劉磊

（中信戴卡股份有限公司，河北 秦皇島 066011）

0 引言

汽車產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條長，技術要求高，體現(xiàn)了國家的經(jīng)濟實力和技術創(chuàng)新水平。與發(fā)達國家相比，我國的汽車零部件產(chǎn)業(yè)還相對薄弱。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，汽車工業(yè)正在朝著輕量化方向發(fā)展。車輪作為汽車的重要部件，需要具有非常高的安全性，而鋁合金鍛造車輪可以顯著減輕汽車的重量，并提高汽車的運行穩(wěn)定性、行駛穩(wěn)定性和安全性。

1 鋁合金車輪成型技術分析

鋁合金輪轂因其自身的優(yōu)勢而被廣泛使用，其成型技術主要有以下幾方面。

1.1 低壓鑄造法

這是在高壓鑄造和重力鑄造之間的澆鑄過程，是在壓力下以高速將液態(tài)金屬填充到模具中并迅速固化以形成一定形狀的鑄件。這種生產(chǎn)方法可以手動調節(jié)和控制工藝參數(shù)，并且可以快速進入熔融金屬的結晶和凝固過程。其具有鑄造結構緊湊，機械性能好，尺寸精確的特點，適用于厚度，尺寸，高度和結構不同的鑄件。然而，其缺點在于，輪輻和輪輞之間接頭的部分相對較厚，并且難以獲得熔融金屬的供應，導致了缺陷。

1.2 液體鍛造方法

為了消除在熔融金屬的凝固和收縮期間發(fā)生的收縮和其他缺陷，需要有效利用金屬鑄件在凝固期間易于流動的特性。這是一種新興的金屬成型工藝，可以滿足車輪的使用要求，但其質量不如鍛造鋁合金車輪的質量。其質量會受工件幾何形狀，合金成分，應力等因素影響，并且會出現(xiàn)諸如晶間裂紋等缺陷。

1.3 鍛造法

主要是使鑄盤或棒坯發(fā)生塑性變形，從而堵塞鋁合金材料的內部孔，增加鋁材料的密度，并改善鍛造的機械性能。鍛造鋁合金輪轂的生產(chǎn)過程包括落料、預鍛件、最終鍛件、修邊、鉸孔、紡絲、熱處理、機加工、拋光和電鍍。在上述生產(chǎn)過程中，預鍛件和最終鍛件屬于鋼坯制造過程。相比之下，鍛造鋁合金輪轂比鑄造鋁合金輪轂更輕，具有更高的強度和更好的環(huán)境性能。

1.4 重力鑄造

重力鑄造是最傳統(tǒng)的鑄造技術，具有工藝簡單、模具使用壽命長、成本低的特點，能夠進行批量生產(chǎn)。但是，它依賴于金屬溶液的自重填充方法，產(chǎn)品致密性低，容易出現(xiàn)沙眼和孔洞等缺陷，表面性能差，強度低。當前，只有少數(shù)制造商使用此工藝來制造鋁合金輪轂，這種工藝已逐漸被其他工藝所替代。

1.5 反壓鑄造

反壓鑄造，也稱為壓差鑄造，是基于低壓鑄造開發(fā)的更先進的鑄造方法。利用壓差將金屬填充到模具中可以實現(xiàn)更好的致密性和機械性能，并提高利用率?？梢詫怏w摻入合金中，以進一步提高其強度和耐磨性。但是，這種技術使用的設備太大，操作復雜。高反壓鑄造幾乎可以達到鍛造的效果，德國BBS的RX/RY系列鋁合金輪轂就是通過高反壓鑄制造的。

2 汽車鋁合金輪轂的特性分析

2.1 出色的散熱性能

在正常情況下，汽車行駛時會產(chǎn)生大量熱源，這主要是由制動器或輪胎與地面之間的摩擦引起的。特別是在高速行駛時，車輪本身的溫度始終呈現(xiàn)上升趨勢，這大大增加了輪胎爆炸的可能性。鋁合金輪轂的散熱性能是普通鋼輪轂的3倍左右，并且其結構設計也有助于散熱。即使在恒定的制動條件下，汽車輪胎的溫度也可以控制在一定范圍內，從而保證行車時的安全。

2.2 有效提高車輛的行駛性能

鋁合金車輪的使用可以在車輪與輪胎之間實現(xiàn)一定程度的有效分離，從而相應地減少跳動和振動現(xiàn)象，降低了汽車的重心。主要原因是鋁合金的振動性能明顯高于鋼的振動性能，鋁合金車輪制造過程中，廠家會使用可以確保良好平衡性的數(shù)控設備。但是，鋼制輪轂在制造過程中主要通過焊接來精加工，因此不能有效地確保平衡，特別是不能有效地提高高速性能。鋁合金輪轂的使用可以有效地解決鋼輪轂存在的問題，研究表明，鋁合金輪轂的振動程度要比鋼輪低10%左右。

3 汽車鋁合金輪轂鑄造的重要性

在汽車生產(chǎn)過程中，汽車鋁合金車輪的鑄造工藝對生產(chǎn)非常重要。在汽車車輪的生產(chǎn)中使用鋁合金具有節(jié)能、減排、簡單、輕便等特點，而鋁合金的輕量化特性直接影響車輛的制動能量需求。鋁合金車輪的使用可以提高汽車的加速功能，可以減少汽車的汽油消耗，達到環(huán)保的目的。汽車鋁合金輪轂具有散熱快，減震性能強的特點。鋁合金材料與輪胎的分離度高，減少了振動，有助于增加使用者的駕駛便利性，提高車輛的使用壽命。鋁合金輪鑄坯的低強度便于材質拉深和材料加工，使車輪輪轂的形狀多樣化，提高了用戶的視覺效果，促進了工藝的優(yōu)化和性能的提高。

4 汽車鋁合金車輪旋轉鍛造成形過程分析

4.1 鋁合金材料的選用

在汽車鋁合金輪轂旋轉鍛造成型過程中，使用最廣泛的是6000系列鋁合金，該材料在高溫環(huán)境下具有良好的機械加工性能，因此可以承受拉拔和深沖等大變形操作。其疲勞強度和耐腐蝕性極佳。通過向鋁中添加適當比例的鎂，硅，銅等，合金6061可以具有高韌性，加工無變形，結構緊湊且易于拋光的特點。

4.2 鋁合金輪轂鍛造工藝

我國目前鍛造鋁合金輪轂的生產(chǎn)工藝一般是通過使用6000t和8000t通用鍛造壓力機對鋁合金坯料進行預鍛和最終鍛造，然后對高溫加熱的圓柱形鋁合金棒材進行鍛造，鍛造成一個形狀粗糙的汽車車輪。主要的鍛造工藝過程是下料、預先鍛造、最終鍛造。

鍛造鋁合金車輪重量輕，消耗的材料少，可減輕車輛重量約600公斤。鍛造之后，鋁合金輪的受力方向與纖維流動方向一致，具有出色的強度，疲勞強度和韌性。鍛造過程破壞了金屬內部的柱狀晶體結構，并將鑄造結構轉變?yōu)殄懺旖Y構。結構上，與傳統(tǒng)鑄造鋁合金輪轂相比，具有無與倫比的優(yōu)勢，可以更好地保證車輪的成型質量。同時，鍛造鋁合金輪轂具有很強的抗沖擊、抗剪切和抗拉伸載荷的能力，可以更好地吸收行駛中的振動和沖擊，避免了收縮，松動等缺陷，可以大大改善車輪的性能。

4.3 汽車鋁合金輪轂的旋轉鍛造工藝特性

車輪旋轉鍛造成型工藝明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的模鍛工藝，其特點具體體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）實現(xiàn)小噸位設備的精密生產(chǎn)。這種加工技術的工作噪音相對較小。壓機上模的軸線與主軸之間的的夾角有效地確保了鋁合金棒材成型過程中金屬流動的合理性，并使工件的成型力最小化。

（2）確保鋁合金輪轂前部未加工區(qū)域的表面質量和性能。在通過旋轉鍛造形成的坯料變形期間，鑄棒芯部中的金屬被翻轉到車輪的前部。其變形較大，其致密的結構可以更好地保證鋁合金車輪前表面的質量和機械性能。

（3）簡化了車輪成型過程。旋轉鍛造工藝不需要模鍛，并且使用鑄造鋁合金棒成形，極大地簡化了車輪成型工藝并降低了加工成本。

4.4 汽車鋁合金輪轂旋轉鍛造機的工作原理

汽車鋁合金車輪旋轉鍛造機的內部組件包括擺頭、滑塊、缸體、車體、機械傳動系統(tǒng)等。工作原理是先預熱旋轉鍛模，然后通過卡盤將其與主軸設備連接。放置在型腔中的熱坯料進入旋轉運動，坯料和下模與下主軸一起旋轉。當上模沿軸向移動時，在旋轉鍛造過程中，坯料呈現(xiàn)出連續(xù)的局部壓縮和變形狀態(tài)，并逐漸產(chǎn)生較大的累積變形。

5 鋁合金車輪低壓鑄造技術分析

基于壓鑄技術開發(fā)的鋁合金輪轂低壓鑄造法主要是在密閉容器中熔化金屬，并依靠氣壓或液體表面上的可壓縮惰性氣體將液態(tài)金屬通過立管壓入型腔，使其在壓力下緩慢固化。然后，降低液體表面上的壓力，使得提升管中的未凝固的液態(tài)金屬液體落回到爐中。在鑄造鋁合金輪轂的過程中，由于鑄造質量高，結構緊湊，使用低壓鑄造技術可以大大降低制造成本。現(xiàn)階段，低壓鑄造技術已被國內外汽車制造商廣泛采用，據(jù)不完全統(tǒng)計，有90%以上的車輪加工采用了低壓鑄造。鋁合金輪轂低壓鑄造技術可以大大提高產(chǎn)品的性價比，并確保高質量。

為避免縮孔和孔隙而采取的控制措施如下：液體提升系統(tǒng)需要合理的設計，包括液體提升管，絕緣套和澆鑄系統(tǒng)等。因此，在設計液體提升系統(tǒng)的過程中，有必要通過組合諸如模具和設備之類的各種元件，盡可能地縮短坩堝內部的金屬液位與澆口之間的距離，然后增大直徑，延長絕緣套絕緣層的厚度。最后，有必要相應地增加立管的直徑，以避免立管的過早固化。常規(guī)的鐵澆口襯套有很多缺陷，不宜使用。因此，可以使用整體結晶性好，綜合能耗低，不粘鋁和隔熱性能好的陶瓷澆口襯套。

6 結語

綜上所述，鋁合金輪轂未來的發(fā)展趨勢是根據(jù)輪轂的使用環(huán)境和性能要求選擇合適的制造工藝，縮短制造時間，進一步降低成本，提高機械性能，并充分利用數(shù)值模擬技術的優(yōu)勢。鍛造旋壓工藝將是制造高性能鋁合金輪轂的首選。輪轂是汽車系統(tǒng)中非常重要的一部分，對工藝的要求很高。隨著時間的推移，會出現(xiàn)更多新的工藝技術。采用鋁合金車輪的鍛造成型工藝，可以大大提高車輪的制造質量，從而可以保證汽車的安全性。