劉林林 劉玉山

1.內(nèi)蒙古華唐偉業(yè)再生資源有限公司 北京市 101113 2.北京新興企業(yè)集團(tuán) 北京市 101113

目前市場上比較廣泛的一種新的產(chǎn)品是22.5×9.0的鍛造鋁合金車輪，這種車輪的生產(chǎn)始于2012年，目前在產(chǎn)的公司有戴卡興龍、浙江宏鑫、山西銀光等。這種鍛造鋁合金車輪的應(yīng)用范圍在重型卡車、大型客車，但是相比較于鋼圈，它還有諸多的優(yōu)勢，比如說重量輕、散熱佳、真圓度高以及外形美觀等特點(diǎn)。但是以目前現(xiàn)有的技術(shù)來說，材料的有效利用率僅為49%，在模具中生產(chǎn)需要51公斤的鑄鋁棒料來生產(chǎn)25公斤的產(chǎn)品，造成這種問題的原因主要是在于鍛造折疊缺陷、多工序鍛造以及旋壓的定位存在誤差等因素所導(dǎo)致的的旋壓輪輞部分與鍛造輪輻部分的同心度差與熱處理變形等情況[1]。

1 鍛造鋁車輪的生產(chǎn)工藝

1.1 制坯

所謂的制坯就是指通過擺動(dòng)碾壓技術(shù)來使棒料變?yōu)轱灎钆髁稀Ｆ渲谱髟砭褪抢靡粋€(gè)帶圓錐的上模來對毛坯進(jìn)行局部的加工處理，并且稍微傾斜一些使得毛坯能夠成型。運(yùn)用以上這種方式的優(yōu)勢有以下兩個(gè)方面，首先是能夠保障效率，同時(shí)也能夠減少能量方面的消耗，其工作強(qiáng)度使其能夠在壓力250噸的情況下來實(shí)現(xiàn)3000噸以上的普通壓力機(jī)的工作。其次是能夠?qū)袅蟽?nèi)部的材料均勻的分布到毛坯的表面上，并且使其形成特有的螺旋形金屬流線，使得鍛造供需的整體表面和性能質(zhì)量有所提升。

1.2 鍛造

鍛造的工序主要指的是在高溫預(yù)熱中，制坯后形成毛坯，然后運(yùn)用壓力機(jī)鍛造最終形成車輪的旋壓前毛坯，最主要制造的是車輪的輪輻與窗口部位的鍛造。壓力機(jī)機(jī)型的選擇一般都是根據(jù)車輪的成型所需要的壓力，通常選擇的有4000噸及以上的設(shè)備。同時(shí)還要考慮鍛造的次數(shù)，也就是一臺壓力機(jī)在進(jìn)行鍛造的數(shù)量，6061的鋁合金過燒溫度最適宜在500攝氏度上下[2]。同時(shí)為了防止固溶加熱過程中會產(chǎn)生較大的晶粒，終鍛溫度通常會控制在450攝氏度以下。

1.3 旋壓

由于車輪本身的構(gòu)造原因，使得車輪輞部位很難被鑄造成型，還需要靠后者的加工旋壓技術(shù)來使它最終成型。通常會選用立式三旋輪強(qiáng)力旋壓機(jī)、臥式旋壓機(jī)作為旋壓設(shè)備，旋壓工藝則需要根據(jù)輪輞的成形難易程度來進(jìn)行選擇冷旋或者是熱旋，來促使材料更加緊密，力學(xué)性能也有所強(qiáng)化。

1.4 熱處理

熱處理的工作原理是使毛坯在固態(tài)的狀態(tài)下來加熱、保溫以及冷卻，通過以上的方式來改變自己內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，以此來獲得一種機(jī)械性能。鍛造鋁車輪的處理工藝一般都是運(yùn)用T6熱處理，也就是先將固體進(jìn)行熱溶處理，然后再進(jìn)行人工時(shí)效。運(yùn)用這種工藝能夠使得6061鍛造車輪各種部位的抗拉強(qiáng)度都在350MPa之上[3]。在進(jìn)行實(shí)際的操作過程中，首先是需要提升固溶溫度，使得Mg2Si能夠充分的進(jìn)行溶解，其次是提升人工時(shí)效溫度，這樣能夠使Mg2Si的沉淀析出，得到最好的強(qiáng)化效果。

1.5 切削加工

在進(jìn)行旋壓之后的車輪毛坯的內(nèi)外表面，需要經(jīng)過CNC的車床加工，然后在立式加工中心對螺栓孔、氣門孔等進(jìn)行加工。其中不管是立式加工還是CNC加工，所用的一般都是專門的設(shè)備。

1.6 表面處理

鋁車輪的表面處理工藝一般為全涂裝、拋光、電鍍以及精車等。由于其具備設(shè)備多、投資較大的特點(diǎn)，全涂裝最合適用來大批規(guī)模的進(jìn)行生產(chǎn)；客戶所認(rèn)可的涂料一般為環(huán)保型粉質(zhì)與水性涂料。鍛造鋁車輪最合適的方式是拋光工藝，由于鍛造鋁合金組織比較的細(xì)密，其表面的質(zhì)量也是比較的優(yōu)越，使得車輪拋光之后能夠與電鍍進(jìn)行相比較，優(yōu)點(diǎn)在于能夠避免對環(huán)境造成污染。

2 鍛造鋁車輪的優(yōu)點(diǎn)

2.1 機(jī)械性能好

相比較于鑄造鋁車輪，鍛造鋁車輪能夠?qū)?qiáng)度提升六成，延伸率能夠提升接近兩倍。同時(shí)，經(jīng)過試驗(yàn)證明，鍛造鋁車輪的承載能力較高，在承受力72000千克之時(shí)變形5厘米，而同比來說，鐵車輪則會在承受14000千克的時(shí)候變形5厘米[4]。鍛造鋁車輪的優(yōu)勢還在于具有較好的剛性特點(diǎn)，不容易造成輪胎的偏磨。對于此項(xiàng)內(nèi)容的研究，可以通過日本輕金屬協(xié)會模擬貨車以時(shí)速50千米撞向路邊石塊的實(shí)驗(yàn)作為參考，結(jié)果顯示，鍛造鋁車輪基本完好無損，而鐵車輪則基本處于報(bào)廢狀態(tài)，損壞非常嚴(yán)重。

2.2 制動(dòng)效果好

鍛造鋁車輪的質(zhì)量會比鑄造鋁車輪的質(zhì)量較輕，通常會減少20%的重量，比鐵車輪輕一半的重量。根據(jù)世界鋁業(yè)協(xié)會的研究表明，汽車的燃油消耗與汽車的質(zhì)量存在關(guān)系，質(zhì)量每減少10%，燃油消耗則會減少7%左右[5]。同時(shí)，鍛造鋁車輪具有重量較輕的優(yōu)勢，在駕駛汽車的時(shí)候會感覺到比較的輕快，在高速行駛的過程中也會平穩(wěn)運(yùn)行，各方面的制動(dòng)效果比較好，整體上提升了駕駛的舒適度。

2.3 延長系統(tǒng)使用壽命

鍛造鋁車輪具有散熱快與延長系統(tǒng)壽命的作用。在對于進(jìn)行高速行駛的汽車來說，輪胎通常會與地面產(chǎn)生較大的摩擦與制動(dòng)，經(jīng)常會產(chǎn)生高溫爆胎、制動(dòng)效果差的現(xiàn)象。鍛造鋁車輪的熱傳導(dǎo)系數(shù)一般會是鋼鐵的三倍高，同時(shí)由于鋁車輪的結(jié)構(gòu)特征，容易將輪胎、車底盤所產(chǎn)生的熱量會散失在空氣之中。除此之外，車輪行使溫度比較低，使得剎車系統(tǒng)不用非得安裝耐高溫的材料，這樣就會對材料產(chǎn)生極好的保護(hù)效果，以此來減少剎車的修理費(fèi)用。

2.4 漂亮美觀

鍛造鋁車輪能夠根據(jù)不同的風(fēng)格要求，鍛造出各種輪輻窗口的形狀，并且鍛造的表面需要質(zhì)量好、方便處理。相比較于鋼鐵車輪，鍛造鋁車輪能夠在全涂裝、電鍍等工藝的處理下，顯得更加的有質(zhì)感，能夠充分的展現(xiàn)高貴的風(fēng)范與氣質(zhì)，整體上來促使車輛的美感有所提升。

3 一種可提高材料利用率的鍛造鋁合金車輪模具

3.1 該技術(shù)要點(diǎn)與要解決的技術(shù)問題

相比較于現(xiàn)代車輪模具技術(shù)，本文所設(shè)計(jì)的新型鍛造鋁合金車輪模具的優(yōu)勢在于以下兩個(gè)方面。首先是利用輕量化的設(shè)計(jì)，對模具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，并且設(shè)計(jì)了更加合理的模具曲線，這樣能夠提升材料的利用率，減少成本；其次是將材料厚度減小到2mm，這樣既能夠滿足生產(chǎn)的需要，也能夠減少模具自身的重量。

3.2 提升材料利用率的具體實(shí)施方式

影響材料利用率有以下三方面原因：

首先是鍛造折疊存在的缺陷問題，在進(jìn)行制造的過程中，如果鍛造模具的設(shè)計(jì)只是在成品的基礎(chǔ)上加入固定的余量，就會導(dǎo)致輪緣形成折疊缺陷，造成較高的廢品率。新型的鍛造鋁合金車輪模具就能夠通過模流分析與實(shí)驗(yàn)，能夠在避免鍛造折疊缺陷的基礎(chǔ)上來設(shè)計(jì)出更加合理的模具曲線，以此來提升模具的利用率。

其次是經(jīng)過多種工序的鍛造與旋壓，在定位方面存在較多的誤差，使得旋壓輪輞部分與鍛造輪輻部分同心度比較的差，這樣為了避免生產(chǎn)機(jī)器在進(jìn)行加工的時(shí)候有切削不到的地方，就需要留更多的加工余量。而新型的鍛造鋁合金車輪模具則可以通過實(shí)踐來對不同工序生產(chǎn)時(shí)的溫度與坯料的收縮率進(jìn)行檢驗(yàn)，對各個(gè)工序進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，與此同時(shí)還要在生產(chǎn)中對坯料的溫度就是實(shí)時(shí)的把控，保障毛坯的一致性。

最后是熱處理變形，在產(chǎn)品經(jīng)過T6處理之后，使得輪輞會產(chǎn)生變形，其根本原因不在于熱處理工序，而是由于鍛造模具的設(shè)計(jì)與裝配、旋壓模具的設(shè)計(jì)與裝配因素所造成的。例如，鍛造的時(shí)候輪輞厚度偏差在1mm以上，旋壓之后坯料的內(nèi)應(yīng)力會影響熱處理變形的程度，而這種可提升材料利用率的鍛造鋁合金車輪模具則可以較為有效的配合公差與定位[6]。

對于這種新型的可提升材料利用率的鍛造鋁合金車輪模具的模擬與實(shí)踐，說明該車輪模具共需要投入42公斤的鑄鋁棒料，產(chǎn)出25公斤的產(chǎn)品，整體材料的有效利用率為59.5%，相比較于現(xiàn)有的51公斤鑄鋁棒料，產(chǎn)出25公斤的產(chǎn)品，有效利用率為49%，提升了10.5%的利用率，因此說明這種模具能夠有效的提升材料的利用率，減少成本。