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車輪作為汽車的重要安全部件，由于旋轉慣性效應，對節能減排影響至關重要，車輪的高強度、高韌性和輕量化性能将直接影響汽車的節能減排和安全可靠性。近年來，國際上出現了兩種新的車輪制造工藝，鍛造 旋壓的鍛旋工藝和鑄造 旋壓的鑄旋工藝，這兩種工藝都具有大幅提高車輪強度和塑性指标，并顯著減輕車輪重量的特點。鍛旋工藝采用變形鋁合金作材料并用等溫模鍛 旋壓的方法來成形車輪，是當前鑄造車輪的換代工藝，适合高檔轎車配套。

鋁合金車輪強力旋壓機是用于輪辋成形的核心裝備，是集機械、液壓、數控、軟件開發和工藝技術于一體的高新技術産品。此前，世界上隻有德、美、日、西班牙等國能夠制造，典型廠家有Leifeld、WF、SSB、DENN 等，這些國家生産的旋壓機的顯著特點是通過伺服控制達到高精度和高效率。工作效率可達到每分鐘一件，主軸精度和旋輪進給精度均與立車相當，滿足少無切削的高精度要求。針對其國産化問題，在河北省科技廳重大項目的支持下，我公司聯合研制的WE-VFFM/32030 型鋁合金車輪強力旋壓機( 圖1)，各項性能指标均達到或超過進口産品，實現了車輪強力旋壓設備國産化。

圖1 WE-VFFM/32030 型鋁合金車輪強力旋壓機

鋁合金車輪旋壓工藝特點

本設備采用強力旋壓工藝來成形鋁合金車輪，毛坯輪辋部位變形均勻，金屬纖維流線合理，大幅度提高了産品性能，優于傳統鍛造方式，特别适合用于鍛造鋁車輪的輪辋成形，圖2 給出了鋁合金車輪輾鍛成形示意圖，經旋壓的輪辋，對于鍛造毛坯輪辋晶粒進一步細化（圖3），性能顯著提升，強度指标及延伸率顯著提高。

(a) 旋壓前材料組織( 鑄坯)

(b) 旋壓後材料組織

圖3 旋壓前後材料組織變化圖

WE-VFFM/ 系列旋壓機結構

旋壓機主要由本體機械系統、液壓系統、伺服控制系統、軟件系統以及安全防護系統組成。機械系統由機身、主軸傳動系統、旋輪進給系統、尾頂系統組成。WE-VFFM/32030 型旋壓機機身采用立式品字形結構，該結構很好地改善了主軸受力狀态；旋壓機尾頂采用四柱導向中心油缸驅動，具有同步性好、尾頂運動平穩無爬行的特點；旋壓機的主軸為具有同步控制功能的雙大功率伺服電機驅動，通過同步帶帶動主軸旋轉，由于主軸傳動采用閉環控制，所以主軸啟停位置精準的特性可滿足特殊輪形的旋壓工藝；旋輪的雙向進給（徑向和軸向進給）均采用伺服電機驅動，通過精密減速機和同步帶帶動大型滾珠絲杠實現，結構的高剛度和傳動的高精度保證了旋輪進給的精準；旋輪帶有液壓馬達驅動裝置，可保證旋輪與工件接觸時具有較小的線速度差，WE-VFFM 系列旋壓機結構詳見圖4。

圖4 WE-VFFM/32030 型鋁合金車輪強力旋壓機結構布局圖

WE-VFFM/32030 型旋壓機伺服控制系統

WE-VFFM/32030 型強力旋壓機以西門子840DsL 為核心數控單元，控制系統主要由CNC、HMI、PLC、611D 驅動等模塊構成，屬于多軸閉環位置控制系統。基于西門子840D 二次開發了多數控軸間的插補運動控制與多通道之間協調通訊控制程序，實現了鋁合金強力旋壓機的8 個伺服軸、4 個工作通道協調工作；該機在故障檢測、報警以及安全保障方面均有完善的軟件與硬件支持，及時準确地提供安全提示信息與安全報警信息，不僅在控制系統硬件上配有針對操作人員與設備的安全保護，而且還配有基于網絡的多台機的安全保護鍊路，在硬件上支持整條生産線的安全保護。

WE-VFFM/22030/33850 型旋壓機基本參數

為了适應超大規格車輪的旋壓需求，我們又聯合研發了WE-VFFM/33850 型3 旋輪強力旋壓機。該壓機具有超大直徑、超寬輪寬和超厚壁厚毛坯的旋壓能力，生産效率可實現45 秒生産1 件轎車車輪，60 秒生産一件重卡車輪，旋壓車輪範圍：14 ～ 30/4 ～ 18英寸( 直徑/ 輪寬)，性能參數見表1。　

表1 鋁合金車輪強力旋壓機性能參數

WE-VFFM/ 系列旋壓機的顯著特點

與進口相比，國産化的旋壓機其優異之處體現在以下幾方面：

⑴具有冷熱旋雙功能，既滿足鋁合金鍛造車輪的冷旋要求，又滿足鋁合金鑄旋車輪的熱旋要求。

⑵重載荷能力強，毛坯壁厚可達50mm。

⑶既可用于轎車輪辋旋壓，又可用于重卡車輪辋旋壓，最大加工範圍30 英寸×18 英寸( 直徑× 輪寬)。

⑷旋輪可實現雙向旋壓，既可向下旋壓，又可向上旋壓，适合于H 型車輪的輪辋旋壓。

⑸具有旋輪微量潤滑功能，旋輪的潤滑油用量每件＜ 1mL，相比進口設備，潤滑劑使用量大幅度減少。

⑹具有旋輪快換功能，旋輪更換過程簡單、更換速度快，保證了車輪産品連續性加工的生産效率。

⑺具有主軸精準啟停功能，滿足特殊輪形的旋壓加工。

⑻生産效率高，45 秒生産1 件轎車車輪，60 秒生産一件重卡車輪。

應用實例

⑴鋁合金車輪強力旋壓機已成為燕大現代集成制造的定型産品之一，在河北、山西、福建、浙江、内蒙、江蘇、湖北、湖南等地已累計推廣應用生産線20 餘條，設備各項性能指标均達到或超過國際先進水平。

⑵ WE-VFFM/33850 型旋壓機在鍛旋鋁合金車輪生産線中的應用。繼美國、德國之後，我公司于2004 年引進鍛造車輪生産線，2006 年引進國産化鍛造鋁合金車輪自動化生産線（圖5）。旋壓成形是鋁合金車輪鍛旋工藝的重要工序，旋壓工序是對輪辋部位組織的進一步細化，性能顯著提高，采用鍛旋工藝與傳統低壓鑄造工藝生産車輪對比見表2。

圖5 WE-VFFM/32030 型旋壓機在鋁合金超大鍛造車輪生産線上

⑴經濟效益。與引進的同類設備相比，研發的國産化強力旋壓機可節省大量資金，作為核心裝備之一，已推廣建立近30 餘條鍛造和鑄旋鋁合金車輪生産線，每條生産線産值均在億元以上。

⑵節能節材效果。生産的鋁合金鍛造卡車車輪與傳統的鋼質車輪相比，最大減重50%，對于大型車輛的輕量化、節能效果顯著，旋壓工藝還使輪辋延伸率指标成倍提高，從而顯著提高了汽車行駛的安全性。

智能化是旋壓機發展的必然趨勢，在旋壓工藝方面，由于旋壓成形工藝過程在數學上屬于幾何、物理和接觸摩擦三重非線性問題，如何确定合理的旋壓工藝參數，目前還存在問題，将數值模拟方法與旋壓參數相結合，制定虛實結合的工藝參數定參方法，實現旋壓參數的智能化調整，對于實際生産具有指導作用。随着網絡化技術的發展，在設備維護和技術服務方面，基于互聯網開發設備單元遠程故障診斷、遠程監控與預警系統，對于提高服務質量具有重要作用。

作者簡曆

張勝，工程師，主要從事鋁合金輪毂設備的制造開發，曾主持完成輪毂低壓鑄造機機械國産化工作，參與輪毂光整設備開發研究工作，并擁有7 項實用新型專利。

——來源：《鍛造與沖壓》2020年第11期

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