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摘 要：本文重点介绍了铝轮毂旋压成型机的机械结构、运行原理及其关键部件的常见故障。并且针对常见和疑难故障问题给予了详细的分析，给出了便于实施的解决方案。且根据作者在生产实践中的工作经验，总结了旋压生产过程中出现的典型工艺质量问题。并且对这些问题分类归纳，详述了每种问题的解决措施。总之，该文是铝轮毂旋压生产实践中的经验总结，对同类厂生产有非常宝贵的指导意义。
关键词：铝轮毂;旋压成型;工艺
中图分类号：TG306 文献标识码：A
1 设备简介
目前我司引进韩国株式会社CSCAM制造的WFF125 mm型3刀120℃平面布置旋压机2台套。该机外形长5 006.5 mm宽4 572.29 mm高4 269 mm，重32 850 kg。主要由主轴驱动（250 kW）、X，Z轴旋刀驱动（37 kW）、尾顶座和排出器（22 kW）等组成。配套南京长江工业炉科技有限公司制造的燃气加热炉NCL2014-15232套，额定功率920 kW，分5个加热区，额定温度550℃。
2 生产过程中的工艺关键控制点
我司配套有2条生产线，每条生产线各配套1套加热炉、1台旋压机、1台FANUC R-2000IC 210F型机械手。工作节拍为70 s左右，每天两班12 h。铝轮毂旋压成型工艺大致包括铝锭熔炼—铝液精炼—毛坯的铸造—X光检测—去冒口—固溶时效—毛坯预热—旋压成型—车削加工—去毛刺—动平衡—氦气检漏—精磨—表面处理（除脂、酸洗、钝化、纯水洗）—喷涂—烘烤—动平衡检查—包装—入库。其中的关键工艺控制要素如下：
（1）轮毂的旋压温度。铸造毛坯在旋压成型前必须预热到400℃以上，实际生产中设定轮毂加热炉的炉膛温度为425℃±10℃。随着轮型尺寸的增大，炉温可适当提高。特别是冬季生产中可提高到450℃±20℃。关注生产环境温度的变化，及时微调预热炉毛坯的预热设定温度，是保证旋压成型达标的关键要素之一。
（2）尾顶的压紧力和同心度。在旋压过程中，合适的尾顶压紧力是保证旋压正常进行的必要条件，压力太大，增加主轴旋转的阻力，降低联轴器的寿命;压力太小，轮毂毛坯会打滑，主轴和尾顶不同步。所以，合适的尾顶压紧力对毛坯成型至关重要。一般设定为4 MPa～5 MPa，通过调整液压站减压阀调压手柄可调整尾顶的压紧力，最大不应超过7 MPa。尾顶和模具的同心度要调整在1.5 mm以内，每次更换模具后必须用百分表测量其同心度，保证在此范围内。
（3）脱模剂的喷涂。必须保证足够的脱模剂涂层，成型轮毂才能顺利脱模。一般脱模剂可调兑成1：2的水溶液进行喷涂，喷涂气压在0.6 MPa左右，喷涂时间在20 s左右，根据脱模实际情况做适当调整。
（4）主轴转数。主轴转速一般设定在350 r/min左右，根据轮型和毛坯温度可做适当调整，最低不低于300 r/min 。
（5）进给量。旋刀进给量一般设定在600 mm/min左右，根据轮型大小、主轴转速和毛坯温度可做适当调整，以旋压成型时的达标情况为准。
（6）模具的定期清理和打磨。模具使用前必须进行预热，应不低于300℃。使用过程中应经常检查模具顶出器是否正常顶出，模具外表面是否粘铝，是否有脱模剂固化堆积等，需要及时清理模具内外，保持干净整洁，防止模具粘铝，影响轮毂成型。另外，更换新模具时，注意旋压后毛坯的壁厚会减薄1.5 mm。且要测量模具的同轴度，必须小于0.15 mm。
3 铝轮毂旋压成型缺陷识别及其原因分析
（1）轮辋裂纹。主要原因有毛坯温度过低;毛坯中含
缩松、气孔、夹渣等铸造缺陷;内侧阻力大，造成拉裂等。
（2）旋压拉模。主要原因有尾顶模具护耳变形;旋刀向下推力造成变形;脱模推力造成变形等。
（3）轮辐起包变形。主要原因有模具与毛坯不能有效贴合，毛坯打滑挫伤;尾顶压力不足等。
（4）同心度大。主要原因有模具同心度大;主轴与尾顶轴线不重合;热处理后毛坯变形等。
（5）轮辋鼓包变形。主要原因有变形率过大;减薄率
过大;毛坯温度过高等。
（6）旋后毛坯胎宽不合适。主要原因有Z向补偿不合
适;对刀数值不准确;毛坯本身的变差等。
（7）内耳缘充型不足。主要原因有材料不够;毛坯温
度低;涂料润滑性差;内侧阻力大流动性差，填充困难等。
（8）轮辋表面起皮。主要原因有旋压轮温度低;旋压轮润滑剂过量;第二刀表面质量差等。
（9）振刀。主要原因有毛坯温度低;旋刀轴承松动;旋压量分配不当等。
（10）轮辋表面凹凸不平。主要原因有旋刀表面粘铝;旋刀工作面掉块等。
4 设备运行中关键问题的处理和改善
4.1 旋刀的改善
在生产过程中，经常出现旋刀轴承损坏的故障。一方面由于使用通用润滑脂耐温80℃左右，而实际旋压时温度到200℃，远超其使用允许温度，造成轴承润滑不良，常处于高温干磨状态，导致轴承磨损严重。另一方面，旋刀下面安装的液压马达提供的转速与主轴转速相差甚远，造成旋刀与毛坯旋转时不同步，从而影响毛坯成型。后续对现有旋刀固定架重新设计，取消液压马达，并更换耐温200℃以上的长城润滑油，经验证，使用平稳可靠。
4.2 尾顶的改善
生产中出现尾顶摆动大，造成固定尾顶的框架螺丝全部断裂的情况。尾顶的摆动直接会造成毛坯成型的同心度超标（标准同心度≤0.15 mm，垂直度≤0.15 mm ），所以保证尾顶的同心度和垂直度是旋压成型的关键环节。而探究尾顶的摆动，需要综合考量。首先，要保证模具和主轴的同心度在标准内。一是必须每班清理模具内的积粉和铝屑;二是每班需检查顶出器工况，及时打磨模具内锥形结合面，保证配合无缝隙、凹凸;三是每班用百分表测试模具同心度，确认在标准范围内。其次，要保证尾顶与模具的同心度。一是每周从尾顶框架上方的加油孔加油，保证尾顶芯轴的3盘轴承润滑充足;二是调整芯轴方框外2塊调整楔铁的位置，保证芯轴垂直度在标准范围内;三是调整芯轴外框架连接板的固定螺丝，保证芯轴垂直居中，即保证尾顶、模具、主轴在毛坯压紧后同心度≤0.15 mm。另固定尾顶框架的内六角螺丝需要用12.9级以上的。最后，尾顶的压紧力应调定在40 bar-50 bar之间。尾顶的压紧力可调整液压站上控制尾顶的减压阀调定，并根据不同轮型适时修正。 4.3 主传动联轴器的改善
主传动电机输出轴和减速器输入轴之间原设计用链式联轴器连接，由于长时间的惯性冲击，链轮和链条间相互摩擦，链轮齿廓便逐渐被磨去齿顶，从而造成链条和齿间配合间隙增大，最终导致电机和减速器振动大。为了降低旋压时对主轴的冲击，更换成弹性套柱销联轴器。这样，利用弹性套柱销联轴器弹性垫的缓冲作用，消除了旋压时旋压力对主轴的冲击，从而大大延长了联轴器和主轴的寿命。
4.4 去中心孔的改善
为了节能和轻量化的需求，卡车和大巴也开始使用铝合金车轮。为了达到较高的综合机械性能，卡巴轮必须经铸造毛坯成型后，再旋压成型。但成型后的毛坯件在进一步机械加工前，需要去中心孔。行业中普遍采用卧式车床切割，不仅增加了工序和多台设备，还需要上下线等人工转运。为了减少毛坯转运及上下线码垛等繁琐的工作，我们在旋压成型机旁增加一台山东滕州市锻压机床二厂制造的四柱液压冲孔机YQ32-1000T，实现了自动去中心孔，极大的提高了生产效率。
5 旋压设备的维护和保养
5.1 旋压机
一是旋压机的主轴减速器每季度应更换其润滑液，通常使用32#齿轮油;每半月应检查主轴弹性套柱销联轴器的弹性套是否变形或磨损，损坏的需要及时更换;二是尾顶轴承箱每周需要加注高温润滑油。厂家设计的加油孔在尾顶箱的上方，操作工必须爬上旋压机的顶部进行加油，且顶部的加油管易形成凝固堵塞，造成润滑油不能到达轴承部位。另一方面，操作工爬上旋压机顶部加油属于高空作业，存在安全隐患。所以，在尾顶箱轴承座轴承上方开设加油孔，既方便操作工从尾顶下部加油又可以把润滑油直接加到轴承上表面，保证了轴承的充分润滑;三是旋压机的液压站每半年需要更换其液压油，通常使用46 #抗磨液压油。另外液压站的冷却器需要每季度进行清理一次，液压站的油温一般不允许超过45℃;四是旋刀和模具需要每班进行清理铝屑，保证旋刀和模具表面无粘铝，光滑平整。
5.2 机器人
一是机器人的夾爪需要定时清理其附着的油泥等，紧固夹爪上固定棘爪的螺母等;二是各关节轴承需要每年加注新的专用润滑油。
5.3 加热炉
一是其循环风机需要每月进行润滑加油，通常加注2#锂基脂;二是其链传动的减速器每半年需要更换其润滑油，通常使用32#齿轮油;三是所有气动管路上气动三联件的油雾器需要每月加注68 #轨道油。
5.4 四柱液压机
一是其液压站的液压油需要每年至少更换一次，保证油液的清洁，液压站的油滤和空滤每半年必须更换;二是其模具和压头每班必须清理，保证模具和压头上没有粘铝。
6 展望
为满足卡车和大巴轻量化的需求，旋压成型铝轮毂的应用会越来越广。国产改良的旋压成型机综合性能也越来越高，如江苏天宏机械制造的双刀旋压成型机，南京长江炉业制造的回转预热炉等设备制造水平已经超越了进口设备。相信随着旋压铝轮毂的普及，设备和制造工艺会不断推陈出新！
参考文献：
[1]黄渊.铝合金轮毂双向旋压成型工艺[J].中国新技术新产品，2017（13）：26-27.
[2]铝合金轮毂生产工艺[J].铝加工，2017（06）：64.
[3]王北平，赵琳瑜，韩冬，等.铝合金轮毂旋压成型工艺研究[A].中国机械工程学会.第八届全国塑性加工学术年会论文集[C].中国机械工程学会：中国机械工程学会，2002：3.
关键词：铝轮毂;旋压成型;工艺
中图分类号：TG306 文献标识码：A
1 设备简介
目前我司引进韩国株式会社CSCAM制造的WFF125 mm型3刀120℃平面布置旋压机2台套。该机外形长5 006.5 mm宽4 572.29 mm高4 269 mm，重32 850 kg。主要由主轴驱动（250 kW）、X，Z轴旋刀驱动（37 kW）、尾顶座和排出器（22 kW）等组成。配套南京长江工业炉科技有限公司制造的燃气加热炉NCL2014-15232套，额定功率920 kW，分5个加热区，额定温度550℃。
2 生产过程中的工艺关键控制点
我司配套有2条生产线，每条生产线各配套1套加热炉、1台旋压机、1台FANUC R-2000IC 210F型机械手。工作节拍为70 s左右，每天两班12 h。铝轮毂旋压成型工艺大致包括铝锭熔炼—铝液精炼—毛坯的铸造—X光检测—去冒口—固溶时效—毛坯预热—旋压成型—车削加工—去毛刺—动平衡—氦气检漏—精磨—表面处理（除脂、酸洗、钝化、纯水洗）—喷涂—烘烤—动平衡检查—包装—入库。其中的关键工艺控制要素如下：
（1）轮毂的旋压温度。铸造毛坯在旋压成型前必须预热到400℃以上，实际生产中设定轮毂加热炉的炉膛温度为425℃±10℃。随着轮型尺寸的增大，炉温可适当提高。特别是冬季生产中可提高到450℃±20℃。关注生产环境温度的变化，及时微调预热炉毛坯的预热设定温度，是保证旋压成型达标的关键要素之一。
（2）尾顶的压紧力和同心度。在旋压过程中，合适的尾顶压紧力是保证旋压正常进行的必要条件，压力太大，增加主轴旋转的阻力，降低联轴器的寿命;压力太小，轮毂毛坯会打滑，主轴和尾顶不同步。所以，合适的尾顶压紧力对毛坯成型至关重要。一般设定为4 MPa～5 MPa，通过调整液压站减压阀调压手柄可调整尾顶的压紧力，最大不应超过7 MPa。尾顶和模具的同心度要调整在1.5 mm以内，每次更换模具后必须用百分表测量其同心度，保证在此范围内。
（3）脱模剂的喷涂。必须保证足够的脱模剂涂层，成型轮毂才能顺利脱模。一般脱模剂可调兑成1：2的水溶液进行喷涂，喷涂气压在0.6 MPa左右，喷涂时间在20 s左右，根据脱模实际情况做适当调整。
（4）主轴转数。主轴转速一般设定在350 r/min左右，根据轮型和毛坯温度可做适当调整，最低不低于300 r/min 。
（5）进给量。旋刀进给量一般设定在600 mm/min左右，根据轮型大小、主轴转速和毛坯温度可做适当调整，以旋压成型时的达标情况为准。
（6）模具的定期清理和打磨。模具使用前必须进行预热，应不低于300℃。使用过程中应经常检查模具顶出器是否正常顶出，模具外表面是否粘铝，是否有脱模剂固化堆积等，需要及时清理模具内外，保持干净整洁，防止模具粘铝，影响轮毂成型。另外，更换新模具时，注意旋压后毛坯的壁厚会减薄1.5 mm。且要测量模具的同轴度，必须小于0.15 mm。
3 铝轮毂旋压成型缺陷识别及其原因分析
（1）轮辋裂纹。主要原因有毛坯温度过低;毛坯中含
缩松、气孔、夹渣等铸造缺陷;内侧阻力大，造成拉裂等。
（2）旋压拉模。主要原因有尾顶模具护耳变形;旋刀向下推力造成变形;脱模推力造成变形等。
（3）轮辐起包变形。主要原因有模具与毛坯不能有效贴合，毛坯打滑挫伤;尾顶压力不足等。
（4）同心度大。主要原因有模具同心度大;主轴与尾顶轴线不重合;热处理后毛坯变形等。
（5）轮辋鼓包变形。主要原因有变形率过大;减薄率
过大;毛坯温度过高等。
（6）旋后毛坯胎宽不合适。主要原因有Z向补偿不合
适;对刀数值不准确;毛坯本身的变差等。
（7）内耳缘充型不足。主要原因有材料不够;毛坯温
度低;涂料润滑性差;内侧阻力大流动性差，填充困难等。
（8）轮辋表面起皮。主要原因有旋压轮温度低;旋压轮润滑剂过量;第二刀表面质量差等。
（9）振刀。主要原因有毛坯温度低;旋刀轴承松动;旋压量分配不当等。
（10）轮辋表面凹凸不平。主要原因有旋刀表面粘铝;旋刀工作面掉块等。
4 设备运行中关键问题的处理和改善
4.1 旋刀的改善
在生产过程中，经常出现旋刀轴承损坏的故障。一方面由于使用通用润滑脂耐温80℃左右，而实际旋压时温度到200℃，远超其使用允许温度，造成轴承润滑不良，常处于高温干磨状态，导致轴承磨损严重。另一方面，旋刀下面安装的液压马达提供的转速与主轴转速相差甚远，造成旋刀与毛坯旋转时不同步，从而影响毛坯成型。后续对现有旋刀固定架重新设计，取消液压马达，并更换耐温200℃以上的长城润滑油，经验证，使用平稳可靠。
4.2 尾顶的改善
生产中出现尾顶摆动大，造成固定尾顶的框架螺丝全部断裂的情况。尾顶的摆动直接会造成毛坯成型的同心度超标（标准同心度≤0.15 mm，垂直度≤0.15 mm ），所以保证尾顶的同心度和垂直度是旋压成型的关键环节。而探究尾顶的摆动，需要综合考量。首先，要保证模具和主轴的同心度在标准内。一是必须每班清理模具内的积粉和铝屑;二是每班需检查顶出器工况，及时打磨模具内锥形结合面，保证配合无缝隙、凹凸;三是每班用百分表测试模具同心度，确认在标准范围内。其次，要保证尾顶与模具的同心度。一是每周从尾顶框架上方的加油孔加油，保证尾顶芯轴的3盘轴承润滑充足;二是调整芯轴方框外2塊调整楔铁的位置，保证芯轴垂直度在标准范围内;三是调整芯轴外框架连接板的固定螺丝，保证芯轴垂直居中，即保证尾顶、模具、主轴在毛坯压紧后同心度≤0.15 mm。另固定尾顶框架的内六角螺丝需要用12.9级以上的。最后，尾顶的压紧力应调定在40 bar-50 bar之间。尾顶的压紧力可调整液压站上控制尾顶的减压阀调定，并根据不同轮型适时修正。 4.3 主传动联轴器的改善
主传动电机输出轴和减速器输入轴之间原设计用链式联轴器连接，由于长时间的惯性冲击，链轮和链条间相互摩擦，链轮齿廓便逐渐被磨去齿顶，从而造成链条和齿间配合间隙增大，最终导致电机和减速器振动大。为了降低旋压时对主轴的冲击，更换成弹性套柱销联轴器。这样，利用弹性套柱销联轴器弹性垫的缓冲作用，消除了旋压时旋压力对主轴的冲击，从而大大延长了联轴器和主轴的寿命。
4.4 去中心孔的改善
为了节能和轻量化的需求，卡车和大巴也开始使用铝合金车轮。为了达到较高的综合机械性能，卡巴轮必须经铸造毛坯成型后，再旋压成型。但成型后的毛坯件在进一步机械加工前，需要去中心孔。行业中普遍采用卧式车床切割，不仅增加了工序和多台设备，还需要上下线等人工转运。为了减少毛坯转运及上下线码垛等繁琐的工作，我们在旋压成型机旁增加一台山东滕州市锻压机床二厂制造的四柱液压冲孔机YQ32-1000T，实现了自动去中心孔，极大的提高了生产效率。
5 旋压设备的维护和保养
5.1 旋压机
一是旋压机的主轴减速器每季度应更换其润滑液，通常使用32#齿轮油;每半月应检查主轴弹性套柱销联轴器的弹性套是否变形或磨损，损坏的需要及时更换;二是尾顶轴承箱每周需要加注高温润滑油。厂家设计的加油孔在尾顶箱的上方，操作工必须爬上旋压机的顶部进行加油，且顶部的加油管易形成凝固堵塞，造成润滑油不能到达轴承部位。另一方面，操作工爬上旋压机顶部加油属于高空作业，存在安全隐患。所以，在尾顶箱轴承座轴承上方开设加油孔，既方便操作工从尾顶下部加油又可以把润滑油直接加到轴承上表面，保证了轴承的充分润滑;三是旋压机的液压站每半年需要更换其液压油，通常使用46 #抗磨液压油。另外液压站的冷却器需要每季度进行清理一次，液压站的油温一般不允许超过45℃;四是旋刀和模具需要每班进行清理铝屑，保证旋刀和模具表面无粘铝，光滑平整。
5.2 机器人
一是机器人的夾爪需要定时清理其附着的油泥等，紧固夹爪上固定棘爪的螺母等;二是各关节轴承需要每年加注新的专用润滑油。
5.3 加热炉
一是其循环风机需要每月进行润滑加油，通常加注2#锂基脂;二是其链传动的减速器每半年需要更换其润滑油，通常使用32#齿轮油;三是所有气动管路上气动三联件的油雾器需要每月加注68 #轨道油。
5.4 四柱液压机
一是其液压站的液压油需要每年至少更换一次，保证油液的清洁，液压站的油滤和空滤每半年必须更换;二是其模具和压头每班必须清理，保证模具和压头上没有粘铝。
6 展望
为满足卡车和大巴轻量化的需求，旋压成型铝轮毂的应用会越来越广。国产改良的旋压成型机综合性能也越来越高，如江苏天宏机械制造的双刀旋压成型机，南京长江炉业制造的回转预热炉等设备制造水平已经超越了进口设备。相信随着旋压铝轮毂的普及，设备和制造工艺会不断推陈出新！
参考文献：
[1]黄渊.铝合金轮毂双向旋压成型工艺[J].中国新技术新产品，2017（13）：26-27.
[2]铝合金轮毂生产工艺[J].铝加工，2017（06）：64.
[3]王北平，赵琳瑜，韩冬，等.铝合金轮毂旋压成型工艺研究[A].中国机械工程学会.第八届全国塑性加工学术年会论文集[C].中国机械工程学会：中国机械工程学会，2002：3.