- 保護(hù)視力色：
汽車(chē)車(chē)輪生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)（上）
-
http://shiquanmuye.com 發(fā)稿日期:2008-8-22
- 【搜索關(guān)鍵詞】：研究報(bào)告 投資分析 市場(chǎng)調(diào)研 汽車(chē) 車(chē)輪 鋁合金 鋼輪 鋼材
- 中研網(wǎng)訊：
-
車(chē)輪是車(chē)輛承載的重要部件，其質(zhì)量直接關(guān)系到人的生命安全。目前車(chē)輪的主要材料有鋁合金、鋼材、鎂合金以及一些復(fù)合材料和鋼鋁組合材料。本文分別講述了鋁合金車(chē)輪和鋼車(chē)輪的制造工藝，其中鋁合金車(chē)輪的制造工藝有鑄造、鍛造以及前沿的旋壓－流動(dòng)復(fù)合成形工藝和輾壓－旋壓復(fù)合成形工藝，鋼制車(chē)輪的制造工藝有輪輞輥壓技術(shù)、輪輻沖壓技術(shù)以及前沿的輥壓整體成形技術(shù)，分析了各個(gè)工藝的優(yōu)缺點(diǎn)及代表性的生產(chǎn)廠(chǎng)家，闡述了前沿的車(chē)輪制造工藝和整個(gè)車(chē)輪行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)
1引言
汽車(chē)車(chē)輪承受著車(chē)輛的垂直負(fù)荷、橫向力、驅(qū)動(dòng)（制動(dòng)）扭矩和行駛過(guò)程中所產(chǎn)生的各種應(yīng)力，它是高速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件、要求尺寸精度高、不平衡度小、支撐輪胎的輪輞外形準(zhǔn)確、質(zhì)量輕，并有一定的剛度、彈性和耐疲勞性。因此要求車(chē)輪具有足夠的負(fù)載能力及速度能力、良好的緩沖性和氣密性、良好的均勻性和質(zhì)量平衡性、精美的外觀(guān)和裝飾性、尺寸精度高、質(zhì)量小、價(jià)格低、拆裝方便、互換性好等。車(chē)輪材料的選用，車(chē)輪結(jié)構(gòu)和制造工藝與上述要求密切相關(guān)，是決定車(chē)輪性能好壞的關(guān)鍵因素。
2車(chē)輪材料的選用
目前，全世界的汽車(chē)車(chē)輪，不管是載重汽車(chē)車(chē)輪還是轎車(chē)車(chē)輪，所用材料基本分為兩種，即鋼材和鋁合金材料，這兩種材料制造的車(chē)輪所占市場(chǎng)份額為95％，研究汽車(chē)車(chē)輪的各種工藝特性與這兩種
材料的特性是分不開(kāi)的。隨著世界各國(guó)政府對(duì)節(jié)能、安全、環(huán)保的要求日趨嚴(yán)格，車(chē)輪材料的選擇就成為一個(gè)焦點(diǎn)問(wèn)題，即鋁合金和鋼的選擇問(wèn)題。
此外，隨著材料技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)車(chē)輪質(zhì)量的要求不斷提高，一些新型材料也被用于制造汽車(chē)車(chē)輪。
2.1鋼制車(chē)輪
長(zhǎng)期以來(lái)，鋼制車(chē)輪在汽車(chē)車(chē)輪中占主導(dǎo)地位，但是自上世紀(jì)80年代起，鋼輪的市場(chǎng)份額逐步減小，被鋁合金所代替。鋼輪份額快速下跌的原因有多方面的因素，而外觀(guān)吸引力是最主要的因素。鋼制車(chē)輪在低成本和安全性方面較鋁合金車(chē)輪具有很大的優(yōu)勢(shì)，因此，目前的載重汽車(chē)車(chē)輪大部分是鋼材制造的。但鋼制車(chē)輪的缺點(diǎn)也是非常明顯的，鋼材的加工成型性能和制造工藝決定了鋼輪難以做到鋁合金車(chē)輪那樣的結(jié)構(gòu)和外形多樣化。同時(shí)，鋼車(chē)輪質(zhì)量大，制造和使用鋼車(chē)輪消耗的能量都比鋁制車(chē)輪大得多。
近年來(lái)，面對(duì)替代品的滲透和挑戰(zhàn)，國(guó)際鋼輪行業(yè)在技術(shù)方面進(jìn)行一系列的革新，包括：(1)新材料微合金鋼HSLA，雙相鋼(DP)和貝氏體鋼等高強(qiáng)度和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼種成功開(kāi)發(fā)并逐步應(yīng)用于制造車(chē)輪，為鋼輪減輕質(zhì)量和更加大膽的款式設(shè)計(jì)創(chuàng)造了條件。據(jù)統(tǒng)計(jì)，HSLA車(chē)輪比一般碳素鋼車(chē)輪重量輕約15％。(2)新工藝，國(guó)際鋼輪行業(yè)與設(shè)備制造商緊密合作研究發(fā)展了旋壓生產(chǎn)工藝，應(yīng)用到鋼制車(chē)輪生產(chǎn)中。目前商用車(chē)無(wú)內(nèi)胎車(chē)輪的輪輻使用旋壓生產(chǎn)工藝已非常普遍，MagnettoWheels的法國(guó)工廠(chǎng)和HayesLemmerzInternational的西班牙工廠(chǎng)開(kāi)始投入小批量生產(chǎn)，日本Topy和美國(guó)ArvinMeritor稱(chēng)已掌握了這項(xiàng)技術(shù)[1]。
在巨大的成本壓力和鋼制車(chē)輪的制造技術(shù)和材料技術(shù)革新的局勢(shì)之下，國(guó)際汽車(chē)業(yè)也開(kāi)始重新評(píng)估鋼輪和鋁輪的價(jià)值。
2.2鋁制車(chē)輪
據(jù)統(tǒng)計(jì)，轎車(chē)使用鋁合金車(chē)輪的比例高達(dá)90％以上[1]。鋁合金車(chē)輪與鋼輪相比，具有如下優(yōu)勢(shì)：
（1）美觀(guān)、舒適和節(jié)能等優(yōu)勢(shì)；
（2）非載荷質(zhì)量小，從而提高了抓地性表現(xiàn)出更為精確的轉(zhuǎn)向動(dòng)作和更好的轉(zhuǎn)彎性能；
（3）慣性小，改善了加速性和制動(dòng)性；鋁合金具有良好的導(dǎo)熱性能，提高了制動(dòng)系統(tǒng)的散熱性能，大幅度降低了由高熱導(dǎo)致的制動(dòng)失靈。
除此之外，鋁合金車(chē)輪還有耐腐蝕、成形性好、減震性能好、輪胎壽命長(zhǎng)、尺寸精確、平衡好、加工精準(zhǔn)、材料利用率高等顯著優(yōu)點(diǎn)，符合現(xiàn)代汽車(chē)安全、節(jié)能、環(huán)保三大主題的要求。這對(duì)降低汽車(chē)自重、減少油耗、減輕環(huán)境污染與改善操作性能等有著重大意義，因此鋁合金已成為汽車(chē)車(chē)輪的首選材料[2]。
2.3其它材料的車(chē)輪
（1）鎂合金車(chē)輪鎂在實(shí)用金屬中密度最小，它帶給汽車(chē)的好處一是能減輕整車(chē)重量，減少油耗。二是強(qiáng)度高于鋁合金和鋼，剛度接近鋁合金和鋼，能夠承受一定的負(fù)荷。三是具有良好的鑄造性和尺寸穩(wěn)定性，易加工，廢品率低，降低了生產(chǎn)成本。四是具有良好的阻尼系數(shù)，減振量大于鋁合金和鑄鐵，用作輪圈可以減少振動(dòng)，提高汽車(chē)的安全性和舒適性。
隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展,轎車(chē)車(chē)輪開(kāi)始采用鑄造鎂合金。但由于這類(lèi)鑄件試驗(yàn)條件十分嚴(yán)格和氣密性要求高,同時(shí)還要求工藝出品率高,生產(chǎn)成本低,給鑄造生產(chǎn)帶來(lái)極大困難，因此成本仍偏高于鋁合金。盡管如此，鎂合金的應(yīng)用前景仍然看好，在歐美鎂壓鑄件的采用量近幾年來(lái)呈上升趨勢(shì)。當(dāng)前，發(fā)達(dá)國(guó)家的賽車(chē)及部分民用高檔車(chē)正在使用鎂合金輪轂，大幅度提高鎂合金鍛造輪轂的用量。用鎂合金制造車(chē)輪，是高檔汽車(chē)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)[3]。
（2）復(fù)合材料（塑料或碳纖維），一般用于賽車(chē)，重量更輕，強(qiáng)度高，但價(jià)格昂貴。
（3）鋼鋁組合車(chē)輪，輪輞為普通鋼制輪輞，輪輻為鑄造的鋁合金輪輻，經(jīng)過(guò)機(jī)械加工，借助嵌件與鋼的輪輞裝焊而成。它集中了鋼制車(chē)輪與鋁合金車(chē)輪的優(yōu)點(diǎn)，并以其較低的價(jià)格占領(lǐng)了市場(chǎng)的一席之地。在美國(guó)，鋼鋁組合式車(chē)輪已經(jīng)通過(guò)了臺(tái)架試驗(yàn)和道路試驗(yàn)，得到了廣大用戶(hù)的認(rèn)可。在我國(guó)它還處在新生期，有待進(jìn)一步的研究[4]。
3汽車(chē)車(chē)輪生產(chǎn)工藝
車(chē)輪按結(jié)構(gòu)形式分可分為整體式和分體式兩大類(lèi)，整體式車(chē)輪是車(chē)輪的三大部件輪輞、輪輻和輪轂通過(guò)一次成形（如傳統(tǒng)的鑄造、鍛造等）而得到的。分體式車(chē)輪是三大部件通過(guò)焊接或螺栓聯(lián)結(jié)組成的車(chē)輪。鋁合金車(chē)輪以整體式為主流形式,占絕大多數(shù)市場(chǎng)份額，而鋼車(chē)輪則以分體式結(jié)構(gòu)為主。
3.1鋁合金車(chē)輪的制造工藝
整體式鋁合金車(chē)輪的生產(chǎn)工藝主要有兩種，即鑄造工藝和鍛造工藝。目前最普遍的是鑄造鋁合金車(chē)輪，約占到產(chǎn)品總量的95%。鍛造鋁合金車(chē)輪較鑄造鋁合金車(chē)輪機(jī)械強(qiáng)度更高、抗疲勞性更好，但由于工藝投資大、成本高、因而還不能大面積推廣。
3.1.1鍛造工藝及其特點(diǎn)
鍛造成形目前有兩種工藝,一是常規(guī)鍛造法,即以鑄造圓錠坯或擠壓錠坯為坯料,經(jīng)熱鍛、熱處理、機(jī)械加工、表面處理、檢驗(yàn)合格后即為成品輪轂；另一種是半固態(tài)機(jī)鍛法,即鑄坯在含有30%～50%液體狀態(tài)下在專(zhuān)用鍛壓機(jī)上一次快速成形，此工藝的關(guān)鍵是必須制取細(xì)小的均勻的球形晶粒錠坯,然后按所需質(zhì)量鋸切成坯料,嚴(yán)格控制加熱溫度，將坯料加熱到半固態(tài)，此項(xiàng)工藝在美國(guó)和德國(guó)于上世紀(jì)已進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)，同一規(guī)格的鍛造鋁合金輪轂的力學(xué)性能比鑄造輪轂高18%以上,因而重量可比鑄造輪轂減輕15%。
總體來(lái)說(shuō)鍛造鋁合金車(chē)輪的品質(zhì)是所有制造工藝中最好的，鍛造車(chē)輪有高密度的金屬晶體組織和良好的機(jī)械性能、重量輕、比強(qiáng)度高、表面質(zhì)量高，其缺點(diǎn)是制造成本高，需要有較大噸位的熱模鍛設(shè)備，大量的后處理設(shè)備，因此設(shè)備投資大，因而國(guó)內(nèi)很少有利用鍛造法制造鋁合金車(chē)輪。當(dāng)前,鍛造鋁合金輪轂的75%是美國(guó)鋁業(yè)公司生產(chǎn)的，基本上壟斷了全世界的卡車(chē)、大型客車(chē)的機(jī)鍛鋁合金輪轂生產(chǎn)[6]～[7]。
3.1.2鑄造工藝及其特點(diǎn)
鋁合金車(chē)輪需要具有較高的機(jī)械強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度和韌性指標(biāo)(鋁合金車(chē)輪材料的試棒標(biāo)準(zhǔn)為試棒經(jīng)T6熱處理后應(yīng)達(dá)到:抗拉強(qiáng)度>214Mpa，伸長(zhǎng)率>4%，硬度>60HBS[5])，因此鑄造工藝采取特殊的鑄造、加工及熱處理工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。生產(chǎn)鋁合金車(chē)輪的鑄造工藝主要有低壓鑄造、重力鑄造和擠壓鑄造三種鑄造形式。其中低壓鑄造是鋁合金車(chē)輪鑄造工藝中的主要鑄造技術(shù)，目前世界鋁輪生產(chǎn)普遍采用低壓鑄造，我國(guó)大多數(shù)車(chē)輪制造廠(chǎng)家也都采用了低壓鑄造技術(shù)，約占全部產(chǎn)量的80％[8]以上。
低壓鑄造這一技術(shù)已相當(dāng)成熟，其成本比重力鑄造稍高。但是，低壓鑄造工藝受本身?xiàng)l件(壁厚、致密性、強(qiáng)度)所限，較難滿(mǎn)足18英寸以上車(chē)輪，特別是電鍍、拋光等特種涂裝工藝涂前表面質(zhì)量的處理要求。其流程一般為：
模具清掃→模具控溫→噴膜→合型熔料→熔化、精煉→變質(zhì)、除氣、調(diào)溫→升壓→充型保壓→凝固→去壓→松型、開(kāi)模取鑄件→整形清理→初檢。
其中的熔煉是鑄造生產(chǎn)的關(guān)鍵工序，由于鋁合金在高溫下會(huì)因氧化、吸氣而造成燒損，夾渣、氧脆等缺陷，必須在工藝上采取合理的熔煉工藝，熔化過(guò)程要添加適量的熔劑，精煉時(shí)要通入凈化氣體去渣、排氧，添加變質(zhì)劑，細(xì)化晶粒。
重力鑄造是歷史最久、成本最低、工藝最簡(jiǎn)單的鑄造技術(shù)。重力鑄造的缺點(diǎn)是金屬晶粒粗大、強(qiáng)度較差、表面處理工作量大�，F(xiàn)在采用此工藝的廠(chǎng)家較少，做得最好的是日本的EmKei(遠(yuǎn)輕)，國(guó)內(nèi)也有部分生產(chǎn)廠(chǎng)家采用這種工藝，約占其全部產(chǎn)量的20％。這種工藝早期被采用，現(xiàn)在已趨于淘汰。
擠壓鑄造擠壓鑄造產(chǎn)品的表面及內(nèi)部組織近似于鍛造，機(jī)械強(qiáng)度也接近鍛件。擠壓鑄造也稱(chēng)為液態(tài)模鍛，是一種集鑄造和鍛造特點(diǎn)于一體的工藝方式，其中又分為復(fù)合擠壓鑄造、正擠壓鑄造、兩次擠壓鑄造、反擠壓鑄造等多種形式，共同特點(diǎn)是：鑄件表面光潔、金相組織、各種機(jī)械性能接近于鍛件，不需復(fù)雜的表面加工就可以鍍鉻，鍍鉻成本較低、鍍鉻增加重量少。日本的UBE(宇部興產(chǎn)株式會(huì)社)是這一工藝做得最成功的廠(chǎng)家，國(guó)內(nèi)有一些小廠(chǎng)采用這種工藝生產(chǎn)摩托車(chē)鋁合金車(chē)輪。
- ■ 與【汽車(chē)車(chē)輪生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)（上）】相關(guān)新聞
- ■ 行業(yè)經(jīng)濟(jì)
- ■ 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
-
