汽车铝合金轮毂成型的五大工艺

    一、简介

    轮毂又称轮圈，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。参数如下图所示：

    图：轮毂部件参数示意图

    二、按材质分类

    轮毂按照材料主要分为钢轮毂和轻合金轮毂，而轻合金轮毂又以铝合金与镁合金产品为主。在今天的汽车市场中，钢质轮毂已不多见，大多数车型使用的都是铝合金轮毂，即轻合金轮毂。

    图：AEZ轮毂（铝合金）

    制造铝制轮毂所使用的铝合金材料包括A356、6061等。其中，A356被铸造铝制轮毂大量选用。A356铝合金具有比重小，耐侵蚀性好等特点，主要由铝、硅、镁、铁、锰、锌、铜、钛等金属元素组成，铝占92%左右，是一种技术成熟的铝合金材料。

    图：制造铝合金轮毂的原材料A356铝锭

    三、铝合金轮毂生产工艺

    铝合金轮毂比钢轮毂更适合乘用车，目前其制造工艺基本可分为三种，第一种是铸造，目前大多数汽车厂商都选择使用铸造工艺。第二种是锻造，多用于高端跑车、高性能车以及高端改装市场。第三种较为特别，是最先由日本Enkei公司投入使用的MAT旋压技术，目前此技术在国内的应用不如前两种多。

    1.重力铸造法

    重力铸造简单的说，主要是靠铝水自身的重力来冲填铸模，是一种较为早期的铸造方法。

    图：轮毂重力铸造示意图

    该法成本低、工序简单且生产效率高，然而，浇注过程中夹杂物易卷入铸件，有时还会卷入气体，形成气孔缺陷。重力铸造生产的轮毂易产生缩孔缩松且内部质量较差，此外，铝液流动性的限制也有可能导致造型复杂的轮毂良品率低。因此，汽车轮毂制造业已经很少使用该工艺了。

    2.低压铸造法

    低压铸造是铝液在压力作用下充入模具，在有压力的情况下进行凝固结晶的工艺。同样的情况下，与重力铸造相比，低压铸造轮毂内部组织更为密实，强度更高。此外，低压铸造利用压力充型和补充，极大简化浇冒系统结构，使金属液收得率可达90%。目前低压铸造已成为铝轮毂生产的首选工艺，国内多数铝合金轮毂制造企业都采用此工艺生产。但低压铸造法也有其缺点：铸造时间较长，加料、换模具耗时长，设备投资多等。

    轮毂低压铸造示意图

    3.锻造法

    热锻（Hot forging）→RM锻造（RM forging）→冷旋压（Cold spinning）→热处理（Heat treatment）→机加工（Machine work）→喷丸处理（Shot blast）→表面处理（Surface finishing）

    锻造是固体到固体的变化，通过拍、压、锻等手段来形成轮毂样式，这个过程不会发生液相变化，都是固体变化。所以它的力学性能比铸造要高，具有强度高、抗蚀性好、尺寸精确等优点。晶粒流向与受力的方向一致，因此强度、韧性与疲劳强度均显着优于铸造铝轮毂。同时，锻造铝轮毂的典型伸长率为12%~17%，因而能很好的吸收道路的震动和应力。另外，锻造铝轮毂表面无气孔，因而具有很好的表面处理能力。

    但是，锻造铝轮毂的最大缺点是生产工序多，生产成本比铸造的高得多。虽然锻造轮毂的性能更好，但汽车厂商在大部分车辆上还是主要使用铸造轮毂，只有少部分豪华车配备锻造轮毂。不过国内轮毂制造龙头企业中信戴卡已成功进入乘用车锻造轮毂生产线并将锻造轮毂的成本压缩到了千元，并已经开始作为原配轮毂供应国内合资厂。

    4.挤压铸造法

    挤压铸造也称为液态模锻，是集铸造和锻造特点于一体的工艺方法——将一定量的金属液体直接浇入敞开的金属型内，通过冲头以一定的压力作用于液体金属上，使之充填、成形和结晶凝固，并在结晶过程中产生一定量的塑性变形。优点：充型平稳，金属直接在压力下结晶凝固，所以铸件不会产生气孔、缩孔和缩松等铸造缺陷，且组织致密，机械性能比低压铸造件高且投资大大低于低压铸造法。缺点：与传统锻造产品一样，需要铣削加工来完成轮辐的造型。日本已有相当部分的汽车铝轮毂采用挤压铸造工艺生产，从浇注金属液到取出铸件整个过程都由计算机来控制，自动化程度非常高。目前世界各国都把挤压铸造作为汽车铝轮毂生产的方向之一。

    图：轮毂挤压铸造工艺过程示意图

    5.特种成型：MAT旋压技术

    MAT旋压技术最先由日本Enkei公司投入使用，严格而言还应算是铸造中的一种，指的是在轮圈整体铸造出型后再利用专用设备对受力处进行旋转加压处理，使得被处理位置金属内部分子排列发生改变，具体的分割面相比起一般铸造产品呈现密度更高的纤维状，从而改变整体金属力学的工艺方法。MAT旋压技术制造的轮毂的质量、强度、延伸性等特性都已接近于锻造轮毂，且现对于锻造轮毂来说，更易生产。总的来说，MAT旋压技术既可相对保证轮毂制造成本，同时还可使铸造轮毂打造出与锻造轮毂相近的重量和强度。只是国内技术不成熟，成本较高，故应用不多。

图：采用MAT旋压技术的Enkei Racing Revolution系列RS05RR轮毂