林仁建　陈超　苏薛卫

摘 要：随着车轮钢圈行业标准的规范及客户质量要求越来越高，钢圈加工工艺不能再单纯依靠经验来加工，新的工艺方案必须更加细化，其过程也需要新的设备及方法来控制，尤其ISO/TS16949标准给钢圈制造带来更高的要求。本文详述了一种非机动车J型12×4钢圈的制造加工过程，其工艺已经能很好地保证钢圈生产质量。

关键词：非机动车；钢圈；加工工艺；冲压；质a量

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.217

经济的增长，时的交通、园林等与人们息息相关的行业也得到长足发展，例如非机动车辆沙滩车、高尔夫球车、草坪及园林机械、拖车、扫雪车、电动车等的用途越来越广泛，车轮是非机动车辆最关键的零部件之一[1]，与地面之间作用的所有的力和力矩（附着力、驱动力、制动力、侧向力和回正力矩等）都是由车轮承受和传递的[2]。目前行业标准以及设计能力均能满足其生产需要，规格系列化使得大多数规格的钢圈均能达到量产。通常非机动车辆的车轮钢圈为钢材压制及焊接而成，已装配无内胎的轮胎，车轮钢圈的加工工艺虽已逐渐完善，但更多企业还是依靠经验制造加工，基本停留在上世纪。

1 J型12×4钢圈加工工艺

本文以丰田系列扫雪车J型12×4车轮钢圈为研究对象，钢圈主要由轮辋和轮辐组成，其结构如图1所示。

1.1 轮辋加工工艺

轮辋加工材料为SPHC热轧钢板，厚度2.5mm，轮辋加工过程如表1。

（1）打字卷圆。在平铺的钢板上压印出产品设计规定的标识内容，传输到卷圈机内圈圆，以方便后续工序的焊接等，刻字位置在轮缘位置，图2所示平铺钢板刻字，图3所示卷圈机内的圈圆。

（2）对焊。轮辋对焊采用闪光对焊能够满足焊接强度及外观要求，闪光对焊属于电阻焊的一种，焊接代号为“24”。工作时，钳口和电极将工件两端加紧，接通电源，同时使工件两端同时逐渐靠近，在大电流的作用下产生电阻热，使两端头金属熔化，并开始闪光；同时给予一个快速的顶锻力，使两端头的材料结合在一起。轮辋对焊工作如图4所示。

（3）扩口、滚型。轮辋扩口、1滚、2滚、3滚通过形状过渡，材料均匀变形，同时使轮辋形状逐渐成型至产品规定的尺寸（包括轮辋的宽度、轮缘宽度），并将轮缘口处进行切边。图5为轮辋滚型过程。

（4）扩张。通过模具中的锥形芯轴的向上运动，使轮辋径向方向上产生张力，是轮辋的胎圈座周长达到设计要求，以便于轮胎配合装配，其尺寸通过球带尺检验。图6所示模具锥形芯轴原理和模具实体。

（5）冲气门孔、挤孔。图7为冲压轮辋气门孔，挤压毛刺，确保轮辋与气门嘴装配顺利，不刮伤气门嘴。

1.2 轮辐加工工艺

轮辐加工材料为SPHC热轧钢板，厚度4.5mm，轮辐加工过程如表2。

（1）落料。按产品设计将钢板冲成一定尺寸的圆料，以便后续拉伸、成型等工序使用，综合考虑板料的重量、利用率及动能因素，采用落圆数来进行冲压落料。冲压板材按照设计，外购相应规格的板材。图8所示冲压落料。

（2）拉延、反拉延成型。将圆板料拉出一定高度，有利于后续反拉延工序时材料的流动（一些小规格的钢圈辐板拉延时，可在中心冲出一个工艺小孔，为后续工序提供位基准）。反拉延是过渡形状过程，利于材料流动，最后用成型模压出设计轮辐形状，其控制尺寸主要为轮辐深度、螺栓孔凸包的高度等，其中轮辐深度、螺栓孔凸包不足会降低钢圈弯曲疲劳性能和螺栓孔刚度。图9所示拉延、反拉延成型的辐板。

（3）翻边。通过模具冲压钢圈轮辐的中心孔，然后对中心孔和外径进行折弯，形成一定的配合长度，有利于配合整车装配。中心孔翻孔过程中存在较大的拉应力，产品设计或加工时，设定一个合理的中心孔高度，提高产品的可制造性，并且可以中心孔裂纹。图10所示轮辐翻边。

（4）冲螺栓孔、冲定位孔。螺栓孔及其球面尺寸，通常也是通过冲压方式实现，给整车装配带来便利。轮辐定位通过中心孔定位销，并确保螺栓孔相对于中心孔的位置度要求，这一加工过程通过三坐标测量机或专用的位置度检具进行过程监控。同样，依次冲压伦轮辐的定位孔。图11为轮辐螺栓孔、定位孔的冲压和三坐标测量机。

2 钢圈合成制造工艺

钢圈组对通常是通过压制及焊接的方式实现的，其合成压配模具如图12所示。

（1）压配。按设计要求，利用模具将轮辐、轮辋压配至规定的相对位置。主要控制的尺寸为车轮跳动和车轮的偏距，其均可通过后续的检测设备进行全检监控，不合格品会自动下线，避免其流入下道工序。图13所示轮辋、轮辐的压配。

（2）合成焊接。钢圈合成是通过CO2气体保护焊焊接的，焊接代码“135”，焊接时通过较高的电流（通常标准在150A以上）产生热量及弧光，融化焊丝及部分钢圈材料，形成液态熔池，同时CO2气体隔绝空气，保护液态熔液不被氧化，使轮辋、轮辐很好的焊接组合。图14所示CO2气体保护焊合成焊接。焊接强度由“联接强度试验”来进行试验[3-4]，焊接不出现撕裂或可见裂纹，图15所示联接强度试验。

最后经过跳动、动平衡、涂装、包装、等工序完成钢圈制造及装配的整个过程。图16为以上工序图。

3 结语

车轮钢圈市场空间及需求量是相当大，并且整个行业已实现相应地标准，大多数企业各规格已经量产出口或直接装配，然而市场上的钢圈质量也是参差不齐，钢圈制造工艺日益凸显其重要性，甚至成为决定产品质量和客户满意最关键的指标，优化工艺及加强工艺的管理，也是各企业降低成本的最佳途径[5]。

参考文献：

[1]王霄锋，梁昭，张小格.基于动态弯曲疲劳试验的汽车车轮有限元分析[J].拖拉机与农用运输车，2007，1（34）.

[2]周到，康侃.五件式港口机械钢圈焊接工艺及研究[J].广西工学院学报，2006（01）.

[3]邹业伟.工程车轮冷成型制造技术研究[J].应用技术企业科技与发展，2010，24（294）.

[4]刘新宇，常虹，范长伟，陈树勋.钢圈疲劳寿命估算方法探讨[J].装备制造技术，2008（05）.

[5]程秀美.新形势下的汽车钢圈产业研究及改进措施[J].科技与生活，2010（02）.