鋼鋁復(fù)合材料輕量化輪轂的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及輪轂技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋼鋁復(fù)合材料輕量化輪轂。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，低碳環(huán)保已經(jīng)成為主旋律，應(yīng)用新技術(shù)、新工藝、新材料實(shí)現(xiàn)低成本、低能耗、低污染，產(chǎn)品部件的輕量化符合這一趨勢(shì)，是企業(yè)自身發(fā)展的需求也是企業(yè)應(yīng)盡的社會(huì)義務(wù)與責(zé)任。輪轂是運(yùn)動(dòng)機(jī)械的重要組成部分，輕量化輪轂可以減輕運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，減少運(yùn)轉(zhuǎn)阻力，有效提高機(jī)械傳動(dòng)效率。現(xiàn)有傳統(tǒng)技術(shù)中的輪轂大多采用鑄鐵合金或合金結(jié)構(gòu)鋼、單一化輕質(zhì)化材料成型，然而上述兩種輪轂存在以下缺陷，具體為:
傳統(tǒng)的鑄鐵合金或合金結(jié)構(gòu)鋼輪轂:
在車橋中，輪轂連接半軸、車輪和制動(dòng)鼓以傳遞驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)力和力矩，這一使用功能要求輪轂具有較高的強(qiáng)度、剛度和韌性，因此，傳統(tǒng)上采用強(qiáng)度和韌性較高的材料制作輪轂，如球鐵QT450-5、合金結(jié)構(gòu)鋼42CrMo等材料，成型方法主要是鑄造和鍛造，相對(duì)于輕合金材料，鐵合金材料輪轂產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中熔煉溫度高能耗高，切削困難加工成本高；在使用過(guò)程中，由于密度高重量大，使得驅(qū)動(dòng)能耗高，不利于節(jié)能減排。對(duì)現(xiàn)用的鐵合金材料輪轂進(jìn)行有限元輕量化結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，可到達(dá)到的減重比例有限，一般不超過(guò)10%，滿足不了汽車整車根據(jù)越來(lái)越高的能耗和排放法規(guī)對(duì)零部件產(chǎn)品提出的輕量化要求。
[0003]單一輕質(zhì)化材料成型的輪轂。
[0004]針對(duì)鑄鐵合金和鋼材的以上不足，一些密度相對(duì)較低的輕質(zhì)材料被用于制造輪轂，如鋁合金、鎂合金和高分子聚合體等，成型工藝有砂型鑄造、金屬型高壓鑄造、重力或低壓鑄造、鍛造和熱固成型。以鋁合金為例，其密度和彈性模量大約都只有鋼鐵材料的三分之一，所以不得不使用更多體積的鋁合金以滿足產(chǎn)品剛度和強(qiáng)度的要求，減重比例一般不超過(guò)40%，同時(shí)，鋁合金還有一些難以克服的缺點(diǎn)，例如屈服強(qiáng)度低、熱膨脹系數(shù)大、熱衰退顯著等，不能可靠地滿足使用要求，從而限制了鋁合金輪轂的推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了有效解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種鋼鋁復(fù)合材料輕量化輪轂。
[0006]所述鋼鋁復(fù)合材料輕量化輪轂的具體技術(shù)方案如下:
一種鋼鋁復(fù)合材料輕量化輪轂，所述鋼鋁復(fù)合材料輕量化輪轂采用鋼、鋁合金材質(zhì)整體復(fù)合制成。
[0007]進(jìn)一步地，所述輪轂包括鋁合金基體、外側(cè)軸承孔鋼套、內(nèi)側(cè)軸承孔鋼套、外側(cè)軸承外圈、內(nèi)側(cè)軸承外圈及多個(gè)螺栓孔鋼鑲件；所述外側(cè)軸承外圈及內(nèi)側(cè)軸承外圈分別過(guò)盈配合壓裝入外側(cè)軸承孔鋼套及內(nèi)側(cè)軸承孔鋼套，從而與所述輪轂連接固定，所述鋁合金基體法蘭周側(cè)的多個(gè)螺栓孔設(shè)有螺栓孔鋼鑲件。
[0008]進(jìn)一步地，所述螺栓孔周邊圍設(shè)有螺栓孔鋼鑲件，所述鋼鑲件的端面裸露在鋁合金基體法蘭面上，直接接觸螺栓頭或其他緊固連接件。
[0009]進(jìn)一步地，車輪螺栓穿過(guò)所述車輪螺栓孔鑲件，用車輪螺母將輪輞和制動(dòng)鼓緊固在所述輪轂上；當(dāng)使用盤式制動(dòng)器時(shí)，制動(dòng)盤螺栓穿過(guò)制動(dòng)盤螺栓孔鑲件(圖1中件64)，將制動(dòng)盤緊固在所述輪轂上；當(dāng)使用ABS裝置時(shí)，制動(dòng)加速度傳感器的端面齒圈也安裝在輪轂上。
[0010]進(jìn)一步地，所述外側(cè)軸承孔鋼套采用與所述外側(cè)軸承外圈相同熱膨脹系數(shù)的材料制成，所述內(nèi)側(cè)軸承孔鋼套采用與所述內(nèi)側(cè)軸承外圈相同熱膨脹系數(shù)的材料制成。
[0011]—種鋼鋁復(fù)合材料輕量化輪轂的制備方法，用于制備上述的鋼鋁復(fù)合材料輕量化輪轂，所述鋼鋁復(fù)合材料輕量化輪轂通過(guò)低壓鑄造或重力澆鑄的工藝成型，制備步驟具體包括:1)制備鋼套和鑲件，對(duì)其表面做過(guò)渡金屬活性處理；2)熔煉配制鋁合金；3)將鋁合金液注入安裝好預(yù)熱鋼套和鑲件的模具中；4)整體成型；5) T6熱處理；6)加工檢測(cè)，裝配和使用。
[0012]本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)的技術(shù)效果如下:
重量輕:相對(duì)于黑色金屬，減重比例大于50% ;
強(qiáng)度高:相對(duì)于鋁合金等輕質(zhì)材料，局部屈服強(qiáng)度由206Mpa提高到353Mpa以上，提高30%，同時(shí)還留有較大的工藝調(diào)整范圍；
工藝面廣:成型工藝適用于所有結(jié)構(gòu)形狀的輪轂產(chǎn)品；
成本低:相對(duì)于采用整體高強(qiáng)度鋁合金，降低了成本。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明(鋼鋁復(fù)合輕量化輪轂)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明在輪邊部件中的裝配結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0015]相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對(duì)本發(fā)明有更好的了解，在下文對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)沒有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。
[0016]本發(fā)明提供一種鋼鋁復(fù)合材料輕量化輪轂，如圖1所示，所述鋼鋁復(fù)合材料輕量化輪轂包括輪轂本體1，所述輪轂本體I為鋁合金基體，采用鋁合金整體成形，實(shí)現(xiàn)了車橋輪轂的輕量化。
[0017]所述外側(cè)軸承孔鋼套3和內(nèi)側(cè)軸承孔鋼套5以及多個(gè)螺栓孔鑲件61、64通過(guò)整體鑄造成型工藝與所述輪轂本體I連接固定；
外側(cè)軸承外圈2和內(nèi)側(cè)軸承外圈4是軸承標(biāo)準(zhǔn)件的一部分，由軸承專業(yè)廠提供，其材料一般為碳素合金鋼；外側(cè)軸承外圈2和內(nèi)側(cè)軸承外圈4分別通過(guò)過(guò)盈配合裝配入外側(cè)軸承孔鋼套3和內(nèi)側(cè)軸承孔鋼套5中，從而實(shí)現(xiàn)所述輕量化輪轂與橋殼的旋轉(zhuǎn)連接。
[0018]通過(guò)鑲鑄和軸承外圈相同熱膨脹系數(shù)的外側(cè)軸承孔鋼套3和內(nèi)側(cè)軸承孔鋼套5，實(shí)現(xiàn)材料性能的過(guò)度，解決了軸承外圈和軸承安裝孔之間由于材料不同而引起的熱膨脹系數(shù)不同，從而導(dǎo)致配合面的熱變形不協(xié)調(diào)問(wèn)題，本發(fā)明在溫度變化時(shí)，保持了原始設(shè)計(jì)配合副的配合關(guān)系不變，解決了 “甩圈”、‘“溫差裝配”、過(guò)盈量變化而導(dǎo)致預(yù)緊力變化等設(shè)計(jì)、工藝和使用問(wèn)題。
[0019]并所述鋼套和鑲件(內(nèi)側(cè)軸承孔鋼套3、外側(cè)軸承孔鋼套5以及多個(gè)鑲件)采用特殊的結(jié)構(gòu)和制備工藝，具體為滾花、溝槽和平面，以及特殊的異種材料連接處理工藝，以激活材料基體，使鋼和鋁的結(jié)合面通過(guò)物理和化學(xué)的方法更有效的結(jié)合。
[0020]如圖2所示，所述輪轂本體I外周側(cè)均勻設(shè)有螺栓孔6，所述螺栓孔6周側(cè)設(shè)有螺栓孔鑲件61，車輪螺栓62穿過(guò)車輪螺栓孔鑲件61將輪輞輪圈7和制動(dòng)鼓8連接在所述輪轂上，并用車輪螺母63緊固；所述螺栓孔鑲件61由屈服強(qiáng)度較高的鋼材制成，用以直接接觸車輪螺栓62和車輪螺母等緊固連接件，以提高產(chǎn)品局部的壓潰強(qiáng)度。
[0021]本發(fā)明還提供一種鋼鋁復(fù)合材料輕量化輪轂的制備方法，用于制備上述的鋼鋁復(fù)合材料輕量化輪轂，所述鋼鋁復(fù)合材料輕量化輪轂通過(guò)低壓鑄造或重力澆鑄的工藝成型，制備步驟具體包括:1)制備鋼套和鑲件，對(duì)其表面做過(guò)渡金屬活性處理；2)熔煉配制鋁合金；3)將鋁合金液注入安裝好預(yù)熱鋼套和鑲件的模具中；4)整體成型；5) T6熱處理；5)加工檢測(cè)，裝配和使用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鋼鋁復(fù)合材料輕量化輪轂，其特征在于，所述鋼鋁復(fù)合材料輕量化輪轂采用鋼、鋁合金材質(zhì)整體復(fù)合制成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼鋁復(fù)合材料輕量化輪轂，其特征在于，所述輪轂包括鋁合金基體、外側(cè)軸承孔鋼套、內(nèi)側(cè)軸承孔鋼套、外側(cè)軸承外圈、內(nèi)側(cè)軸承外圈及多個(gè)螺栓孔鋼鑲件；所述外側(cè)軸承外圈及內(nèi)側(cè)軸承外圈分別過(guò)盈配合壓裝入外側(cè)軸承孔鋼套及內(nèi)側(cè)軸承孔鋼套，從而與所述輪轂連接固定，所述鋁合金基體法蘭周側(cè)的多個(gè)螺栓孔設(shè)有螺栓孔鋼鑲件。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋼鋁復(fù)合材料輕量化輪轂，其特征在于，所述螺栓孔周邊圍設(shè)有螺栓孔鋼鑲件，所述鋼鑲件的端面裸露在鋁合金基體法蘭面上，直接接觸螺栓頭或其他緊固連接件。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋼鋁復(fù)合材料輕量化輪轂，其特征在于，車輪螺栓穿過(guò)所述車輪螺栓孔鑲件，用車輪螺母將輪輞和制動(dòng)鼓緊固在所述輪轂上；當(dāng)使用盤式制動(dòng)器時(shí)，制動(dòng)盤螺栓穿過(guò)制動(dòng)盤螺栓孔鑲件，將制動(dòng)盤緊固在所述輪轂上；當(dāng)使用ABS裝置時(shí)，制動(dòng)加速度傳感器的端面齒圈也安裝在輪轂上。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋼鋁復(fù)合材料輕量化輪轂，其特征在于，所述外側(cè)軸承孔鋼套采用與所述外側(cè)軸承外圈相同熱膨脹系數(shù)的材料制成，所述內(nèi)側(cè)軸承孔鋼套采用與所述內(nèi)側(cè)軸承外圈相同熱膨脹系數(shù)的材料制成。6.一種鋼鋁復(fù)合材料輕量化輪轂的制備方法，用于制備上述權(quán)利要求1-5之一所述的鋼鋁復(fù)合材料輕量化輪轂，其特征在于，所述鋼鋁復(fù)合材料輕量化輪轂通過(guò)低壓鑄造或重力澆鑄的工藝成型，制備步驟具體包括:1)制備鋼套和鑲件，對(duì)其表面做過(guò)渡金屬活性處理；2)熔煉配制鋁合金；3)將鋁合金液注入安裝好預(yù)熱鋼套和鑲件的模具中；4)整體成型；5)T6熱處理；6)加工檢測(cè)，裝配和使用。7.—種仿生學(xué)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，用高剛度、高強(qiáng)度和和高硬度的材料制成骨架，復(fù)合在鋁合金基體上。
【專利摘要】本發(fā)明涉及輪轂技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋼鋁復(fù)合材料輕量化輪轂，所述輪轂包括鋁合金基體、外側(cè)軸承孔鋼套、內(nèi)側(cè)軸承孔鋼套及多個(gè)螺栓孔鋼鑲件；所述鋁合金基體法蘭周側(cè)多個(gè)車輪螺栓孔和制動(dòng)盤螺栓孔設(shè)有鋼鑲件；外側(cè)軸承外圈及內(nèi)側(cè)軸承外圈分別過(guò)盈壓裝入外側(cè)軸承鋼套及內(nèi)側(cè)軸承鋼套，從而與所述輪轂連接固定。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)的技術(shù)效果如下：重量輕：相對(duì)于黑色金屬，減重比例大于50%；強(qiáng)度高：相對(duì)于鋁合金等輕質(zhì)材料，局部屈服強(qiáng)度由206Mpa提高到353Mpa以上，提高30%，同時(shí)還留有較大的工藝調(diào)整范圍；工藝面廣：成型工藝適用于所有結(jié)構(gòu)形狀的輪轂產(chǎn)品；成本低：相對(duì)于采用整體高強(qiáng)度鋁合金，降低了成本。
【IPC分類】B60B27/00, B22D19/00
【公開號(hào)】CN104999858
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510431706
【發(fā)明人】董建華
【申請(qǐng)人】董建華
【公開日】2015年10月28日
【申請(qǐng)日】2015年7月21日