鋁合金車輪設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

張志良

中信戴卡股份有限公司，中國(guó)·河北 秦皇島 066011

鋁合金；車輪設(shè)計(jì)；問(wèn)題分析

1 引言

在中國(guó)科技創(chuàng)新的新時(shí)期，汽車已經(jīng)逐步地變成人們?nèi)粘３鲂械某Ｒ?jiàn)代步工具，擁有大排量的高檔汽車已經(jīng)成為獨(dú)特的潮流追求。目前，很多的大排量汽車中傳統(tǒng)鋼絲結(jié)構(gòu)的車輪逐漸被整體式鋁合金車輪所取代，其在車體中的車輪材質(zhì)配備中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能夠有效地提升車體的穩(wěn)定性和運(yùn)行的安全性。對(duì)于汽車而言，鋁合金車輪是不可或缺的行駛部件和安全部件，將涂裝工藝應(yīng)用在車輪生產(chǎn)中，不僅能夠使其力學(xué)性能與鑄件表面質(zhì)量得以提高，還可以確保汽車的車輪色彩界面更為清晰，使得汽車外表更具色彩性特征。由此可見(jiàn)，深入研究并分析鋁合金車輪的涂裝工藝具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

2 鋁合金車輪設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 實(shí)用性

在鋁合金車輪的實(shí)際設(shè)計(jì)中，實(shí)用性是其最主要的特征。由于汽車是一種日常的出行交通工具，設(shè)計(jì)人員必須要將使用人員的生命健康安全放在首位。由于汽車的質(zhì)量以及負(fù)載量與車輪質(zhì)量之間息息相關(guān)，其在設(shè)計(jì)時(shí)必須要針對(duì)不同的排量車型和用途的汽車進(jìn)行層次的受力分析，對(duì)車體中具備CAD 系統(tǒng)車輪進(jìn)行模擬的行駛實(shí)驗(yàn)，不斷的優(yōu)化安全系數(shù)，保證鋁合金車輪以及熱處理工藝的應(yīng)用合理性，實(shí)現(xiàn)鋁合金車輪性能的改善[1]。

2.2 可行性

在鋁合金車輪的制作過(guò)程中，其鑄造方式無(wú)論是重力鑄造、壓力鑄造還是低壓鑄造等都需要利用模具來(lái)完善處理工作，將液態(tài)或者是半液態(tài)的鋁合金填充于其中，保證車體內(nèi)部可以在不同的壓力下結(jié)晶、補(bǔ)縮或者塑性變形，且輔之于少量的切削加工工藝。在鋁合金車輪的制作過(guò)程中，其具有鋁合金鑄件的共性和車輛承載的特點(diǎn)。因此，在設(shè)計(jì)整體式鋁合金車輪時(shí)，必須要根據(jù)生產(chǎn)加工工藝的實(shí)際情況將不同零部件的厚度和加工原料的進(jìn)行圓角與脫模斜度的鑄造，選擇合適的粗糙度尺寸以及形體位置，確保車輪壁厚均勻、車輪體的延緩情況，線條流暢等對(duì)其具體的外觀品質(zhì)以及內(nèi)在性能進(jìn)行有效的觀察處理，及時(shí)地將鋁合金車輪的缺陷事項(xiàng)完善。值得一提的是，對(duì)于整體式鋁合金車輪的壁厚必須要保持強(qiáng)度大小一致，實(shí)現(xiàn)車輪的前行以及車輛的運(yùn)載，使得車輪的質(zhì)量得到有效改進(jìn)[2]。

2.3 規(guī)范性

鋁合金車輪只有在裝配整車或者行駛時(shí)才能發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值。為了進(jìn)一步的改善車輪安裝的流程，必須要對(duì)車型進(jìn)行適應(yīng)性轉(zhuǎn)換以及配套互換，采用有利的中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)車輪與其他零部件安裝配合度，有效地將車輪的安裝車輪的安裝孔數(shù)、孔徑和孔深與盤式制動(dòng)器協(xié)調(diào)起來(lái)，參照不同的其他的車輪孔徑，使其制動(dòng)轂的直徑和深度與鼓式制動(dòng)器相互配合，根據(jù)所使用的軸承來(lái)設(shè)定。對(duì)此，還必須要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)車輪所具有的技術(shù)要求改進(jìn)，使其符合產(chǎn)品車輛質(zhì)檢評(píng)定，及時(shí)對(duì)車輪進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)。

2.4 創(chuàng)造性

整體式的鋁合金車輪在設(shè)計(jì)和使用中必須要不斷的改進(jìn)和創(chuàng)新，完善設(shè)計(jì)生產(chǎn)體系，改善設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)空間發(fā)揮余地。由于鋁合金車輪的輪輞和輪轂是固定的，其輪輻有較大的設(shè)計(jì)空間，可以積極地調(diào)動(dòng)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)積極性，使得最終的成品更加有效，在滿足承載強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，自由地設(shè)計(jì)出多種結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新且多樣化的輪輻造型設(shè)計(jì)。輪輻盡量采用曲面或流線形式，使其產(chǎn)生動(dòng)感，形成新型的需求，符合不同的車輪設(shè)計(jì)層次管理，提升消費(fèi)者的審美情趣，滿足車輛排量用途，引進(jìn)新的合作生產(chǎn)商，從發(fā)展、仿制以及改進(jìn)，滿足自行設(shè)計(jì)的要求，以此來(lái)確定零部件的多元處理，提升車輪使用效果，提升設(shè)計(jì)制作技巧。

2.5 一致性

整體式鋁合金車輪是車輛的重要組成部分，車輛中的其他零部件與之相配比具有協(xié)調(diào)配套作用。在整體式鋁合金車輪設(shè)計(jì)管控時(shí)，必須要注意其與制動(dòng)器、減震器、發(fā)動(dòng)機(jī)以及車身等零部件的配合，在鋁合金車輪的結(jié)構(gòu)以及色彩銅鑼等方面，與車輛的用途有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)技術(shù)與藝術(shù)之間的統(tǒng)一，保證其觀賞性與節(jié)奏性的結(jié)合。一旦整體式鋁合金車輪的規(guī)格種類以及質(zhì)量統(tǒng)一化就有利于實(shí)現(xiàn)車輛企業(yè)運(yùn)行的有機(jī)發(fā)展，利于后續(xù)的維修保養(yǎng)以及控制，保證車輛行駛的平穩(wěn)性以及安全性。

3 鋁合金車輪設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

3.1 輪輞型面的設(shè)計(jì)問(wèn)題

在對(duì)輪輞型面進(jìn)行設(shè)計(jì)處理時(shí)，必須要保證其內(nèi)部車體質(zhì)量得到改進(jìn)，使其符合中國(guó)規(guī)定，提升車體運(yùn)行的實(shí)際效率。由于目前中國(guó)車輛在鋁合金車輪的測(cè)繪中往往會(huì)忽視這一點(diǎn)，沒(méi)有貫徹落實(shí)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，僅僅按照規(guī)定進(jìn)行實(shí)物的操作，對(duì)于固定好的輪輞型面的尺寸和公差不重視。在選擇使用材料時(shí)，必須要選擇正確的結(jié)構(gòu)性材料，不能通過(guò)增加材料的壁厚等來(lái)提升材料的質(zhì)檢效果。目前，中國(guó)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)同規(guī)格的車輪在不同企業(yè)生產(chǎn)中其質(zhì)量相差過(guò)大，嚴(yán)重時(shí)甚至還可能相差0.4 至0.5 千克[3]。為了進(jìn)一步的保證輪輞型面的設(shè)計(jì)符合中國(guó)規(guī)定，必須要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)對(duì)其車體的車輪設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化分析，學(xué)習(xí)其他車體設(shè)計(jì)企業(yè)中車輪設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，改善其車體的設(shè)計(jì)成果。不僅如此，在設(shè)計(jì)管理中由于其輪輞型面復(fù)雜性較強(qiáng)，其整體的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的設(shè)計(jì)管理效用，局部化的問(wèn)題種類較多。對(duì)此，必須要實(shí)現(xiàn)其內(nèi)部的體系化建設(shè)，改善基礎(chǔ)設(shè)計(jì)局限。

3.2 車輪選材的合理性問(wèn)題

在整體式鋁合金車輪的設(shè)計(jì)時(shí)，必須要選擇合適的材料，使得車輪在設(shè)計(jì)中其內(nèi)部的車輪選材具有代號(hào)，生產(chǎn)產(chǎn)品以及其他的可識(shí)別的商標(biāo)。在此期間，車輪的最大設(shè)計(jì)承載質(zhì)量、制造日期、生產(chǎn)批號(hào)以及其他的情況必須要根據(jù)中國(guó)的規(guī)定進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部的生產(chǎn)高效性，通過(guò)指導(dǎo)用戶來(lái)正確選擇車輪胎以及改善質(zhì)量跟蹤情況。除此之外，還有部分標(biāo)有生產(chǎn)廠名或者商標(biāo)的廠家，為維護(hù)自身的基本權(quán)益必須要高效的、及時(shí)地注冊(cè)商標(biāo)，以此來(lái)維護(hù)企業(yè)的合法權(quán)益。在車輪的外緣設(shè)計(jì)上，有檢察機(jī)構(gòu)來(lái)檢查其跳動(dòng)的加工面。在價(jià)格的報(bào)批中，使得整體的車輛運(yùn)行機(jī)制更加的細(xì)致化，對(duì)此可以保證在車輛質(zhì)檢時(shí)，其誤差保持在三毫米左右。由于車輪在具體的制造過(guò)程中，其整體的車體質(zhì)量均衡性要求較強(qiáng)，管理要求較高，在企業(yè)的合理管控中，企業(yè)往往會(huì)忽視這一點(diǎn)，車體速度也會(huì)降低，所以企業(yè)必須要加強(qiáng)對(duì)其的重視力度[4]。

4 鋁合金車輪的設(shè)計(jì)處理方式

4.1 鋁合金車輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式

車輪制造企業(yè)的設(shè)計(jì)加工方式依舊采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法以及設(shè)計(jì)流程，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，運(yùn)行性能以及其整體式鋁合金車輪的試驗(yàn)流程都會(huì)受到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程成果的檢驗(yàn)影響。由于產(chǎn)品的成本建設(shè)周期長(zhǎng)，成本體系管控要求高，產(chǎn)品的成果通過(guò)率也較好。為了避免反復(fù)地修改模型，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)會(huì)增加其設(shè)計(jì)周期，對(duì)某一個(gè)環(huán)節(jié)精益求精，這無(wú)形中會(huì)造成一定的材料浪費(fèi)以及成本增加。不僅如此，在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行反復(fù)修改時(shí)，設(shè)計(jì)人員也只是憑借經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)局部增加材料能提高產(chǎn)品的使用效能，其理論依據(jù)具有較強(qiáng)的目的性，可以使得材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化趨勢(shì)明顯。在對(duì)鋁合金車輪的進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管控時(shí)，必須要根據(jù)實(shí)際情況加強(qiáng)整體式鋁合金車輪的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及使用性，創(chuàng)新其鋁合金車輪的實(shí)際效果、使用方式以及運(yùn)行效率，且對(duì)其進(jìn)行合理化的界定。

4.2 載荷量的處理方式

在整體式鋁合金車輪的設(shè)計(jì)過(guò)程中，其車輪所受到的應(yīng)力會(huì)存在應(yīng)力殘余。在車輪制造過(guò)程中，由于零件疏松，針孔過(guò)大的問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致材料的屬性和強(qiáng)度一定的殘余應(yīng)力，這些殘余應(yīng)力受到多種因素的影響，難以在實(shí)踐中對(duì)其進(jìn)行多元化的定量分析。目前，車輛的車輪承受載荷來(lái)源于輪毅緊固螺栓產(chǎn)生的預(yù)緊力、車輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力和試驗(yàn)彎矩載荷等三個(gè)方面，對(duì)此必須要?jiǎng)?chuàng)新其整體的設(shè)計(jì)理念。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)隨著設(shè)計(jì)載荷量以及試驗(yàn)彎矩的增大，車輪結(jié)構(gòu)的應(yīng)力也呈現(xiàn)出一種線性增強(qiáng)的趨勢(shì)，其結(jié)構(gòu)應(yīng)力值均低于材料的屈服極限，線性結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較差[5]。因此，必須要結(jié)合對(duì)應(yīng)的理論結(jié)構(gòu)方式，對(duì)車輪進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析，初步預(yù)測(cè)車輪的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，最大程度降低產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造成本。

4.3 精準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

為了進(jìn)一步降低車輪的重量，提高承載能力，需要不斷提升鋁合金車輪制造技術(shù)相應(yīng)的機(jī)床硬件，用更簡(jiǎn)單的鑄造技術(shù)，能讓機(jī)械操作知識(shí)比較弱的從業(yè)人員迅速掌握鋁合金車輪制造工藝，并且能夠提高技術(shù)升級(jí)的更新?lián)Q代速度，通過(guò)簡(jiǎn)單的操作方法進(jìn)一步提升鋁合金車輪制造技術(shù)應(yīng)用的范圍。鋁合金車輪制造技術(shù)依賴機(jī)床數(shù)控手段的有效輔助，所以進(jìn)一步提升汽車行業(yè)的完整度，先進(jìn)性，加強(qiáng)對(duì)于鋁合金車輪制造技術(shù)朝著高精度方向前進(jìn)。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，可以采用更先進(jìn)的制造材料，例如利用7075 的鋁合金進(jìn)行生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)科學(xué)研究證明，該鋁合金在熱變形動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的過(guò)程中的晶粒度演化模型較為優(yōu)良，能夠最大限度減少設(shè)計(jì)圖紙和最后成品的誤差，誤差最大不超過(guò)5.6%[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)階段中國(guó)越來(lái)越重視鋁合金車輪的設(shè)計(jì)管控過(guò)程。為了進(jìn)一步的提升車輛的承載力，實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)行的安全性以及可靠性，必須要在車輛的外觀設(shè)計(jì)中實(shí)行后續(xù)的造型設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體框架性創(chuàng)新，通過(guò)多樣化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)依賴性和設(shè)計(jì)性強(qiáng)的鋁合金車輪進(jìn)行技術(shù)完善，為其后續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。