用于摩擦焊接的輪轂與輪輞搭接方法及其焊接方法
【專利摘要】一種用于摩擦焊的輪轂與輪輞搭接方法，包括如下步驟：（a）分別形成輪輻與輪輞，其中所述輪輻的兩端形成為與輪輞進(jìn)行裝配的裝配頭；及（b）對(duì)所述輪輻和輪輞進(jìn)行貼邊式過(guò)盈裝配，其中所述裝配頭的裝配面與所述輪輻的裝配面接合。根據(jù)本發(fā)明的搭接方法和焊接方法，實(shí)現(xiàn)了輪轂的分體式加工成型，不僅車輪質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，而且車輪美觀、效率高，成本低，提高車輪品質(zhì)。
【專利說(shuō)明】用于摩擦焊接的輪轂與輪輞搭接方法及其焊接方法
[0001] _

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及輪轂的焊接領(lǐng)域，尤其涉及分體式鋁合金輪轂的是輪輞與輪輻的貼邊 式搭接方法和焊接方法。
[0003]

【背景技術(shù)】
[0004] 鋁合金輪轂具有輕量化、制造精度高、強(qiáng)度高、減震性好、散熱能力強(qiáng)、外觀成型漂 亮、視覺(jué)效果好等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)有技術(shù)中，鋁合金輪轂的主要制造方法有鑄造和鍛造兩種方法， 其中鑄造主要是重力鑄造和低壓精密鑄造。
[0005] 然而，整體鑄造不僅生產(chǎn)效率低，而且輪轂性能很難穩(wěn)定，易產(chǎn)生氣孔，密度不均 勻，余量大，材料浪費(fèi)嚴(yán)重，能耗大；而采用鍛造則需要精密的鍛造設(shè)備，而且成品率低，力口 工制造成本較高。
[0006] 為了克服上述兩種制造方法的不足，業(yè)界提出了攪拌摩擦焊。攪拌摩擦焊是一種 在機(jī)械力和摩擦熱作用下的固相搭接方法。現(xiàn)有的鋁合金輪轂往往采用攪拌摩擦焊。例 如，CN 101530948A中公布了一種輪轂筒段縱縫和環(huán)縫的攪拌摩擦焊方法，可通過(guò)回抽解決 匙孔問(wèn)題，但該文獻(xiàn)沒(méi)有給出輪輞與輪輻之間的搭配接頭型式。此外，CN101214605A中公 布了一種輪轂制造工藝，其中輪盤和輪輞搭接配合后采用攪拌摩擦焊，搭接配合處的結(jié)構(gòu) 為階梯形結(jié)構(gòu)，但其輪輞采用上下分模的型式。
[0007] 為克服上述整體式輪轂制造方法中產(chǎn)生的不足，目前采用分體式的加工制造方 式，即輪輞、輪輻整體鑄造，通過(guò)設(shè)計(jì)輪輞與輪輻之間的接頭型式并優(yōu)化焊接方案，對(duì)輪輞 與輪輻進(jìn)行焊接，因此輪轂的性能質(zhì)量與焊接接頭結(jié)構(gòu)有著直接的關(guān)系。
[0008] 因此，業(yè)界需要改進(jìn)的焊接接頭。
[0009]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明旨在提供一種輪輞與輪輻的攪拌摩擦焊焊接方案，其采用新型接頭設(shè)計(jì)型 式，利用攪拌摩擦焊獲得性能優(yōu)良的輪轂，并采用攪拌摩擦點(diǎn)焊去除匙孔，提高輪轂的氣密 性、安全性和美觀性。
[0011] 本發(fā)明的一個(gè)方面為一種用于摩擦焊的輪輻與輪輞搭接方法，包括如下步驟： (a)分別形成輪輻與輪輞，其中所述輪輻的兩端形成為與輪輞進(jìn)行裝配的裝配頭；及（b)對(duì) 所述輪輻和輪輞進(jìn)行貼邊式過(guò)盈裝配，其中所述裝配頭的裝配面與所述輪輻的裝配面接 合。
[0012] 一些實(shí)施例中，所述裝配頭形成為矩形。
[0013] 一些實(shí)施例中，所述裝配頭形成為楔形。
[0014] 本發(fā)明的另一方面為一種輪輻與輪輞的摩擦焊焊接方法，包括如下步驟：（1)形 成如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的輪輻與輪輞連接；（2)利用攪拌摩擦焊接對(duì)所述輪輻和 所述輪輞進(jìn)行定位焊接；及（3)利用攪拌摩擦焊接對(duì)所述輪輞和所述輪輻進(jìn)行焊接。一些 實(shí)施例中，從所述輪輞的外側(cè)進(jìn)行摩擦焊接，另一些實(shí)施例中，從所述輪輞的內(nèi)側(cè)進(jìn)行摩擦 焊接。
[0015] 一些實(shí)施例中，所述步驟（2)中的摩擦參數(shù)小于所述步驟（3)中的摩擦參數(shù)。
[0016] 一些實(shí)施例中，所述步驟（2)中，當(dāng)引用權(quán)利要求2時(shí)，摩擦焊接的攪拌頭的直徑 所述裝配頭的長(zhǎng)度（D1)的1/2,攪拌針的長(zhǎng)度為所述輪輞的壁厚與所述裝配頭的厚度之和 的一半；當(dāng)引用權(quán)利要求3時(shí)，攪拌頭直徑為所述裝配頭的長(zhǎng)度（D2)的1/2,攪拌針的長(zhǎng)度 大于H tl且小于H2，其中Htl為輪輞的壁厚，H2為輪輞的壁厚與輪輻貼邊最厚處厚度的總和。
[0017] 一些實(shí)施例中，所述步驟（3)中，當(dāng)引用權(quán)利要求2時(shí)，攪拌頭直徑為所述裝配 頭的長(zhǎng)度（D 1)的2/3,長(zhǎng)度為H1- (0.5mnTlmm)，其中H1為輪輞壁厚與輪輻的貼邊厚度 的總和；當(dāng)引用權(quán)利要求3時(shí)，攪拌頭的直徑為所述裝配頭的長(zhǎng)度（D 2) 1/2,長(zhǎng)度為Htl, 其中Htl為輪輞的壁厚，；并且焊接厚度t :6~8mm，攪拌頭轉(zhuǎn)速V :60(T800rpm，焊接速度： v/r，其中r為所述輪轂的半徑。
[0018] 一些實(shí)施例中，還包括： (3)采用同質(zhì)鋁合金材料對(duì)匙孔進(jìn)行填充處理，并采用攪拌摩擦點(diǎn)焊對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)焊。
[0019] 一些實(shí)施例中，所述步驟（3)中，加持力為(T30kN，攪拌工具可旋轉(zhuǎn)速度范圍為 0?3000rad/min。
[0020] 一些實(shí)施例中，還包括：（4)對(duì)焊接成型的所述輪轂進(jìn)行熱處理。
[0021] 一些實(shí)施例中，所述步驟（4)中，所述熱處理包括固溶處理，其中固溶處理規(guī)范為： 535°C保溫60min+水淬，水淬溫度不大于30°C;及人工時(shí)效，所述人工時(shí)效規(guī)范為：200°C保 溫8小時(shí)+空冷。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的搭接方法和焊接方法，實(shí)現(xiàn)了輪轂的分體式加工成型，不僅車輪質(zhì) 量輕、強(qiáng)度高，而且車輪美觀、效率高，成本低，提高車輪品質(zhì)。
[0023] 結(jié)合附圖，根據(jù)下文的通過(guò)示例說(shuō)明本發(fā)明主旨的描述可清楚本發(fā)明的其他方面 和優(yōu)點(diǎn)。
[0024]

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025] 通過(guò)閱讀參照以下附圖所作的對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它 特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯： 圖1為示出本發(fā)明搭接形式的示意圖； 圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的外側(cè)焊接方案的示意圖；及 圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的內(nèi)側(cè)焊接方案的示意圖。
[0026] 附圖中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。
[0027]

【具體實(shí)施方式】
[0028] 參見(jiàn)示出本發(fā)明實(shí)施例的附圖，下文將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以 許多不同形式實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)解釋為受在此提出之實(shí)施例的限制。相反，提出這些實(shí)施例是 為了達(dá)成充分及完整公開，并且使本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員完全了解本發(fā)明的范圍。這些附 圖中，為清楚起見(jiàn)，可能放大了層及區(qū)域的尺寸及相對(duì)尺寸。
[0029] 應(yīng)理解，本發(fā)明的描述/圖示為單個(gè)單元的部分可存在于兩個(gè)或兩個(gè)以上的物理 上獨(dú)立但合作實(shí)現(xiàn)所描述/圖示之功能的實(shí)體。此外，描述/圖示為兩個(gè)或兩個(gè)以上物理 上獨(dú)立的部分可集成入一個(gè)單獨(dú)的物理上實(shí)體以進(jìn)行所描述/圖示的功能。
[0030] 現(xiàn)參考圖Γ3詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于摩擦焊接的輪轂與輪輞搭接方 法。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于摩擦焊的輪輻2與輪輞1搭接方法中，首先分別形成輪 輻2與輪輞1。本發(fā)明的分體式鋁合金輪轂由輪輞1和帶邊3的輪輻2構(gòu)成，如圖1所示。 可通過(guò)鑄造或鍛造出所述輪輻2和所述輪輞1。
[0032] 所述輪輻2的兩端形成為與輪輞1進(jìn)行裝配的裝配頭。為與攪拌摩擦點(diǎn)焊定位連 接、攪拌摩擦焊成型連接相匹配，所述裝配頭可有兩種結(jié)構(gòu)。一種是適應(yīng)外側(cè)連接的搭接接 頭，如圖2所示；另一種是適應(yīng)內(nèi)側(cè)連接的搭接接頭，如圖3所示。
[0033] 如圖2所示，所述裝配頭形成為矩形，其長(zhǎng)度為D1。如圖3所示，所述裝配頭形成 為楔形，其長(zhǎng)度為D 2。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的搭接方法還包括對(duì)所述輪輻2和輪輞1進(jìn)行貼邊3式過(guò)盈裝 配。所述裝配頭的裝配面與所述輪輻2的裝配面接合。帶邊3的輪幅與輪輞1內(nèi)側(cè)邊3貼 合裝配，形成貼邊3式搭接接頭型式。由于裝配頭具有兩種形式，則該貼邊3式搭接接頭設(shè) 計(jì)也有兩種形式。采用如圖2所示裝配頭的搭接形式稱為外搭接形式，采用如圖3所示裝 配頭的搭接形式稱為內(nèi)搭接形式 現(xiàn)參考圖Γ3詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的對(duì)利用前述搭接形式的摩擦焊焊接方法。
[0035] 首先，形成如前述搭接形式的輪輻2與輪輞1連接。輪輻2與輪輞1的搭接如前所 述，不再贅述。其次，利用攪拌摩擦焊接對(duì)所述輪輻2和所述輪輞1進(jìn)行定位焊接。此后， 利用攪拌摩擦焊接對(duì)所述輪輞1和所述輪輻2進(jìn)行焊接。當(dāng)利用外搭接形式時(shí)，從所述輪 輞1的外側(cè)進(jìn)行摩擦焊接；并且當(dāng)利用內(nèi)搭接形式時(shí)，從所述輪輞1的外側(cè)進(jìn)行摩擦焊接。
[0036] 下文詳細(xì)描述焊接的操作。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的方法，首先對(duì)所述輪輻2和所述輪輞1進(jìn)行定位焊接，然后再進(jìn)行實(shí) 際的焊接，因此，多位焊接的摩擦參數(shù)小于實(shí)際焊接的摩擦參數(shù)。
[0038] 在所述定位焊接中，當(dāng)使用外搭接形式時(shí)，摩擦焊接的攪拌頭的直徑所述裝配頭 的長(zhǎng)度D 1的1/2,攪拌針的長(zhǎng)度為所述輪輞1的壁厚與所述裝配頭的厚度之和的一半。當(dāng) 使用內(nèi)搭接形式時(shí)，攪拌頭直徑為所述裝配頭的長(zhǎng)度D 2的1/2,攪拌針的長(zhǎng)度大于Htl且小 于H2，其中Htl為輪輞的壁厚，H 2為輪輞的壁厚與輪輻貼邊最厚處厚度的總和。
[0039] 在所述實(shí)際焊接中，當(dāng)使用外搭接形式時(shí)，攪拌頭直徑為所述裝配頭的長(zhǎng)度（D1) 的2/3,長(zhǎng)度為H 1- (0. 5mnTlmm);當(dāng)使用內(nèi)搭接形式時(shí)，攪拌頭的直徑為所述裝配頭的長(zhǎng)度 (D2) 1/2,長(zhǎng)度為Htl，其中H1為輪輞壁厚與輪輻的貼邊厚度的總和。實(shí)際焊接中，焊接厚度 t :6~8mm，攪拌頭轉(zhuǎn)速V :60(T800rpm，焊接速度：v/r，其中r為所述輪轂的半徑。
[0040] 較佳實(shí)施例中，所述摩擦焊焊接方法還包括采用同質(zhì)鋁合金材料對(duì)匙孔進(jìn)行填充 處理，并采用攪拌摩擦點(diǎn)焊對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)焊。補(bǔ)焊中，加持力為(T30kN，攪拌工具可旋轉(zhuǎn)速度 范圍為 O?3000rad/min。
[0041] 較佳實(shí)施例中，所述摩擦焊焊接方法，還包括對(duì)焊接成型的所述輪轂進(jìn)行熱處理。 一實(shí)施例中，所述熱處理包括固溶處理，其中固溶處理規(guī)范為：535°C保溫60min+水淬，水 淬溫度不大于30°C。另一實(shí)施例中，所述熱處理包括及人工時(shí)效，所述人工時(shí)效規(guī)范為： 200°C保溫8小時(shí)+空冷。
[0042] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)： (1) 根據(jù)本發(fā)明的搭接方法和焊接方法，實(shí)現(xiàn)了輪轂的分體式加工成型，不僅車輪質(zhì)量 輕、強(qiáng)度高，而且車輪美觀、效率高，成本低，提高車輪品質(zhì)； (2) 根據(jù)本發(fā)明的搭接方法和焊接方法，可使用輪輞內(nèi)側(cè)和外側(cè)攪拌摩擦焊的方案，進(jìn) 一步提1?加工的靈活性； (3) 根據(jù)本發(fā)明的搭接方法和焊接方法，先進(jìn)行定位焊接，然后在進(jìn)行實(shí)際的連接焊 接，進(jìn)一步提高加工精度； (4) 根據(jù)本發(fā)明的搭接方法和焊接方法，在焊接后進(jìn)行熱處理，提高焊接性能。
[0043] 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在 不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論 從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán) 利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有 變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。此 夕卜，顯然"包括" 一詞不排除其他單元或步驟，單數(shù)不排除復(fù)數(shù)。系統(tǒng)權(quán)利要求中陳述的多 個(gè)單元或裝置也可以由一個(gè)單元或裝置通過(guò)軟件或者硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。第一，第二等詞語(yǔ)用來(lái) 表示名稱，而并不表示任何特定的順序。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于摩擦焊的輪輻與輪輞搭接方法，其特征在于，包括如下步驟： (a) 分別形成輪輻與輪輞，其中所述輪輻的兩端形成為與輪輞進(jìn)行裝配的裝配頭；及 (b) 對(duì)所述輪輻和輪輞進(jìn)行貼邊式過(guò)盈裝配，其中所述裝配頭的裝配面與所述輪輻的 裝配面接合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的搭接方法，其特征在于，所述裝配頭形成為矩形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的搭接方法，其特征在于，所述裝配頭形成為楔形。
4. 一種輪輻與輪輞的摩擦焊焊接方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 形成如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的輪輻與輪輞連接； (2) 利用攪拌摩擦焊接對(duì)所述輪輻和所述輪輞進(jìn)行定位焊接；及 (3) 利用攪拌摩擦焊接對(duì)所述輪輞和所述輪輻進(jìn)行焊接， 其中，當(dāng)引用權(quán)利要求2時(shí)，從所述輪輞的外側(cè)進(jìn)行摩擦焊接；并且當(dāng)引用權(quán)利要求3 時(shí)，從所述輪輞的內(nèi)側(cè)進(jìn)行摩擦焊接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的摩擦焊焊接方法，其特征在于，所述步驟（2)中的摩擦參數(shù) 小于所述步驟（3)中的摩擦參數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的摩擦焊焊接方法，其特征在于，所述步驟（2)中，當(dāng)引用權(quán)利 要求2時(shí)，摩擦焊接的攪拌頭的直徑所述裝配頭的長(zhǎng)度（0:)的1/2,攪拌針的長(zhǎng)度為所述輪 輞的壁厚與所述裝配頭的厚度之和的一半；當(dāng)引用權(quán)利要求3時(shí)，攪拌頭直徑為所述裝配 頭的長(zhǎng)度（D2)的1/2,攪拌針的長(zhǎng)度大于Htl且小于H2，其中H tl為輪輞的壁厚，H2為輪輞的壁 厚與輪輻貼邊最厚處厚度的總和。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的摩擦焊焊接方法，其特征在于，所述步驟（3)中，當(dāng)引用權(quán)利 要求2時(shí)，攪拌頭直徑為所述裝配頭的長(zhǎng)度（D1)的2/3,長(zhǎng)度為H1- (0. 5mnTlmm)，其中H1為輪輞壁厚與輪輻的貼邊厚度的總和；當(dāng)引用權(quán)利要求3時(shí)，攪拌頭的直徑為所述裝配頭 的長(zhǎng)度（D2) 1/2,長(zhǎng)度為Htl，其中Htl為輪輞的壁厚，；并且焊接厚度t :6~8mm，攪拌頭轉(zhuǎn)速V :600?800rpm，焊接速度： v/r,其中 r為所述輪轂的半徑。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的摩擦焊焊接方法，其特征在于，還包括： (3) 采用同質(zhì)鋁合金材料對(duì)匙孔進(jìn)行填充處理，并采用攪拌摩擦點(diǎn)焊對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)焊。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的摩擦焊焊接方法，其特征在于，所述步驟（3)中，加持力為 0?30kN，攪拌工具可旋轉(zhuǎn)速度范圍為(T3000rad/min。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的摩擦焊焊接方法，其特征在于，還包括： (4) 對(duì)焊接成型的所述輪轂進(jìn)行熱處理。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的摩擦焊焊接方法，其特征在于，所述步驟（4)中，所述熱處 理包括固溶處理，其中固溶處理規(guī)范為：535°C保溫60min+水淬，水淬溫度不大于30°C ;及 人工時(shí)效，所述人工時(shí)效規(guī)范為：200°C保溫8小時(shí)+空冷。
【文檔編號(hào)】B23K20/12GK104339078SQ201310320721
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月29日
【發(fā)明者】吉華, 徐萌, 喬汝旺, 蔣舒斐, 姚君山 申請(qǐng)人:上海航天設(shè)備制造總廠