汽車鋁合金輪轂成型的五大工藝

一、簡介
　　
　　輪轂又稱輪圈，是輪胎內(nèi)廓支撐輪胎的圓桶形的、中心裝在軸上的金屬部件。參數(shù)如下圖所示：

　　二、按材質(zhì)分類
　　
　　輪轂按照材料主要分為鋼輪轂和輕合金輪轂，而輕合金輪轂又以鋁合金與鎂合金產(chǎn)品為主。在今天的汽車市場中，鋼質(zhì)輪轂已不多見，大多數(shù)車型使用的都是鋁合金輪轂，即輕合金輪轂。

　　制造鋁制輪轂所使用的鋁合金材料包括A356、6061等。其中，A356被鑄造鋁制輪轂大量選用。A356鋁合金具有比重小，耐侵蝕性好等特點(diǎn)，主要由鋁、硅、鎂、鐵、錳、鋅、銅、鈦等金屬元素組成，鋁占92%左右，是一種技術(shù)成熟的鋁合金材料。

　　三、鋁合金輪轂生產(chǎn)工藝
　　
　　鋁合金輪轂比鋼輪轂更適合乘用車，目前其制造工藝基本可分為三種，第一種是鑄造，目前大多數(shù)汽車廠商都選擇使用鑄造工藝。第二種是鍛造，多用于高端跑車、高性能車以及高端改裝市場。第三種較為特別，是最先由日本Enkei公司投入使用的MAT旋壓技術(shù)，目前此技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用不如前兩種多。
　　
　　1.重力鑄造法
　　
　　重力鑄造簡單的說，主要是靠鋁水自身的重力來沖填鑄模，是一種較為早期的鑄造方法。

　　該法成本低、工序簡單且生產(chǎn)效率高，然而，澆注過程中夾雜物易卷入鑄件，有時(shí)還會(huì)卷入氣體，形成氣孔缺陷。重力鑄造生產(chǎn)的輪轂易產(chǎn)生縮孔縮松且內(nèi)部質(zhì)量較差，此外，鋁液流動(dòng)性的限制也有可能導(dǎo)致造型復(fù)雜的輪轂良品率低。因此，汽車輪轂制造業(yè)已經(jīng)很少使用該工藝了。
　　
　　2.低壓鑄造法
　　
　　低壓鑄造是鋁液在壓力作用下充入模具，在有壓力的情況下進(jìn)行凝固結(jié)晶的工藝。同樣的情況下，與重力鑄造相比，低壓鑄造輪轂內(nèi)部組織更為密實(shí)，強(qiáng)度更高。此外，低壓鑄造利用壓力充型和補(bǔ)充，極大簡化澆冒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使金屬液收得率可達(dá)90%。目前低壓鑄造已成為鋁輪轂生產(chǎn)的首選工藝，國內(nèi)多數(shù)鋁合金輪轂制造企業(yè)都采用此工藝生產(chǎn)。但低壓鑄造法也有其缺點(diǎn)：鑄造時(shí)間較長，加料、換模具耗時(shí)長，設(shè)備投資多等。

3.鍛造法 

熱鍛（Hot forging）→RM鍛造（RM forging）→冷旋壓（Cold spinning）→熱處理（Heat treatment）→機(jī)加工（Machine work）→噴丸處理（Shot blast）→表面處理（Surface finishing）

鍛造是固體到固體的變化，通過拍、壓、鍛等手段來形成輪轂樣式，這個(gè)過程不會(huì)發(fā)生液相變化，都是固體變化。所以它的力學(xué)性能比鑄造要高，具有強(qiáng)度高、抗蝕性好、尺寸精確等優(yōu)點(diǎn)。晶粒流向與受力的方向一致，因此強(qiáng)度、韌性與疲勞強(qiáng)度均顯著優(yōu)于鑄造鋁輪轂。同時(shí)，鍛造鋁輪轂的典型伸長率為12%~17%，因而能很好的吸收道路的震動(dòng)和應(yīng)力。另外，鍛造鋁輪轂表面無氣孔，因而具有很好的表面處理能力。

但是，鍛造鋁輪轂的最大缺點(diǎn)是生產(chǎn)工序多，生產(chǎn)成本比鑄造的高得多。雖然鍛造輪轂的性能更好，但汽車廠商在大部分車輛上還是主要使用鑄造輪轂，只有少部分豪華車配備鍛造輪轂。不過國內(nèi)輪轂制造龍頭企業(yè)中信戴卡已成功進(jìn)入乘用車鍛造輪轂生產(chǎn)線并將鍛造輪轂的成本壓縮到了千元，并已經(jīng)開始作為原配輪轂供應(yīng)國內(nèi)合資廠。

4.擠壓鑄造法

擠壓鑄造也稱為液態(tài)模鍛，是集鑄造和鍛造特點(diǎn)于一體的工藝方法——將一定量的金屬液體直接澆入敞開的金屬型內(nèi)，通過沖頭以一定的壓力作用于液體金屬上，使之充填、成形和結(jié)晶凝固，并在結(jié)晶過程中產(chǎn)生一定量的塑性變形。優(yōu)點(diǎn)：充型平穩(wěn)，金屬直接在壓力下結(jié)晶凝固，所以鑄件不會(huì)產(chǎn)生氣孔、縮孔和縮松等鑄造缺陷，且組織致密，機(jī)械性能比低壓鑄造件高且投資大大低于低壓鑄造法。缺點(diǎn)：與傳統(tǒng)鍛造產(chǎn)品一樣，需要銑削加工來完成輪輻的造型。日本已有相當(dāng)部分的汽車鋁輪轂采用擠壓鑄造工藝生產(chǎn)，從澆注金屬液到取出鑄件整個(gè)過程都由計(jì)算機(jī)來控制，自動(dòng)化程度非常高。目前世界各國都把擠壓鑄造作為汽車鋁輪轂生產(chǎn)的方向之一。

圖：輪轂擠壓鑄造工藝過程示意圖

5.特種成型：MAT旋壓技術(shù)

MAT旋壓技術(shù)最先由日本Enkei公司投入使用，嚴(yán)格而言還應(yīng)算是鑄造中的一種，指的是在輪圈整體鑄造出型后再利用專用設(shè)備對(duì)受力處進(jìn)行旋轉(zhuǎn)加壓處理，使得被處理位置金屬內(nèi)部分子排列發(fā)生改變，具體的分割面相比起一般鑄造產(chǎn)品呈現(xiàn)密度更高的纖維狀，從而改變整體金屬力學(xué)的工藝方法。MAT旋壓技術(shù)制造的輪轂的質(zhì)量、強(qiáng)度、延伸性等特性都已接近于鍛造輪轂，且現(xiàn)對(duì)于鍛造輪轂來說，更易生產(chǎn)?？偟膩碚f，MAT旋壓技術(shù)既可相對(duì)保證輪轂制造成本，同時(shí)還可使鑄造輪轂打造出與鍛造輪轂相近的重量和強(qiáng)度。只是國內(nèi)技術(shù)不成熟，成本較高，故應(yīng)用不多。

圖：采用MAT旋壓技術(shù)的Enkei Racing Revolution系列RS05RR輪轂