長期以來，鋼制輪轂占據(jù)了汽車輪轂應(yīng)用的主導(dǎo)地位。隨著人們對(duì)汽車安全、環(huán)保、節(jié)能、舒適等方面要求的不斷提高，以及鋁制輪轂在設(shè)計(jì)與制造技術(shù)上的不斷進(jìn)步，鋁制輪轂以其安全、散熱好、耐腐蝕、美觀、舒適、質(zhì)輕、節(jié)能、疲勞強(qiáng)度高、加工性能好、材料可回收等特點(diǎn)博得了市場(chǎng)青睞，正逐步代替鋼制輪轂成為最佳選擇。20世紀(jì)70年代起發(fā)達(dá)國家開始大批量推廣應(yīng)用鋁輪轂，鋁輪轂成為鋁合金在汽車上的第二個(gè)應(yīng)用廣泛的領(lǐng)域。
1設(shè)計(jì)技術(shù)
為了滿足使用功能和市場(chǎng)的需求，鋁輪轂在結(jié)構(gòu)上有整體式和多件組合式等多種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；在外觀造型上有寬輪輻、窄輪輻、多輪輻、少輪輻等多種造型設(shè)計(jì)。出于安全的原因，在鋁輪轂的外觀造型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須要以滿足安全和使用功能的要求為前提。對(duì)于普通乘用車而言，整體式鋁輪轂足以滿足其性能要求。
德國進(jìn)行鋁輪轂設(shè)計(jì)開發(fā)的主要方法和流程如下。
.市場(chǎng)調(diào)研、收集顧客需求和設(shè)計(jì)輸入等信息。
.綜合各種信息，繪制輪轂方案設(shè)計(jì)的草圖并討論研究。
.方案初步確定后，利用CATIA軟件將輪轂由方案草圖轉(zhuǎn)變?yōu)?D數(shù)字模型，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)審，并與顧客交流。
.3D設(shè)計(jì)完成后，利用ANSYS軟件進(jìn)行輪轂的應(yīng)力分析，根據(jù)分析的受力情況進(jìn)行結(jié)構(gòu)和輕量化的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并與顧客交流。
.優(yōu)化設(shè)計(jì)完成后，采用快速原型制造技術(shù)制造出輪轂的實(shí)物模型，與顧客共同對(duì)實(shí)物進(jìn)行評(píng)審。
.同步完成鑄造模具的設(shè)計(jì)，利用MAGMA軟件進(jìn)行鑄造過程模擬分析，優(yōu)化模具設(shè)計(jì)和工藝方案設(shè)計(jì)。
.制造并驗(yàn)證模具，生產(chǎn)制造出真正的樣輪。
.對(duì)制造出來的樣輪進(jìn)行各種性能試驗(yàn)和道路試驗(yàn).只有當(dāng)試驗(yàn)樣輪經(jīng)過充分地試驗(yàn)并證實(shí)其在行駛中的表現(xiàn)是優(yōu)秀的，這時(shí)方可認(rèn)為是完成了鋁輪轂的設(shè)計(jì)。
2制造技術(shù)
德國普通鋁合金輪轂主要的生產(chǎn)和檢驗(yàn)工藝流程是：配料→鋁合金熔煉→鋁液AlSr變質(zhì)→AlTiB細(xì)化處理→光譜鋁液成分分析→鋁液Ar2氣精煉除氣→鋁液熱分析+密度分析→低壓鑄造毛坯→毛坯X射線探傷→淬火+時(shí)效連續(xù)式熱處理→(材料金相及力學(xué)性能分析抽查) →鉆孔→車加工→立式動(dòng)平衡檢驗(yàn)→(徑向跳動(dòng)及三坐標(biāo)尺寸檢驗(yàn)抽查)→打磨拋光→清洗→氦氣氣密性檢驗(yàn)→前處理→烘干→噴涂底粉→烘干→噴涂水性漆→烘干→噴涂透明粉→烘干→性能試驗(yàn)(尺寸、鹽霧、耐候、碎石、漆膜厚度、十字劃格、力學(xué)性能、沖擊.彎曲疲勞。徑向疲勞等試驗(yàn)抽查)→最終檢驗(yàn)→包裝→入庫。
德國鍛造鋁合金輪轂主要的生產(chǎn)工藝流程是：下料→(材料金相及力學(xué)性能分析抽查)→鍛坯加熱→預(yù)鍛→成形鍛→熱處理→抽查材料金相及力學(xué)性能分析→旋壓成形→鉆孔→車加工→立式動(dòng)平衡檢驗(yàn)→(徑向跳動(dòng)及三坐標(biāo)尺寸檢驗(yàn)抽查)→打磨拋光→清洗→氦氣氣密性檢驗(yàn)→前處理→烘干→噴涂底粉→烘干→噴涂水性漆→烘干→噴涂透明粉→烘干→性能試驗(yàn)(尺寸、鹽霧、耐候、碎石。漆膜厚度、十字劃格、力學(xué)性能、中擊、彎曲疲勞、徑向疲勞等試驗(yàn)抽查)→最終檢驗(yàn)→包裝→入庫。
2.1鑄造和熱處理
低壓鑄造是一項(xiàng)要求極高的生產(chǎn)工藝技術(shù)，它是在密閉的狀態(tài)下用大約0.1MPa的壓力把金屬液壓進(jìn)模具，這樣有利于保持恒溫和排除雜質(zhì)，保證鑄件內(nèi)沒有氣孔且金屬密度均勻、強(qiáng)度高，從而有效地克服了陳舊的重力鑄造輪轂方法所造成的鑄造缺陷。在鑄造過程中，采用多種嚴(yán)格的鋁合金配方(AlSi7Mg、AlSi11、AlSi11Mg、AlSi2Mg等)、嚴(yán)格控制微量元素及雜質(zhì)的含量(Fe≤0.15%)、采用Al-10Sr變質(zhì)+Al-5Ti-1B細(xì)化處理、Ar2氣精煉除氣處理工藝，每一爐合金液都要經(jīng)過溫度、光譜分析、熱分析、密度當(dāng)量分析等項(xiàng)驗(yàn)證合格后方可投入使用，從而確保材料及力學(xué)性能的一致性。設(shè)計(jì)獨(dú)特的“斜插式”低壓鑄造模具，通過帶有模具溫度控制的全自動(dòng)鑄造設(shè)備的精密冷卻控制，確保高效率地鑄造出尺寸精確、品質(zhì)高且輪轂表面光滑細(xì)膩的鑄件；隨后的連續(xù)式熱處理過程(淬火+時(shí)效)，確保能夠生產(chǎn)制造出高品質(zhì)的毛坯；鑄件要100%經(jīng)過X射線探傷檢測(cè)，合格的毛坯作為下一步深加工的坯件備用。為了減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度.毛坯均采用自動(dòng)傳輸系統(tǒng)輸送。
2.2機(jī)械加工
機(jī)械加工采用先進(jìn)的CNC全自動(dòng)加工生產(chǎn)單元加工輪轂，生產(chǎn)線自動(dòng)上下工件，采用自動(dòng)傳輸系統(tǒng)向各個(gè)生產(chǎn)工位輸送工件，加工過程是“干切”。加工時(shí)采用獨(dú)特的螺栓孔定位夾緊系統(tǒng)和先鉆后車的生產(chǎn)工藝順序，車床一次裝夾即可完成輪轂內(nèi)、外部的加工。車床主軸轉(zhuǎn)速達(dá)3000r/min，這不但提高了生產(chǎn)效率，而且還提高了中心孔的精度、螺栓孔的位置精度，確保輪轂的動(dòng)平衡性能。“干切”技術(shù)是環(huán)保型的干式機(jī)械加工技術(shù)，這種技術(shù)避免了過去機(jī)械加工中切削液的回收處理系統(tǒng)和廢液排放問題；也避免了切削液對(duì)機(jī)床的腐蝕，保護(hù)了環(huán)境；鋁屑的熔化回收更加簡潔方便、回收率高，降低了制造成本。當(dāng)然，這種干式機(jī)械加工方式對(duì)刀具的要求比較高，為了避免刀具積屑，刀具需要采用壓縮空氣冷卻。為了增加輪轂外觀的精致感，有些產(chǎn)品使用金剛石刀具精加工輪轂的正外表面(輪輻表面)，使輪轂具有獨(dú)特而明亮的金屬表面光澤，產(chǎn)品外觀表現(xiàn)的更加精致高雅。
2.3打磨拋光
為了確保輪轂的外觀質(zhì)量，每一個(gè)加工過的輪轂都要在去毛刺機(jī)上經(jīng)過打磨后再由工人進(jìn)行精心的打磨拋光，使其光滑平整；有的產(chǎn)品還要經(jīng)過獨(dú)特的“球體拋光”，以確保輪轂外在質(zhì)量與內(nèi)在質(zhì)量更加完美地統(tǒng)一結(jié)合，體現(xiàn)出產(chǎn)品的精致。為了減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，工件采用自動(dòng)傳輸系統(tǒng)輸送。
2.4涂裝
輪轂是在先進(jìn)和環(huán)保的涂裝自動(dòng)生產(chǎn)線上采用高級(jí)靜電噴槍和高速(20000r/min)旋杯噴槍進(jìn)行噴涂，其涂層厚度和色彩光澤均勻，噴涂質(zhì)量好且節(jié)省涂料。涂料采用整車廠認(rèn)可的環(huán)保型粉質(zhì)和水性涂料。輪轂在噴涂前進(jìn)行預(yù)處理，使之形成一層化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，這樣可以提高涂料的附著性能，預(yù)處理是采用環(huán)保型的無鉻化處理。涂層的噴涂順序是：噴底粉→噴水性漆→噴透明粉，每噴一層涂層都要進(jìn)行一次烘干處理，并進(jìn)行相關(guān)的性能試驗(yàn)。
2.5性能試驗(yàn)
國家政府相關(guān)部門對(duì)輪轂只是限定最低安全要求，而德國的鋁輪轂?zāi)軌虺惺艿妮d荷比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要高出10倍。各種鋁輪轂不僅需要經(jīng)過苛刻的試驗(yàn)室綜合性能模擬試驗(yàn)，而且要在泥濘、鹽堿、細(xì)砂和碎石等各種實(shí)際路況上經(jīng)受長時(shí)間路試，以驗(yàn)證其綜合性能。
2.6鍛造技術(shù)
鍛造鋁輪轂是使用8000t級(jí)鍛壓設(shè)備來制造的。鍛造工藝過程是將經(jīng)過高溫預(yù)熱的圓柱形合金原料坯件，經(jīng)過預(yù)鍛、成形鍛壓制咸輪轂的機(jī)加毛坯形狀。與非鍛造工藝制造的普通鋁輪轂相比，該工藝可使輪轂的強(qiáng)度提高3倍，同尺寸的輪轂質(zhì)量可減輕20%以上。這項(xiàng)技術(shù)與旋壓技術(shù)結(jié)合，主要用于賽車、跑車、越野車，大型客車、載貨車等輪轂的生產(chǎn)。材料主要采用6000系列變形鋁合金，生產(chǎn)過程為鍛坯加熱→預(yù)鍛→成形鍛。
2.7旋壓技術(shù)
旋壓工藝技術(shù)是在特定的溫度和壓力下，通過持續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將輪轂的輪輞部位不斷滾動(dòng)延展，保持金屬的致密程度和整個(gè)輪轂的動(dòng)平衡，使輪輞更薄、更輕、更耐用。旋壓出的輪轂在保持足夠強(qiáng)度的同時(shí)，能大大減少材料的厚度，與普通鋁輪轂相比，同尺寸的輪轂質(zhì)量可減輕約15%。這項(xiàng)技術(shù)主要用于賽車、跑車、越野車等輪轂的生產(chǎn)，也可對(duì)鑄造毛坯、純鋁件加工后采用旋壓工藝。
3結(jié)束語
我國在20世紀(jì)80年代末期開始了鋁輪轂的試制，伴隨著中國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，我國鋁輪轂行業(yè)出現(xiàn)了強(qiáng)勁增長勢(shì)頭，經(jīng)過個(gè)幾年的艱苦努力，年生產(chǎn)能力已經(jīng)超過了4000萬件，已經(jīng)成為世界第三大生產(chǎn)國。在鋁輪轂的設(shè)計(jì)開發(fā)和制造技術(shù)方面，與德國等世界先進(jìn)水平相比，國內(nèi)企業(yè)尚存在較大的差距，即總體的生產(chǎn)技術(shù)與裝備水平、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平、產(chǎn)品的技術(shù)含量和質(zhì)量水平還有待進(jìn)一步提高，因此我們還談不上是鋁輪轂生產(chǎn)強(qiáng)國。我們只有通過對(duì)比找出自身的差距。加大科研技術(shù)投入、下大力氣進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，才能在不遠(yuǎn)的將來超越發(fā)達(dá)國家成為世界鋁輪轂生產(chǎn)強(qiáng)國。
