車輪制作經(jīng)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(jīng)過實踐錘煉，轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，這樣才能產(chǎn)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(jié)。本文是筆者結(jié)合工作設計關于車輪制作的一些經(jīng)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(zhì)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(chǎn)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(jīng)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(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)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(zhuǎn)換圖紙時也是如法炮制，結(jié)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(nèi)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(chǎn)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(jīng)過試生產(chǎn)，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(chǎn)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(zhì)量要求。圖720-7.50V型鋼車輪合理利用鈑金產(chǎn)品成形后的特點，不要盲目改變合理利用鈑金產(chǎn)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(jié)。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(jié)構(gòu)：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(chǎn)生二次流痕，嚴重影響外觀質(zhì)量。“型腔”產(chǎn)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(chǎn)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(nèi)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(chǎn)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(jié)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(chǎn)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(nèi)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(chǎn)生出各種各樣的奇思妙想；而所謂的創(chuàng)新就是通過縝