車輪制作經驗談

通過近36年的研發(fā)工作，筆者學習了許多不同領域的知識，不僅僅是在學校學的書本里的知識，還包括工作中得來的。這些知識的積累，使得筆者對創(chuàng)新有了更深的體會，那就是不論是做技術，還是管理，都需要將這許多知識揉搓、磨合，擦出火花，讓這些想法再雕琢、打磨，生成創(chuàng)意，最后經過實踐錘煉，轉化為生產力，這樣才能產生出有價值的方案。當然，知識需要積累，需要回顧，更需要總結。本文是筆者結合工作設計關于車輪制作的一些經驗之談，供同行參考借鑒。合理利用塑性變形，消除彈性變形車輪制作工藝就是一個不斷與彈性變形、塑性變形作斗爭的過程，有時要想方設法消除彈性變形，合理實現(xiàn)塑性變形，有時則要有效利用彈性變形，順勢而為。案例1在開發(fā)13.5×4.5B滾型車輪時，輪輞輪輻壓裝后，胎圈座（控制輪胎徑向圓跳動的輪廓）徑向圓跳動公差值不大于1.2mm，合格；而輪緣（控制輪胎軸向竄動的輪廓）端面圓跳動公差值為1.5mm，超差0.3mm，達不到質量要求。通過設計兩半式收縮模，將不合格輪輞輪緣撐寬近1mm，如圖1所示，再復壓，返修合格率達95%。剩余5%的不合格件，首先在車床上將輪緣撐寬，再次復壓，如圖2所示，全部返修合格。通過這些手段，可將不合格品全部返修合格。但如果其他規(guī)格車輪也照葫蘆畫瓢，還是有問題的。如現(xiàn)有的12×4.0B車輪與正在開發(fā)的13.5×4.5B車輪是有區(qū)別的，材料厚度不同、直徑不同、寬度不同、發(fā)生的塑性變形量也不同，13.5×4.5B車輪就剛好處在塑性變形與彈性變形之間，設計時將冷滾模寬度比產品的設計寬度寬0.5mm，也就是讓輪輞成形時加寬，壓配時加大塑性變形量，消除彈性變形，經過驗證，一次交檢合格率達100%。這就是一個消除彈性變形，合理實現(xiàn)塑性變形工藝突破的典型案例。圖1撐輪輞受力圖2壓配案例2輪輻零件圖如圖3所示，使用從500t油壓機到1600t油壓機對輪輻壓形，輪輻平面度總是大于0.3mm，達不到工藝要求，主要原因是原材料本身平面度差。通過在輪輻成形模平面上設計一個反向的β角，再復合沖孔后，殘余應力釋放，平面反彈回來，500t油壓機壓形后，輪輻平面度就能達到0.3mm要求。別小看這么一個小小的反向β角設計，它能使輪輻平面壓形由如圖4所示的兩向應力變成三向應力，如圖5所示。沒有β角時，輪輻壓形平面度差，材料回彈，回彈到原材料本身平面度差的狀態(tài)。要想在兩向應力下消除回彈，理論上只有大大提高壓力機的噸位，才能使輪輻平面材料變薄并發(fā)生塑性變形，也就是說施加的壓力必須超過材料的屈服強度后，才能很好地產生塑性變形，平面度才能滿足0.3mm要求。設計反向β角后，輪輻壓形時，輪輻平面上的任意一點都發(fā)生了改變（不在原來的位置上了），這時三向應力作用使得輪輻平面直接發(fā)生了塑性變形，改變了原材料平面度差的狀態(tài)，實現(xiàn)了使用小噸位壓力機達到高平面度公差值的壓形要求。圖3輪輻圖4改進前輪輻壓形兩向應力圖5設計反向β角后輪輻壓形三向應力焊接熱變形只能減小，永遠不可能消除焊接熱變形對兩個以上鈑金件，組裝焊接合成后的部件的產品質量影響是永恒存在的，只能減小，永遠不可能消除。案例3在摩托車車輪鋼圈2.15×10產品開發(fā)中，遇到了這樣的問題：客戶（主機廠）設計的制動轂與輪輻組裝焊接合成的環(huán)焊縫是整圈滿焊，如圖6所示，轉換圖紙時也是如法炮制，結果在試制過程中，組裝焊接合成后直接采用先車后拉工藝，即先車制動轂內孔直徑至100mm、公差值達0.1mm、寬度尺寸為25mm，再拉花鍵后，有10%左右的鋼圈其徑向圓跳動公差值達不到不大于0.07mm的技術要求，總是在0.07～0.1mm之間。組裝焊接合成后直接采用先車后拉工藝也是如此。通過分析研究，焊接后先做振動時效處理，再車再拉，達到技術要求。原因分析：①焊接熱變形產生的殘余應力在機械加工后釋放，導致徑向圓跳動超差。②不等厚的焊接（制動轂板厚3.5mm、輪輻板厚0.8mm）極易對薄壁件熱影響區(qū)造成過燒、燒損等現(xiàn)象，在運行中突增脆裂的風險。③燒損與未燒損之間很難探測到。上述問題與客戶進行了反復磋商，最終同意更改設計方案，將環(huán)焊縫改為在圓周上采用6等分均勻分布、弧長為35mm的分段焊接，以減少焊接熱變形。經過試生產，徑向圓跳動公差一次交檢合格率達100%，臺架試驗，焊縫強度合格。圖6改動前車輪鋼圈示意圖案例420-7.50V輪輞型車輪如圖7所示，如果采用兩把焊槍同時焊接兩面環(huán)焊縫，或者是焊接完成一面緊接著焊接另一面焊縫，產品都會因受熱變形造成要求的端面圓跳動和徑向圓跳動公差值大于2mm。若焊接完成一面，等待冷卻，再焊接另一面焊縫，端面圓跳動和徑向圓跳動公差值就會小于2mm。實際加工過程中采用后面的焊接工藝，即可滿足質量要求。圖720-7.50V型鋼車輪合理利用鈑金產品成形后的特點，不要盲目改變合理利用鈑金產品成形后所形成的特點，順勢而為，而不是異想天開地改變它的特點，才能做到有的放矢。同時要學會運用庖丁解牛、三年不見全牛的思想，將一事物分解開來，勤于思考，善于總結。在問題錯綜復雜的關系中，敏銳地抓住關鍵因素，是快速解決技術問題的關鍵，也是尋找創(chuàng)新突破口的關鍵。案例5轎車車輪特殊“型腔”結構：輪輞、輪輻裝配后，在配合部位形成封閉的微小型腔，噴漆后易產生二次流痕，嚴重影響外觀質量?！靶颓弧碑a生的根源是，輪輻在拉深中形成的輪輻外圓柱面橫截面的輪廓是不規(guī)則曲線。這是典型拉深件的特點，僅僅想通過傳統(tǒng)的拉深成形模消除“型腔”是不可能的。如果通過車削輪輻外圓消除“型腔”，既增加成本，又降低效率，關鍵是還影響產品的強度，不是最佳方案。設計思路：將凸模一分為二，一部分保證花紋形狀的功能不變，并設計有錐度，增加向外的推力作用，即為帶錐度凸模；另一部分設計成活動的模塊，使輪輻成形后，撐住輪輻內圓，將輪輻外圓表面與凹模面緊緊貼住，確保直線度。同時，在分離時能收的回來，實現(xiàn)凹、凸模分離。擴脹式分體模如圖8所示。其工作原理是：①拉延成形時，帶錐度凸模在導向銷的引導下正向向下運動，保證花紋不位移；②帶錐度凸模的錐度使凸模脹塊向外運動，當整個拉延成形完成時，凸模脹塊也擴脹到位，這樣輪輻整個外表面與凹模接觸面貼得嚴嚴實實，不留一絲縫隙，也就保證了輪輻外圓柱面橫截面的圓度；③當凹、凸模分離時，帶錐度凸模通過壓簧向上運動，使得凸模脹塊在拉簧的作用下收回來，確保凹模帶著輪輻與凸模脹塊分開。這樣生產的輪輻再裝配后無“型腔”，也就沒有二次流痕的困擾了。圖8擴脹式分體模結束語總的來說，鈑金制作的工藝、模具設計，要深入淺出，需要在繼承的基礎上創(chuàng)新。“深入”是要深入了解該產品的技術特性、工藝特點，并了解其技術發(fā)生、發(fā)展及現(xiàn)階段國內外的狀況；“淺出”則是需要用批判的思維去接受先人的技術，發(fā)揮天馬行空想象，進而產生出各種各樣的奇思妙想；而所謂的創(chuàng)新就是通過縝