我國鋁車輪鍛造技術及成形裝備的發展

文/李建，孫惠學·秦皇島燕大現代集成制造技術開發有限公司王利梅·秦皇島戴卡興龍輪轂有限公司

近年來“節能環?！币呀洺蔀槿藗儚V泛關注的話題，尤其是在汽車行業中，汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%～8%，而在零部件中，由于車輪屬于“簧下質量”，因此車輪的輕量化對整車輕量化的意義重大。相比傳統鋁合金鑄造車輪，鍛造鋁合金車輪不僅性能顯著提高，而且可以達到減重15%的效果。中信戴卡公司于21世紀初首次引入德國鋁車輪鍛造技術，經歷了多年的發展，針對不同的目標產品，國內已經延伸出了多種成形新工藝，而生產線配套成形裝備的國產化問題也陸續得到了解決。

工藝介紹

目前我國鋁合金輪轂主要的鍛造工藝大致分為五種，分別為：萬能五步成形工藝、直鍛旋壓復合工藝、短流程工藝、純直鍛法以及液態模鍛工藝，下面對上述五項工藝逐一進行介紹。

萬能五步成形工藝

萬能五步成形工藝是采用輾鍛機+2臺模鍛液壓機+擴口機+旋壓機的五步成形工藝，生產線特點是既可以做帶窗口的轎車輪，即輪輻鍛出花型（不必后續銑加工），又可以采用其中的4或3步生產卡車和客車車輪，工藝流程如圖1所示。

萬能五步成形工藝的生產線投資相對較大，但是生產效率高，可達年產50萬只轎車輪或40萬只大巴輪，適合于OEM方式供貨，國內采用該工藝的典型廠家有中信戴卡公司、秦皇島戴卡興龍輪轂有限公司、浙江萬豐奧威有限公司，圖2為采用萬能五步工藝生產轎車車輪的中間毛坯外觀，從圖2中可以看出輾鍛工序主要任務是制坯，經過預鍛和終鍛后輪輻成形完畢，然后旋壓完成輪輞成形。

直鍛旋壓復合工藝

直鍛旋壓復合工藝是采用1臺或2臺模鍛液壓機+擴口機+旋壓機的五步成形工藝，生產線特點是既可以生產卡車、客車車輪，又可以生產不出窗口的轎車輪，即光板轎車輪毛坯，直鍛旋壓復合工藝流程如圖3所示。

圖1 萬能五步成形工藝流程圖

圖2 五步成形過程毛坯圖

圖3 直鍛旋壓復合工藝流程圖

直鍛旋壓復合生產線可以實現年產40萬只轎車輪光板毛坯或年產30萬只卡巴輪，適合于OEM方式的卡巴輪供貨或售后市場的改裝轎車輪轂，隨著我國公路運輸限載令的下達以及轎車改裝市場的日益發展壯大，國內采用該工藝的廠家越來越多，至2017年底統計已有近15條直鍛旋壓復合鍛造線，典型的公司有江蘇珀然股份、浙江宏鑫、山西銀光華盛鎂業、內蒙古中鈺、山東正宇公司等等，圖4為采用直鍛旋壓復合工藝生產卡車輪的中間各工序毛坯。

短流程工藝

短流程鋁合金車輪生產工藝是采用輾鍛機+擴口機+旋壓機的三步成形工藝（或輾鍛前增加鐓粗工序的四步成形工藝），該工藝適合于生產小批量的卡車和客車車輪，以及售后市場轎車光板車輪，工藝流程如圖5所示。

輾鍛工藝類似于擺輾工藝，是一種坯料局部的連續接觸加壓積累變形，因此該工藝所需的成形力小于模鍛工藝，由于輾鍛機的上、下工作臺之間呈一個固定角度，因此在成形過程中棒料的魚鱗皮被翻到背腔，輪輻正表面以及后續輪輞旋壓處沒有魚鱗皮的壓入，提高了鍛坯的質量，卡車輪的輾鍛過程如圖6所示。

圖4 直鍛旋壓復合工藝毛坯圖

圖5 短流程工藝流程圖

圖6 卡車輪輾鍛過程

短流程生產線可以實現年產20萬只卡巴輪或光板轎車輪，適合于小批量售后市場，國內采用該工藝的典型公司有浙江宏鑫、秦皇島新輕車輪以及福建正興車輪等。

純直鍛工藝

顧名思義純直鍛工藝就是生產過程中，不采用強力旋壓工序，車輪的輪輻采用模鍛工藝成形，輪輞采用擴口翻邊或者收口縮頸的工藝成形，工藝流程如圖7所示。

圖7 純直鍛工藝流程圖

該工藝可以生產卡車和轎車車輪，此工藝路線簡單，設備投資少，但是材料利用率相對較低，由于輪輞未經過強力旋壓，因此輪輞部位的晶粒沒有明顯的細化，國內采用該工藝的典型公司有河北鎂輪鎂合金科技有限公司等。

液態模鍛工藝

液態模鍛又稱擠壓鑄造、鍛打鑄造或熔湯鍛造，它是融合了鑄造和模鍛特點的成形工藝，利用液態金屬優異的填充性能，工藝過程如圖8所示。首先將金屬液注入模膛中，合模實現金屬液充填流動，國內多采用2000～4000t熱模鍛壓力機，加壓過程中尚未凝固的金屬液在等靜壓的作用下結晶凝固，因此已凝固的金屬層在該壓力下發生了一定量的塑性變形，制品性能優于鑄件。

圖8 液態模鍛工藝過程圖

目前液態模鍛工藝在國內應用較少，主要生產卡巴車輪以及部分轎車車輪，生產效率約為：5～8分鐘/件，典型的采用液態模鍛工藝的廠家有遼寧忠相、保定立中等。

成形設備介紹

壓力機、輾鍛機、旋壓機是鋁合金鍛造車輪生產工藝中的核心裝備，裝備的性能也影響著各種工藝的順利實施。

鍛造壓力機

模鍛作為關鍵工序，鍛坯的質量對后續成形有較大的影響，中信戴卡引進的第一條生產線所用的壓力機為德國制造，價格昂貴。經過多年的發展，目前天津天鍛壓力機有限公司生產的6000t、8000t、10000t模鍛壓力機成為了鋁合金車輪鍛造生產線的首選，性能也達到了世界先進水平。

輾鍛機

輾鍛機是五步萬能生產工藝和短流程工藝中的關鍵設備，主要用于制坯工序，制造廠家有德國的SSB、美國MJC等，秦皇島燕大現代公司在國家“十二五”863項目的支持下，研發成功WERFM/3600型鋁車輪輾鍛機（圖9），該機噸位達到了3600kN，是世界上噸位最大的車輪輾鍛機之一，各項性能指標均達到或超過國際先進水平。

圖9 鋁合金車輪旋轉輾鍛機

強力旋壓機

鋁合金車輪強力旋壓機是用于輪輞成形的核心裝備，此前，世界上只有德、美、日、西班牙等國能夠制造。國內專做車輪強力旋壓機的廠家較少，針對此問題，秦皇島燕大現代公司成功研制了鋁合金車輪強力旋壓機（圖10），各項性能指標均達到或超過進口產品，實現了車輪強力旋壓設備國產化，降低了用戶的設備采購成本，提高了產品競爭力。

圖10 鋁合金車輪強力旋壓機

結束語

我國鋁合金車輪鍛造技術源于歐洲，經過近20年的發展，已經陸續出現了直鍛旋壓復合工藝、短流程工藝、純直鍛工藝以及液態模鍛等新工藝。近些年，隨著汽車節能減排政策的陸續出臺，各生產廠家紛紛將目光轉向產品的輕量化設計研究和節能節材新工藝的開發，這也對配套成形設備提出了更高的要求，推動了我國鋁合金車輪鍛造技術和成形裝備的發展。