铝合金轮毂的成型工艺分析

铝合金轮毂的成型工艺分析

邹远智

宁波合力科技股份有限公司浙江省宁波市315700

摘要：经济快速发展促进人民生活水平的不断提高，近几年人均汽车保有量也在不断提升，但与此同时客户对汽车质量也提出了更高要求，铝合金轮毂作为应用广泛的一种轮毂类型，其成型工艺受到高度关注。本文重点分析铸造铝合金轮毂、锻造铝合金轮毂、铸造和锻造铝合金轮毂的区别、旋压成型铝合金轮毂等内容，希望为后续轮毂成型工艺的进一步发展提供参考。

关键词：铝合金；轮毂；铸造成型；锻造成型

引言

轮毂是轮胎内廓支撑轮胎的圆桶形的、中心装在轴上的金属部件，连接汽车的制动盘、轮盘和半轴，是汽车成型工艺中的重点环节。根据直径，宽度，成型方式以及材料上的区别，将轮毂分为不同类型，以材料进行分类，汽车的轮毂包括钢材轮毂，铝合金材质的轮毂和复合材料的轮毂，复合材料的轮毂一般是指碳纤维轮毂，虽然使用安全且性能优秀，但是和钢材轮毂以及铝合金轮毂相比，碳纤维轮毂成本高，且制造复杂一般不用于家用车；钢材料轮毂主要原料为高强度钢，使用性能优越，安全性好，但是由于钢铁密度较大，所以最终制造的钢轮毂同样具有重量大的问题，与现阶段轻量化发展目标并不相符，而且钢材料轮毂时效强化性差，外观上也缺乏美观性；铝合金轮毂和前两种轮毂相比，铝合金材料密度更小，不仅在轻量化方面具有优势，而且铝合金材料具有较高的导热系数，在相同的工况下，铝合金轮毂可以更好的散发热量，延长轮毂使用寿命。铝合金轮毂经过长期发展其成型技术已经不断发展成熟，目前常用的有铸造成型，锻造成型，旋压成型三种方法，由于铸造成型适用范围更广，且建设成本低，所以在铝合金轮毂制造中使用最为广泛，但其他两种工艺同样各有优势。

1铸造铝合金轮毂

铸造工艺通过重力作用或者外界压力作用实现模型铸造，重力作用主要是指地球的重力作用，而压力作用则是指外界所提供的低压或高压环境，细化铸造工艺还可以分为压力铸造，熔模铸造，低压铸造，陶瓷性铸造，离心铸造，真空铸造等等类型，所以总的来看，可供选择的生产工艺类型多样，符合现代化轮毂制造需求。重力铸造工艺发展时间长，技术比较成熟，建设成本低，所以在铝合金轮毂制造中应用广泛，主要是通过重力将液体铝制材料注入模具当中，完成铸模过程。从优势方面来看，重力铸造具有成本低，铸造简单，铸造效率高等优势， 但是结合现阶段重力铸造工艺发展情况来看，实际铸造过程中，在铝合金注入模具的过程中很容易出现杂质，包括气体，灰尘等，导致铝合金液体质量不高，最终形成有杂质的产品，投入汽车生产使用的轮毂可能存在内部质量差的问题；另外，铝合金液体本身是具有一定流动性的，实际铸造也会受到流动性的干扰，而且重力铸造铝合金轮毂只适用于简单造型的轮毂，结构相对复杂的结构无法进行铸造，所以随着轮毂制造工艺的不断发展，重力铸造法使用已经非常少了。低压铸造法相对于重力铸造来讲，作为一种更加优质的方案，在轮毂制造行业当中体现了更加重要的作用。低压铸造法虽然发展时间并不长，但是已经拥有了较优秀的成型工艺。与重力铸造法相比，低压铸造法成型工艺所生产的铝合金轮毂基本不受到气泡以及灰尘等杂质的影响，生产出来的成品结构更加紧密，机械性能更好。另外，利用低压铸造法进行铝合金轮毂生产优化结构组织，铝合金液体的收复率高达90%。但与此同时，低压铸造法也有一定缺点，主要表现为模具更换时间长，设备成本高，铸造周期长等，但是由于低压铸造法的优势更明显，所以现阶段铝合金轮毂铸造工艺一般以低压铸造法为主，重力铸造法使用频率非常低。除了内部质量的差距以外，外观角度也可以对两种不同铸造方法的成型产品进行区分。区分时观察轮毂背后安装盘边上的凹陷部分，如果外观颗粒粗大，而且有亮光，基本是重力铸造；如此部分区域表面颗粒看起来比较细腻可以判定为低压铸造。

2锻造铝合金轮毂

铝合金锻造是对固态的铝合金进行塑形，整个过程中铝合金材料受到外力作用和高温环境的干扰会在模具腔内进行变形，锻造工艺可以分为自由锻造，模型锻造，精密锻造等。与铸造工艺不同，整个过程中并不包含其他相变反应，但是这并不意味着锻造铝合金轮毂工艺的简单，相反，通过锻造进行铝合金轮毂成型，对技术人员的专业要求较高，但成品强度，硬度更好，耐腐蚀性更好。与其他成型工艺相比，通过锻造所生产的铝合金轮毂具有更好的力学性能，而且在轮毂制造过程中，铝合金材料的流动方向可以和外力方向保持一致，所以通过锻造成型生产的轮毂疲劳强度也要优于其他成型工艺。通过实验论证确定锻造成型法所制造的铝合金轮毂伸长率可以达到14%，也就是说在车辆正常运行过程中可以吸收道路振动的力，驾驶体验感更好。另外，由于整个锻造成型过程中并不存在相变情况，所以生产过程中不需要担心空气或者杂质，灰尘进入的情况，更具有表面处理的优势，而且铝合金轮毂的可塑性也有所提升。虽然整体来看锻造工艺具有多项优势，但是实际制造过程中也有一定不足，首先通过锻造工艺生产的铝合金轮毂对工艺要求较高，且制作更加复杂，成本更高，所以在普通家用车生产方面应用并不广泛，所以虽然锻造成型工艺所制造的产品综合性能更加优秀，但是受到成本和制作工艺的限制，在当下的汽车市场中应用并不广泛。目前越来越多的生产厂家致力于降低锻造工艺成本从而获得性价比更高的铝合金轮毂，中信戴卡股份有限公司作为全球领先的车轮制造厂商已经进行技术优化，成功降低锻造工艺成本，为优质锻造工艺的大规模应用带来一定帮助。

3铸造和锻造铝合金轮毂的区别

铝合金铸造成型对材料提出了较高要求，因为生产过程中需要液相到固相的转变，所以有可能出现气孔等缺陷，影响成型质量，因此，从质量方面来看，锻造工艺成型的产品质量更加优秀，目前铸造工艺逐步朝向挤压铸造成型和半固态模锻成型发展；锻造工艺得到的铝合金轮毂强度更高，但是由于成本高，所以使用范围小，

4旋压成型铝合金轮毂

旋压成型作为新型铝合金轮毂的制造工艺是指MAT旋压技术，由于旋压成型工艺发展周期短，所以国内旋压成型铝合金制造工艺发展并不成熟，因此目前经常使用的是日本公司的技术，模具也由日本公司提供。从最终提供的轮毂质量来看，旋压工艺所成型的质量和强度及延伸性已经基本可以达到锻造工艺成品要求，相对于铸造铝合金轮毂要有更加优秀的性能，但是成本又没有锻造工艺高，所以总的来讲，综合性价比是比较优越的，在后续的汽车轮毂成型工艺发展中具有一定优势。另外，旋压工艺成型的铝合金轮毂虽然比锻造法成品质量更大，但相对于传统生产方案已经有所进步，同样具有轻量化优势，所以MAT旋压成型工艺在铝合金轮毂生产中发展前景良好，但是实际需要考虑目前我国旋压工艺发展并不成熟，生产成本高的问题。

结束语

综上所述，铝合金轮毂具有强度大，耐腐蚀性能好质量轻等等优势，因此在车辆制造中受到重视，所以本文主要分析铸造工艺，锻造工艺和旋压工艺三种成型工艺的优缺点，并对锻造工艺和铸造工艺之间的区别进行详细分析，为后续工艺的进一步发展提供参考，为汽车减重和环保发展带来帮助。

参考文献：

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