汽車輪轂材料發(fā)展現(xiàn)狀和制作工藝

聶曉朋++楊磊++張世琪

摘 要：汽車輪轂是汽車的一個(gè)重要部件，其直接關(guān)系著汽車的運(yùn)行安全，因此汽車輪轂的質(zhì)量和性能必須要得到保障。而影響汽車輪轂質(zhì)量及性能的一項(xiàng)關(guān)鍵因素就是輪轂材料。用于生產(chǎn)制作汽車輪轂的材料較多，隨著相關(guān)工藝技術(shù)的發(fā)展和新材料的不斷出現(xiàn)，汽車輪轂材料不斷更新?lián)Q代，越來越多的優(yōu)越性材料被應(yīng)用在汽車輪轂制作中，不同的材料，所對(duì)應(yīng)的制作工藝也各不相同。本文主要分析了汽車輪轂材料的發(fā)展現(xiàn)狀并簡(jiǎn)要介紹了其制作工藝，希望有助于我國(guó)汽車行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：汽車輪轂 輪轂材料 發(fā)展現(xiàn)狀 制作工藝

中圖分類號(hào)：THl3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）09（b）-0092-02

輪轂是汽車當(dāng)中的一個(gè)重要部件，不但影響著汽車的安全性和操控性，同時(shí)也對(duì)汽車的節(jié)能、環(huán)保具有重要的影響。近年來，汽車輪轂越來越趨于輕量化，因此在汽車輪轂材料的選擇上越來越趨于質(zhì)量輕、各方面性能好、表面質(zhì)量高、可回收利用以及價(jià)格低的材料。總體上來看，目前汽車輪轂材料主要有3類：鋼鐵材料、合金材料以及復(fù)合材料。同時(shí)，其加工制作工藝也多種多樣。筆者結(jié)合實(shí)際，分析了汽車輪轂材料的發(fā)展現(xiàn)狀并簡(jiǎn)要介紹了其制作工藝，僅供參考。

1 鋼鐵材料

鋼鐵材料是最早的汽車輪轂材料，早在1905年就已經(jīng)出現(xiàn)了鋼制輻板式輪轂。鋼鐵材料用于制作汽車輪轂的主要優(yōu)勢(shì)在于其強(qiáng)度高、耐磨損以及散熱性能好。雖然后來隨著科技的發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多的輕質(zhì)汽車輪轂材料，但由于鋼鐵輪轂制作工藝簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良、成本低廉，所以仍舊占有一定的汽車輪轂市場(chǎng)份額。

1.1 碳素鋼

一般成型鋼輪轂需要運(yùn)用碳素鋼材料，這種輪轂需要由碳素鋼輪盤和圓柱形輪輞焊接而成。通過加工一些圓孔在輪轂上，可以有效改善剎車輪盤的通風(fēng)，同時(shí)還這不會(huì)降低對(duì)外來受力的抵抗性。碳素鋼材料的最大優(yōu)勢(shì)就是價(jià)格較低，并且也能夠滿足一般動(dòng)力性能機(jī)車，但卻不適合在一些特定類型的汽車中應(yīng)用。具體來說，首先，碳素鋼材料的低抵抗力較低，因此碳素鋼輪轂無法對(duì)剎車盤進(jìn)行大面積冷卻，故而不適合在高性能、高安全性的汽車中使用；其次，碳素鋼的強(qiáng)度較低，若想滿足要求就必須加大輪盤和輪輞的厚度，但這也會(huì)導(dǎo)致輪轂重量增加，不符合如今的汽車輪轂輕量化要求，且重量的增加還會(huì)加大輪轂的慣性，進(jìn)而增加無懸浮結(jié)構(gòu)支持的輪子的剎車阻力與操控系統(tǒng)阻力，最終導(dǎo)致汽車的運(yùn)動(dòng)方向不好掌控；再者，碳素鋼輪轂的表面不易裝飾精美圖案，缺乏美感，所以不適合在一些豪車和跑車中應(yīng)用。

1.2 球墨鑄鐵

球墨鑄鐵在綜合力學(xué)性能方面具有很強(qiáng)的優(yōu)越性，因此常被用于制作汽車輪轂。不過，球墨鑄鐵同樣也具備碳素鋼的一些缺點(diǎn)，且其的生產(chǎn)制作過程難度較大，形狀也不易控制，因此在實(shí)際應(yīng)用上遭到了很大的限制。

1.3 其他鋼鐵材料

還有一些合金鋼也經(jīng)常被應(yīng)用于制作汽車輪轂，這些合金鋼材料普遍具有高強(qiáng)度、高塑韌性以及良好的焊接性和加工成形性，在實(shí)際應(yīng)用中，一般是通過已成型輪緣及輪盤進(jìn)行焊接而成，并且要盡可能地降低重量。近年來，國(guó)外還出現(xiàn)了鋼板冷變形加工輪輞與輪盤的技術(shù)，且其焊接方法也得到了更新。

2 合金材料

2.1 鋁合金

2.1.1 鋁合金輪轂的優(yōu)勢(shì)

鋁合金輪轂之所以如此受到業(yè)界的青睞，主要是由于其具備以下幾項(xiàng)優(yōu)勢(shì)：（1）重量輕：鋁合金輪轂在重量上比傳統(tǒng)的鋼鐵輪轂要輕，一般可比鋼輪轂減輕30%～40%，因此其轉(zhuǎn)動(dòng)慣性及汽車的加速性也更強(qiáng)，在制動(dòng)時(shí)所需的能源較少，更加節(jié)能；（2）振擺和振動(dòng)?。轰X合金輪轂具備高精度及與輪胎的分離性，因此可以使汽車在行駛時(shí)減小振擺和振動(dòng)，保持更穩(wěn)的車體重心，提高平衡性能，從而改善汽車的駕駛性能；（3）散熱性能好：汽車車輪的熱源主要是來自于剎車和輪胎與路面摩擦，當(dāng)汽車高速行駛時(shí)車輪溫度會(huì)大大上升，爆胎危險(xiǎn)性很高，而鋁合金輪轂則擁有較高的散溫系數(shù)，且其表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也更利于散熱，即使汽車連續(xù)剎車也不會(huì)造成車輪溫度過高，從而有效降低了爆胎發(fā)生率。

2.1.2 鋁合金輪轂的制作工藝

目前在鋁合金輪轂的生產(chǎn)制作中，主要應(yīng)用以下幾種工藝：（1）鑄造工藝：鋁合金輪轂常常具有豐富的花色品種，而且適應(yīng)性強(qiáng)、成本低廉，所以非常適合運(yùn)用鑄造工藝來進(jìn)行制作，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界約有八成以上的鋁合金輪轂都屬于鑄造輪轂，而鑄造工藝又可具體分為重力鑄造工藝、擠壓鑄造工藝、低壓鑄造工藝以及壓力鑄造工藝等多種；（2）鍛造工藝：鍛造工藝的優(yōu)點(diǎn)是加工量小、尺寸精確、強(qiáng)度高以及抗蝕性好，鍛造而成的鋁合金輪轂通常重量較輕，受力方向與晶粒流向相同，擁有高韌性和高疲勞強(qiáng)度，每個(gè)輪轂力學(xué)性能相同，典型伸長(zhǎng)率可達(dá)12%～17%，承受沖擊力、剪切力以及拉伸載荷的性能較強(qiáng)，以及表面沒有氣孔，易處理，涂層均勻，美觀性好，但同時(shí)其制作工藝也更加復(fù)雜以及成本較高；（3）半固態(tài)模鍛法：其屬于介于固態(tài)與液態(tài)成形之間的工藝，與鍛造工藝類似，工量較少，內(nèi)部組織致密，表面光滑平整，力學(xué)性能好，氣孔少，模具壽命長(zhǎng)，雖然目前在我國(guó)尚處于初級(jí)階段，但在未來擁有很大的發(fā)展前景。

2.2 鎂合金

鎂合金材料的主要優(yōu)點(diǎn)是：屈服強(qiáng)度與鋁合金相似，而比鋁合金、鋼鐵材料等彈性模量低，同樣受力下可消耗的變形功更大，可減振、降噪以及承受較大沖擊震動(dòng)負(fù)荷；加工性能與鑄造性能較好，具有較強(qiáng)的切削加工性能，易于加工處理；擁有良好的電磁屏蔽性能、導(dǎo)熱性能以及耐磨性；尺寸和收縮率穩(wěn)定，鑄件尺寸精度高；可回收利用，符合可持續(xù)發(fā)展要求和環(huán)保節(jié)能要求。因此，目前鎂合金材料也漸漸在汽車輪轂的加工制造中得到了廣泛應(yīng)用。利用鎂合金材料所制作出來的汽車輪轂，具有抗振性能好、比強(qiáng)度高、摩擦不起火花、受外力退讓性好、截面設(shè)計(jì)自由度大以及切削性能好等優(yōu)勢(shì)。而其制作工藝則與鋁合金輪轂類似。

3 復(fù)合材料

復(fù)合材料屬于現(xiàn)代新型材料，可用于制造汽車車身、輪轂、發(fā)動(dòng)機(jī)架、傳動(dòng)軸等多個(gè)部位。復(fù)合材料在性能上比傳統(tǒng)材料具有很大的優(yōu)勢(shì)，例如其比強(qiáng)度高、比模量高，因此制作出來的部件質(zhì)量較小、剛性較大；擁有良好的化學(xué)穩(wěn)定性；擁有良好的減摩、耐磨及自潤(rùn)滑性；還擁有較高的韌性、抗熱沖擊性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性以及耐熱性。另外，有的復(fù)合材料還具備更多的性能，如耐輻射性、耐燒蝕性、耐蠕變性等。這些性能，大大提高了汽車輪轂的質(zhì)量，同時(shí)還能夠滿足其輕量化要求和節(jié)能要求。復(fù)合材料的制作方法也較多，除傳統(tǒng)鑄造法外，還有粉末冶金法：將金屬粉末與增強(qiáng)顆粒進(jìn)行混合，經(jīng)去氣、熱壓固結(jié)、軋制、擠壓等步驟制作而成；原位反應(yīng)合成法：通過元素與元素、化合物間的化學(xué)反應(yīng)來合成更高強(qiáng)度、更好性能的復(fù)合材料，工藝簡(jiǎn)單，成本較低。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著汽車輪轂材料的不斷更新?lián)Q代，其無論是質(zhì)量還是性能，以及節(jié)能效果都在不斷提升。在當(dāng)前汽車輕量化的大趨勢(shì)下，必須要合理選擇輪轂材料，并不斷改進(jìn)相應(yīng)的制作工藝，以制作出更加滿足人們要求的汽車輪轂。

參考文獻(xiàn)

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