汽车轮毂挤压成形新技术
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本项目主要研究内容：
1.对轮毂零件进行工艺分析，制定一套可 行的轮毂成形工艺路线。 2.镁合金塑性成形困难。本课题通过实验 确定正确的成形工艺参数如坯料加热温度， 模具预热温度、挤压速度等。 3.成形出镁合金轮毂样品，并做力学性能 检测。
二、参数确定
主要研究不同变形温度、变形速率条件下 变形对塑性变形流变应力的影响。为考察 温度对镁合金压缩变形过程的影响，分别 在320℃、350℃、380℃、410℃下对 320℃ 350℃ 380℃ 410℃ AZ80A进行压缩实验；为研究变形速度对 AZ80A进行压缩实验；为研究变形速度对 压缩过程的影响，分别在0.01s- 0.1s压缩过程的影响，分别在0.01s-1、0.1s-1、 1s-1、10s-1的应变速率进行总应变量ε=0.8 1s10s- 的应变速率进行总应变量ε=0.8 的压缩实验。
轮毂下 凸缘
切向 纵向
断口形貌及显微组织分析： 断口形貌及显微组织分析：
六 课题最终成果
确定了轮毂挤压成形工艺路线及工艺参数。 成形出了镁合金轮毂样品。 发表学术论文一篇，题目为《 发表学术论文一篇，题目为《镁合金汽车轮 毂挤压成形工艺研究》 毂挤压成形工艺研究》。
一、概述
1.1 研究内容
目前铝合金轮毂已在轿车轮毂上得到普 及。与其相比，镁合金更有其优势：1.质量 及。与其相比，镁合金更有其优势：1.质量 轻、比强度、比刚度高，可以满足汽车轮 毂的使用要求。2.镁合金具有较高的弹性模 毂的使用要求。2.镁合金具有较高的弹性模 量，抗震性能好，比铝合金轮毂更适合在 高低不平的路面行驶。随着现代车辆轻量 化的发展趋势，镁合金将逐步取代铝合金 已经成为汽车轮毂的发展方向。
胀形：该工序主要将两次挤压后坯料胀形 胀形：该工序主要将两次挤压后坯料胀形 为轮毂轮辋形状。 胀形单位压力q=1.15×2tσb/dmax =1.15× =9.13Mpa
总胀形力 P≈2.685（2π90×90+180π×60） ≈9.13×84780 ≈774.1KN
变形程度对比： • 采用圆柱形坯料直接挤压成双杯形薄壁变形 程度如下：
四、轮毂挤压实验验设备采用YX32—315液压机，公称 实验设备采用YX32—315液压机，公称 压力3150 KN，镁合金轮毂成形复合挤压、 压力3150 KN，镁合金轮毂成形复合挤压、 正挤压和胀形模具各一套，镁合金坯料预 热炉、凹模加热炉及自制SYT热炉、凹模加热炉及自制SYT-B温度控制器 各一套。实验材料为AZ80圆柱坯料，直径 各一套。实验材料为AZ80圆柱坯料，直径 为φ178mm。 φ178mm。
ε 上端
169.42 = = 90.0% 2 178.6
ε 下端
178.62 − 160.82 − 151.62 ) （ = = 91.0% 2 178.6
所制定工艺路线中，正挤压变形程度 72.1%，复合挤压最大变形程度为67.8%， 72.1%，复合挤压最大变形程度为67.8%， 与直接挤压成薄壁相比变形程度有较大程 度的降低。
图1
工艺路线： 工艺路线：
制定工艺路线如下: 下料—正挤压—复合挤压—胀形— 制定工艺路线如下: 下料—正挤压—复合挤压—胀形—机 加工连皮及余料— 加工连皮及余料—热处理及表面处理。实验采用的设备为 YX3150液压机。 YX3150液压机。
下料
正挤压 复合挤压 图2 轮毂挤压成形工序
胀形
下料：采用φ178mm铸态AZ80坯料。 下料：采用φ178mm铸态AZ80坯料。 正挤压：将圆柱坯料挤压成壁厚较大的桶形件。
4.2正挤压
以下为正挤压模具及工艺参数
图1正挤压模具图 正挤压模具图
主要挤压工艺参数： 坯料加热温度：380 坯料加热温度：380 ℃ ； 模具预热温度为380℃ 模具预热温度为380℃； 挤压速度为0.2mm/s。 挤压速度为0.2mm/s。
超塑性压缩实验如图2
图2 380℃的真应 ℃ ——应变曲线 力——应变曲线
大学生研究训练计划 (SRTP)项目结题验收 项目结题验收
汽车轮毂挤压成形新技术
汇报人： 汇报人： 裴暖暖 指导老师： 指导老师：杨永顺教授 其他成员：张亚，郭凡， 其他成员：张亚，郭凡， 梁帅， 梁帅，姜智 文
汇报内容
1.概述 1.概述 2.参数确定 2.参数确定 3.工艺路线分析 3.工艺路线分析 4.轮毂挤压实验 4.轮毂挤压实验 5.轮毂性能检测 5.轮毂性能检测 6.课题最终成果 6.课题最终成果
采用线切割在挤压成形的镁合 金轮毂上取样，试样尺寸如图 所示，取样位置分别分布在轮 毂上凸缘、筋部、下凸缘上。 取样方向分横向和纵向两种。 室温条件下在AG-I250KN精密 室温条件下在AG-I250KN精密 万能实验机进行拉伸实验。 •拉伸试样示意图
取样 铸态试 样 轮毂 中部 轮毂 辐条
取样方 试样编 号 向 1 2 径向 纵向 径向 3 4 6 7 8 9 10 11 12 13
抗拉强度 /MPa 234.4 225.0 325 318.6 320.3 325.6 316.8 317.9 328.1 335.9 333.6 343.2
屈服强度 /MPa 101 106 166 160 178 157 148 146 160 161 198 202
延伸 率/% 9.2 9.1 12.0 10.5 12.4 14.1 10.6 11.0 10.3 14.2 15.0 15.2
实验结果
4.4胀形 4.4胀形
该步工序主要是将前两步工序成形出来的 轮毂预制坯桶壁胀形为轮毂轮辋形状。 坯料与温度为220 坯料与温度为220 ℃ 。
胀形模具图
实验结果
4.5产品后处理 4.5产品后处理
挤压胀形后的制品去 除连皮，在经过机加 工喷漆处理的产品图 如右图所示。
镁合金轮毂最终产品图
五、轮毂性能检测
同一应变速率不同温度下的真应变-真应力如图所示： 同一应变速率不同温度下的真应变-真应力如图所示：
应变速率对镁合金塑性变形流变应力的影响如下： 应变速率对镁合金塑性变形流变应力的影响如下：
三、工艺分析
图1为某厂家生产的型 号13X4ET44汽车轮毂件的 13X4ET44汽车轮毂件的 示意图。该零件轮辐表面 有凹槽和5 有凹槽和5个较大的通孔； 轮毂轴孔与轮辐间有深孔； 轮辋部分为变截面的双杯 形件，壁厚较薄且孔深较 大；轮辋两端的轮缘截面 过渡较大。
4.3复合挤压工艺 4.3复合挤压工艺
复合挤压模具结构 见右图，该步工序主要 是将一序成形出的下端 厚壁进行减薄，主要成 形过程：放入坯料，液 压机下缸顶出，将下压 头顶入预制坯里，并给 它一定的顶紧力，然后 液压机上缸下行带动下 压头下行，下部厚壁被 挤压减薄成形。 挤压工艺参数同正挤压。
正挤压模具图
151.62 ε正 = = 72.1% 2 178.6
复合挤压：实现厚壁的减薄。
ε 上端
169.42 − 151.62 = = 64.1% 2 2 178.6 − 151.6
ε 下端
（ 178.62 − 151.62）（ − 160.82 − 151.62） = = 67.8% 2 2 178.6 − 151.6
1.对轮毂零件进行工艺分析，制定一套可 行的轮毂成形工艺路线。 2.镁合金塑性成形困难。本课题通过实验 确定正确的成形工艺参数如坯料加热温度， 模具预热温度、挤压速度等。 3.成形出镁合金轮毂样品，并做力学性能 检测。
二、参数确定
主要研究不同变形温度、变形速率条件下 变形对塑性变形流变应力的影响。为考察 温度对镁合金压缩变形过程的影响，分别 在320℃、350℃、380℃、410℃下对 320℃ 350℃ 380℃ 410℃ AZ80A进行压缩实验；为研究变形速度对 AZ80A进行压缩实验；为研究变形速度对 压缩过程的影响，分别在0.01s- 0.1s压缩过程的影响，分别在0.01s-1、0.1s-1、 1s-1、10s-1的应变速率进行总应变量ε=0.8 1s10s- 的应变速率进行总应变量ε=0.8 的压缩实验。
轮毂下 凸缘
切向 纵向
断口形貌及显微组织分析： 断口形貌及显微组织分析：
六 课题最终成果
确定了轮毂挤压成形工艺路线及工艺参数。 成形出了镁合金轮毂样品。 发表学术论文一篇，题目为《 发表学术论文一篇，题目为《镁合金汽车轮 毂挤压成形工艺研究》 毂挤压成形工艺研究》。
一、概述
1.1 研究内容
目前铝合金轮毂已在轿车轮毂上得到普 及。与其相比，镁合金更有其优势：1.质量 及。与其相比，镁合金更有其优势：1.质量 轻、比强度、比刚度高，可以满足汽车轮 毂的使用要求。2.镁合金具有较高的弹性模 毂的使用要求。2.镁合金具有较高的弹性模 量，抗震性能好，比铝合金轮毂更适合在 高低不平的路面行驶。随着现代车辆轻量 化的发展趋势，镁合金将逐步取代铝合金 已经成为汽车轮毂的发展方向。
胀形：该工序主要将两次挤压后坯料胀形 胀形：该工序主要将两次挤压后坯料胀形 为轮毂轮辋形状。 胀形单位压力q=1.15×2tσb/dmax =1.15× =9.13Mpa
总胀形力 P≈2.685（2π90×90+180π×60） ≈9.13×84780 ≈774.1KN
变形程度对比： • 采用圆柱形坯料直接挤压成双杯形薄壁变形 程度如下：
四、轮毂挤压实验验设备采用YX32—315液压机，公称 实验设备采用YX32—315液压机，公称 压力3150 KN，镁合金轮毂成形复合挤压、 压力3150 KN，镁合金轮毂成形复合挤压、 正挤压和胀形模具各一套，镁合金坯料预 热炉、凹模加热炉及自制SYT热炉、凹模加热炉及自制SYT-B温度控制器 各一套。实验材料为AZ80圆柱坯料，直径 各一套。实验材料为AZ80圆柱坯料，直径 为φ178mm。 φ178mm。
ε 上端
169.42 = = 90.0% 2 178.6
ε 下端
178.62 − 160.82 − 151.62 ) （ = = 91.0% 2 178.6
所制定工艺路线中，正挤压变形程度 72.1%，复合挤压最大变形程度为67.8%， 72.1%，复合挤压最大变形程度为67.8%， 与直接挤压成薄壁相比变形程度有较大程 度的降低。
图1
工艺路线： 工艺路线：
制定工艺路线如下: 下料—正挤压—复合挤压—胀形— 制定工艺路线如下: 下料—正挤压—复合挤压—胀形—机 加工连皮及余料— 加工连皮及余料—热处理及表面处理。实验采用的设备为 YX3150液压机。 YX3150液压机。
下料
正挤压 复合挤压 图2 轮毂挤压成形工序
胀形
下料：采用φ178mm铸态AZ80坯料。 下料：采用φ178mm铸态AZ80坯料。 正挤压：将圆柱坯料挤压成壁厚较大的桶形件。
4.2正挤压
以下为正挤压模具及工艺参数
图1正挤压模具图 正挤压模具图
主要挤压工艺参数： 坯料加热温度：380 坯料加热温度：380 ℃ ； 模具预热温度为380℃ 模具预热温度为380℃； 挤压速度为0.2mm/s。 挤压速度为0.2mm/s。
超塑性压缩实验如图2
图2 380℃的真应 ℃ ——应变曲线 力——应变曲线
大学生研究训练计划 (SRTP)项目结题验收 项目结题验收
汽车轮毂挤压成形新技术
汇报人： 汇报人： 裴暖暖 指导老师： 指导老师：杨永顺教授 其他成员：张亚，郭凡， 其他成员：张亚，郭凡， 梁帅， 梁帅，姜智 文
汇报内容
1.概述 1.概述 2.参数确定 2.参数确定 3.工艺路线分析 3.工艺路线分析 4.轮毂挤压实验 4.轮毂挤压实验 5.轮毂性能检测 5.轮毂性能检测 6.课题最终成果 6.课题最终成果
采用线切割在挤压成形的镁合 金轮毂上取样，试样尺寸如图 所示，取样位置分别分布在轮 毂上凸缘、筋部、下凸缘上。 取样方向分横向和纵向两种。 室温条件下在AG-I250KN精密 室温条件下在AG-I250KN精密 万能实验机进行拉伸实验。 •拉伸试样示意图
取样 铸态试 样 轮毂 中部 轮毂 辐条
取样方 试样编 号 向 1 2 径向 纵向 径向 3 4 6 7 8 9 10 11 12 13
抗拉强度 /MPa 234.4 225.0 325 318.6 320.3 325.6 316.8 317.9 328.1 335.9 333.6 343.2
屈服强度 /MPa 101 106 166 160 178 157 148 146 160 161 198 202
延伸 率/% 9.2 9.1 12.0 10.5 12.4 14.1 10.6 11.0 10.3 14.2 15.0 15.2
实验结果
4.4胀形 4.4胀形
该步工序主要是将前两步工序成形出来的 轮毂预制坯桶壁胀形为轮毂轮辋形状。 坯料与温度为220 坯料与温度为220 ℃ 。
胀形模具图
实验结果
4.5产品后处理 4.5产品后处理
挤压胀形后的制品去 除连皮，在经过机加 工喷漆处理的产品图 如右图所示。
镁合金轮毂最终产品图
五、轮毂性能检测
同一应变速率不同温度下的真应变-真应力如图所示： 同一应变速率不同温度下的真应变-真应力如图所示：
应变速率对镁合金塑性变形流变应力的影响如下： 应变速率对镁合金塑性变形流变应力的影响如下：
三、工艺分析
图1为某厂家生产的型 号13X4ET44汽车轮毂件的 13X4ET44汽车轮毂件的 示意图。该零件轮辐表面 有凹槽和5 有凹槽和5个较大的通孔； 轮毂轴孔与轮辐间有深孔； 轮辋部分为变截面的双杯 形件，壁厚较薄且孔深较 大；轮辋两端的轮缘截面 过渡较大。
4.3复合挤压工艺 4.3复合挤压工艺
复合挤压模具结构 见右图，该步工序主要 是将一序成形出的下端 厚壁进行减薄，主要成 形过程：放入坯料，液 压机下缸顶出，将下压 头顶入预制坯里，并给 它一定的顶紧力，然后 液压机上缸下行带动下 压头下行，下部厚壁被 挤压减薄成形。 挤压工艺参数同正挤压。
正挤压模具图
151.62 ε正 = = 72.1% 2 178.6
复合挤压：实现厚壁的减薄。
ε 上端
169.42 − 151.62 = = 64.1% 2 2 178.6 − 151.6
ε 下端
（ 178.62 − 151.62）（ − 160.82 − 151.62） = = 67.8% 2 2 178.6 − 151.6