鋁合金輪轂生產(chǎn)工藝及其優(yōu)點(diǎn)

??輪轂，別名輪圈，即輪胎內(nèi)廓用以支撐輪胎的圓桶形、中心裝配在軸上的部件。常見的汽車輪轂有鋼質(zhì)輪轂及鋁合金質(zhì)輪轂。鋼質(zhì)輪轂的強(qiáng)度高，常用于大型載重汽車；但鋼質(zhì)輪轂質(zhì)量重，外形單一，不符合如今低碳、時(shí)尚的理念，正逐漸被鋁合金輪轂替代。
??市場上的輪轂按照材質(zhì)可以分為鋼輪轂和合金輪轂兩大類。鋼質(zhì)輪轂最主要的優(yōu)點(diǎn)就是制造工藝簡單，成本相對較低，而且抗金屬疲勞的能力很強(qiáng)，也就是我們俗稱的便宜又結(jié)實(shí)。但鋼質(zhì)輪轂的缺點(diǎn)也相對比較突出就是外觀丑陋，重量較大，慣性阻力大，散熱性也比較差，而且非常容易生銹。相對來說，合金材質(zhì)輪轂正好可以彌補(bǔ)這樣的問題，較輕的重量，慣性阻力小，制作精度高，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的變形小，有利于提高汽車的直線行駛性能，減輕輪胎滾動(dòng)阻力，從而減少油耗。合金材質(zhì)的導(dǎo)熱性能是鋼的三倍左右，散熱性好，對于車輛的制動(dòng)系、輪胎和制動(dòng)系統(tǒng)的熱衰減都能起到一定的作用。 ??
??市場上的原廠車的合金輪轂都以鋁合金為主。 ??
??與鋼質(zhì)汽車輪轂相比，鋁合金輪轂的優(yōu)點(diǎn)有哪些？ ??
??1、省油。平均每個(gè)鋁合金輪轂比相同尺寸的鋼輪轂輕2kg，一臺(tái)轎車用5個(gè)便省了不起10kg重量。根據(jù)日本實(shí)驗(yàn)，5座的轎車重量每減輕1kg，一年約或節(jié)省20L汽油。而美國汽車工程師學(xué)會(huì)發(fā)表的研究報(bào)告指出，鋁合金輪轂雖然比一般鋼輪轂貴，但每輛汽車跑到2萬km時(shí)，其所節(jié)省的燃料費(fèi)便足吣抵回成本。 ??
??2、增加發(fā)動(dòng)機(jī)壽命。發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷與發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命呈負(fù)相關(guān)，負(fù)荷越大壽命越短。因鋁合金輪轂比鋼輪轂輕，所以可以延長發(fā)動(dòng)機(jī)壽命。 ??
??3、散熱好。鋁合金的熱傳導(dǎo)系數(shù)為鋼的3倍，散熱效果好。長途高速行駛之時(shí)，也能使輪胎保持在適當(dāng)?shù)臏囟龋箘x車鼓及輪胎不易老化，增加壽命，降低爆胎的機(jī)會(huì)。 ??
??4、精度高。鋁合金輪轂的真圓精度高達(dá)0.05mm，運(yùn)轉(zhuǎn)平衡性能佳，有利于消除方向盤抖動(dòng)現(xiàn)象。 ??
??5、堅(jiān)固耐用。鋁合金輪轂抗沖擊力、抗張力及熱力等各項(xiàng)強(qiáng)度較鋼輪轂要高。這也是鋁合金在國防工業(yè)、航空工業(yè)扮演重要的角色原因之一。 ??
??6、美觀。一般鋼輪轂因生產(chǎn)所限，形式單調(diào)呆板，缺乏變化；鋁合金輪轂則有各式各樣的設(shè)計(jì)，加上光澤、顏色效果好，從而提高了汽車的價(jià)值與美感。 ??
??鋁合金輪轂生產(chǎn)工藝 ??
??重力鑄造 ??
??金屬型重力鑄造是指在常壓下，液體金屬靠重力作用充填金屬鑄型而獲得鑄件的一種鑄造方法，這也是一種古老的鑄造方法。由于金屬液在金屬鑄型中冷卻速度較快，因而鑄件比砂型鑄造的組織致密，該法工序簡單，生產(chǎn)效率高，設(shè)備投資少，生產(chǎn)成本較低，適用于中小規(guī)模生產(chǎn)。但此方法生產(chǎn)的鋁輪轂內(nèi)部質(zhì)量較差，縮孔縮松嚴(yán)重，澆注過程中氧化膜和熔渣等夾雜物易卷入鑄件，有時(shí)也會(huì)卷入氣體而形成氣孔缺陷，同時(shí)金屬液的收得率也較低。大部分整車廠現(xiàn)已拒絕該工藝生產(chǎn)的車輪，在鋁輪轂制造行業(yè)有逐漸被邊緣化的趨勢。 ??
??低壓鑄造 ??
??低壓鑄造是將鑄型放在一個(gè)密閉的爐子上面，型腔的下面用一個(gè)管(叫升液管)和爐膛里的金屬液相通。如果在爐膛中金屬液面上加入帶壓力的空氣，金屬液會(huì)從升液管中流入型腔。待金屬液凝固以后，將爐膛中的壓縮空氣釋放，未凝固的金屬從升液管中流回到爐中?？刂屏魅霠t膛空氣的壓力、速度,就可以控制金屬流入型腔中的速度和壓力，并能讓金屬在壓力下結(jié)晶凝固。這種工藝特點(diǎn)是鑄件在壓力下結(jié)晶，組織致密，機(jī)械性能好，金屬利用率高。 ??
??低壓鑄造工藝目前在中國大陸已經(jīng)相當(dāng)成熟，適合少人化生產(chǎn)管理，已經(jīng)被所有整車廠認(rèn)可是當(dāng)前中國大陸鋁合金輪轂制造業(yè)的主流工藝，產(chǎn)品主要銷往OEM和海外零售市場。 ??
??采用低壓鑄造工藝制造的鋁合金輪轂，由于輪輻是最后冷卻凝固的，所以部分特殊造型輪轂的輪輻易出現(xiàn)縮松等質(zhì)量問題，而輪輞部分由于最早結(jié)晶則強(qiáng)度較好。 ??
??擠壓鑄造法 ??
??擠壓鑄造也稱為液態(tài)模鍛，是一種集鑄造和鍛造特點(diǎn)于一體的新工藝，該工藝是將一定量的金屬液體直接澆入敞開的金屬型內(nèi)，通過沖頭以一定的壓力作用于液體金屬上，使之充填、成形和結(jié)晶凝固，并在結(jié)晶過程中產(chǎn)生一定量的塑性變形。擠壓鑄造充型平穩(wěn)，沒有湍流和不包卷氣體，金屬直接在壓力下結(jié)晶凝固，所以鑄件不會(huì)產(chǎn)生氣孔、縮孔和縮松等鑄造缺陷，且組織致密、晶粒細(xì)化，機(jī)械性能比低壓鑄造件高。產(chǎn)品既有接近鍛件的優(yōu)良機(jī)械性能，又有精鑄件一次精密成形的高效率、高精度，且投資大大低于低壓鑄造法。缺點(diǎn)是液態(tài)模鍛的產(chǎn)品與傳統(tǒng)鍛造產(chǎn)品一樣，需要銑削加工來完成輪輻的造型。 ??
??日本已有相當(dāng)部分的汽車鋁輪轂采用擠壓鑄造工藝生產(chǎn)，豐田汽車公司擁有十幾臺(tái)全自動(dòng)擠壓鑄造設(shè)備，每臺(tái)設(shè)備不到2min即可生產(chǎn)一件鋁輪轂，從澆注金屬液到取出鑄件整個(gè)過程都由計(jì)算機(jī)來控制，自動(dòng)化程度非常高。國內(nèi)也在廣東建造了一個(gè)現(xiàn)代化的擠壓鑄造汽車鋁合金輪轂廠，已生產(chǎn)多種規(guī)格和型號的汽車鋁輪轂，經(jīng)鑒定產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到了國外同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。目前世界各國都把擠壓鑄造作為汽車鋁輪轂生產(chǎn)的方向之一。 ??
??鑄造旋壓 ??
??鑄旋分“低壓鑄造+旋壓”和“重力鑄造+旋壓”兩種工藝。目前韓系車企對鋁輪轂的成型工藝有全面采用“低壓鑄造+旋壓”的趨勢，其它車系也有部分產(chǎn)品對此工藝有需求，該工藝是鑄旋工藝中的主流工藝，做OEM產(chǎn)品的企業(yè)大部分都是采用的這種工藝；同時(shí)還有少部分做海外零售市場的企業(yè)采用“重力鑄造+旋壓”的工藝，從理論上講這種工藝是行的通的，它真正把重力鑄造和旋壓兩種工藝的長處結(jié)合到了一起，產(chǎn)品品質(zhì)得到了提升，但是由于毛坯是重力鑄造工藝生產(chǎn)的，因此這種工藝的經(jīng)濟(jì)性非常不好，生產(chǎn)成本很高?？傊?，鑄旋的產(chǎn)品，由于輪輻部分是鑄造出來的，它具有與鑄造工藝生產(chǎn)出來的產(chǎn)品具有相同的優(yōu)缺點(diǎn)；而輪輞部分是旋壓出來的，因此氣密性較好。鑄旋產(chǎn)品理論上可以減重，但實(shí)際應(yīng)用上效果不明顯。 ??
??常規(guī)鍛造 ??
??鍛造是鋁輪轂應(yīng)用較早的成形工藝之一。鍛造鋁輪轂具有強(qiáng)度高、抗蝕性好、尺寸精確、加工量小等優(yōu)點(diǎn)，一般情況其重量僅相當(dāng)于同尺寸鋼輪的1/2或更低一些。鍛造鋁輪轂的晶粒流向與受力的方向一致，其強(qiáng)度、韌性與疲勞強(qiáng)度均顯著優(yōu)于鑄造鋁輪轂。同時(shí)，性能具有很好地再現(xiàn)性，幾乎每個(gè)輪轂具有同樣的力學(xué)性能。鍛造鋁輪轂的典型伸長率為12%~17%，因而能很好的吸收道路的震動(dòng)和應(yīng)力。通常鑄造輪轂具有相當(dāng)強(qiáng)的承受壓縮力的能力，但承受沖擊、剪切與拉伸載荷的能力則遠(yuǎn)不如鍛造鋁輪轂。鍛造輪轂具有更高的強(qiáng)度重量比。另外，鍛造鋁輪轂表面無氣孔，因而具有很好的表面處理能力，不但能保證涂層均勻一致，結(jié)合牢靠，而且色彩也好。鍛造鋁輪轂的最大缺點(diǎn)是生產(chǎn)工序多，生產(chǎn)成本比鑄造的高得多。 ??
??鑄造鍛造法 ??
??它是將鑄件作為鍛造工序的坯料使用，對其進(jìn)行塑性加工的方法。由于將鍛造作為零件最終成形的工序，因此可以消除鑄造缺陷，改善制品的組織結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品的力學(xué)性能比鑄件大大提高，同時(shí)又充分發(fā)揮了鑄造工藝在成形復(fù)雜件方面的優(yōu)勢，使形狀復(fù)雜的產(chǎn)品鍛造工序減少，材料利用率大大提高，生產(chǎn)成本降低。用鑄造鍛造技術(shù)生產(chǎn)鋁輪轂，其性能完全可以達(dá)到鍛件的力學(xué)性能指標(biāo)，但生產(chǎn)成本可以比普通鍛造件下降30%。目前，該工藝自1996年9月成功地應(yīng)用到批量生產(chǎn)中以來，已被多家日本公司采用，經(jīng)濟(jì)效果良好。目前大陸只有少數(shù)幾個(gè)企業(yè)（主要在臺(tái)灣六和系統(tǒng)）在采用這種工藝，設(shè)備和技術(shù)來自保加利亞。 ??
??半固態(tài)模鍛工藝 ??
??所謂半固態(tài)模鍛，就是將半固態(tài)坯料加熱到有50%左右體積液相的半固態(tài)狀態(tài)后一次模鍛成形，獲得所需的接近尺寸成品零件的工藝，這是一種介于固態(tài)成形和液態(tài)成形之間的嶄新工藝。 ??
??半固態(tài)模鍛的優(yōu)點(diǎn)： ??
??零件在模內(nèi)收縮較小，易于近終化成形，機(jī)械加工量減少； ??
??半固態(tài)模鍛件表面平整光滑、內(nèi)部組織致密，晶粒細(xì)小，力學(xué)性能高于壓鑄和擠壓鑄造件； ??
??成形不易裹氣，宏觀氣孔和顯微疏松比常規(guī)鑄件中的少得多； ??
??成形溫度低，模具壽命長。 ??
??近10年來，半固態(tài)成形技術(shù)在國外獲得了廣泛的應(yīng)用，已逐步成為各先進(jìn)工業(yè)國家競相發(fā)展的一個(gè)新領(lǐng)域，被專家學(xué)者稱為21世紀(jì)新一代新興的金屬成形技術(shù)。預(yù)計(jì)在相當(dāng)長的一段時(shí)期內(nèi)，半固態(tài)成形的主要市場是汽車工業(yè)，應(yīng)用最成功和最廣泛的是汽車鋁合金零件。美國已建成數(shù)家鋁合金半固態(tài)模鍛工廠，其中美國的AEMP（Alumax Enginered metal Process）公司與Superior工業(yè)公司合作于1992年在阿肯色州建成了全球首家半固態(tài)模鍛鋁合金汽車輪轂廠。用半固態(tài)模鍛代替低壓鑄造生產(chǎn)ZL101鋁合金車輪轂，不僅能減少機(jī)械加工量和提高生產(chǎn)率，而且還可以提高機(jī)械性能，減輕質(zhì)量。 ??
??鍛造旋壓 ??
??比較高端的成形工藝，目前國內(nèi)只有10%左右企業(yè)采用該工藝進(jìn)行生產(chǎn)，產(chǎn)品主要供應(yīng)國內(nèi)外的大巴、貨車及高端轎車市場。優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量好、產(chǎn)品強(qiáng)度高質(zhì)量輕；缺點(diǎn)是設(shè)備造價(jià)高，傳統(tǒng)鍛造工藝制造的產(chǎn)品輪輻造型只能靠銑削加工來完成，金屬利用率低且生產(chǎn)效率也不高。鍛造分傳統(tǒng)鍛造和碾鍛，碾鍛可以直接鍛出輪輻的造型。