袁水俊

摘 要：隨著新一輪汽車科技工業(yè)革命和汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變革的發(fā)展浪潮正在迅速席卷整個(gè)全球，汽車行業(yè)新一代材料、新工程技術(shù)廣泛應(yīng)用，新模式、新服務(wù)業(yè)態(tài)不斷涌現(xiàn)，為了有效應(yīng)對(duì)這種新發(fā)展浪潮，各大型汽車部件制造商和企業(yè)分別提出了產(chǎn)品輕量化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、共享自動(dòng)化等五大發(fā)展戰(zhàn)略方向，其中，輕量化發(fā)展是不斷改善現(xiàn)代汽車動(dòng)力燃料利用經(jīng)濟(jì)性的一個(gè)有效途徑。而車輪作為現(xiàn)代汽車非常重要的汽車零部件之一，不但要求外形美觀，還要努力實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品輕量化，保證工作可靠性。目前我國汽車鋁合金車輪制造產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展只有十幾年的發(fā)展歷史，是一個(gè)新興的大型汽車專用零部件制造產(chǎn)業(yè)，但發(fā)展迅猛。這種車輪是由一個(gè)輪輞和各種形狀的輪輻部件組成，介于汽車車輪和傳動(dòng)車軸之間，是能夠承受汽車負(fù)荷的一種旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)組件。車輪產(chǎn)業(yè)是現(xiàn)代汽車當(dāng)中的一個(gè)重要的零部件，不但直接影響著我國汽車的駕駛安全性和運(yùn)動(dòng)操控性，同時(shí)也對(duì)我國汽車的安全節(jié)能、環(huán)保發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略影響。

關(guān)鍵詞：鋁合金車輪 生產(chǎn)技術(shù) 現(xiàn)狀 發(fā)展

車輪作為汽車整車行駛部分的主要承載件，是左右整車性能最重要的安全部件。它不僅要承受靜態(tài)時(shí)車輛本身垂直方向的自重載荷，更需要經(jīng)受車輛行駛中來自各個(gè)方向因起動(dòng)、制動(dòng)、轉(zhuǎn)彎、石塊沖擊、路面凹凸不平等各種動(dòng)態(tài)載荷所產(chǎn)生的不規(guī)則應(yīng)力的考驗(yàn)。作為汽車最為重要的部件之一，車輪可以說是衡量整車質(zhì)量和檔次的最主要象征之一。

1 汽車車輪生產(chǎn)技術(shù)的現(xiàn)狀

1.1 車輪的材料類別

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，材料工藝也在不斷進(jìn)步，目前市場(chǎng)上車輪使用的材料主要有：鋼圈、鋁合金車輪、鎂合金車輪、碳纖維等。

1.1.1 鋼輪：鋼輪主要材料為合金鋼，分體式輪輻和輪輞，采用拼接、焊接、擠壓等工序進(jìn)行裝配，

1.1.2 鋁合金車輪：采用牌號(hào)A356的鑄造鋁合金或者牌號(hào)為6061的鍛造鋁合金車輪，鋁合金材料工藝可塑性強(qiáng)，外觀花樣多，加工精度高，消費(fèi)者使用起來有很強(qiáng)的觀賞性和舒適性。

1.1.3 鎂合金車輪：以鎂為主要元素的合金材料，但是鎂合金還未能像鋁合金那樣廣泛用于車輪市場(chǎng)，主要原因是鎂極易氧化，目前的工藝設(shè)備能力來說，熔煉、鑄造、機(jī)加工、涂裝等既有環(huán)保、安全問題，又涉及資金投入高，短期生產(chǎn)成本難以下降的難題。目前僅有少量產(chǎn)品在市場(chǎng)上使用。

1.1.4 碳纖維：已成功應(yīng)用于在車輪行業(yè)，但造價(jià)昂貴，非要一般消費(fèi)者可以承受，受制于價(jià)格，目前市場(chǎng)應(yīng)用較少。

1.2 車輪的制造工藝

1.2.1 成型工藝

1.2.1.1 鋼輪：主要是通過軋輥、沖壓成型輪輻和輪輞，采用拼接、焊接、擠壓等工序進(jìn)行裝配，這種工藝生產(chǎn)難度低，經(jīng)濟(jì)性好，抗承載，耐用，但是外觀簡(jiǎn)單，重量較重，油耗高，主要應(yīng)用于農(nóng)用車、卡車等市場(chǎng)。

1.2.1.2 鑄造鋁合金車輪：主要重力鑄造和低壓鑄造兩大類。

重力鑄造：采用人工或機(jī)械手從保溫爐將鋁水澆注至重力模具，澆注過程中鋁液依靠重力流動(dòng)充滿模具型腔，采用水霧或空氣冷卻的方式，使?jié)沧⒊尚偷拿髂軡M足產(chǎn)品的后期使用性能。這種工藝設(shè)備投資小、自動(dòng)化程度低、材料利用率低下，一般作為常規(guī)低壓鑄造工藝的補(bǔ)充。因其鑄造特性輪輞部位漏氣率較高，近年來隨著旋壓技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在又開發(fā)出重力+旋壓工藝，針對(duì)漏氣率高的特殊輪型，采用重力鑄造輪輻旋壓輪輞的方式改善輪輞漏氣，取得較好的改善。旋壓工藝即提高合格率又降低了輪輞的壁厚，起到了輕量化左右。

低壓鑄造：主要依靠低壓機(jī)設(shè)備將保溫爐內(nèi)的鋁水通過升液、升壓、保壓、泄壓等一些工序后充滿模具型腔完成鑄造成型，再通過水霧或空氣冷卻的方式以實(shí)現(xiàn)順序凝固，從而獲得性能相當(dāng)?shù)匿X合金車輪鑄坯。這種壓鑄工藝目前工藝成熟、自動(dòng)化程度高、毛坯利用率高，可以較好的保障毛坯質(zhì)量的一致性，是車輪行業(yè)的主流工藝。

鑄造+旋壓工藝：是鑄造輪輻，旋壓輪輞。鑄旋工藝毛坯的輪輻與普通鑄造毛坯的輪輻一樣，但輪輞不一樣，輪輞部位在開模時(shí)，需要根據(jù)旋壓量計(jì)算輪輞毛坯的厚度與高度。旋壓前的工藝流程如下：鑄造毛坯→預(yù)車毛坯→預(yù)熱毛坯→毛坯局部冷卻→旋壓機(jī)機(jī)械手聯(lián)動(dòng)作業(yè)→尺寸檢查→熱處理→機(jī)加工。鑄造困的工藝為鑄造→熱處理→機(jī)加工。兩者相比，雖然鑄旋工藝鑄造毛坯的后續(xù)工序較普通低壓鑄造多，但由于輪輞部分是通過旋壓工序完成，旋壓后的輪輞，在同等強(qiáng)度的情況下比普通鑄造產(chǎn)品的輪輞壁厚更薄，產(chǎn)品更輕，同時(shí)旋壓也解決了鑄造輪的輪輞疏松、漏氣問題，提高了成品的合格率，達(dá)到一定數(shù)量的訂單，價(jià)格上競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯，因?yàn)槟壳凹夹g(shù)成熟，隨著輕量化的需求增多，鑄造+旋壓已廣泛應(yīng)用于汽車廠配套，通過旋壓工藝，提升產(chǎn)品的輕量化水平，降低了汽車的能耗。

1.2.1.3 鍛造工藝：主要有整體鍛造工藝、鍛旋工藝、兩片式鍛造工藝。

整體鍛造工藝：鍛坯采用加工中心將輪輻加工成所需的形狀，輪輞采用車床加工，最后進(jìn)行涂裝工序完成產(chǎn)品的制作。

鍛造+旋壓工藝：鍛坯采用加工中心將輪輻加工成所需的形狀，輪輞預(yù)留毛坯余量采用旋壓工藝加工成形，再經(jīng)過車床加工，最后完成涂裝等工序的成品制作。相對(duì)于整體鍛造工藝，鍛旋毛坯的材料利用率較整體鍛要高一些，因?yàn)樯婕靶龎簷C(jī)，對(duì)企業(yè)及設(shè)備的要求也高。

兩片式鍛造輪工藝：采用鍛造輪輻+鑄造輪輞工藝，輪輻與輪輞采用螺釘連接，采用這種工藝生產(chǎn)的車輪，因?yàn)閮H輪輻部位使用鍛坯，生產(chǎn)成本較低，和常規(guī)的鍛造輪價(jià)格相比，市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)明顯。

對(duì)于鍛造輪總體而言，只有一個(gè)字“貴”，但由于鍛坯鍛打后加工成型，避免了鑄造因順序凝固而無法克服的縮松、渣孔等缺陷，材料組織更加致密，材料力學(xué)性能比鑄造輪要高很多。鍛打產(chǎn)品內(nèi)部材料力學(xué)性能能保持一致性，鑄造產(chǎn)品是凝固順序不一，不同部位力學(xué)性能差別很大。

2 機(jī)加工的主要流程

主流市場(chǎng)的鋁、鎂合金車輪毛坯成型后，主要以數(shù)控機(jī)床等一些精密設(shè)備來完成毛坯的機(jī)械加工成型及相應(yīng)的精密尺寸保證。

以鑄造鋁合金車輪為例主要加工流程為：鑄造毛坯→一序加工→二序加工→PCD加工、氣嘴加工→氣密→下轉(zhuǎn)；

一序加工：以毛坯的正面輪緣為基準(zhǔn)，采用夾具裝夾固定，用機(jī)床完成毛坯加工，主要加工車輪的后輪緣，背面輪輻、中心孔。

二序加工：以一序加工后的輪緣為基準(zhǔn)，采用夾具裝夾固定，用機(jī)床完成毛坯加工，主要加工車輪的正面輪緣，正面輪輻、裝飾蓋部位。

采用這種一二序加工的工藝，中心孔、輪輞等車輪裝配部位全部由精密機(jī)床加工，有效的保障車輪端徑跳，提升了車輛在使用過程中的舒適性。

PCD、氣嘴加工：主要采用加工中心完成，根據(jù)中心孔采用相應(yīng)的夾套裝配后進(jìn)行PCD的加工及氣嘴孔加工，采用工裝固定一次裝夾加工，有效的保障了中心孔與PCD之間的位置度，并提升工作效率。

氣密：主要以水密或氦檢的方式進(jìn)行氣密性檢查，100%檢測(cè)確認(rèn)車輪加工后是否有漏氣。

水密主要以目視方法，采用工裝密封上下輪緣，在壓力≥0.4Mpa下，維持30秒以上確認(rèn)輪輞是否漏氣。

氦檢以機(jī)器為主，采用工裝，罩住車輪，在0.3MPa檢測(cè)壓力，內(nèi)部真空度≤20Pa下保壓3s，氦氣泄漏率≤3.2X10-4m bar L/s為合格。這種檢測(cè)方式自動(dòng)化程度高，未來的主流檢測(cè)方式

3 涂裝花色工藝

隨著社會(huì)發(fā)展進(jìn)入新時(shí)代，消費(fèi)者對(duì)車輪的需求方向也在發(fā)生變化，逐步由實(shí)用性向觀賞性轉(zhuǎn)變，對(duì)生產(chǎn)工藝也提出了更高的要求。涂裝花色已由早年的全涂裝到如今的亮面、拋光、電鍍、銑加工等狀態(tài)。鋁合金車輪，由于其可塑性強(qiáng)，非常適宜于滿足消費(fèi)者的需求。

針對(duì)這些新花色狀態(tài)，我們簡(jiǎn)單的進(jìn)行闡述其工藝流程：

全涂裝輪：目前90%的普通乘用車均使用此狀態(tài)，機(jī)加轉(zhuǎn)涂裝噴粉噴漆即可，因工藝簡(jiǎn)單、合格率高、價(jià)格便宜，車企的主流采購狀態(tài)。

亮面輪：在全涂裝工藝的基礎(chǔ)上增加表面車削工藝，由于亮面后會(huì)暴露針孔等缺陷，產(chǎn)品的成本較全涂裝狀態(tài)略高，主要應(yīng)用于一些中高級(jí)車型。

拋光輪：機(jī)加毛坯發(fā)拋光廠對(duì)表面進(jìn)行拋光處理、清洗即可，由于不適用涂料，相對(duì)環(huán)保，在歐美地區(qū)作為電鍍輪的替代品。

電鍍輪：機(jī)加毛坯拋光處理后再進(jìn)行電鍍的相關(guān)工序即可，這種產(chǎn)品因?yàn)閮r(jià)格高，上檔次，主要?dú)W美國家改裝時(shí)使用。

銑加工輪：在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的今天，現(xiàn)有的涂裝、亮面已經(jīng)無法滿足個(gè)性化需求，車輪設(shè)計(jì)人員創(chuàng)造性的將銑加工運(yùn)用到車輪涂裝表面。采用銑刀在車面表面加工成各式花紋，提升產(chǎn)品的賣點(diǎn)。這種工藝的變化，豐富了外觀，提升了產(chǎn)品的利潤(rùn)。常規(guī)的集中狀態(tài)有涂裝+銑加工狀態(tài)、亮面+銑加工狀態(tài)、涂裝+銑加工+電泳等

4 鋁合金車輪的應(yīng)用

4.1 乘用車

鋁合金車輪由于在生產(chǎn)過程中采用數(shù)控機(jī)床加工，很好的保證了精度，使得汽車在正常行駛過程中，穩(wěn)固把握汽車駕駛重點(diǎn)，防止整體車身在正常行駛過程中產(chǎn)生過大的抖動(dòng)。傳統(tǒng)鋼輪由于加工工藝的局限性，汽車行駛中振動(dòng)振擺性能非常強(qiáng)，從車輪振動(dòng)振擺幅度大小方面進(jìn)行分析，通過鋁合金車輪直接代替鋼輪，可以輕松實(shí)現(xiàn)輪轂振動(dòng)振擺幅度最大降低12%的振動(dòng)效果。同時(shí)，在整體平衡性性能方面，鋼輪在實(shí)際生產(chǎn)使用過程中往往需要經(jīng)過多個(gè)鋼的軋制加工環(huán)節(jié)，其中主要包括冷高溫軋鋼、熱軋鋼以及旋壓鋼的焊接等，致使傳統(tǒng)鋼制汽車輪轂在其整體上的平衡性受到大大降低，當(dāng)汽車正常行駛的加速度比較高時(shí)，汽車容易就會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)生振動(dòng)等不良現(xiàn)象，致使汽車駕駛?cè)藛T行車安全性與汽車駕駛舒適性的感受都收到很大影響，而鋁合金車輪由于各種生產(chǎn)工藝技術(shù)水平都比較高，各項(xiàng)性能參數(shù)精準(zhǔn)，使其在整體平衡性性能方面整體表現(xiàn)良好，能大大程度提升汽車中的駕駛?cè)藛T性能、安全性與舒適性。

4.2 商用車

近年來，鋁合金大巴輪在國內(nèi)市場(chǎng)遍地開花，采用鋁合金車輪替代鋼輪來達(dá)到輕量化，效果明顯，鋁合金車輪在節(jié)能的基礎(chǔ)上，還有良好的散熱效果，行駛過程中汽車通過制動(dòng)盤把熱量傳遞給鋁合金車輪，車輪通過風(fēng)孔在行駛中快速散熱，有效提升了制動(dòng)性能和安全性。可以說材料特性的變化讓商用車本體導(dǎo)熱表現(xiàn)更為不凡?？紤]到國內(nèi)商用車使用現(xiàn)狀和鑄造車輪的穩(wěn)定性，目前商用車主要用鍛造鋁合金車輪，而鑄造鋁合金車輪主要運(yùn)用于商用車的售后市場(chǎng)，由車主自行改裝，還有部分用于一些小型特種車輛企業(yè)。目前商用車使用鋁合金車輪還處于起步階段，未來市場(chǎng)前景很大。

4.3 新能源汽車

從以上優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，我們可以明顯看出鋁合金車輪具有最直接的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，那就是“重量輕”。自身重量越重則其車輛連續(xù)行駛的時(shí)間耗能就相對(duì)越高，反之自身重量越輕車輛耗能就越少，對(duì)于純電動(dòng)汽車來說，耗能重量越少則其車輛的平均續(xù)航行駛里程就會(huì)越長(zhǎng)。在目前新能源續(xù)航焦慮的大背景下，鋁合金車輪將是新能源汽車的標(biāo)配，只有材料的輕量化才能提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。采用低壓鑄造+旋壓技術(shù)能更好的降低產(chǎn)品的重量，旋壓技術(shù)的輪輞更薄，將使車輪在長(zhǎng)時(shí)間行駛過程中具有更好的散熱效果，更安全的制定性能。車輛中的剎車和輪鼓及其他部分車輪不易受到發(fā)生過度老化，增加車輛使用壽命，降低汽車發(fā)生爆胎的事故概率。

5 結(jié)束語

鋁合金車輪因?yàn)榻鼛资甑陌l(fā)展，工藝成熟，配套齊全，投入多，見效也快的產(chǎn)品。但同時(shí)還要面臨諸多挑戰(zhàn)，人力成本大幅提升，招工難、資金占用大等特點(diǎn)還困擾著眾多企業(yè)。只有、采用新工藝、提高自動(dòng)化水平、持續(xù)降低成本，通過質(zhì)量控制體系，使自身與主機(jī)廠協(xié)調(diào)發(fā)展，才能適應(yīng)市場(chǎng)變化和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，才能提高勞動(dòng)效率、滿足主機(jī)廠和售后市場(chǎng)需求。

隨著工業(yè)4.0對(duì)制造成本的降本增效，新能源車的發(fā)展，鋁合金車輪在汽車工業(yè)和汽車輕量化進(jìn)程中也將扮演越來越重要的角色。

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