鋁合金輪轂成形工藝分析

陳 鶴

（中信戴卡股份有限公司，河北 秦皇島 066011）

現(xiàn)階段，鋁合金輪轂在國內(nèi)汽車制造領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用，由此使得鋁合金輪轂的成形工藝日趨完善。鍛造法是鋁合金輪轂最早的成形工藝，除該工藝之外，還有鑄造成形和旋壓成形，這些成形工藝目前在鋁合金輪轂的制造過程中都有應(yīng)用。下面本文重點就這幾種鋁合金輪轂的成形工藝進行分析研究[1]。

1 鋁合金輪轂鑄造成形工藝

現(xiàn)階段，大部分轎車的鋁合金輪轂都是通過鑄造成形工藝進行生產(chǎn)的，其中比較常用的鑄造成形工藝有以下幾種：

（1）重力鑄造成形工藝。該工藝是一種較為古老的方法，具體是指在常壓狀態(tài)下，金屬液體依靠重力的作用充填型腔，從而得到所需的鑄件。這種方法的優(yōu)點體現(xiàn)在鑄造工序簡單、生產(chǎn)成本低、效率高。但在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，通過該方法鑄造出來的鋁合金輪轂存在比較嚴(yán)重的縮孔疏松現(xiàn)象，并且熔渣和氣體常常會卷入到鑄件當(dāng)中，影響了鑄件的整體質(zhì)量。在國外這種方法已經(jīng)基本淘汰不用，但國內(nèi)仍然有很多廠家使用。

（2）低壓鑄造成形工藝。該鑄造成形工藝具體是指將用于鑄造的鋁合金液體裝入具有良好密閉性的坩堝當(dāng)中，并使液體始終保持在澆注溫度，隨后將壓縮空氣通入到液體表面，借此來使坩堝與型腔間形成壓力差，處于坩堝內(nèi)的液體在該低壓的作用下，會從升液管上升，經(jīng)由輸液通道、鑄型澆口后，被壓入到與坩堝相連的模具當(dāng)中，這樣便可獲得所需的鋁合金鑄件。在這種鑄造成形工藝中，坩堝表面覆蓋的氧化膜基本不會遭到破壞，出現(xiàn)氣孔和夾渣缺陷的情況較少，輪轂的質(zhì)量可以得到保證。該工藝唯一的缺陷是鑄造時間較長，設(shè)備價格較高，這在一定程度上制約其推廣應(yīng)用。

（3）壓力鑄造成形工藝。該工藝是在高壓的作用下，使鋁合金液體以較高的速度充填型腔，然后通過施加一定的壓力，使液體達到凝固的狀態(tài)，進而得到所需的鑄件。通過該工藝生產(chǎn)出來的鋁合金輪轂不但具有良好的機械性能，還有較好的致密性，而且表面硬度和強度也比較高，能夠使鑄件的尺寸得到保證。但由于鑄造過程中氣體無法有效排除，從而容易使鑄件上出現(xiàn)氣孔，影響鑄件的質(zhì)量[2]。

2 鋁合金輪轂鍛造成形工藝

在鋁合金輪轂的成形工藝中，鍛造的應(yīng)用最早，通過鍛造成形的輪轂不但強度高、尺寸精確，而且還具有良好的抗腐蝕性。與鋁合金輪轂鑄造成形工藝相比，鍛造成形工藝的生產(chǎn)成本要高一些，但由此制造出來的鋁合金輪轂的性能價格比也更高。較為常用的鍛造成形法有以下幾種。

（1）常規(guī)鍛造法。使用常規(guī)鍛造法生產(chǎn)出來的鋁合金輪轂的重量約為相同尺寸鋼輪轂的50%左右。用常規(guī)鍛造法對鋁合金輪轂進行制造的過程中，晶粒流向與受力的方向能夠達到一致，在這一前提下，鍛造成形的輪轂，無論是自身的強度、韌性，還是抗疲勞強度，都要明顯優(yōu)于鑄造成形的鋁合金輪轂。正是基于該原因，使得常規(guī)鍛造法在鋁合金輪轂的成形工藝中占據(jù)了一席之地。不僅如此，用該方法鍛造的輪轂可以使鋁合金的性能得到完美地再現(xiàn)，由此使得每個輪轂都具有了同樣的力學(xué)性能。常規(guī)鍛造法的鋁合金輪轂的伸長率可以達到12%～17%，試驗證明，這個伸長率很能很好地對道路的振動和應(yīng)力進行吸收。常規(guī)鍛造的鋁合金輪轂還有較強抗沖擊、抗剪切、抗拉伸的能力以及更高的強度重量比，其表面不會出現(xiàn)氣孔，可以確保涂層的均勻性，涂層與鋁合金面的結(jié)合也更加緊密牢固[3]。

（2）鑄造鍛造法。從該方法的本質(zhì)上講，其屬于復(fù)合工藝，是鑄造與鍛造兩種技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，鑄件是鍛造工序的毛坯料，通過塑性加工獲得所需的形狀。因鍛造是整個過程的最后一道成形工序，從而使得鑄造中殘留的缺陷問題得到解決，產(chǎn)品的組織結(jié)構(gòu)獲得大幅度改善，力學(xué)性能顯著提升。更為重要的是，鑄造工藝的優(yōu)勢在該方法得以全面發(fā)揮，簡化了鍛造工序，不但提高了材料的利用率，而且生產(chǎn)成本也隨之降低。實踐表明，由該技術(shù)生產(chǎn)出來的鋁合金輪轂，除性能可以達到力學(xué)性能指標(biāo)要求外，生產(chǎn)成本較之普通鍛造可降低30%左右。

（3）半固態(tài)模鍛。半固態(tài)是一種介乎于固態(tài)與液態(tài)之間的特殊形態(tài)，這是一種全新的鍛造成形工藝，具體是指先以加熱的方式使坯料達到半固態(tài)，然后一次模鍛成形，從而獲得接近設(shè)計尺寸的成品。

這種鍛造工藝的優(yōu)點體現(xiàn)在如下幾個方面：其一，由于零件在模具內(nèi)的收縮變形相對較小，從而使整個鍛造過程的機械加工量可以大幅度減少。其二，鍛造出來的工件表面更加光滑、平整，內(nèi)部組織非常致密，實驗結(jié)果表明，其力學(xué)性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于壓力鑄造件。其三，成形過程基本上不會出現(xiàn)裹氣的現(xiàn)象，氣孔和疏松明顯少于常規(guī)鑄件。其四，由于整個成形過程的溫度較低，因此可以大幅度延長模具的使用壽命。

3 鋁合金輪轂旋壓成形工藝

旋壓成形工藝是一種新型的鋁合金輪轂制造工藝，其綜合了多種工藝特點，如擠壓、彎曲、拉伸、橫扎等等。與鍛造技術(shù)相比，其成本更低，實用性更高，并且產(chǎn)品的質(zhì)量和性能都能得到保證，該工藝具有良好的應(yīng)用前景。目前，較為常見的旋壓成形工藝有以下幾種。

（1）冷旋成形?？蓪⑿龎撼尚喂に嚪譃閮煞N類型，一種是普通型，另一種是強力型。由于前者的工藝過程較為復(fù)雜，加之精度較低，制約了其使用范圍的擴大。而后者的出現(xiàn)，使得旋壓成形技術(shù)的使用范圍快速擴大，其在生產(chǎn)過程中，不會導(dǎo)致坯料變形，通過強力型旋壓成形工藝進行輪轂制造，能夠減少材料的耗費，并且還可以大幅度提升輪輞的性能。

（2）鑄旋成形工藝。在鋁合金輪轂生產(chǎn)過程中，鑄旋工藝是重要的生產(chǎn)工藝之一，運用此工藝制造出來的輪轂鑄坯具備生產(chǎn)成本低、外形美觀、質(zhì)量高的特點，而后再采用熱旋工藝將坯料壓制成形。鑄旋成形工藝兼具旋壓技術(shù)和低壓鑄造技術(shù)的雙重優(yōu)勢，可大幅度提升車輪的性能，降低材料消耗，滿足車體輕量化的制造需求。

4 結(jié)論

綜上所述，鑄造、鍛造、旋壓是鋁合金輪轂較為常見的成形工藝，各種工藝都有著自身的優(yōu)點和不足。為了提高鋁合金輪轂的性能和質(zhì)量，在未來一段時期，應(yīng)當(dāng)加大對成形工藝的研究力度，除對現(xiàn)有的工藝進行改進和完善之外，還應(yīng)開發(fā)一些新的工藝，從而使其能夠更好地為鋁合金輪轂制造業(yè)服務(wù)。

[1]龔正朋.新型鋁合金輪轂低壓鑄造模具設(shè)計與工藝[J].世界有色金屬,2017(2):34-35.

[2]王玉柱.A356鋁合金輪轂熱處理工藝及沖擊失效分析研究[J].燕山大學(xué),2016.

[3]侯佳新,劉洋,張志壯.原材料對鋁合金輪轂組織和性能的影響[J].鑄造技術(shù),2017(12):213-214.