鋁合金輪轂生產工藝及其優(yōu)點

??輪轂，別名輪圈，即輪胎內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輪轂及鋁合金質輪轂。鋼質輪轂的強度高，常用于大型載重汽車；但鋼質輪轂質量重，外形單一，不符合如今低碳、時尚的理念，正逐漸被鋁合金輪轂替代。
??市場上的輪轂按照材質可以分為鋼輪轂和合金輪轂兩大類。鋼質輪轂最主要的優(yōu)點就是制造工藝簡單，成本相對較低，而且抗金屬疲勞的能力很強，也就是我們俗稱的便宜又結實。但鋼質輪轂的缺點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，合金材質輪轂正好可以彌補這樣的問題，較輕的重量，慣性阻力小，制作精度高，在高速轉動時的變形小，有利于提高汽車的直線行駛性能，減輕輪胎滾動阻力，從而減少油耗。合金材質的導熱性能是鋼的三倍左右，散熱性好，對于車輛的制動系、輪胎和制動系統(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。 ??
??與鋼質汽車輪轂相比，鋁合金輪轂的優(yōu)點有哪些？ ??
??1、省油。平均每個鋁合金輪轂比相同尺寸的鋼輪轂輕2kg，一臺轎車用5個便省了不起10kg重量。根據(jù)日本實驗，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會發(fā)表的研究報告指出，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，其所節(jié)省的燃料費便足吣抵回成本。 ??
??2、增加發(fā)動機壽命。發(fā)動機負荷與發(fā)動機的壽命呈負相關，負荷越大壽命越短。因鋁合金輪轂比鋼輪轂輕，所以可以延長發(fā)動機壽命。 ??
??3、散熱好。鋁合金的熱傳導系數(shù)為鋼的3倍，散熱效果好。長途高速行駛之時，也能使輪胎保持在適當?shù)臏囟?，使剎車鼓及輪胎不易老化，增加壽命，降低爆胎的機會。 ??
??4、精度高。鋁合金輪轂的真圓精度高達0.05mm，運轉平衡性能佳，有利于消除方向盤抖動現(xiàn)象。 ??
??5、堅固耐用。鋁合金輪轂抗沖擊力、抗張力及熱力等各項強度較鋼輪轂要高。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。一般鋼輪轂因生產所限，形式單調呆板，缺乏變化；鋁合金輪轂則有各式各樣的設計，加上光澤、顏色效果好，從而提高了汽車的價值與美感。 ??
??鋁合金輪轂生產工藝 ??
??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，生產效率高，設備投資少，生產成本較低，適用于中小規(guī)模生產。但此方法生產的鋁輪轂內部質量較差，縮孔縮松嚴重，澆注過程中氧化膜和熔渣等夾雜物易卷入鑄件，有時也會卷入氣體而形成氣孔缺陷，同時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密閉的爐子上面，型腔的下面用一個管(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晶凝固。這種工藝特點是鑄件在壓力下結晶，組織致密，機械性能好，金屬利用率高。 ??
??低壓鑄造工藝目前在中國大陸已經(jīng)相當成熟，適合少人化生產管理，已經(jīng)被所有整車廠認可是當前中國大陸鋁合金輪轂制造業(yè)的主流工藝，產品主要銷往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)縮松等質量問題，而輪輞部分由于最早結晶則強度較好。 ??
??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，通過沖頭以一定的壓力作用于液體金屬上，使之充填、成形和結晶凝固，并在結晶過程中產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晶凝固，所以鑄件不會產生氣孔、縮孔和縮松等鑄造缺陷，且組織致密、晶粒細化，機械性能比低壓鑄造件高。產品既有接近鍛件的優(yōu)良機械性能，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。缺點是液態(tài)模鍛的產品與傳統(tǒng)鍛造產品一樣，需要銑削加工來完成輪輻的造型。 ??
??日本已有相當部分的汽車鋁輪轂采用擠壓鑄造工藝生產，豐田汽車公司擁有十幾臺全自動擠壓鑄造設備，每臺設備不到2min即可生產一件鋁輪轂，從澆注金屬液到取出鑄件整個過程都由計算機來控制，自動化程度非常高。國內也在廣東建造了一個現(xiàn)代化的擠壓鑄造汽車鋁合金輪轂廠，已生產多種規(guī)格和型號的汽車鋁輪轂，經(jīng)鑒定產品質量達到了國外同類產品先進水平。目前世界各國都把擠壓鑄造作為汽車鋁輪轂生產的方向之一。 ??
??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產品的企業(yè)大部分都是采用的這種工藝；同時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合到了一起，產品品質得到了提升，但是由于毛坯是重力鑄造工藝生產的，因此這種工藝的經(jīng)濟性非常不好，生產成本很高?？傊?，鑄旋的產品，由于輪輻部分是鑄造出來的，它具有與鑄造工藝生產出來的產品具有相同的優(yōu)缺點；而輪輞部分是旋壓出來的，因此氣密性較好。鑄旋產品理論上可以減重，但實際應用上效果不明顯。 ??
??常規(guī)鍛造 ??
??鍛造是鋁輪轂應用較早的成形工藝之一。鍛造鋁輪轂具有強度高、抗蝕性好、尺寸精確、加工量小等優(yōu)點，一般情況其重量僅相當于同尺寸鋼輪的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，其強度、韌性與疲勞強度均顯著優(yōu)于鑄造鋁輪轂。同時，性能具有很好地再現(xiàn)性，幾乎每個輪轂具有同樣的力學性能。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和應力。通常鑄造輪轂具有相當強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不如鍛造鋁輪轂。鍛造輪轂具有更高的強度重量比。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，結合牢靠，而且色彩也好。鍛造鋁輪轂的最大缺點是生產工序多，生產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，改善制品的組織結構，使產品的力學性能比鑄件大大提高，同時又充分發(fā)揮了鑄造工藝在成形復雜件方面的優(yōu)勢，使形狀復雜的產品鍛造工序減少，材料利用率大大提高，生產成本降低。用鑄造鍛造技術生產鋁輪轂，其性能完全可以達到鍛件的力學性能指標，但生產成本可以比普通鍛造件下降30%。目前，該工藝自1996年9月成功地應用到批量生產中以來，已被多家日本公司采用，經(jīng)濟效果良好。目前大陸只有少數(shù)幾個企業(yè)（主要在臺灣六和系統(tǒng)）在采用這種工藝，設備和技術來自保加利亞。 ??
??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： ??
??零件在模內收縮較小，易于近終化成形，機械加工量減少； ??
??半固態(tài)模鍛件表面平整光滑、內部組織致密，晶粒細小，力學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)成形技術在國外獲得了廣泛的應用，已逐步成為各先進工業(yè)國家競相發(fā)展的一個新領域，被專家學者稱為21世紀新一代新興的金屬成形技術。預計在相當長的一段時期內，半固態(tài)成形的主要市場是汽車工業(yè)，應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ZL101鋁合金車輪轂，不僅能減少機械加工量和提高生產率，而且還可以提高機械性能，減輕質量。 ??
??鍛造旋壓 ??
??比較高端的成形工藝，目前國內只有10%左右企業(yè)采用該工藝進行生產，產品主要供應國內外的大巴、貨車及高端轎車市場。優(yōu)點是產品內在質量好、產品強度高質量輕；缺點是設備造價高，傳統(tǒng)鍛造工藝制造的產品輪輻造型只能靠銑削加工來完成，金屬利用率低且生產效率也不高。鍛造分傳統(tǒng)鍛造和碾鍛，碾鍛可以直接鍛出輪輻的造型。