汽車輕量化實質上就是零部件的輕量化。采用鍛造鋁合金輪轂，可以很大程度上減輕車身的自重。比如，一輛拖掛40噸的重卡和半掛車運輸系統，一共有22個輪轂，加上前后備胎共有24個。以目前我們經常用的鋼質輪轂計算，如果換成鋁合金鍛造輪轂，重量可減輕近600kg。不僅如此，鋁合金材料散熱好，能在一定程度上減緩輪胎橡膠的老化速度，裝上鍛造鋁合金輪轂的卡車、客車、掛車可節省26%的輪胎消耗。

在美國和加拿大，大量商用車都配裝了鋁合金鍛造輪轂。歐洲、南非、澳大利亞大量采用的也是鋁合金鍛造輪轂。隨著我國汽車輕量化技術的發展，加上最近幾年燃油價格的上漲，鋁合金輪轂代替傳統汽車輪轂成為一種發展趨勢。

本文通過闡述一種比較實用的鋁合金輪轂閉式鍛造工藝，利用UG三維造型，設計出鍛件，然后設計出輪轂閉式工裝模架。隨后再將三維模型導入Deform模擬分析軟件中，進行鍛造成形模擬。通過對模擬過程、坯料的位移、材料的填充程度、溫度分布等數據進行分析，初步得到鍛造成形的大致過程。

鍛造工藝流程

關于鋁合金輪轂的生產方法，特別是外徑超過350mm的鋁合金輪轂，目前的生產工藝主要有壓鑄和鍛造旋壓兩種方法。本文著重分析另外一種外徑大于350mm鋁合金輪轂的閉式模鍛工藝及其鍛造模具的設計方法和鍛造工藝流程。本文按照輪轂鍛件的開發流程來進行設計，方便讀者理解。

鋁合金輪轂的整個生產工藝流程為：鍛件圖設計→6082圓棒下料→鍛造用模具設計→網帶爐加熱→1600t螺旋壓力機終鍛→有限元數值模擬→固溶（時效熱處理）→精加工→組裝。其中鍛造工藝流程不包括最后三項。

鍛件圖設計

鍛件在設計的時候，外拔模角度大于3°，底部圓角大于R2mm，單邊的余量放大到2mm，如圖1所示。材料為6082T6，經過三維計算，鍛件重約17.0kg。

圓棒下料

閉式下料系數一般為1.05～1.1。所以，下料的重量(W下)=(W重)×(1.05～1.1)=17.86kg。鍛件外徑φ350mm。為了防止坯料在模具中偏心，坯料外徑設計成φ345mm，計算下料長度約70mm。

鋁合金輪轂的鍛造模具設計

考慮到材料的利用率問題，首選方案是采用閉式鍛造進行。圖2是鍛造模具的組裝圖。上模圈通過裝配方式與上模套進行配合。沖頭與上模套進行裝配。1、2、3固定在螺旋壓力機的上模板上，隨著壓力機滑塊做上下往復運動。4、5、9采用同樣的方式配合，固定在下模上。為了防止下模鑲塊的轉動，采用定位鍵進行止動。頂桿采用分體式，螺紋連接。頂出塊的頂出面盡量越大越好，防止鍛件中心被頂穿。

圖1 鍛件圖設計

圖2 鍛造模具的組裝圖

1-沖頭 2-上模套 3-上模圈 4-下模 5-下模圈 6-定位鍵7-頂出塊 8-頂桿 9-下模鑲塊

上模沖頭為了方便排氣，排氣結構設計成側向排氣。下模設計余塊，防止有些位置余量不足，加工不出導致報廢。下模鑲塊和下模設計成分體式，防止出現應力集中后斷裂。設計成分體式，模具的更換成本小，單件使用損壞，需要更換時方便。

坯料鋸切成片，加熱溫度480～500℃，將坯料放置于終鍛下模型腔中。壓力機采用1600t電動螺旋壓力機，或者1600t摩擦壓機。終鍛兩下或者三下，待尺寸到位后，利用下頂出系統，將鍛件頂出，利用鐵鉗將鍛件取出后，規范放置于料筐。鍛造模具三維剖視圖如圖3所示。鍛造模具三維圖如圖4所示。

網帶爐加熱

網帶爐設置溫度480～500℃，保溫時間約2～3h。出爐檢測料溫，待料溫滿足要求后，將料段放置于模具型腔中，進行鍛造。

螺旋壓力機終鍛

將加熱合格的坯料放置于終鍛模具下模型腔中。鍛造模具的運動原理參照第三步鍛模設計的運動。終鍛工序保證滿足產品設計圖紙標注的尺寸，尺寸合格流轉到下一工序。

有限元數值模擬分析

數值模擬可以很直觀的觀察材料在模具中的流動變化，產品在模具中的流動方式（圖5），決定了產品的成形結果。通過分析，可以直觀的觀察填充效果。通過模擬，可以發現產品在模具中流動很流暢。模擬出來的產品填充很飽滿如圖6(a)所示，沒有出現折疊、疊層等缺陷，滿足設計要求。鍛件成品造型流暢，無折疊裂紋，溫度均勻，填充飽滿，滿足設計要求，如圖6(b)所示。

圖3 鍛造模具三維剖視圖

圖4 鍛造模具三維圖

圖5 產品在模具中的流動方式

圖6 合格產品

結束語

通過對鋁合金鍛件和閉式鍛造用模具的設計，對鍛件進行有限元數值分析，可以直觀的把理論和實踐相結合，為以后閉式鍛造提供經驗和方法。此鋁合金輪轂模架在生產使用的過程中非常實用，提升了每班次生產效率，提高了模具的壽命，更換模具更加便捷，節省了人工換模時間。而且通過連續生產的驗證，此工藝所生產的產品，穩定性大大提升，得到客戶的一致好評。此類的閉式鍛造模具結構稍做更改，也可以應用到其他產品中，通用性極強，給使用螺旋壓力機進行閉式鍛造的企業帶來一定的參考。