近年來人們對車輛的節(jié)能減排越來越重視，因此重量輕的鋁合金車輪逐漸替代鋼車輪應(yīng)用在各種車輛上，商用車車輪由于與地面接觸面積大，摩擦產(chǎn)生大量的熱，容易發(fā)生爆胎和剎車失靈等事故，鋁合金的傳熱系數(shù)是鋼的３倍，可以快速散熱，而且鋁合金車輪還具有良好的附著性和緩沖性能等特點，在大型車市場具有廣闊的前景，吸引著越來多的輪轂廠家投入生產(chǎn)和研發(fā)。
隨著車輪輪輞旋壓技術(shù)迅速發(fā)展，旋壓技術(shù)制造的車輪以其重量輕、強(qiáng)度高、造型美觀越來越受到各個制造廠家及車主的青睞，輪輞部位經(jīng)過強(qiáng)力旋壓后，晶粒得到細(xì)化，力學(xué)性能得到進(jìn)一步提高，車輛的使用安全性能進(jìn)一步得到了保障。
旋壓工藝介紹
H型鋁車輪的生產(chǎn)流程如圖1所示，從圖中可以看出6061鋁合金棒料經(jīng)過鍛造及擴(kuò)口沖孔工序后即可進(jìn)入旋壓，旋壓采用熱旋壓，旋壓后的毛坯再經(jīng)過熱處理、機(jī)加工等工序完成整個生產(chǎn)過程。
圖1 鋁合金H型鋁車輪成形工藝路線
旋壓過程有限元模擬
以一款20寸的H型車輪為例對其強(qiáng)力旋壓成形過程進(jìn)行有限元模擬，考察坯料在旋壓過程中的流動填充情況，以及旋壓錯距對輪輞部位坯料流動的影響，為H型車輪強(qiáng)力旋壓工藝的制定提供可靠依據(jù)。
旋壓模型建立
該款H型鋁合合金車輪尺寸為20英寸，輪寬為14英寸，材料為6061鋁合金，模擬過程中采用雙旋輪對坯料進(jìn)行旋壓，在旋壓過程中上模及下模是將輪輻部位緊緊壓住的，只有輪輞部分參與旋壓變形，為了提高計算效率，將旋壓模型進(jìn)行必要簡化，進(jìn)而提高計算分析效率，簡化后的模型如圖2所示。
1-旋輪2；2-上模；3-旋輪1；4-下模；5坯料；
圖2 簡化后的H型鋁車輪旋壓模具
旋壓模擬參數(shù)
旋壓模型如圖3所示，模擬分析過程中將上模、下模和定位塊設(shè)置為主動，坯料和旋輪設(shè)置為從動，主軸轉(zhuǎn)速300r/min，摩擦系數(shù)0.1。旋輪及模具溫度設(shè)置為250℃，坯料溫度為350℃，坯料網(wǎng)格數(shù)量劃分為18000個。
圖3 鋁車輪旋壓工藝簡化模型
旋壓過程中旋輪運動為軸向和徑向的復(fù)合運動，運動軌跡為一條曲線。以成品輪的輪輞外側(cè)型線為基礎(chǔ)，分別繪制旋輪1和旋輪2的軌跡，將軌跡的坐標(biāo)點輸入軟件的運動控制中，以此得到分析過程中旋輪的運動軌跡。
旋壓模擬結(jié)果
計算得到的H型車輪旋壓過程如圖4所示
圖4 鋁車輪旋壓成形過程
圖4a為上側(cè)始旋階段，旋輪沿Z向及X向進(jìn)給，旋輪1與坯料的接觸面積不斷變大，旋輪2也開始對輪坯進(jìn)行旋壓；圖4b為穩(wěn)旋階段，成形輪輞直筒部位，此階段坯料變形量較為均勻，在旋輪的作用下坯料逐漸貼靠上模；圖4c為終旋階段，輪輞上側(cè)及內(nèi)輪緣部位旋壓完畢，整個輪輞上部分旋壓結(jié)束；圖4d為下側(cè)始旋階段，隨著旋輪沿Z向及X向的進(jìn)給，旋輪1與坯料接觸面積不斷變大，旋輪2也開始對輪坯進(jìn)行旋壓；圖4f為穩(wěn)旋階段，主要成形輪輞直筒部位，此階段坯料變形較為均勻，在旋輪壓力下坯料逐漸貼靠下模；圖4e為終旋階段，輪輞下側(cè)及內(nèi)輪緣部位旋壓完畢，整個車輪下側(cè)旋壓過程結(jié)束，從模擬中可以看出整個旋壓過程坯料成形較為平穩(wěn)，未出現(xiàn)折疊缺陷。
旋輪形狀及旋輪錯距對輪輞成形的影響分析
錯距旋壓是將多個旋輪在軸向互相錯開，而在徑向又依次使毛坯減薄的一種旋壓方式。從而增加了對變形區(qū)的約束，使工件的直徑精度也得到了改善。由于上側(cè)的旋輪軌跡長度較長且直線部分較多斜度較小如圖5所示，因此在輪輞旋壓過程中容易產(chǎn)生坯料的堆積和翻料。所以旋輪錯距的選擇對上側(cè)的輪輞成形有非常重要的影響。
圖5 旋輪2上側(cè)軌跡
模擬中上側(cè)始旋階段坯料剛開始沿z軸向上運動，坯料堆積較少，在上側(cè)穩(wěn)旋階段由于軌跡長且斜度較小容易堆積坯料。分別對旋輪錯距為30mm和50mm兩種情況進(jìn)行模擬，考察錯距大小對坯料成形的影響。
圖6 不同錯距對鋁車輪坯料成形的影響
從圖6中可以得出，H型輪輞長度較長且斜度較小，旋壓過程中，當(dāng)旋輪錯距為50mm時，旋輪1和旋輪2的距離較大，旋輪旋壓時在直線階段容易造成坯料的堆積和翻料。當(dāng)旋輪錯距為30mm時，旋輪1和旋輪2的距離較小，因此旋輪1旋壓時能壓住旋輪2旋壓后的坯料，使坯料往旋輪1上側(cè)的方向堆積，旋輪2上側(cè)沒有坯料堆積，成形良好。
結(jié)論
⑴利用數(shù)值模擬技術(shù)，可以得到按照各種工藝參數(shù)下輪坯的成形填充情況，有利于觀測坯料的成形缺陷，為車輪開發(fā)和設(shè)計提供可靠依據(jù)。
⑵旋輪之間的錯距過大時坯料容易堆積翻料，減小錯距有利于減少坯料堆積。
鋁車輪生產(chǎn)制造優(yōu)缺點：鋁車輪的直徑一般是中、小直徑，大直徑 鋁合金車 輪的制造技術(shù)還有一定困難（如客車和卡車使用的大 直徑車輪） ?就彈性模量而言，鋼車輪有一定的優(yōu)勢， （碳鋼的彈性模量在196~206GPa的范圍內(nèi)，鋁合金的 彈性模量在72GPa左右） ?如果整車行駛速度不高、道路又是較差的，鋁車輪 沒有優(yōu)勢 優(yōu)點 缺點 、鋁合金車輪的結(jié)構(gòu)和分類 車輪的結(jié)構(gòu)： 主要由兩部分組成 輪輻 輪輞 1、鋁合金車輪按結(jié)構(gòu)形式分： 1片式（整體式） 2片式 3片式 2、鋁合金車輪按生產(chǎn)方式分： 1）鑄造：重力鑄造、低壓鑄造、液態(tài)擠壓、反壓鑄造、離心鑄造、 真空壓鑄、半凝固鑄造等 2）鍛造 優(yōu)缺點: 鍛造車輪簡單說有以下優(yōu)點：1.強(qiáng)度高，2.重量輕,3.相對鑄 造車輪節(jié)省燃油。 但目前受限于行業(yè)整體技術(shù)狀況，包括材料，加工工藝， 成本等因素。目前僅少量用于零售改裝市場。