关键词：汽车；铝合金；车轮；旋转辗锻；加工
汽车工业的产业链长、技术要求高，体现国家经济实力和科技创新水平，我国的汽车零部件工业相对薄弱，随着我国经济快速发展的趋势下，汽车工业正在向轻量化方向发展。而车轮作为汽车的转动零部件，要求极高的安全性能，对铝合金车轮的锻造可以明显减轻汽车的自重，提升汽车的操作稳定性、行驶平稳性和安全性。
一、铝合金车轮成形技术分析
汽车车轮的安全性要求极高，铝合金车轮以其自身的优势得到了广泛的使用，其成形技术主要包括以下几种：
1、低压铸造法。这是介于高压铸造和重力铸造之间的一种浇注工艺，它是在压力的作用条件下，将液态金属高速充填于型腔之内，并使之快速凝固而形成一定形状的铸件。这种生产方法可以人工调节和控制工艺参数，能够在金属液结晶和凝固的过程中快速补缩，具有铸件组织致密，机械性能和力学性能良好，尺寸精准等特点，适用于壁厚、大小、高度、结构不同的铸件。然而其缺陷在于：轮辐与轮辋交接处的壁厚较厚，难以得到金属液的补缩而造成缺陷。
2、液态模锻法。它利用金属铸造凝固成形时易流动的特点，消除金属液凝固收缩过程中生成的缩孔等缺陷，是一种新兴的金属成形工艺，基本满足车轮使用要求，然而其质量不如锻造铝合金车轮的质量，它会受到工件形状、合金成分、应力等因素的影响，出现沿晶断裂等缺陷。
3、锻造法。它是对铸造的盘状或棒状坯料进行塑性变形，可以闭合铝合金材料的内部孔隙，增强铝材料的致密度，提升锻件的力学性能。具体来说，锻造铝合金车轮的生产工艺流程为：下料——预锻——终锻——切边扩孔——旋压——热处理——机加——抛光电镀。在上述生产工艺流程之中，预锻和终锻归属于制坯工序。相较而言，锻造铝合金车轮比铸造铝合金车轮具有更轻的质量、更高的强度和环保性能。
二、汽车铝合金车轮旋转辗锻成形工艺分析
1、汽车车轮铝合金材料
在汽车铝合金车轮旋转辗锻成形工艺之中，通常可以采用应用最为广泛的6000系铝合金，由于这种材料具有高温环境的良好加工性能，可以承受拉伸、深冲等大变形程度的操作，具有更优的疲劳强度和抗腐蚀性能，尤其是6061合金，它在铝中添加了适量比例的镁、硅、微量铜元素等，显示出高韧性、加工不变形、组织致密、易于抛光等特点，是适用于车轮旋转辗锻成形工艺的高品质铝合金材料。同时，6061铝合金具有良好的耐腐蚀性、较高的疲劳强度、塑性及焊接性能良好，可以适用于锻造生产和加工。
2、锻造铝合金车轮工艺
当前我国锻造铝合金车轮的生产工艺通常是利用锻压设备，如：6000t和8000t的通用锻造压力机，将预先高温加热的圆柱型铝合金棒料进行预锻、终锻，使坯料锻造成汽车车轮的毛坯形状。其锻造工艺流程主要为：下料——预锻——终锻。
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锻造铝合金车轮具有质量轻、油耗低的特点，可以减轻约600kg左右的汽车重量。经过锻造加工工艺之后的铝合金车轮的受力方向与纤维流向保持一致，具有较高的强度、疲劳强度和韧性，它打碎了金属内部的柱状晶体结构，使铸态组织转变为锻态组织，具有传统铸造铝合金车轮无法比拟的优势特点，可以较好地保证所有汽车车轮的成形质量。同时，锻造的铝合金车轮具有极强的抗冲击、剪切和拉伸载荷的能力，可以良好地吸收道路行驶中的震动和冲击性影响，避免了缩孔、疏松等缺陷，极大地提升了车轮的机械性能。另外，锻造铝合金车轮的加工余量小、尺寸精准，可以较好地节约材料。
3、汽车铝合金车轮旋转辗锻成形工艺特点
车轮旋转辗锻成形工艺极大地优越于传统的模锻工艺，其特点具体表现为以下方面：（1）实现铝合金车轮的小吨位设备精密生产。这种加工工艺的工作噪音较小，它是借由坯料的局部累积变形而最后完成制坯工序，操作所需的成形力大约是传统锻造设备吨位的1/10-1/20，保持辗锻压力机上模轴线与主轴之间的5º的夹角，有效地保证了铝合金棒料成形过程中金属流动的合理性，并使工件成形力最小。（2）保证铝合金车轮正面非加工区域的表面质量和性能。在旋转辗锻成形坯料变形过程中，铸棒心部的金属翻到车轮的正面，因其变形量大、组织致密，因而可以较好地保证铝合金车轮正面非加工区域的表面质量和机械性能。（3）简化车轮成形工艺流程。旋转辗锻工艺无须模锻环节，采用铸造铝合金棒料成形，极大地简化了车轮成形工艺流程，降低了加工成本。
4、汽车铝合金车轮旋转辗锻机的工作原理
汽车铝合金车轮旋转辗锻机的内部构件包括有：摆头、滑块、油缸、机身、机械传动系统等，主要是带动滑块做直线运动的液压传动系统和使主轴沿轴线转动的机械传动系统。在该装置之中，上、下模具与压力机的上、下卡盘分别相连，卡盘与主轴相连，工作状态下的上、下模与主轴进行轴向运动。其工作原理主要是：首先将旋转辗锻模具预热，再经由卡盘使之与主轴设备相联结，放置于模具型腔内的热坯料进入到旋转运动，坯料与下模跟随下主轴一同旋转，而上模则沿轴向运动，旋转辗锻过程中的坯料呈现出连续局部压缩变形的状态，并逐渐产生较大的积累变形。
这种铝合金车轮旋转辗锻加工工艺不同于传统的摆动式辗压，它的上、下主轴只是做同向的旋转运动，而不会做摆角运动，变形抗力较小，积累变形量较高。
三、总结
综上所述，汽车铝合金车轮采用锻造技术和方法，可以较好地减轻汽车的自重，利用铝合金材料在高温压缩时的稳态流变特性，依照旋转辗锻工艺的工作原理和流程，使铝合金车轮零件连续局部成形，较好地实现了大型锻件的小吨位精密加工，简化了生产加工流程，极大地提升了汽车铝合金车轮锻件的成形质量和效率，为我国汽车零部件企业带来了广阔的市场提升空间。
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论文作者:陈小英
论文发表刊物:《科技中国》2018年5期
论文发表时间:2018/8/10
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