提升車輪的整體強度的鋁合金輪轂熱旋工藝的製作方法
2023-10-22 05:00:52
技術領域：
本發明涉及普通鋁合金輪轂，具體涉及提升車輪的整體強度的鋁合金輪轂熱旋工藝。
背景技術：
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隨著汽車行業的迅猛發展，現代汽車節能降耗要求的不斷高漲，安全和環保法規日趨嚴格，汽車輕量化的要求更為迫切。由於鋁合金車輪的廣泛使用，其美觀、大氣、多變的外形設計也為汽車增色不少。目前，中國汽車市場上，轎車鋁合金車輪使用率至少已達到轎車市場總量的70份以上。而據有關方面統計，2003年這一比例為50份左右。鋁合金質量輕、強度高、成形性好、價格適中、回收率高，對降低汽車自重、減少油耗、減輕環境汙染與改善操作性能等有著重大意義，已成為汽車工業的首選材料。輕合金輪轂在汽車輕量化進程中扮演了越來越重要的角色，特別是鋁合金輪轂以其美觀、質輕、節能、散熱快、耐腐蝕、加工性好等特點，正逐步取代鋼質輪轂而成為最佳選擇。目前鋁合金輪轂的成形方法主要有鑄造法、鍛造法和旋壓法等，本文對鋁合金輪轂各種成形工藝的研究和應用情況進行綜述，從拷慮輪轂質量和製造成本等問題的角度，著重探討了各種鋁合金輪成形工藝；
鍛造是鋁輪轂應用較早的成形工藝之一。鍛造鋁輪轂具有強度高、抗蝕性好、尺寸精確、加工量小等優點，一般情況其重量僅相當於同尺寸鋼輪的1/2或更低。鍛造鋁輪轂的晶粒流向與受力的方向一致，其強度、韌性與疲勞強度均顯著優於鑄造鋁輪轂。同時，性能具有很好地再現性，幾乎每個輪轂具有同樣的力學性能。鍛造鋁輪轂的典型伸長率為12份—17份，因而能很好的吸收道路的震動和應力。通常鑄造輪轂具有相當強的承受壓縮力的能力，但承受衝擊、剪切與拉伸載荷的能力則遠不如鍛造鋁輪轂。鍛造輪轂具有更高的強度重量比。另外，鍛造鋁輪轂表面無氣孔，因而具有很好的表面處理能力，不但能保證塗層均勻一致，結合牢靠，而且色彩也好。鍛造鋁輪轂的最大缺點是生產工序多，生產成本比鑄造的高得多。
技術實現要素：
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本發明所要解決的技術問題在於克服現有技術提供適用於提升車輪的整體強度的鋁合金輪轂熱旋工藝。
本發明所要解決的技術問題採用以下技術方案來實現。
提升車輪的整體強度的鋁合金輪轂熱旋工藝，其特徵在於：該工藝主要流程為，熔化-鑄造預成型-均勻化處理-加溫旋壓-預熱處理-噴丸-旋壓-熱處理-噴丸-機加-塗裝；具體為：
熔化：根據要求準備鋁合金，使用電熔爐進行熔化；
鑄造預成型：利用壓力鑄造使液態金屬在高壓作用下以極高的速度充填型腔,並在壓力作用下凝固而獲得鑄件；
均勻化處理：每一個加工過的輪轂都要在去毛刺機上經過打磨後,再由工人進行精心的打磨拋光,將工件的鑄造表面打磨拋光的光滑平整；
加溫旋壓：高溫，將工件加熱，進線旋壓，旋壓之前，工件被加熱，加熱過程中，每隔3分鐘，對工件表面噴灑一層強化液；
所述的強化液通過以下組分製備而成：鉀鹽1-10份，氧化鋁粉20-90份，水解液1-30份，98％-90％濃硫酸10-30份，95％乙醇130-150份，降粘劑5-25份，金屬離子螯合劑5-25份，過硫酸銨2-3份，偶聯劑溶液15-18份；
強化液的製備方法包括：95％乙醇和水按體積比為1:4-1:8配成醇水溶液中加入降粘劑，將配好的偶聯劑溶液置於200w-300w超聲波中，攪拌下加熱水解30min-1.5h製成80℃-90℃透明酸化水解溶液；
將水解液、金屬離子螯合劑、氧化鋁粉和98％-90％濃硫酸三種等溫原料經高壓泵同時泵入撞擊流反應器內，再由反應器出口處的攪拌裝置進行二次混勻，過濾，得到一次粒徑白炭黑的混合液，控制ph值3-6，溫度80℃-90℃；
80℃-90℃透明酸化水解溶液並加入鉀鹽中攪拌0.5-1h形成第一混合鹽，再將一次粒徑白炭黑的混合液加入第一混合鹽中攪拌0.5-1h，靜置1-2h，加入過硫酸銨即得強化液；
預熱處理：將半成品房子在固溶爐中，在溫度在525℃-535℃條件下，持續時間6.5小時的固溶處理；從固溶爐出來20s內，在70℃的混合溶液裡淬火；在溫度為155℃-170℃，持續時間5小時的人工時效；
所述混合溶液通過以下組分製備而成：鹽酸15-25份，季戊四醇30-35份，石蠟15份-20份份，苯乙烯15-25份，e-51環氧樹脂20-25份，乙醇胺25-30份，滑石粉10-20份，氧化聚乙烯蠟14-18份，表面活性劑12-17份，水2000-2060份，皮料10-12份，碳酸鈣3-6份，尿素1-3份，40％硝酸水溶液15-17份；
混合溶液的製備方法包括：
將石蠟放入水池中，加30％水與鹽酸浸泡，浸泡1-2天得到混合物一；
將季戊四醇與e-51環氧樹脂和20％混合，攪打3小時，得到混合物二；
將皮料投入攪拌後的混合物一語混合物二中，加熱，加熱溫度為100℃，加熱10-12小時；在加熱皮料的2-3小時後將碳酸鈣、尿素混合，投入到表面活性劑中加熱10-12小時；此後每隔6小時取膠一次，分三次取膠，三次取膠量比重為3:2:1；
將第一次取的膠與苯乙烯混合，加入5％的水攪打，第二次取的膠與乙醇胺混合，加入10％的水攪打，第三次取的膠與滑石粉混合，加入5％的水攪打；
取三次攪打產生的泡沫，泡沫靜置成液體後，與氧化聚乙烯蠟放入高溫槽靜置融化15min-45min後，開啟超聲波-攪拌裝置，同時注入40％硝酸水溶液和30％的水稀釋，80℃-90℃二次熟化1h-3h，超聲功率100w-300w，攪拌速度60-150rpm，即可；
噴丸：使用高壓風或壓縮空氣作動力，將其高速的吹出去衝擊工件表面達到清理效果；
旋壓：在高壓作用下，工件再次融化，以極高的速度充填型腔,並在壓力作用下凝固；
熱處理：將半成品房子在固溶爐中，在溫度在525℃-535℃條件下，持續時間6.5小時的固溶處理；從固溶爐出來20s內，在70℃的水溶液裡淬火；在溫度為155℃-170℃，持續時間5小時的人工時效；
噴丸：使用高壓風或壓縮空氣作動力，將其高速的吹出去衝擊工件表面達到清理效果；
機加：由於形狀複雜，分4道工序加工，車加工面-鑽裝飾孔-車加工另面-鑽氣門芯孔；處理完成後，進行拋光打磨；
塗裝：進行預處理，包括9道工序，分別為2道除油，1道衝洗，1道脫脂，1道衝洗、鍍鉻，2道去離子水衝洗；衝洗後在120℃溫度下，15分鐘烘乾；再進行人工噴塗，噴底粉-噴水性漆-噴透明粉,每噴一層塗層都要進行一次加熱固化處理，固化處理溫度為230℃-240℃，時間為20-24分鐘。
所述的強化液通過以下組分製備而成：鉀鹽1份，氧化鋁粉20份，水解液1份，98％-90％濃硫酸10份，95％乙醇130份，降粘劑5份，金屬離子螯合劑5份，過硫酸銨2份，偶聯劑溶液15份。
所述的強化液通過以下組分製備而成：鉀鹽10份，氧化鋁粉90份，水解液30份，98％-90％濃硫酸30份，95％乙醇150份，降粘劑25份，金屬離子螯合劑25份，過硫酸銨3份，偶聯劑溶液18份。
混合溶液通過以下組分製備而成：鹽酸15份，季戊四醇30份，石蠟15份，苯乙烯15份，e-51環氧樹脂20份，乙醇胺25份，滑石粉10份，氧化聚乙烯蠟14份，表面活性劑12份，水2000份，皮料10份，碳酸鈣3份，尿素1份，40％硝酸水溶液15份。
所述的混合溶液通過以下組分製備而成：鹽酸25份，季戊四醇35份，石蠟20份份，苯乙烯25份，e-51環氧樹脂25份，乙醇胺30份，滑石粉20份，氧化聚乙烯蠟18份，表面活性劑17份，水2060份，皮料12份，碳酸鈣6份，尿素3份，40％硝酸水溶液17份。
所述的偶聯劑溶液具體為：偶聯劑68-70％，滑石粉5-12％，石灰石粉1-5％，碳酸鈣2-3％，其餘為水。
所述的偶聯劑溶液具體為：偶聯劑68％，滑石粉5％，石灰石粉1％，碳酸鈣2％，水24％。
所述的偶聯劑溶液具體為：偶聯劑70％，滑石粉12％，石灰石粉5％，碳酸鈣3％，水10％。
所述的偶聯劑溶液製備方法包括：在充滿氮氣反應釜中加入滑石粉和一半的水，升溫至50～60℃，同時攪拌至完全溶解，並保溫1～2h；在另外充滿二氧化碳的容器中加入石灰石粉和一半的水，升溫至40～50℃，攪拌至完全溶解；再將兩者混合，加熱90-110℃，過濾得到液體，將碳酸鈣加入，繼續加熱，至碳酸鈣完全溶解，最後將偶聯劑常溫下加入攪拌即可。
有益效果：採用低壓鑄造獲得形狀和性能合理且能滿足外觀需求的輪轂鑄坯，緊接著對此鑄坯的輪輞部分進一步施加熱旋壓成形；該工藝將低壓鑄造、旋壓成形緊密結合於同一熱加工過程中，不僅綜合了低壓鑄造和旋壓成形各自的優勢，而且可以獲得1+1>2的效果；
事實證明，熱旋壓塑性變形可以彌合微細的疏鬆缺陷，從而提高了輪轂的力學性能，鑄旋新工藝大幅提高了車輪的整體強度和耐腐蝕性，而機械加工餘量大幅減少，車輪使用壽命和安全性顯著提高，有利於車輛減重節油，車輪生產成本下降，該設計分析為旋壓設備的製造及改進趨勢指出了方向，通過對簡化的鋁合金輪轂熱旋壓工藝進行初步研究，分析了其成形性和缺陷並進行了相應的數值模擬，為工藝優化提供了方法和依據。
具體實施方式：
為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。
實施例1：提升車輪的整體強度的鋁合金輪轂熱旋工藝，該工藝主要流程為，熔化-鑄造預成型-均勻化處理-加溫旋壓-預熱處理-噴丸-旋壓-熱處理-噴丸-機加-塗裝；具體為：
熔化：根據要求準備鋁合金，使用電熔爐進行熔化；
鑄造預成型：利用壓力鑄造使液態金屬在高壓作用下以極高的速度充填型腔,並在壓力作用下凝固而獲得鑄件；
均勻化處理：每一個加工過的輪轂都要在去毛刺機上經過打磨後,再由工人進行精心的打磨拋光,將工件的鑄造表面打磨拋光的光滑平整；
加溫旋壓：高溫，將工件加熱，進線旋壓，旋壓之前，工件被加熱，加熱過程中，每隔3分鐘，對工件表面噴灑一層強化液；
其中強化液通過以下組分製備而成：鉀鹽1份，氧化鋁粉20份，水解液1份，98％-90％濃硫酸10份，95％乙醇130份，降粘劑5份，金屬離子螯合劑5份，過硫酸銨2份，偶聯劑溶液15份；
強化液的製備方法包括：95％乙醇和水按體積比為1:4-1:8配成醇水溶液中加入降粘劑，將配好的偶聯劑溶液置於200w-300w超聲波中，攪拌下加熱水解30min-1.5h製成80℃-90℃透明酸化水解溶液；
將水解液、金屬離子螯合劑、氧化鋁粉和98％-90％濃硫酸三種等溫原料經高壓泵同時泵入撞擊流反應器內，再由反應器出口處的攪拌裝置進行二次混勻，過濾，得到一次粒徑白炭黑的混合液，控制ph值3-6，溫度80℃-90℃；
80℃-90℃透明酸化水解溶液並加入鉀鹽中攪拌0.5-1h形成第一混合鹽，再將一次粒徑白炭黑的混合液加入第一混合鹽中攪拌0.5-1h，靜置1-2h，加入過硫酸銨即得強化液；
預熱處理：將半成品房子在固溶爐中，在溫度在525℃-535℃條件下，持續時間6.5小時的固溶處理；從固溶爐出來20s內，在70℃的混合溶液裡淬火；在溫度為155℃-170℃，持續時間5小時的人工時效；
混合溶液通過以下組分製備而成：鹽酸15份，季戊四醇30份，石蠟15份，苯乙烯15份，e-51環氧樹脂20份，乙醇胺25份，滑石粉10份，氧化聚乙烯蠟14份，表面活性劑12份，水2000份，皮料10份，碳酸鈣3份，尿素1份，40％硝酸水溶液15份；
混合溶液的製備方法包括：
將石蠟放入水池中，加30％水與鹽酸浸泡，浸泡1-2天得到混合物一；
將季戊四醇與e-51環氧樹脂和20％混合，攪打3小時，得到混合物二；
將皮料投入攪拌後的混合物一語混合物二中，加熱，加熱溫度為100℃，加熱10-12小時；在加熱皮料的2-3小時後將碳酸鈣、尿素混合，投入到表面活性劑中加熱10-12小時；此後每隔6小時取膠一次，分三次取膠，三次取膠量比重為3:2:1；
將第一次取的膠與苯乙烯混合，加入5％的水攪打，第二次取的膠與乙醇胺混合，加入10％的水攪打，第三次取的膠與滑石粉混合，加入5％的水攪打；
取三次攪打產生的泡沫，泡沫靜置成液體後，與氧化聚乙烯蠟放入高溫槽靜置融化15min-45min後，開啟超聲波-攪拌裝置，同時注入40％硝酸水溶液和30％的水稀釋，80℃-90℃二次熟化1h-3h，超聲功率100w-300w，攪拌速度60-150rpm，即可；
噴丸：使用高壓風或壓縮空氣作動力，將其高速的吹出去衝擊工件表面達到清理效果；
旋壓：在高壓作用下，工件再次融化，以極高的速度充填型腔,並在壓力作用下凝固；
熱處理：將半成品房子在固溶爐中，在溫度在525℃-535℃條件下，持續時間6.5小時的固溶處理；從固溶爐出來20s內，在70℃的水溶液裡淬火；在溫度為155℃-170℃，持續時間5小時的人工時效；
噴丸：使用高壓風或壓縮空氣作動力，將其高速的吹出去衝擊工件表面達到清理效果；
機加：由於形狀複雜，分4道工序加工，車加工面-鑽裝飾孔-車加工另面-鑽氣門芯孔；處理完成後，進行拋光打磨；
塗裝：進行預處理，包括9道工序，分別為2道除油，1道衝洗，1道脫脂，1道衝洗、鍍鉻，2道去離子水衝洗；衝洗後在120℃溫度下，15分鐘烘乾；再進行人工噴塗，噴底粉-噴水性漆-噴透明粉,每噴一層塗層都要進行一次加熱固化處理，固化處理溫度為230℃-240℃，時間為20-24分鐘。
其中偶聯劑溶液具體為：偶聯劑68％，滑石粉5％，石灰石粉1％，碳酸鈣2％，水24％。
其中偶聯劑溶液製備方法包括：在充滿氮氣反應釜中加入滑石粉和一半的水，升溫至50～60℃，同時攪拌至完全溶解，並保溫1～2h；在另外充滿二氧化碳的容器中加入石灰石粉和一半的水，升溫至40～50℃，攪拌至完全溶解；再將兩者混合，加熱90-110℃，過濾得到液體，將碳酸鈣加入，繼續加熱，至碳酸鈣完全溶解，最後將偶聯劑常溫下加入攪拌即可。
經過試驗對比現有的輪轂製備工藝，所得輪轂對比：
重量可減輕30份—40份；在車速為90—120km/h時，油耗可鹼少0.0138l/10okm，撞擊強度12mpa,壓力3mpa；以奧迪轎車為例，鋁輪轂重量減輕39.5份；在90—120km/h車速時，油耗可減少0.05l/10okm。而在城市行駛時，可減少油耗0.04/10okm，每十萬公裡節油40—50l，撞擊強度12mpa,壓力3mpa。
提高了輪轂的力學性能，鑄旋新工藝大幅提高了車輪的整體強度和耐腐蝕性，而機械加工餘量大幅減少，車輪使用壽命和安全性顯著提高，有利於車輛減重節油，車輪生產成本下降。
實施例2：提升車輪的整體強度的鋁合金輪轂熱旋工藝，該工藝主要流程為，熔化-鑄造預成型-均勻化處理-加溫旋壓-預熱處理-噴丸-旋壓-熱處理-噴丸-機加-塗裝；具體為：
熔化：根據要求準備鋁合金，使用電熔爐進行熔化；
鑄造預成型：利用壓力鑄造使液態金屬在高壓作用下以極高的速度充填型腔,並在壓力作用下凝固而獲得鑄件；
均勻化處理：每一個加工過的輪轂都要在去毛刺機上經過打磨後,再由工人進行精心的打磨拋光,將工件的鑄造表面打磨拋光的光滑平整；
加溫旋壓：高溫，將工件加熱，進線旋壓，旋壓之前，工件被加熱，加熱過程中，每隔3分鐘，對工件表面噴灑一層強化液；
其中強化液通過以下組分製備而成：鉀鹽10份，氧化鋁粉90份，水解液30份，98％-90％濃硫酸30份，95％乙醇150份，降粘劑25份，金屬離子螯合劑25份，過硫酸銨3份，偶聯劑溶液18份；
強化液的製備方法包括：95％乙醇和水按體積比為1:4-1:8配成醇水溶液中加入降粘劑，將配好的偶聯劑溶液置於200w-300w超聲波中，攪拌下加熱水解30min-1.5h製成80℃-90℃透明酸化水解溶液；
將水解液、金屬離子螯合劑、氧化鋁粉和98％-90％濃硫酸三種等溫原料經高壓泵同時泵入撞擊流反應器內，再由反應器出口處的攪拌裝置進行二次混勻，過濾，得到一次粒徑白炭黑的混合液，控制ph值3-6，溫度80℃-90℃；
80℃-90℃透明酸化水解溶液並加入鉀鹽中攪拌0.5-1h形成第一混合鹽，再將一次粒徑白炭黑的混合液加入第一混合鹽中攪拌0.5-1h，靜置1-2h，加入過硫酸銨即得強化液；
預熱處理：將半成品房子在固溶爐中，在溫度在525℃-535℃條件下，持續時間6.5小時的固溶處理；從固溶爐出來20s內，在70℃的混合溶液裡淬火；在溫度為155℃-170℃，持續時間5小時的人工時效；
其中混合溶液通過以下組分製備而成：鹽酸25份，季戊四醇35份，石蠟20份份，苯乙烯25份，e-51環氧樹脂25份，乙醇胺30份，滑石粉20份，氧化聚乙烯蠟18份，表面活性劑17份，水2060份，皮料12份，碳酸鈣6份，尿素3份，40％硝酸水溶液17份；
混合溶液的製備方法包括：
將石蠟放入水池中，加30％水與鹽酸浸泡，浸泡1-2天得到混合物一；
將季戊四醇與e-51環氧樹脂和20％混合，攪打3小時，得到混合物二；
將皮料投入攪拌後的混合物一語混合物二中，加熱，加熱溫度為100℃，加熱10-12小時；在加熱皮料的2-3小時後將碳酸鈣、尿素混合，投入到表面活性劑中加熱10-12小時；此後每隔6小時取膠一次，分三次取膠，三次取膠量比重為3:2:1；
將第一次取的膠與苯乙烯混合，加入5％的水攪打，第二次取的膠與乙醇胺混合，加入10％的水攪打，第三次取的膠與滑石粉混合，加入5％的水攪打；
取三次攪打產生的泡沫，泡沫靜置成液體後，與氧化聚乙烯蠟放入高溫槽靜置融化15min-45min後，開啟超聲波-攪拌裝置，同時注入40％硝酸水溶液和30％的水稀釋，80℃-90℃二次熟化1h-3h，超聲功率100w-300w，攪拌速度60-150rpm，即可；
噴丸：使用高壓風或壓縮空氣作動力，將其高速的吹出去衝擊工件表面達到清理效果；
旋壓：在高壓作用下，工件再次融化，以極高的速度充填型腔,並在壓力作用下凝固；
熱處理：將半成品房子在固溶爐中，在溫度在525℃-535℃條件下，持續時間6.5小時的固溶處理；從固溶爐出來20s內，在70℃的水溶液裡淬火；在溫度為155℃-170℃，持續時間5小時的人工時效；
噴丸：使用高壓風或壓縮空氣作動力，將其高速的吹出去衝擊工件表面達到清理效果；
機加：由於形狀複雜，分4道工序加工，車加工面-鑽裝飾孔-車加工另面-鑽氣門芯孔；處理完成後，進行拋光打磨；
塗裝：進行預處理，包括9道工序，分別為2道除油，1道衝洗，1道脫脂，1道衝洗、鍍鉻，2道去離子水衝洗；衝洗後在120℃溫度下，15分鐘烘乾；再進行人工噴塗，噴底粉-噴水性漆-噴透明粉,每噴一層塗層都要進行一次加熱固化處理，固化處理溫度為230℃-240℃，時間為20-24分鐘。
其中偶聯劑溶液具體為：偶聯劑70％，滑石粉12％，石灰石粉5％，碳酸鈣3％，水10％。
其中偶聯劑溶液製備方法包括：在充滿氮氣反應釜中加入滑石粉和一半的水，升溫至50～60℃，同時攪拌至完全溶解，並保溫1～2h；在另外充滿二氧化碳的容器中加入石灰石粉和一半的水，升溫至40～50℃，攪拌至完全溶解；再將兩者混合，加熱90-110℃，過濾得到液體，將碳酸鈣加入，繼續加熱，至碳酸鈣完全溶解，最後將偶聯劑常溫下加入攪拌即可。
經過試驗對比現有的輪轂製備工藝，所得輪轂對比：
重量可減輕30份—40份；在車速為90—120km/h時，油耗可鹼少0.0138l/10okm，撞擊強度12mpa,壓力3mpa；以奧迪轎車為例，鋁輪轂重量減輕39.5份；在90—120km/h車速時，油耗可減少0.05l/10okm。而在城市行駛時，可減少油耗0.04/10okm，每十萬公裡節油40—50l，撞擊強度12mpa,壓力3mpa。
提高了輪轂的力學性能，鑄旋新工藝大幅提高了車輪的整體強度和耐腐蝕性，而機械加工餘量大幅減少，車輪使用壽命和安全性顯著提高，有利於車輛減重節油，車輪生產成本下降。
以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。