汽車鋁合金輪轂的應(yīng)用與生產(chǎn)探究

吳兵華，葉燕飛，郝彬，王燕

（浙江金固股份有限公司，浙江 杭州 311400）

1 汽車鋁合金輪轂的應(yīng)用

1.1 汽車鋁合金輪轂的發(fā)展起源

國外汽車鋁合金輪轂的制造經(jīng)歷了從砂型鑄造到鋁合金整體車輪的發(fā)展過程，在二戰(zhàn)后被廣泛應(yīng)用于普通汽車上。汽車鋁合金輪轂的快速發(fā)展始于20世紀(jì)70年代，國外汽車工業(yè)開始大規(guī)模采用鋁合金生產(chǎn)技術(shù)，鋁合金輪轂已成為汽車工業(yè)中不可或缺的一部分。然而，與國外相比，我國引進(jìn)和發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)的時(shí)間還比較短，發(fā)展相對緩慢，汽車鋁合金輪轂生產(chǎn)技術(shù)的正式引進(jìn)是20世紀(jì)90年代。

1.2 汽車鋁合金輪轂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

在介紹汽車鋁合金輪轂之前，請先了解其基本結(jié)構(gòu)。輪轂是杯狀零件中的厚壁均勻的薄零件，是汽車安全的重要組成部分。它不僅受車輛及其質(zhì)量的影響，還受車輛啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)扭矩以及道路障礙物或行駛車輛產(chǎn)生的不規(guī)則交變應(yīng)力的影響。就分類而言，主要有鋼輪和鋁輪。其中，鋁合金輪轂以其剛性好、彈性好、精度高、重量輕而贏得了市場，也贏得了消費(fèi)者的喜愛。輪轂類型分為鐵輪轂和鋁合金輪轂。前者的建設(shè)成本很低，它不僅重量重，而且缺乏外觀，容易受到外部環(huán)境的干擾和腐蝕，但是，它具有較高的耐久性和較長的使用壽命。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，鋁合金輪轂已成為最受歡迎的車輪，其性能比鐵輪轂更美觀耐用。此外，由于其良好的散熱性，非常適合長距離使用。但必須注意的是，鋁合金的制造成本高于鋼制品，并且通常適用更多的高端車型，這不僅提高了道路安全性，同時(shí)，也節(jié)約了能源，減少了排放。

1.3 汽車鋁合金輪轂的性能要求

鋁合金輪轂有多種類型和結(jié)構(gòu)，其要求因型號而異，但其強(qiáng)度和精度是最基本的共同要求。通過市場調(diào)研，輪轂應(yīng)具有材料合理、外形尺寸合理、輪胎功能齊全、與輪胎互換、國際通用；傳動(dòng)時(shí)縱橫擺動(dòng)小、損耗測量小等特點(diǎn)，具有足夠的強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性；良好的輪胎分離性和耐久性；生產(chǎn)工藝能滿足質(zhì)量穩(wěn)定、成本低、品種多、生產(chǎn)規(guī)模大的要求。

1.4 汽車鋁合金輪轂的應(yīng)用優(yōu)勢

1.4.1 重量輕

鋁合金輪轂比傳統(tǒng)鋼車輪輕，重量僅占鋼車輪總重量的65%～75%。由于輪轂本身重量較輕，在旋轉(zhuǎn)過程中其慣性也會增加，從而提高車輛本身的加速性能。通過減輕重量，單位時(shí)間提供的能量使車輛在4個(gè)車輪上旋轉(zhuǎn)更快，從而提高車輛本身的加速性能。

1.4.2 油耗下降

鋁合金輪轂的應(yīng)用提高了車輛的加速性能，大大降低了車輛制動(dòng)器的油耗，具有很大的節(jié)能效果。降低油耗是汽車工業(yè)時(shí)代節(jié)能的需要，使用鋁合金輪轂后，將有助于減少車輛排放二氧化碳，減少了車輛對制動(dòng)能量的需求，并降低了燃油消耗。

1.4.3 改善汽車的性能

與傳統(tǒng)鋼制車輪相比，鋁合金輪轂的生產(chǎn)工藝更加精細(xì)，實(shí)現(xiàn)了車輪的分離，重心更加穩(wěn)定，避免了車身振動(dòng)。鋁合金本身具有良好的振動(dòng)性能，與傳統(tǒng)鋼輪相比，振動(dòng)范圍減小了13%。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的鋼輪主要是冷軋和熱軋焊接鋼，當(dāng)車輛高速行駛時(shí)，會引起嚴(yán)重的車身振動(dòng)。在鋁合金輪轂的生產(chǎn)加工中，數(shù)控設(shè)備主要用于實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)的精確控制，使車輪具有良好的平衡性，提高車輛的安全性和舒適性，大大提高車輛的行駛性能。

1.4.4 散熱良好

汽車本身的熱量由兩部分產(chǎn)生：輪胎和汽車地面之間的摩擦和汽車制動(dòng)器產(chǎn)生的內(nèi)部熱量。由于輪胎內(nèi)部溫度較高，在高速行駛時(shí)有一定的爆胎可能性。然而，鋁合金輪轂可以有效地幫助汽車散熱。換句話說，鋁合金用于減少輪轂與地面之間的摩擦，并顯著降低車輪工作溫度，這也有助于保持適當(dāng)?shù)能囕喯到y(tǒng)溫度，保持車輛處于良好的工作狀態(tài)，并降低輪胎爆裂的風(fēng)險(xiǎn)。

1.4.5 安全舒適性好

傳統(tǒng)鋼輪汽車在高速行駛時(shí)，輪轂變形嚴(yán)重，增加了行車安全隱患，危及乘客人身安全。鋁合金有助于提高車輛的制動(dòng)效率，大大提高車輛制動(dòng)盤和輪胎的使用壽命，確保車輛的安全。此外，扁平胎通常安裝在鋁合金輪轂上，與傳統(tǒng)鋼制車輪相比，即使在粗糙的表面上，也不會有很多凹痕。汽車具有良好的安全性和舒適性，滿足了人們對舒適性的追求，提高了人們的生活質(zhì)量。

1.4.6 更加美觀

車輪的美感對汽車的形象有重要影響。目前，汽車輪轂的設(shè)計(jì)是汽車造型設(shè)計(jì)中一個(gè)不容忽視的關(guān)鍵問題。輪轂的形狀直接關(guān)系到車身設(shè)計(jì)的水平和質(zhì)量。因此，如何設(shè)計(jì)輪轂的形狀，如何設(shè)計(jì)出具有風(fēng)格特色和審美趣味的輪轂，已成為輪轂制造商和設(shè)計(jì)師共同關(guān)注的問題。鋁合金輪轂的生產(chǎn)工藝不同于鋼車輪，不同的設(shè)計(jì)和形狀使輪轂更加完美和美觀。還可以設(shè)計(jì)和加工各種圖案結(jié)構(gòu)，通過表面處理或電鍍可以形成不同的顏色，滿足不同用戶的審美需求。

2 汽車鋁合金輪轂的生產(chǎn)工藝

2.1 汽車鋁合金輪轂的生產(chǎn)情況

為了充分展示輪轂的優(yōu)越性能并將其應(yīng)用于汽車生產(chǎn)，鋁合金已成為汽車輪轂制造的首選材料，鋁合金產(chǎn)量逐年增加。通過對我國汽車輪轂生產(chǎn)現(xiàn)狀的分析，為滿足輕量化發(fā)展的需要，傳統(tǒng)的鋼制車輪在汽車工業(yè)中正逐步被取代和廣泛應(yīng)用。汽車鋁合金輪轂有助于提高車輛的整體性能，有利于促進(jìn)汽車工業(yè)的快速發(fā)展，滿足汽車使用的需要。根據(jù)對中國汽車工業(yè)生產(chǎn)狀況的了解，中國汽車鋁消費(fèi)量偏低。但從我國汽車工業(yè)的實(shí)際發(fā)展來看，對鋁合金材料的需求不斷增長，這對汽車工業(yè)和鋁合金輪轂制造業(yè)更為有利。目前，在眾多著名汽車制造行業(yè)中，鋁合金輪轂已取代鋼車輪，優(yōu)化了汽車車輪的使用性能，促進(jìn)了鋁合金輪轂行業(yè)的發(fā)展。

2.2 汽車鋁合金輪轂的成形方法

2.2.1 低壓鑄造法

低壓鑄造對鋁合金的影響來自法國。二戰(zhàn)后，英國開始重視低壓鑄造的發(fā)展。自中國正式引進(jìn)科研設(shè)備以來，一半的鋁合金鑄件是通過低壓鑄造獲得的，低壓鑄造已廣泛應(yīng)用于輪轂制造。低壓鑄造鋁合金輪轂時(shí)，液態(tài)金屬在壓力下填充并凝固，鑄件具有產(chǎn)量高、缺陷少、質(zhì)量相對完善、重量輕、浪費(fèi)少、成本低等特點(diǎn)。

2.2.2 鍛造法

與鑄造法相比，鍛造法生產(chǎn)成本較高，但具有耐疲勞、耐腐蝕、精度高等優(yōu)點(diǎn)。由于鍛造工藝相對自由，機(jī)加工件的比例精度也較高，鍛造工藝僅占同規(guī)格鋁合金輪轂的一半以下。此外，鍛造鋁合金輪轂表面無氣孔，可進(jìn)行涂層、著色、黏接等表面處理。

2.2.3 旋壓法

旋壓法具有比低壓鑄造法更大的優(yōu)點(diǎn)，特別是在輪轂尺寸不斷增大的趨勢下，低壓鑄造技術(shù)已不能滿足高端客車車輪的要求。與鍛造法相比，旋轉(zhuǎn)鋁合金輪轂具有成本低、實(shí)用性強(qiáng)、質(zhì)量保證、外形美觀、性能優(yōu)良、發(fā)展前景廣闊等優(yōu)點(diǎn)。

2.2.4 鑄旋新工藝

眾所周知，鋁合金鍛造車輪的質(zhì)量優(yōu)于低壓鑄造車輪，但其成本遠(yuǎn)高于鑄造車輪。因此，結(jié)合這兩個(gè)優(yōu)勢，可以被視為一項(xiàng)成功的技術(shù)，采用了一種新的旋轉(zhuǎn)鑄造工藝。采用低壓鑄造技術(shù)生產(chǎn)成本低、外觀好、質(zhì)量好的輪轂鑄件毛坯，然后，對毛坯邊緣進(jìn)行熱處理。該工藝結(jié)合了低壓鑄造和旋轉(zhuǎn)鑄造的優(yōu)點(diǎn)，取得了良好的實(shí)用效果。

2.2.5 半固態(tài)模鍛法

半固態(tài)鍛造是一種新型的鋁合金汽車輪轂制造工藝。零件在預(yù)制模具中收縮和硬化，形成可用的鋁合金輪轂。該工藝不僅可以減少加工量，而且可以使鋁合金輪轂表面光滑防水。與其他生產(chǎn)工藝相比，零件的使用壽命大大提高，已成為一種新的金屬成形技術(shù)。

2.3 汽車鋁合金輪轂的生產(chǎn)工藝流程

2.3.1 開發(fā)設(shè)計(jì)流程工藝

隨著中國汽車價(jià)格的下降，汽車已成為中國的熱門產(chǎn)品。對汽車的需求也開始從實(shí)用性和認(rèn)知轉(zhuǎn)向?qū)γ缹W(xué)的追求。人們不僅要求性能優(yōu)良、操作方便，而且要求汽車的外觀符合他們的審美品味和身份。因此，輪轂的外觀對車輛的形象有很大影響。如果公司不具備設(shè)計(jì)和開發(fā)樞紐的能力，就很難獲得長期的市場地位。因此，輪轂的設(shè)計(jì)與開發(fā)是企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。

2.3.2 實(shí)際車間生產(chǎn)工藝流程

鋁合金輪轂制造是一個(gè)復(fù)雜的行業(yè)。首先，選用高性能鋁合金進(jìn)行必要的熔煉處理，然后加入一定比例的變質(zhì)劑對鋁合金進(jìn)行變質(zhì)處理。目前的制造方法是鑄造。一旦成品具有良好的性能、穩(wěn)定性、廣泛的應(yīng)用和磨削成形性，技術(shù)人員必須檢查輪胎表面的舒適性，以確定產(chǎn)品的尺寸和寬度是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.3 鋁合金輪轂的機(jī)械加工

當(dāng)鑄件可以進(jìn)行熱處理以消除質(zhì)量工序時(shí)，為了維護(hù)和管理更多的國產(chǎn)立式或臥式單軸數(shù)控機(jī)床，加工順序已經(jīng)從傳統(tǒng)的立式粗加工轉(zhuǎn)變?yōu)樾滦偷母呔入p立式數(shù)控加工單元。后者的主要優(yōu)點(diǎn)是可以滿足環(huán)保要求，提高生產(chǎn)效率。經(jīng)過處理后，可以在液壓上進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，這比前者更有效、更自動(dòng)化，這是氣密性檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢和新趨勢。由于技術(shù)限制，大多數(shù)測試設(shè)備都是進(jìn)口的。

2.3.4 鋁合金輪轂的清洗與維護(hù)工作

鋁合金輪轂作為一種優(yōu)良的材料，得到了廣大消費(fèi)者的認(rèn)可，但也存在許多不足之處。雖然鋁合金具有良好的質(zhì)量和慷慨的外觀，但它是昂貴的。除強(qiáng)度低外，表面可能會長時(shí)間開裂。如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，可能導(dǎo)致安全事故。因此，消費(fèi)者應(yīng)合理選擇輪胎類型。在隨后的清洗過程中，不要直接使用冷水，這會降低輪胎的制動(dòng)效果。在這里，介紹一種常見的瀝青清除方法，即用活性復(fù)合藥用油擦拭，可以達(dá)到意想不到的效果。如果車輛潮濕或靠近海岸，清潔車輪以避免鋁表面附近出現(xiàn)鹽腐蝕。清潔后，如有必要，為輪轂上蠟并保持其持久光澤。

3 汽車鋁合金輪轂的問題對策和技術(shù)革新

3.1 汽車鋁合金輪轂的問題與對策

汽車鋁合金輪轂在使用過程中不可避免地會出現(xiàn)故障。當(dāng)車輛以一定速度行駛時(shí)，方向盤會振動(dòng)，但當(dāng)速度降低或升高時(shí)，振動(dòng)消失，主要原因是平衡不良。必須首先準(zhǔn)確平衡四個(gè)輪胎，然后檢查螺母和螺栓是否正確使用。不要將先前彎曲的螺栓和螺母安裝在軸的底座上。檢查中心孔和車橋之間的輪緣。如果協(xié)議不一致，則使用中心環(huán)，將中心環(huán)安裝到車輪環(huán)上，然后將車輪環(huán)安裝到車輛上，這些方法可以解決上述問題；方向盤在制動(dòng)過程中劇烈振動(dòng)，這主要是由于前制動(dòng)盤變形或生銹，因此必須更換制動(dòng)盤。特別重要的是要提醒駕駛員，如果后輪輞和制動(dòng)系統(tǒng)長時(shí)間非常熱，不要立即用水沖洗車輛，否則，制動(dòng)盤將輕微變形。此外，輪輞安裝不正確可能導(dǎo)致方向盤在制動(dòng)時(shí)抖動(dòng)。因此，檢查輪輞是否正確安裝。

3.2 汽車鋁合金輪轂的技術(shù)改造

3.2.1 選擇合理造型的輪輞

在選擇要更換的鋁合金輪輞時(shí)，除了選擇鋁環(huán)散熱與散熱效率的關(guān)系外，還應(yīng)選擇鋁環(huán)散熱與散熱效率的關(guān)系。輪輞的形狀決定了制動(dòng)系統(tǒng)的冷卻效率，因此選擇合理的輪輞形狀尤為重要。傳統(tǒng)的五爪或六爪設(shè)計(jì)是經(jīng)久耐用的經(jīng)典設(shè)計(jì)，有助于提高制動(dòng)系統(tǒng)的冷卻效率。多自由度形狀，甚至與樹枝形狀相似，手感非常靈活，其對稱平衡的切割空間非常有利于散熱。

3.2.2 追求鋁合金輪輞的輕量化

輕量化輪輞的延伸和車輛懸架質(zhì)量的降低可以有效地提高車輛轉(zhuǎn)向、懸架和制動(dòng)的響應(yīng)速度，極大地提高車輛的操縱性。然而，由于輕量化輪輞本身具有較高的材料剛度和制造水平，其成本較高，價(jià)格高于普通輪輞。輕巧的設(shè)計(jì)減少了多余的輪輞位置，使設(shè)計(jì)更加單調(diào)。一般來說，競爭對手會選擇對輪輞進(jìn)行一些小的修改。鋁合金鑄件的應(yīng)用將成為汽車技術(shù)的熱點(diǎn)。中國汽車市場的發(fā)展應(yīng)與現(xiàn)代鋁合金輪轂減重技術(shù)的發(fā)展相結(jié)合，在不斷改革創(chuàng)新中創(chuàng)造更好的市場應(yīng)用前景。

4 結(jié)語

輪轂是汽車造型的關(guān)鍵，輪轂本身的性能直接關(guān)系到車輛的整體性能，是乘客人身安全的重要保障。近年來，鋁合金輪轂在汽車行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，其良好的服務(wù)質(zhì)量離不開鋁合金輪轂。為了提高輪轂在汽車行業(yè)的應(yīng)用效果和質(zhì)量，有必要加強(qiáng)對鋁合金輪轂服務(wù)質(zhì)量和生產(chǎn)條件的有效分析，這將有助于進(jìn)一步提高鋁合金輪轂行業(yè)的發(fā)展效果，明確汽車行業(yè)的發(fā)展方向。