探析鋁合金輪轂制造工藝及特點(diǎn)

楊衛(wèi)民

【摘 要】鋁合金輪轂因其強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、價(jià)格合理、成型度好和回收率高等優(yōu)點(diǎn)，在汽車工業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。本文先闡述了鋁合金輪轂的市場(chǎng)行情，然后對(duì)鋁合金輪轂的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了介紹，最后對(duì)鋁合金輪轂制造工藝及特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

【關(guān)鍵詞】鋁合金；輪轂；制造工藝；汽車

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)汽車節(jié)能降耗的需求越來(lái)越高，汽車輕量化成為現(xiàn)代汽車發(fā)展的必然趨勢(shì)。鋁合金輪轂不僅強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、價(jià)格合理、成型度好、回收率高，而且還能使汽車的自重降低，油耗減少，降低了汽車對(duì)環(huán)境的污染。由此可見(jiàn)，對(duì)鋁合金輪轂制造工藝及特點(diǎn)的探究對(duì)汽車工業(yè)發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1.鋁合金輪轂的市場(chǎng)行情

近年來(lái)，我國(guó)汽車工業(yè)飛速發(fā)展。2009年，我國(guó)的汽車產(chǎn)量已達(dá)到1379萬(wàn)輛，其中轎車產(chǎn)量為747萬(wàn)輛，汽車產(chǎn)量與2005年同比增長(zhǎng)24.7%，轎車產(chǎn)量同比增長(zhǎng)26.1%。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，使得鋁合金輪轂的需求量越來(lái)越大。根據(jù)相關(guān)資料顯示，2010年我國(guó)對(duì)鋁合金輪轂的需求量在3000萬(wàn)只以上，預(yù)計(jì)到2015年，我國(guó)對(duì)鋁合金輪轂的需求量將達(dá)到5500萬(wàn)只以上。

從鋁合金輪轂的應(yīng)用情況看，轎車對(duì)鋁合金輪轂的需求較高，大中型客車和貨車對(duì)鋁合金輪轂的需求較低。但隨著科技水平的進(jìn)步，汽車的性能也在逐步提升，大中型客車和貨車對(duì)鋁合金輪轂的需求量也將提升。盡管我國(guó)大中型客車和貨車的鋁合金輪轂應(yīng)用還在起步階段，但隨著鋁合金輪轂的市場(chǎng)需求逐漸增大，鋁合金輪轂的發(fā)展前景大為可觀。

2. 鋁合金輪轂的優(yōu)勢(shì)

鋁合金輪轂因?yàn)槠滟|(zhì)量輕、成型度好和回收率高等優(yōu)勢(shì)，將逐步取代鋼輪轂。鋁合金輪轂外觀優(yōu)美，提升了車的檔次和品位。目前，輕型汽車和新型轎車基本上都采用鋁合金輪轂，另外還有不少車主把舊車上的鋼輪轂換成鋁合金輪轂。對(duì)于高速行駛的汽車而言，輪轂很容易因制動(dòng)、變形等原因而造成制動(dòng)性能差、爆胎等情況發(fā)生，而鋁合金的散熱效果比鋼鐵要好的多，使得汽車的制動(dòng)性能有所加強(qiáng)，對(duì)輪胎的壽命有所提高，從而確保汽車行駛的安全。

與鋼輪轂相比，鋁合金輪轂主要有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：一是有效的提高了制動(dòng)系統(tǒng)冷卻效果。因?yàn)殇X合金的導(dǎo)熱性能好，使得采用鋁合金輪轂的汽車能夠迅速釋放熱量，使得因高熱而導(dǎo)致汽車失靈的情況有所降低。又因?yàn)殇X合金輪轂的可塑性能好，使得汽車可以采用氣流導(dǎo)人到制動(dòng)系統(tǒng)的造型，有效的降低了汽車的溫度；二是使汽車的制動(dòng)性能和加速性能有所改善。車輪等旋轉(zhuǎn)部位的慣性減小，改善了汽車的加速性和制動(dòng)性；三是有效的降低了非載荷質(zhì)量。非載荷質(zhì)量的降低，使得抓地性有所提高，因?yàn)槁访嬲饎?dòng)與轉(zhuǎn)向力對(duì)非載荷質(zhì)量很敏感，所以鋁合金輪轂具有良好的轉(zhuǎn)彎性能和精確的轉(zhuǎn)向動(dòng)作；四是剛性有所增強(qiáng)。在汽車過(guò)彎路時(shí)，輪胎輪轂容易傾斜，而鋁合金輪轂的高硬度有效的減少輪轂的傾斜程度，使汽車安全行駛有了更大的保障。

3.鋁合金輪轂制造工藝及特點(diǎn)分析

鋁合金輪轂性能的好壞直接取決于它的制造工藝，制造工藝有鑄造、鍛造和和旋壓。下面對(duì)這幾種制造工藝及特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析：

3.1鑄造法

鑄造法是鋁合金輪轂生產(chǎn)中最為普遍的一種方法，具有品種多樣、適應(yīng)性強(qiáng)和生產(chǎn)成本較低等優(yōu)點(diǎn)。在全球80%的鋁合金輪轂都采用鑄造法生產(chǎn)，工藝方法有壓力鑄造、低壓鑄造、重力鑄造和擠壓鑄造等。

3.1.1壓力鑄造法

壓力鑄造法是指在高壓的情況下，液態(tài)金屬以較高的速度填充壓鑄型腔形成鑄件的工藝方法。采用壓力鑄造法得到的鑄件具有表面光潔度好、尺寸精度高、產(chǎn)品性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。而且，壓力鑄造法因壓鑄機(jī)的生產(chǎn)效率高，不需要經(jīng)過(guò)大量后續(xù)加工便可直接使用，有效的減少了加工設(shè)備的使用、節(jié)省了材料。但對(duì)于復(fù)雜的鑄件，尤其是內(nèi)凹型的鑄件，壓力鑄造法生產(chǎn)較為困難，很容易產(chǎn)生氣孔。

3.1.2低壓鑄造法

低壓鑄造法是指在壓力作用下，金屬液體充填型腔形成鑄件的工藝方法。因?yàn)樾枰膲毫Σ淮螅越凶龅蛪鸿T造法。低壓鑄造法分為以下幾個(gè)步驟，熔化、低壓鑄造成型、機(jī)加、熱處理和涂裝。采用低壓鑄造法的鋁合金輪轂具有鑄件成型好、液體金屬充型平穩(wěn)、表面光滑、機(jī)械性能高、鑄件致密和最終成型的輪廓清晰等特點(diǎn)。而且，低壓鑄造法需要的設(shè)備簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。

3.1.3重力鑄造法

重力鑄造法是指在自身重力的作用下，金融熔融狀態(tài)注入模具中形成鑄件的工藝方法。重力鑄造法分為以下幾個(gè)步驟，制芯、澆鑄和整理。每一步驟都需要有嚴(yán)格的工藝參數(shù)才可以進(jìn)行。重力鑄造法具有工序簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、機(jī)械性能高、鑄件缺陷少等特點(diǎn)，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。

3.1.4擠壓鑄造法

擠壓鑄造法是綜合了傳統(tǒng)擠壓鑄造和普通壓鑄造的優(yōu)勢(shì)而提煉出來(lái)的一種工藝方法，有效的彌補(bǔ)了兩種技術(shù)的缺陷。擠壓鑄造法采用傳統(tǒng)擠壓鑄造補(bǔ)縮和普通壓鑄充型的工藝方法，鑄造成的鑄件具有高力學(xué)性能。產(chǎn)品有精鑄件一次精密成形的高精度和高效率，還有與鍛件接近的優(yōu)良力學(xué)性能，且造價(jià)要比采用低壓鑄造法的低。

3.2鍛造法

鍛造法是指在壓力或沖擊力的作用下，金屬變成所需尺寸形狀的鍛件，形成的一種工藝方法。主要分為常規(guī)鍛造法和半固態(tài)模鍛法。

3.2.1常規(guī)鍛造法

常規(guī)鍛造法是指以擠壓錠坯或鑄造圓錠坯為坯料的一種工藝方法。常規(guī)鍛造法分為以下幾個(gè)步驟，熱處理、熱鍛、機(jī)械加工、表面處理，檢驗(yàn)合格后才能成為成品輪轂。采用常規(guī)鍛造法生產(chǎn)的鋁合金輪轂具有韌性好、強(qiáng)度高和抗疲勞強(qiáng)度高等特點(diǎn)，和鑄造工藝相比較，常規(guī)鍛造法還有尺寸精確、抗抗腐蝕性和加工方便等優(yōu)點(diǎn)。常規(guī)鍛造法的缺點(diǎn)就是制造工藝過(guò)于復(fù)雜，生產(chǎn)成本偏高。

3.2.2半固態(tài)模鍛法

半固態(tài)模鍛法是指把液態(tài)與固態(tài)金屬融合到一起成形的一種工藝方法。與擠壓鑄造、壓力鑄造相比，半固態(tài)模鍛法的力學(xué)性能要高很多。采用半固態(tài)模鍛法生產(chǎn)的鋁合金輪轂，具有成品率高、機(jī)械性能好、生產(chǎn)效率高、材料利用率高、能源消耗小和機(jī)械加工量低等優(yōu)點(diǎn)。但是半固態(tài)模鍛法對(duì)技術(shù)、錠坯組織結(jié)構(gòu)都有很嚴(yán)格的要求，并且采用這種工藝的模型結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，對(duì)于生產(chǎn)及設(shè)計(jì)人員的要求非常高。半固態(tài)模鍛法屬于新興的鋁合金輪轂制造工藝技術(shù)，實(shí)際應(yīng)用的還不多，有待于進(jìn)一步的研究與開(kāi)發(fā)。

3.3旋壓法

旋壓法是指綜合了擠壓和鍛造的工藝特點(diǎn)，根據(jù)材料本身的塑性而設(shè)置合理的工藝參數(shù)，對(duì)毛坯連續(xù)變形的工藝方法。旋壓法是一種先進(jìn)的鋁合金輪轂生產(chǎn)工藝方法。采用旋壓法的鋁合金輪轂具有輕便耐用、使輪轂的動(dòng)平衡和使金屬保持較高的致密度等優(yōu)點(diǎn)。旋壓有兩種方式：一是普通旋壓。普通旋壓可以使坯料的形狀發(fā)生改變，但壁厚不變或少變的一種工藝方法，普通旋壓具有工序緊湊、制模周期短和制品范圍廣等優(yōu)點(diǎn)；二是強(qiáng)力旋壓。強(qiáng)力旋壓可以改變壁厚也可以改變坯料形狀，和普通旋壓相比較，生產(chǎn)效率高、適用范圍廣。鋁合金輪轂旋壓具有安全性好、不收尺寸限制和節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)，多應(yīng)用在在高端產(chǎn)品中。

4.總結(jié)

鋁合金輪轂以其優(yōu)良的特性在汽車工業(yè)占有非常重要的地位，隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，鋁合金輪轂的需求量也在逐漸加大。雖然我國(guó)在鋁合金輪轂的生產(chǎn)上已經(jīng)初具規(guī)模，但是鋁合金輪轂的制造工藝仍需要加強(qiáng)，只有根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)選擇合適的制造工藝，才能使鋁合金輪轂在汽車行業(yè)得到長(zhǎng)足的發(fā)展。

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