浅谈铝合金轮毂镜面加工2

浅谈汽车铝合金轮毂镜面车削加工

尹洪武

山东滨州盟威戴卡轮毂股份有限公司

【摘要】随着现代汽车的发展，铝合金轮毂由于其重量轻、散热好、外观美观等诸多优点逐渐代替钢轮毂。铝合金轮毂在追求性能稳定和结构美观的同时，在轮毂表面处理上进行了改进，有传统的纯喷漆和电镀两种处理方法向多方面处理发展。进行铝合金轮毂轮辐正面镜面车削就是其中一种表面处理的方法。在进行过轮毂轮辐正面镜面处理的铝合金轮毂表面显微硬度提高20%以上，能大大提高铝合金轮毂的表面耐磨性和耐腐蚀性。并使铝合金轮毂的外观光亮如镜，更能体现汽车的高档次和汽车的整体美观性。本文针对高档汽车配备的镜面铝合金轮毂的车削方法及影响铝合金轮毂镜面效果的因素，进行了详细的阐述和分析。

【关键词】铝合金轮毂；表面处理；数控车床；车削；刀具；抹平；镜面；参数

一、概述

镜面就指使用耐用度高,刀尖极其锋利的金刚石刀具在高精度机床上进行微量切削,使工件达到非常高的光洁度。机械切削加工后，工件表面粗糙度Ra<0.8um，能清晰倒影出物品影像的金属表面。

目前，铝合金轮毂的表面处理方法有四种，分别为电镀--铝合金轮毂表面镀铬；喷漆--铝合金轮毂表面喷各种颜色的漆；抛光--铝合金轮毂表面细磨，亮色；车镜面--铝合金轮毂正面通过精密的车床切削形成的镜面。

铝合金轮毂表面电镀方法处理的铝合金轮毂表面亮如镜子，装在高档汽车上绚丽无比，其主要流程为：除油→清洗→酸蚀→预镀锌→预镀暗镍→预镀两铜→清洗→活化→镍封→

镀铬→清洗→吹积水→烘干。但这样的电镀工艺流程复杂并且由于使用强酸、强碱集氰化物、铬酐等有毒有害化学品，产生的废水成分复杂，对环境影响很大，并且不能单独只对铝合金轮毂的轮辐正面进行镀铬产生镜面效果，会逐步的被淘汰。

铝合金轮毂表面喷漆方法是铝合金轮毂最常用的表面处理方法，其主要流程：表面预处理→水分烘干→喷底粉→底粉固化→喷漆→喷漆固化→喷透明粉→透明粉固化。但轮毂表面亮

度达不到表面镜面的效果。

铝合金轮毂表面抛光是使铝合金轮毂表产生镜面效果的另一种方法，采用手工方式进行。其主要流程：粗打磨→精打磨→粗抛光→精抛光→表面预处理→水分烘干→喷透明粉→透明粉固化。但是抛光效率非常低，且工人劳动强度大，表面质量取决于工人的手工技艺，大大的降低了镜面轮毂的表面质量。

车镜面是用高精度数控车床在特定的机床主轴转速和一定的切削参数及数控加工程序，利用天然金刚石刀具对铝合金轮毂的轮辐进行正面切削，进行切削后的轮辐表面亮度能达到镜面的效果。对铝合金轮毂轮辐正面镜面处理的工艺流程：表面预处理→水分烘干→喷底粉→底粉固化→喷漆→喷透明粉→透明粉固化→精车镜面→表面预处理→水分烘干→清喷透明粉→透明粉固化。

二、详细介绍

（一）铝合金轮毂轮辐镜面车削的方法及镜面车床

铝合金轮毂在进行轮辐镜面车削时必须使用装配精度非常高的数控专用车床。利用装配在车床主轴上的铝合金轮毂镜面专用夹具固定轮毂，使用天然金刚石刀具通过数控加工程序对铝合金轮毂的轮辐正面进行车削。在对轮毂进行车削时必须使用油雾冷却，以防止镜面划伤和影响镜面亮度。

在对铝合金轮毂进行镜面车削时，轮毂必须是先经过涂装的，轮毂表面涂装处理须进行过透明粉固化。原因是经过透明粉固化后的铝合金轮毂表面硬度较大，在进行粗加工时不容易被铝屑打伤漆面。由于采用铸造工艺制造，铝合金轮毂毛坯内部存在大量微细气孔，所以在进行镜面车削前，必须对铝合金轮毂轮辐正面进行抹平车削，经过抹平车削后，再进行镜面车削。镜面车削时要经过1次粗车车削、1次抹平车削、2次镜面车削，镜面每次车削时余量控制在0.01-0.015mm。

我公司铝合金轮毂车镜面专用数控车床的主轴应采用电主轴，电主轴的主要特点是：具有结构紧凑、机械效率高、噪声低、振动小和精度高等特点。主轴在制造工艺上要求很高,一般圆度在0.003mm左右,轴承选配成组再装配。旋转精度小于0.005mm，径向跳动小于0.001-0.002mm，轴向窜动小于0.001mm，转速须能达到在3000r/min。由于数控机床既要完成粗加工也要完成精加工，因此电主轴要有足够的静动刚度，以承受一定的切削负荷和保持高的回转精度。主轴的动态特性在很大程度上决定了加工质量和切削能力，当切削过程中出现较大的震动时，会使刀具出现较大的磨损和破损，也会增加主轴轴承所承受的动载荷，降低轴承的精度和寿命，同时也会影响铝合金轮毂镜面的加工精度和表面质量。因此主轴应具有较好的抗震性。电主轴的驱动方式是电机对主轴直接驱动，省去了传统的皮带、皮带轮、齿轮等一切中间传动环节。因为减少了中间传动环节的能力损失和动力传递不均匀。所以主轴在高速运转状态下，运行更平稳，解决了由于主轴震动引起的铝合金轮毂镜面光洁度不好，刀纹凌乱的现象。主轴的在高转速运动下会产生热量，所以有必要对主轴进行冷却，其冷却方式采用的是液体冷却方式，外置的主轴冷却柜，当冷却油在冷却柜中循环时冷却油中的热量就会随着冷柜的散热片散发出去。使主轴基本在一个温度中运转，防止了由于主轴温度过高引起的精度误差。

我公司铝合金轮毂车镜面专用数控车床的导轨采用的是高压液体静压全封闭式导轨，导轨与机床滑板之间始终有一层油膜隔开，机床导轨和滑板导轨不接触，故不存在磨损，所以导轨和滑台导向面之间的运动间隙始终不会变大，因而运动状态始终保持在机床调试初期一样的状态。

而作为传统的轮毂车床，其贴塑的钢导轨由于存在磨损，机床工作一段时间后，导轨之间的间隙就会增大，所以只得在每根导轨的侧面都设计了一根斜铁，靠斜铁来调整导轨间隙。导轨磨损后，就要将斜铁往里面挤压移动，而这种传统的机构也只能消除单个方向的侧向间隙；另一个方向（承重方向）的间隙就无法消除；而且导轨体磨损后，机床的精度就很难修复。

传统的这种机构，在一般精度的普通机床上是可行的，但对于铝

合金轮毂镜面车削来说，调整起来就相当困难。因为，铝合金轮毂镜面车削要求机床的运动具有非常好的微位移动态响应性能，这一性能主要决定于机床的运动副阻尼与驱动特性之间的合理匹配。

我公司铝合金轮毂车镜面专用数控车床X、Z轴采用的伺服电机与滚珠丝杠其重复定位精度在±0.0015mm，有效的杜绝了由于丝杠及伺服电机的倍系误差引起的刀纹不均匀；控制系统分辨率和系统最小设定单位是0.0001mm，这样小的设定值能够满足数控程序中的最小设定，在车削圆弧接点时能够非常圆滑的过度，表面看不到任何的接刀点，使镜面刀纹更加均匀。

我公司铝合金轮毂车镜面专用数控车床采用的夹具采用动力液压站，压力范围设定在20-25kg/m²，之所以设定这个压力范围是通过大量的实验取得的，如果压力低于20kg/m²，轮毂会在进行粗车时发生轻微转动，由于粗车给精车留的车削余量为0.01mm，当进行精车时由于轮毂发生转动导致了精刀车削路线相对变动，发生车削不完全现象。如果压力高于25kg/m²，在轮毂的内轮缘处就会现成压痕，影响铝合金轮毂的外观质量，严重的轮毂内轮缘会被压变形，影响轮胎的装配。夹具动平衡精度在1-2g.mm，如果夹具动平衡过大，其对铝合金轮毂镜面的刀纹的影响是非常明显的，会出现紊乱的刀纹，其光洁度大大的降低。

（二）铝合金轮毂镜面车削刀具的选用

铝合金轮毂镜面车削一般使用天然单晶金刚石刀具(SCD)。这种刀具由于是一个完整的单晶体,故可制成十分锋利和平直的刀刃。天然金刚石刀具经精细研磨后刃口半径可达0.008~0.005μm。其中天然单晶金刚石(SCD)刀具切削刃部位经高倍放大1500倍仍然观察到刀刃光滑。SCD刀具车削铝合金轮毂时表面粗造度时的Ra可达到0.6μm，而在同样切削条件下用PCD刀具加工时的表面粗糙时的Ra为15～50μm。故采用SCD刀具配合精密车床进行铝合金轮毂车削，可获得镜面表面。但是,天然单晶金刚石刀具存在价格昂贵、韧性差、焊接困难、方向性很强、无导电性等一系列不足。

单晶金刚石刀具的表面粗糙度值由于小于Ra0.01μm，刀刃质量至少可达到在1500倍显微镜下观察无缺陷，加之摩擦系数极小，所以