳細描述根據本發明實施例的用於摩擦焊接的輪轂與輪輞搭接方 法。
[0031] 根據本發明實施例的用於摩擦焊的輪輻2與輪輞1搭接方法中，首先分別形成輪 輻2與輪輞1。本發明的分體式鋁合金輪轂由輪輞1和帶邊3的輪輻2構成，如圖1所示。 可通過鑄造或鍛造出所述輪輻2和所述輪輞1。
[0032] 所述輪輻2的兩端形成為與輪輞1進行裝配的裝配頭。為與攪拌摩擦點焊定位連 接、攪拌摩擦焊成型連接相匹配，所述裝配頭可有兩種結構。一種是適應外側連接的搭接接 頭，如圖2所示；另一種是適應內側連接的搭接接頭，如圖3所示。
[0033] 如圖2所示，所述裝配頭形成為矩形，其長度為D1。如圖3所示，所述裝配頭形成 為楔形，其長度為D 2。
[0034] 根據本發明實施例的搭接方法還包括對所述輪輻2和輪輞1進行貼邊3式過盈裝 配。所述裝配頭的裝配面與所述輪輻2的裝配面接合。帶邊3的輪幅與輪輞1內側邊3貼 合裝配，形成貼邊3式搭接接頭型式。由於裝配頭具有兩種形式，則該貼邊3式搭接接頭設 計也有兩種形式。採用如圖2所示裝配頭的搭接形式稱為外搭接形式，採用如圖3所示裝 配頭的搭接形式稱為內搭接形式 現參考圖Γ3詳細描述根據本發明實施例的對利用前述搭接形式的摩擦焊焊接方法。
[0035] 首先，形成如前述搭接形式的輪輻2與輪輞1連接。輪輻2與輪輞1的搭接如前所 述，不再贅述。其次，利用攪拌摩擦焊接對所述輪輻2和所述輪輞1進行定位焊接。此後， 利用攪拌摩擦焊接對所述輪輞1和所述輪輻2進行焊接。當利用外搭接形式時，從所述輪 輞1的外側進行摩擦焊接；並且當利用內搭接形式時，從所述輪輞1的外側進行摩擦焊接。
[0036] 下文詳細描述焊接的操作。
[0037] 根據本發明的方法，首先對所述輪輻2和所述輪輞1進行定位焊接，然後再進行實 際的焊接，因此，多位焊接的摩擦參數小於實際焊接的摩擦參數。
[0038] 在所述定位焊接中，當使用外搭接形式時，摩擦焊接的攪拌頭的直徑所述裝配頭 的長度D 1的1/2,攪拌針的長度為所述輪輞1的壁厚與所述裝配頭的厚度之和的一半。當 使用內搭接形式時，攪拌頭直徑為所述裝配頭的長度D 2的1/2,攪拌針的長度大於Htl且小 於H2，其中Htl為輪輞的壁厚，H 2為輪輞的壁厚與輪輻貼邊最厚處厚度的總和。
[0039] 在所述實際焊接中，當使用外搭接形式時，攪拌頭直徑為所述裝配頭的長度（D1) 的2/3,長度為H 1- (0. 5mnTlmm);當使用內搭接形式時，攪拌頭的直徑為所述裝配頭的長度 (D2) 1/2,長度為Htl，其中H1為輪輞壁厚與輪輻的貼邊厚度的總和。實際焊接中，焊接厚度 t :6~8mm，攪拌頭轉速V :60(T800rpm，焊接速度：v/r，其中r為所述輪轂的半徑。
[0040] 較佳實施例中，所述摩擦焊焊接方法還包括採用同質鋁合金材料對匙孔進行填充 處理，並採用攪拌摩擦點焊對其進行補焊。補焊中，加持力為(T30kN，攪拌工具可旋轉速度 範圍為 O?3000rad/min。
[0041] 較佳實施例中，所述摩擦焊焊接方法，還包括對焊接成型的所述輪轂進行熱處理。 一實施例中，所述熱處理包括固溶處理，其中固溶處理規範為：535°C保溫60min+水淬，水 淬溫度不大於30°C。另一實施例中，所述熱處理包括及人工時效，所述人工時效規範為： 200°C保溫8小時+空冷。
[0042] 本發明具有如下優點： (1) 根據本發明的搭接方法和焊接方法，實現了輪轂的分體式加工成型，不僅車輪質量 輕、強度高，而且車輪美觀、效率高，成本低，提高車輪品質； (2) 根據本發明的搭接方法和焊接方法，可使用輪輞內側和外側攪拌摩擦焊的方案，進 一步提1?加工的靈活性； (3) 根據本發明的搭接方法和焊接方法，先進行定位焊接，然後在進行實際的連接焊 接，進一步提高加工精度； (4) 根據本發明的搭接方法和焊接方法，在焊接後進行熱處理，提高焊接性能。
[0043] 對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在 不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論 從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權 利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有 變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。此 夕卜，顯然"包括" 一詞不排除其他單元或步驟，單數不排除複數。系統權利要求中陳述的多 個單元或裝置也可以由一個單元或裝置通過軟體或者硬體來實現。第一，第二等詞語用來 表示名稱，而並不表示任何特定的順序。
【權利要求】
1. 一種用於摩擦焊的輪輻與輪輞搭接方法，其特徵在於，包括如下步驟： (a) 分別形成輪輻與輪輞，其中所述輪輻的兩端形成為與輪輞進行裝配的裝配頭；及 (b) 對所述輪輻和輪輞進行貼邊式過盈裝配，其中所述裝配頭的裝配面與所述輪輻的 裝配面接合。
2. 根據權利要求1所述的搭接方法，其特徵在於，所述裝配頭形成為矩形。
3. 根據權利要求1所述的搭接方法，其特徵在於，所述裝配頭形成為楔形。
4. 一種輪輻與輪輞的摩擦焊焊接方法，其特徵在於，包括如下步驟： (1) 形成如前述權利要求中任一項所述的輪輻與輪輞連接； (2) 利用攪拌摩擦焊接對所述輪輻和所述輪輞進行定位焊接；及 (3) 利用攪拌摩擦焊接對所述輪輞和所述輪輻進行焊接， 其中，當引用權利要求2時，從所述輪輞的外側進行摩擦焊接；並且當引用權利要求3 時，從所述輪輞的內側進行摩擦焊接。
5. 根據權利要求4所述的摩擦焊焊接方法，其特徵在於，所述步驟（2)中的摩擦參數 小於所述步驟（3)中的摩擦參數。
6. 根據權利要求5所述的摩擦焊焊接方法，其特徵在於，所述步驟（2)中，當引用權利 要求2時，摩擦焊接的攪拌頭的直徑所述裝配頭的長度（0:)的1/2,攪拌針的長度為所述輪 輞的壁厚與所述裝配頭的厚度之和的一半；當引用權利要求3時，攪拌頭直徑為所述裝配 頭的長度（D2)的1/2,攪拌針的長度大於Htl且小於H2，其中H tl為輪輞的壁厚，H2為輪輞的壁 厚與輪輻貼邊最厚處厚度的總和。
7. 根據權利要求5所述的摩擦焊焊接方法，其特徵在於，所述步驟（3)中，當引用權利 要求2時，攪拌頭直徑為所述裝配頭的長度（D1)的2/3,長度為H1- (0. 5mnTlmm)，其中H1為輪輞壁厚與輪輻的貼邊厚度的總和；當引用權利要求3時，攪拌頭的直徑為所述裝配頭 的長度（D2) 1/2,長度為Htl，其中Htl為輪輞的壁厚，；並且焊接厚度t :6~8mm，攪拌頭轉速V :600?800rpm，焊接速度： v/r,其中 r為所述輪轂的半徑。
8. 根據權利要求4或5所述的摩擦焊焊接方法，其特徵在於，還包括： (3) 採用同質鋁合金材料對匙孔進行填充處理，並採用攪拌摩擦點焊對其進行補焊。
9. 根據權利要求7所述的摩擦焊焊接方法，其特徵在於，所述步驟（3)中，加持力為 0?30kN，攪拌工具可旋轉速度範圍為(T3000rad/min。
10. 根據權利要求4或5所述的摩擦焊焊接方法，其特徵在於，還包括： (4) 對焊接成型的所述輪轂進行熱處理。
11. 根據權利要求9所述的摩擦焊焊接方法，其特徵在於，所述步驟（4)中，所述熱處 理包括固溶處理，其中固溶處理規範為：535°C保溫60min+水淬，水淬溫度不大於30°C ;及 人工時效，所述人工時效規範為：200°C保溫8小時+空冷。
【文檔編號】B23K20/12GK104339078SQ201310320721
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年7月29日 優先權日:2013年7月29日
【發明者】吉華, 徐萌, 喬汝旺, 蔣舒斐, 姚君山 申請人:上海航天設備製造總廠