輕合金汽車輪轂的生產(chǎn)方法

楊磊++康泰++聶曉朋

摘 要：汽車輪轂承擔(dān)著支撐車身的重要作用，也是將車身重量傳遞到路面的重要部件，基于這樣的原因，汽車輪轂的生產(chǎn)與制造，受到了汽車行業(yè)越來(lái)越多的關(guān)注與重視。目前來(lái)說(shuō)，大多數(shù)汽車使用的是輕質(zhì)合金輪轂，應(yīng)用最為廣泛的輕質(zhì)合金輪轂主要有鋁合金輪轂、鎂合金輪轂兩種。本文中，筆者以鋁合金輪轂、鎂合金輪轂為例，探討了其各自的生產(chǎn)方法，并對(duì)不同生產(chǎn)方法的優(yōu)勢(shì)、缺陷進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，望可以為推動(dòng)我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展提供一定的幫助。

關(guān)鍵詞：汽車輪轂 輕合金 鋁輪轂 生產(chǎn)方法

中圖分類號(hào)：TGl4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）09（b）-0095-02

相比較于傳統(tǒng)鋼質(zhì)輪轂，輕合金汽車輪轂的重量明顯較低，還具有平衡性能好、尺寸精確、使用壽命長(zhǎng)、散熱快、安全可靠以及減震性能好等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)現(xiàn)階段在鋁合金輪轂的生產(chǎn)方面，已經(jīng)取得了一定的成果，但在鎂合金輪轂的生產(chǎn)方面，仍處于起步階段，基于此，加強(qiáng)對(duì)鋁合金輪轂、鎂合金輪轂生產(chǎn)方法的研究，具有重要的意義。

1 鋁合金輪轂的生產(chǎn)方法

1.1 鑄造法

鑄造法是鋁合金輪轂的一種傳統(tǒng)生產(chǎn)方法，也是應(yīng)用最早、最為普遍的一種生產(chǎn)方法，主要分為加壓、常壓金屬模鑄造兩種類型。同時(shí)，對(duì)于加壓法，根據(jù)壓力的不同，可以將其分為不同的類型，壓力在100MPa以上的為高壓壓鑄，在3MPa以上的為反壓壓鑄，在0.2MPa以上的為低壓壓鑄。在鋁合金輪轂生產(chǎn)方面，應(yīng)用最為廣泛的鑄造法是低壓壓鑄，也就是立式低壓金屬模鑄造。通常來(lái)說(shuō)，低壓壓鑄是在20～60kPa之間的較低壓力下進(jìn)行澆注，這樣的方法下，能夠大批量地制造高質(zhì)量輪轂，同時(shí)，也有利于提高生產(chǎn)率、鋁液利用率以及產(chǎn)品合格率，但是，相比較于重力鑄造，其成本較高。

1.2 鍛造法

鍛造法通常情況下指的是熱模鍛，這種生產(chǎn)方法下制成的鋁合金輪轂產(chǎn)品，表面最光潔、質(zhì)量最好、重量最輕、力學(xué)性能良好、金相組織致密，但與鑄造法相比，其成本相對(duì)來(lái)說(shuō)較高?；谶@樣的原因，鍛造法通常情況下應(yīng)用于大型輪轂生產(chǎn)，同時(shí)，還可以在鋁合金輪轂上鍛造出圖案、花紋等裝飾。

1.3 旋壓法

金屬塑性加工中，旋壓是一個(gè)重要的組成部分，實(shí)踐表明，旋壓法具有成本低廉、柔性好等諸多優(yōu)勢(shì)，適合對(duì)多種金屬材料進(jìn)行加工，是一種快速成形薄壁回轉(zhuǎn)體零件、成本較低的生產(chǎn)方法。在鋁合金輪轂生產(chǎn)方面，旋壓成形法是基于熱鍛技術(shù)而產(chǎn)生的一種新興生產(chǎn)方法，在鍛造制坯后，開(kāi)展旋壓成形操作，從而有利于提高鋁合金輪轂產(chǎn)品的力學(xué)性能以及精度，也有利于改善合金組織，大大減少了機(jī)械加工余量。在一些西方發(fā)達(dá)國(guó)家，旋壓法已經(jīng)在鋁合金汽車輪轂的生產(chǎn)過(guò)程中得到了應(yīng)用，逐漸發(fā)展成熟、完善，朝著批量生產(chǎn)的方向前進(jìn)?，F(xiàn)階段，我國(guó)也逐漸開(kāi)始應(yīng)用旋壓法并取得了良好的成果。

1.4 沖壓法

鋁合金輪轂生產(chǎn)過(guò)程中，沖壓法也是一種應(yīng)用較為廣泛的方法，其主要是將處于“O狀態(tài)”之下的鋁合金板材深沖成圓筒，同時(shí)也將上緣、下底去除，從而制成一個(gè)無(wú)縫大直徑的管坯，然后再對(duì)其進(jìn)行輥壓成形之后，便可以得到一個(gè)形成好、質(zhì)量輕、成本低、焊接性優(yōu)越的輪轂，且無(wú)須進(jìn)行熱處理。但是，沖壓法也有著一定的缺點(diǎn)，那就是對(duì)材料的利用率僅為1/2，從而導(dǎo)致了原材料的大量浪費(fèi)，同時(shí)，產(chǎn)品的壁厚也不均勻。

1.5 焊接組裝法

焊接組裝法通常情況下僅適用于對(duì)輪輻進(jìn)行鑄造或鍛造，用成型卷材對(duì)輪輞進(jìn)行卷制之后，便可以將輪輞、輪輻焊接為輪轂。這樣的方式，可以在很大程度上降低輪轂的重量，也有利于減少鋁合金輪轂的生產(chǎn)成本，但是，其工藝相對(duì)比較復(fù)雜，因此難度相對(duì)來(lái)說(shuō)較大。

2 鎂合金輪轂的生產(chǎn)方法

2.1 旋壓法

鎂合金密度大約是鋼的1/4，鋁的2/3，且具有較高的強(qiáng)度、比剛度、散熱性以及良好的吸振降噪性能、抗壓縮能力、抗沖擊能力、耐腐蝕性、電磁擾屏障性能，同時(shí)，尺寸穩(wěn)定性非常強(qiáng)，鑄造性能也較為優(yōu)越，在降低汽車的自重、節(jié)能等方面有著良好的效果?，F(xiàn)階段來(lái)說(shuō)，鎂合金輪轂在高檔轎車上有著較多的應(yīng)用。相比較于鋁合金輪轂，鎂合金輪轂的優(yōu)勢(shì)更為明顯，因此，各個(gè)國(guó)家目前均加強(qiáng)了對(duì)鎂合金輪轂生產(chǎn)方法的研究。鎂合金輪轂的主要生產(chǎn)方法雖然是鑄造法，但是，旋壓法也已經(jīng)得到了開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。現(xiàn)階段來(lái)說(shuō)僅有日本、德國(guó)開(kāi)展了對(duì)旋壓法的研究與應(yīng)用，已經(jīng)開(kāi)始投入實(shí)際生產(chǎn)并取得了一定的成果，而國(guó)內(nèi)尚未開(kāi)展對(duì)該技術(shù)的研究，相對(duì)報(bào)道也比較少，只有二汽從德國(guó)進(jìn)口了一套輪轂旋壓生產(chǎn)線。

2.2 鑄造法

就鎂合金輪轂的生產(chǎn)現(xiàn)狀來(lái)看，鑄造法依然是主要的生產(chǎn)方法，應(yīng)用比較廣泛的幾種鋳造法為低壓鑄造、充氧鑄造、真空壓鑄以及擠壓鑄造。對(duì)國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展進(jìn)行分析，福特汽車于上世紀(jì)末推出的P2000輕質(zhì)概念車之中，便應(yīng)用了鎂合金輪轂，其是由壓鑄方法制造的，重量為3.1千克，與鋼板沖壓輪轂相比，重量降低了5千克；菲亞特、道屋合作，應(yīng)用AM60A合金，生產(chǎn)了壓鑄鎂合金輪轂，切實(shí)符合汽車制造的要求；日本輕金屬株式會(huì)社，應(yīng)用AM60鎂合金，采用充氧壓鑄法，生產(chǎn)了鎂合金摩托車輪轂、鎂合金汽車輪轂；相比較于鋁輪轂，重量降低了15%；通用公司，應(yīng)用AM60B鎂合金，生產(chǎn)了壓鑄鎂合金輪轂，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，即使輪胎被扎穿，汽車還是可以在每小時(shí)48千米以下的速度下行駛，且不會(huì)給汽車造成嚴(yán)重的損害。

2.3 溫?cái)D壓法

從鎂合金的結(jié)構(gòu)上來(lái)看，其屬于密排六方結(jié)構(gòu)，具有流動(dòng)性差、低溫塑性低以及滑移系少的缺點(diǎn)，塑性成形難度非常大。若是溫度過(guò)高，而有可能使鎂合金發(fā)生軟化，從而大大降低鎂合金輪轂產(chǎn)品的力學(xué)性能，同時(shí)，在高溫狀態(tài)下，還比較容易出現(xiàn)氧化、燃燒的現(xiàn)象。溫?cái)D壓法指的是，對(duì)鑄造毛坯進(jìn)行加熱，待其到達(dá)適當(dāng)溫度的時(shí)候，放置到專門的壓力機(jī)上，對(duì)其進(jìn)行擠壓成形。對(duì)鎂合金采用溫?cái)D壓成形的方法，有利于解決上述問(wèn)題，原因在于，溫?cái)D壓變形同時(shí)具備冷擠壓變形、熱擠壓變形兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，且避免了兩者的缺點(diǎn)。例如，相比較于冷擠壓變形，溫?cái)D壓變形不僅繼承了其改善產(chǎn)品性能、節(jié)省原材料以及生產(chǎn)效率高的優(yōu)勢(shì)，還降低了毛坯的變形抗力，因此，其成形相對(duì)比較容易，可以降低壓力機(jī)噸位。同時(shí)，若控制得當(dāng)，對(duì)模具造成的損傷較小，因此模具的壽命也比較長(zhǎng)。相比較于熱擠壓變形，溫?cái)D壓變形的溫度較低，從而大大降低了坯料加熱過(guò)程中脫碳、氧化、過(guò)熱等現(xiàn)象的發(fā)生，從而能夠有效保證產(chǎn)品的表面光潔度、尺寸精度以及力學(xué)性能。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，鋁合金、鎂合金近年來(lái)在汽車制造產(chǎn)業(yè)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，究其原因在于，這兩種合金具有強(qiáng)度高、價(jià)格適中、質(zhì)量輕以及回收率高等一系列優(yōu)勢(shì)，在優(yōu)化汽車的操作性能、減少汽車的油耗、降低汽車的自重以及減輕汽車造成的環(huán)境污染等方面，具有非常重要的作用。本文對(duì)鋁合金輪轂、鎂合金輪轂的生產(chǎn)方法進(jìn)行了分析與研究，望可以為實(shí)現(xiàn)輕合金輪轂生產(chǎn)水平的提高提供有效的依據(jù)。

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