汽车铝合金车轮机加工分析

汽车铝合金车轮机加工分析

陈明理 

中南铝车轮制造（佛山）有限公司  528200

摘要：车轮在汽车的生产和应用中都属于重要组成部分，对这部分进行机加工，需要利用先进的技术，使其自身质量得到优化，促进汽车产业的发展。本文主要是对车轮的加工技术进行了分析，分别是分析了车轮机加工工序、切削加工设备、机加工的具体流程、加工过程的智能化，从而促进铝合金车轮的加工效率，提升车轮的质量。

关键词：铝合金车轮；机加工；切削加工

引言：人们日益增长的经济收入，导致对生活的需求不断提升，汽车被越来越多的人所需要。随着汽车产业的发展，汽车加工技术逐渐被重视起来，但现在汽车零部件加工仍处于薄弱的地位，在加工的过程中不能切实保证效率和质量。尤其是对于汽车中的铝合金车轮来说，进行机加工的完善分析，可以使车轮发挥出应有的作用，提升了汽车的加速能力，减少汽车的耗油量。

1.车轮机加工技术方式

1.1机械加工技术概念

机械加工中主要是指通过操作人员来对机械设备进行操作，从而实现材料的加工，此方法比较适用于简单的零件生产。数控加工也是机加工的另一形式，则是指人员利用数控方面的设备，对零件进行自动化的加工，大部分的机加工车间所采用的都是数控加工的技术[1]。对于铝合金自身的材料来说，它的硬度比较低，而且韧性、热传导性能都比较好，机械的强度较弱。那么在进行铝合金机械加工的时候，在刀具设备的选择上，就要采用前角开度大，修光刃也比较长的刀具，这样的设备很容易切开需要加工的材料。在机加工的时候需要采用高线速加工的形式，这样的方法比较利于提升车轮的生产效率，保证车轮的质量，而且不容易出现切削瘤等问题，机加工也要考虑到装夹、定位等问题，可以防止车轮出现变形，造成了车轮尺寸产生误差等现象。

1.2机加工类型

在对铝合金车轮进行机械加工的时候，主要是通过机械设备对车轮的外形、尺寸进行变化，机加工主要是指切削加工，其中切削加工主要是指采用刀具等一些切削的工具，把工件上一些多余的材料通过切除，去掉杂质，使其获得一种规定的形状和尺寸。采用这一生产技术的优势是可以手动去调节生产中的工艺参数，而且可以在形状改变的时候比较及时，不会产生时间差。切削加工的结构也相对比较紧凑，机械性能比较好，适用于各个物体，尤其是在对铝合金车轮进行铸造的时候，可以大大的降低制造成本，提升了车轮的性价比，也保证了车轮的质量。但是缺点就是轮辐和轮辋之间比较厚，切削加工很难进行切除工作，容易产生缺陷。任何的切削加工都需要满足3个必备的条件，分别是切削的工具、工件以及切削运动，其中切削工具应该具有刃口，在材质上必须要保持坚硬性的特点，不同的刀具和运动形式会产生不一样的切削方法，主要的切削方法分为车削、钻削以及拉销等等。采用此技术的优势是机加工过程简单，使用的寿命比较长，而且消耗的成本较低，适用于批量生产，同时切削加工的精度是比较高的，在20世纪初的时候，切削加工的精度就已经达到了0.01毫米，经过了一世纪的发展，目前切削加工的精度已经达到了微米级别，如果在使用切削加工的过程中想要提升体制，那么就可以采用减小机床误差、选择正确的切削工具等方法。

2.铝合金车轮机加工分析

2.1车轮机加工工序

铝合金车轮是汽车的主要部件，所以就要保证车轮的精度，在进行机械加工的时候也要更加的详细，汽车企业在进行机加工时主要的工序为三个部分，分别是数控一序、加工中心、数控二序，对车轮的整体部位进行加工，主要的内容如表1所示。

表1 铝合金车轮机械加工的工序

除了上述这三个大方面的机加工以外，也可以对车轮机加工进行细化，先进行车削加工内端，然后进行钻削加工，对车轮外端进行加工，对车轮的动平衡进行检查，主要检查它的气密性是都完好，然后进行清洗，再对车轮外端的镜面进行加工，然后进行最终的检验。在对这些部分进行加工的时候，也要保障实施的步骤是安全的，例如，中南铝在进行加工技术改进的时候，就规定了加工的实施步骤。在进行加工之前，工作人员必须要佩戴公司统一发放的防护服装，不要另外佩戴任何饰品，在操作的时候必须要在规定的范围内进行，要对自己岗位需要加工的部件、机械传动设备等进行严格的检查，在确定是安全之后才能启动。在机械加工的过程中，机床上不能放置任何与车轮零件加工无关的产品，要利用专门的工具进行清扫，机床工作之后，不能随意走动，防止出现铝合金材料飞溅，影响人员安全的问题[2]。如果一旦数控机床出现了故障，那么就要及时的检修，促使机床在运行过程中是安全的。只有保证了机械加工整合流程是规范、安全的，才能使铝合金车轮的机械加工在效率和质量上都能得到提升，技术改进工作也更加有效，其中车轮零件如图1所示。

图1 车轮零件结构图

2.2切削加工设备

铝合金车轮机加工中，会采用切削设备，切削设备也分为车削加工和钻削加工设备这两种，车削加工设备主要采用的就是数控立式的车床或者是卧式的车床，例如，全系列轮圈加工机设备就被广泛的运用到车削加工当中。立式车床主要分为单刀塔和双刀塔，此次加工主要采用双刀塔的方式，可以两把刀同时进行工作，生产效率比较高，例如，中南铝生产的15英寸的车轮，如果采用的卧式车床加工方式，一次可以加工160个左右，采用的如果是立式车床进行加工，那么一次可以加工180个，由此可以发现，立式车床加工的数量是比较多的。但是数控立式车床的耗电却比卧式的大，而且前期投资成本也比较高，所以就可以按照公司对生产的需求和实际情况来进行选择，可以把立式和卧式车床结合起来，综合选择，铝合金车轮加工的效率才会得到提升。对于钻削加工设备来说，立式加工中心机设备是可以用在铝合金车轮的钻削加工当中。这一设备的床身铸件设计非常好，设备内部的配置也是比较完善的，设备的底座使用的是A字型的结构，内部的柱体采用的是十字的形状，这一结构的设计可以保证设备的稳定性和强度。对于设备中主轴的设计来说，它可以提供各种类型的主轴模型，主轴前端所伸出的套筒长度是很短的，那么它的刚性就可以得到大幅提升，套筒外部的冷却油也可以提升主轴工作的时间。此外，设备的Y轴设计成了三条线轨的形状，这样就能保证设备受到的压力得到减弱，不会出现变形等问题，大大提升了钻削加工的效率。

2.3铝合金车轮的切削加工过程

在对铝合金车轮进行切削加工的时候，选择最多的就是铸造车轮，车轮类型为A356，此类型的材料不仅在高温的环境下有很好的机械加工性能，而且不容易出现变形，抗压能力强，耐腐蚀性能也比较好。铝合金材料主要是由铝、镁、硅等材料共同组成，形成的铝合金材料性能是非常好的，而且结构比较紧凑，容易进行切割等加工。在对车轮进行切削加工的时候，一般的流程是先进行数控一序加工，此过程是先采用定心锥轴来进行铝合金车轮的定心，并采用拉爪对其夹紧，由于铝合金车轮是属于圆筒薄壁型的零件，所以在进行施工的时候不要加入径向夹紧力，而是对车轮施加轴向力，避免产生变形。数控一序的加工主要是对车左外轮、安装盘以及中心孔进行机加工。第二步就是进行加工中心的工序，主要是对螺栓孔、气门孔进行机加工，在车轮上钻削大孔或者中孔的时候，一般都会采用合金钢或高速钢材料的钻头，在进行钻孔的时候通过大量的冷却液进行冷却，同时带走铝屑。并且采用定心轴和数控一序所加工的中心孔进行配合，实现了精准的定位，并采用支撑块实现车轮Z方向定位，这样不仅利于加工，而且也能防止震动对车轮产生损坏[3]。第三步就是进行数控二序的加工，此加工是对车右外轮、车筋条的正面进行机加工，为了使这一工序的加工更加精准，就可以利用弹套工装的设备进行定位，保证机加工的准确性。铝合金车轮在经过切削加工技术之后，可以保证车轮自身的重量比较轻，而且消耗的材料也比较少，这样就能大大降低汽车自身的重量，使其整体变得轻巧，价格也会降低。在完成切削加工之后，铝合金车轮的受力方向和纤维的流动方向是一致的，都有比较高的强度，车轮的质量得到了保证，加工过程也相应的简化。通过切削加工之后的铝合金车轮，保证了汽车行驶的安全，也避免了车轮出现收缩、爆胎等情况，大大的提升了车轮的质量。

进行切削加工步骤的时候，主要是利用车床、铣床以及钻床对铝合金采用进行车、铣、钻等切削操作，最终达到图纸所要求的车轮尺寸和形状，最终形成了车轮，这种机加工在工作的时候，噪音比较小，而且也保证了铝合金材料在成型过程中金属流动的合理性，使得铝合金车轮成型的效率得到提升，车轮受到的成型力也会减少。在机加工的时候，通过了上述的加工之后，需要对其进行装配，也就是一个工人在一台机床上，对同一个工件进行组装，更好的保证了铝合金车轮的质量和性能，使其在汽车中进行使用的时候更加安全。切削加工是能够简化铝合金车轮成型的过程，加工的精度比较高，机加工采用的机械为数控车床、加工中心等设备，可以对整体式车轮进行机加工，不仅会降低了机加工的成本，同时也使得车轮成型的过程得到简化，更适用于批量生产车轮的企业。例如在中南铝当中，在加工的时候，就会选用切削加工的方法，不仅保证了车轮的质量，也提升了机加工的效率。在采用机加工方法的时候，主要的步骤是先通过毛坯图与产品图对比，从而确定了毛坯量的剩余，然后拟定出相关的工艺路线，选择出定位基面，并确定了车、铣、钻等工序所采用的不同的机械设备，例如，采用的刀具、铣床、钻床以及其他的辅助工具，在确定完机加工设备后，也要对机加工中各个工序的加工余量进行确定，计算出工序的尺寸和误差，采用切削的方法来对车轮进行加工，最终形成了铝合金车轮。

2.4机加工过程的智能化

进行机加工的时候，除了采用切削加工等方法之外，还可以加入智能化手段，使车轮的加工效率得到提升，增强制造公司的经济效益。首先，在加工的时候可以引入智能化系统，例如，EPR、PLM系统，这些系统的引入就可以让机加工生产的过程更加智能，在对加工信息的收集、执行等方面也更有效率。当系统发出加工的指令后，车轮在物流线上运行的时候就要对其型号、质量等进行辨别，可以引入型号识别系统，把符合要求的传入到下一加工步骤中，不符合要求的则可以直接剔除[4]。其次就是对机加工的过程进行执行，在刀具执行系统发出的指令时，系统也要对刀具进行监控，设置刀具的使用次数，保证刀具的寿命，如果一旦超出规定的次数，系统就会打出预警，从而保证设备使用的安全。智能化的设备线是由不同的单元所组成的，每一个单元都会由不同的零部件构成，如果一旦零部件出现了损坏，就会导致停产等情况。所以在应用智能化设备的时候，也要进行维护和预防，可以通过MES系统，对各个设备的运用情况进行监控，并通过监控得到的数据，进行整理和分析，从而提出解决的措施，维护人员可以按照系统给出的措施进行维护，保证设备在进行加工的时候是顺畅和安全的。例如，在对车轮螺旋孔进行加工的时候，如果采用传统的方法就会导致钻孔的位置不固定，直接影响了车轮安装之后的质量，所以就可以把信息化系统加入到螺旋孔加工设备中，把系统和弹套翻转夹具融合在一起，使其与车轮之间没有间隙，保证了螺旋孔位置的准确程度。设备装上智能系统之后，就可以根据系统收集到的信息进行工作，保证车轮加工的准确度，也减少了人工操作的随意性。

结论：综上所述，对汽车的铝合金车轮进行机加工分析，可以提升车轮使用的效率和功能，保证了汽车行驶的安全。在对车轮进行机械加工的时候，切削加工等机械加工是非常重要的，采用这样的加工能够让铝合金车轮的形状更加多样化，铝合金材料和轮胎的分离度也提升了，减少了汽车行驶过程中产生的震动频率，满足人们对汽车舒适方面的需求。

参考文献：

[1]梁德林. 浅谈摩托车铝合金车轮加工的智能化转型[C]//.2022重庆市铸造年会论文集.,2022:66-67.

[2]刘哲. 低压铸造铝合金车轮螺栓孔加工工艺的研发及应用. 河北省,秦皇岛立中车轮有限公司,2021-01-28.

[3]计国富. 超亮原色铝合金车轮加工技术的研发与应用. 天津市,天津立中车轮有限公司,2020-12-08.

[4]刘伟东.铝合金车轮机加立车压爪紧固螺栓断裂问题的分析及优化[J].精密成形工程,2018,10(01):181-185.