淺談車輪的生產(chǎn)技術的發(fā)展現(xiàn)狀

袁水俊

摘 要：隨著新一輪汽車科技工業(yè)革命和汽車產(chǎn)業(yè)結構變革的發(fā)展浪潮正在迅速席卷整個全球，汽車行業(yè)新一代材料、新工程技術廣泛應用，新模式、新服務業(yè)態(tài)不斷涌現(xiàn)，為了有效應對這種新發(fā)展浪潮，各大型汽車部件制造商和企業(yè)分別提出了產(chǎn)品輕量化、智能化、網(wǎng)絡化、共享自動化等五大發(fā)展戰(zhàn)略方向，其中，輕量化發(fā)展是不斷改善現(xiàn)代汽車動力燃料利用經(jīng)濟性的一個有效途徑。而車輪作為現(xiàn)代汽車非常重要的汽車零部件之一，不但要求外形美觀，還要努力實現(xiàn)產(chǎn)品輕量化，保證工作可靠性。目前我國汽車鋁合金車輪制造產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展只有十幾年的發(fā)展歷史，是一個新興的大型汽車專用零部件制造產(chǎn)業(yè)，但發(fā)展迅猛。這種車輪是由一個輪輞和各種形狀的輪輻部件組成，介于汽車車輪和傳動車軸之間，是能夠承受汽車負荷的一種旋轉(zhuǎn)傳動組件。車輪產(chǎn)業(yè)是現(xiàn)代汽車當中的一個重要的零部件，不但直接影響著我國汽車的駕駛安全性和運動操控性，同時也對我國汽車的安全節(jié)能、環(huán)保發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略影響。

關鍵詞：鋁合金車輪 生產(chǎn)技術 現(xiàn)狀 發(fā)展

車輪作為汽車整車行駛部分的主要承載件，是左右整車性能最重要的安全部件。它不僅要承受靜態(tài)時車輛本身垂直方向的自重載荷，更需要經(jīng)受車輛行駛中來自各個方向因起動、制動、轉(zhuǎn)彎、石塊沖擊、路面凹凸不平等各種動態(tài)載荷所產(chǎn)生的不規(guī)則應力的考驗。作為汽車最為重要的部件之一，車輪可以說是衡量整車質(zhì)量和檔次的最主要象征之一。

1 汽車車輪生產(chǎn)技術的現(xiàn)狀

1.1 車輪的材料類別

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，材料工藝也在不斷進步，目前市場上車輪使用的材料主要有：鋼圈、鋁合金車輪、鎂合金車輪、碳纖維等。

1.1.1 鋼輪：鋼輪主要材料為合金鋼，分體式輪輻和輪輞，采用拼接、焊接、擠壓等工序進行裝配，

1.1.2 鋁合金車輪：采用牌號A356的鑄造鋁合金或者牌號為6061的鍛造鋁合金車輪，鋁合金材料工藝可塑性強，外觀花樣多，加工精度高，消費者使用起來有很強的觀賞性和舒適性。

1.1.3 鎂合金車輪：以鎂為主要元素的合金材料，但是鎂合金還未能像鋁合金那樣廣泛用于車輪市場，主要原因是鎂極易氧化，目前的工藝設備能力來說，熔煉、鑄造、機加工、涂裝等既有環(huán)保、安全問題，又涉及資金投入高，短期生產(chǎn)成本難以下降的難題。目前僅有少量產(chǎn)品在市場上使用。

1.1.4 碳纖維：已成功應用于在車輪行業(yè)，但造價昂貴，非要一般消費者可以承受，受制于價格，目前市場應用較少。

1.2 車輪的制造工藝

1.2.1 成型工藝

1.2.1.1 鋼輪：主要是通過軋輥、沖壓成型輪輻和輪輞，采用拼接、焊接、擠壓等工序進行裝配，這種工藝生產(chǎn)難度低，經(jīng)濟性好，抗承載，耐用，但是外觀簡單，重量較重，油耗高，主要應用于農(nóng)用車、卡車等市場。

1.2.1.2 鑄造鋁合金車輪：主要重力鑄造和低壓鑄造兩大類。

重力鑄造：采用人工或機械手從保溫爐將鋁水澆注至重力模具，澆注過程中鋁液依靠重力流動充滿模具型腔，采用水霧或空氣冷卻的方式，使?jié)沧⒊尚偷拿髂軡M足產(chǎn)品的后期使用性能。這種工藝設備投資小、自動化程度低、材料利用率低下，一般作為常規(guī)低壓鑄造工藝的補充。因其鑄造特性輪輞部位漏氣率較高，近年來隨著旋壓技術的發(fā)展，現(xiàn)在又開發(fā)出重力+旋壓工藝，針對漏氣率高的特殊輪型，采用重力鑄造輪輻旋壓輪輞的方式改善輪輞漏氣，取得較好的改善。旋壓工藝即提高合格率又降低了輪輞的壁厚，起到了輕量化左右。

低壓鑄造：主要依靠低壓機設備將保溫爐內(nèi)的鋁水通過升液、升壓、保壓、泄壓等一些工序后充滿模具型腔完成鑄造成型，再通過水霧或空氣冷卻的方式以實現(xiàn)順序凝固，從而獲得性能相當?shù)匿X合金車輪鑄坯。這種壓鑄工藝目前工藝成熟、自動化程度高、毛坯利用率高，可以較好的保障毛坯質(zhì)量的一致性，是車輪行業(yè)的主流工藝。

鑄造+旋壓工藝：是鑄造輪輻，旋壓輪輞。鑄旋工藝毛坯的輪輻與普通鑄造毛坯的輪輻一樣，但輪輞不一樣，輪輞部位在開模時，需要根據(jù)旋壓量計算輪輞毛坯的厚度與高度。旋壓前的工藝流程如下：鑄造毛坯→預車毛坯→預熱毛坯→毛坯局部冷卻→旋壓機機械手聯(lián)動作業(yè)→尺寸檢查→熱處理→機加工。鑄造困的工藝為鑄造→熱處理→機加工。兩者相比，雖然鑄旋工藝鑄造毛坯的后續(xù)工序較普通低壓鑄造多，但由于輪輞部分是通過旋壓工序完成，旋壓后的輪輞，在同等強度的情況下比普通鑄造產(chǎn)品的輪輞壁厚更薄，產(chǎn)品更輕，同時旋壓也解決了鑄造輪的輪輞疏松、漏氣問題，提高了成品的合格率，達到一定數(shù)量的訂單，價格上競爭優(yōu)勢明顯，因為目前技術成熟，隨著輕量化的需求增多，鑄造+旋壓已廣泛應用于汽車廠配套，通過旋壓工藝，提升產(chǎn)品的輕量化水平，降低了汽車的能耗。

1.2.1.3 鍛造工藝：主要有整體鍛造工藝、鍛旋工藝、兩片式鍛造工藝。

整體鍛造工藝：鍛坯采用加工中心將輪輻加工成所需的形狀，輪輞采用車床加工，最后進行涂裝工序完成產(chǎn)品的制作。

鍛造+旋壓工藝：鍛坯采用加工中心將輪輻加工成所需的形狀，輪輞預留毛坯余量采用旋壓工藝加工成形，再經(jīng)過車床加工，最后完成涂裝等工序的成品制作。相對于整體鍛造工藝，鍛旋毛坯的材料利用率較整體鍛要高一些，因為涉及旋壓機，對企業(yè)及設備的要求也高。

兩片式鍛造輪工藝：采用鍛造輪輻+鑄造輪輞工藝，輪輻與輪輞采用螺釘連接，采用這種工藝生產(chǎn)的車輪，因為僅輪輻部位使用鍛坯，生產(chǎn)成本較低，和常規(guī)的鍛造輪價格相比，市場優(yōu)勢明顯。

對于鍛造輪總體而言，只有一個字“貴”，但由于鍛坯鍛打后加工成型，避免了鑄造因順序凝固而無法克服的縮松、渣孔等缺陷，材料組織更加致密，材料力學性能比鑄造輪要高很多。鍛打產(chǎn)品內(nèi)部材料力學性能能保持一致性，鑄造產(chǎn)品是凝固順序不一，不同部位力學性能差別很大。

2 機加工的主要流程

主流市場的鋁、鎂合金車輪毛坯成型后，主要以數(shù)控機床等一些精密設備來完成毛坯的機械加工成型及相應的精密尺寸保證。

以鑄造鋁合金車輪為例主要加工流程為：鑄造毛坯→一序加工→二序加工→PCD加工、氣嘴加工→氣密→下轉(zhuǎn)；

一序加工：以毛坯的正面輪緣為基準，采用夾具裝夾固定，用機床完成毛坯加工，主要加工車輪的后輪緣，背面輪輻、中心孔。

二序加工：以一序加工后的輪緣為基準，采用夾具裝夾固定，用機床完成毛坯加工，主要加工車輪的正面輪緣，正面輪輻、裝飾蓋部位。

采用這種一二序加工的工藝，中心孔、輪輞等車輪裝配部位全部由精密機床加工，有效的保障車輪端徑跳，提升了車輛在使用過程中的舒適性。

PCD、氣嘴加工：主要采用加工中心完成，根據(jù)中心孔采用相應的夾套裝配后進行PCD的加工及氣嘴孔加工，采用工裝固定一次裝夾加工，有效的保障了中心孔與PCD之間的位置度，并提升工作效率。

氣密：主要以水密或氦檢的方式進行氣密性檢查，100%檢測確認車輪加工后是否有漏氣。

水密主要以目視方法，采用工裝密封上下輪緣，在壓力≥0.4Mpa下，維持30秒以上確認輪輞是否漏氣。

氦檢以機器為主，采用工裝，罩住車輪，在0.3MPa檢測壓力，內(nèi)部真空度≤20Pa下保壓3s，氦氣泄漏率≤3.2X10-4m bar L/s為合格。這種檢測方式自動化程度高，未來的主流檢測方式

3 涂裝花色工藝

隨著社會發(fā)展進入新時代，消費者對車輪的需求方向也在發(fā)生變化，逐步由實用性向觀賞性轉(zhuǎn)變，對生產(chǎn)工藝也提出了更高的要求。涂裝花色已由早年的全涂裝到如今的亮面、拋光、電鍍、銑加工等狀態(tài)。鋁合金車輪，由于其可塑性強，非常適宜于滿足消費者的需求。

針對這些新花色狀態(tài)，我們簡單的進行闡述其工藝流程：

全涂裝輪：目前90%的普通乘用車均使用此狀態(tài)，機加轉(zhuǎn)涂裝噴粉噴漆即可，因工藝簡單、合格率高、價格便宜，車企的主流采購狀態(tài)。

亮面輪：在全涂裝工藝的基礎上增加表面車削工藝，由于亮面后會暴露針孔等缺陷，產(chǎn)品的成本較全涂裝狀態(tài)略高，主要應用于一些中高級車型。

拋光輪：機加毛坯發(fā)拋光廠對表面進行拋光處理、清洗即可，由于不適用涂料，相對環(huán)保，在歐美地區(qū)作為電鍍輪的替代品。

電鍍輪：機加毛坯拋光處理后再進行電鍍的相關工序即可，這種產(chǎn)品因為價格高，上檔次，主要歐美國家改裝時使用。

銑加工輪：在市場競爭激烈的今天，現(xiàn)有的涂裝、亮面已經(jīng)無法滿足個性化需求，車輪設計人員創(chuàng)造性的將銑加工運用到車輪涂裝表面。采用銑刀在車面表面加工成各式花紋，提升產(chǎn)品的賣點。這種工藝的變化，豐富了外觀，提升了產(chǎn)品的利潤。常規(guī)的集中狀態(tài)有涂裝+銑加工狀態(tài)、亮面+銑加工狀態(tài)、涂裝+銑加工+電泳等

4 鋁合金車輪的應用

4.1 乘用車

鋁合金車輪由于在生產(chǎn)過程中采用數(shù)控機床加工，很好的保證了精度，使得汽車在正常行駛過程中，穩(wěn)固把握汽車駕駛重點，防止整體車身在正常行駛過程中產(chǎn)生過大的抖動。傳統(tǒng)鋼輪由于加工工藝的局限性，汽車行駛中振動振擺性能非常強，從車輪振動振擺幅度大小方面進行分析，通過鋁合金車輪直接代替鋼輪，可以輕松實現(xiàn)輪轂振動振擺幅度最大降低12%的振動效果。同時，在整體平衡性性能方面，鋼輪在實際生產(chǎn)使用過程中往往需要經(jīng)過多個鋼的軋制加工環(huán)節(jié)，其中主要包括冷高溫軋鋼、熱軋鋼以及旋壓鋼的焊接等，致使傳統(tǒng)鋼制汽車輪轂在其整體上的平衡性受到大大降低，當汽車正常行駛的加速度比較高時，汽車容易就會出現(xiàn)產(chǎn)生振動等不良現(xiàn)象，致使汽車駕駛?cè)藛T行車安全性與汽車駕駛舒適性的感受都收到很大影響，而鋁合金車輪由于各種生產(chǎn)工藝技術水平都比較高，各項性能參數(shù)精準，使其在整體平衡性性能方面整體表現(xiàn)良好，能大大程度提升汽車中的駕駛?cè)藛T性能、安全性與舒適性。

4.2 商用車

近年來，鋁合金大巴輪在國內(nèi)市場遍地開花，采用鋁合金車輪替代鋼輪來達到輕量化，效果明顯，鋁合金車輪在節(jié)能的基礎上，還有良好的散熱效果，行駛過程中汽車通過制動盤把熱量傳遞給鋁合金車輪，車輪通過風孔在行駛中快速散熱，有效提升了制動性能和安全性。可以說材料特性的變化讓商用車本體導熱表現(xiàn)更為不凡。考慮到國內(nèi)商用車使用現(xiàn)狀和鑄造車輪的穩(wěn)定性，目前商用車主要用鍛造鋁合金車輪，而鑄造鋁合金車輪主要運用于商用車的售后市場，由車主自行改裝，還有部分用于一些小型特種車輛企業(yè)。目前商用車使用鋁合金車輪還處于起步階段，未來市場前景很大。

4.3 新能源汽車

從以上優(yōu)缺點進行對比，我們可以明顯看出鋁合金車輪具有最直接的一個優(yōu)點，那就是“重量輕”。自身重量越重則其車輛連續(xù)行駛的時間耗能就相對越高，反之自身重量越輕車輛耗能就越少，對于純電動汽車來說，耗能重量越少則其車輛的平均續(xù)航行駛里程就會越長。在目前新能源續(xù)航焦慮的大背景下，鋁合金車輪將是新能源汽車的標配，只有材料的輕量化才能提升產(chǎn)品競爭力。采用低壓鑄造+旋壓技術能更好的降低產(chǎn)品的重量，旋壓技術的輪輞更薄，將使車輪在長時間行駛過程中具有更好的散熱效果，更安全的制定性能。車輛中的剎車和輪鼓及其他部分車輪不易受到發(fā)生過度老化，增加車輛使用壽命，降低汽車發(fā)生爆胎的事故概率。

5 結束語

鋁合金車輪因為近幾十年的發(fā)展，工藝成熟，配套齊全，投入多，見效也快的產(chǎn)品。但同時還要面臨諸多挑戰(zhàn)，人力成本大幅提升，招工難、資金占用大等特點還困擾著眾多企業(yè)。只有、采用新工藝、提高自動化水平、持續(xù)降低成本，通過質(zhì)量控制體系，使自身與主機廠協(xié)調(diào)發(fā)展，才能適應市場變化和產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整，才能提高勞動效率、滿足主機廠和售后市場需求。

隨著工業(yè)4.0對制造成本的降本增效，新能源車的發(fā)展，鋁合金車輪在汽車工業(yè)和汽車輕量化進程中也將扮演越來越重要的角色。

參考文獻：

[1]宋武、李滄海、平海等.高強度鋁合金輪轂的輕量化旋壓新工藝[J].稀釋金屬，2012，36（4）：630-635.

[2]王孝東.汽車用鋁合金車輪發(fā)展趨勢展望[J].汽車零部件，2013，（07）：26.

[3]劉興華.淺談鋁合金輪轂生產(chǎn)技術的發(fā)展現(xiàn)狀[J].城市建設理論研究：電子版，2015，5（31）.

[4]趙玉濤.鋁合金車輪制造技術[M].北京：機械工業(yè)出版社.2004.

[5]陶華強. 鋁合金車輪今后的發(fā)展方向.

[6]張玉美、王智明、劉建嶺.技術工程[J].2010第五期.25頁.