汽車鋁合金輪轂成型的五大工藝

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

　　二、按材質分類
　　
　　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品為主。在今天的汽車市場中，鋼質輪轂已不多見，大多數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，主要由鋁、硅、鎂、鐵、錳、鋅、銅、鈦等金屬元素組成，鋁占92%左右，是一種技術成熟的鋁合金材料。

　　三、鋁合金輪轂生產工藝
　　
　　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，目前此技術在國內的應用不如前兩種多。
　　
　　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、工序簡單且生產效率高，然而，澆注過程中夾雜物易卷入鑄件，有時還會卷入氣體，形成氣孔缺陷。重力鑄造生產的輪轂易產生縮孔縮松且內部質量較差，此外，鋁液流動性的限制也有可能導致造型復雜的輪轂良品率低。因此，汽車輪轂制造業已經很少使用該工藝了。
　　
　　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行凝固結晶的工藝。同樣的情況下，與重力鑄造相比，低壓鑄造輪轂內部組織更為密實，強度更高。此外，低壓鑄造利用壓力充型和補充，極大簡化澆冒系統結構，使金屬液收得率可達90%。目前低壓鑄造已成為鋁輪轂生產的首選工藝，國內多數鋁合金輪轂制造企業都采用此工藝生產。但低壓鑄造法也有其缺點：鑄造時間較長，加料、換模具耗時長，設備投資多等。

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，這個過程不會發生液相變化，都是固體變化。所以它的力學性能比鑄造要高，具有強度高、抗蝕性好、尺寸精確等優點。晶粒流向與受力的方向一致，因此強度、韌性與疲勞強度均顯著優于鑄造鋁輪轂。同時，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和應力。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是生產工序多，生產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。不過國內輪轂制造龍頭企業中信戴卡已成功進入乘用車鍛造輪轂生產線并將鍛造輪轂的成本壓縮到了千元，并已經開始作為原配輪轂供應國內合資廠。

4.擠壓鑄造法

擠壓鑄造也稱為液態模鍛，是集鑄造和鍛造特點于一體的工藝方法——將一定量的金屬液體直接澆入敞開的金屬型內，通過沖頭以一定的壓力作用于液體金屬上，使之充填、成形和結晶凝固，并在結晶過程中產生一定量的塑性變形。優點：充型平穩，金屬直接在壓力下結晶凝固，所以鑄件不會產生氣孔、縮孔和縮松等鑄造缺陷，且組織致密，機械性能比低壓鑄造件高且投資大大低于低壓鑄造法。缺點：與傳統鍛造產品一樣，需要銑削加工來完成輪輻的造型。日本已有相當部分的汽車鋁輪轂采用擠壓鑄造工藝生產，從澆注金屬液到取出鑄件整個過程都由計算機來控制，自動化程度非常高。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

MAT旋壓技術最先由日本Enkei公司投入使用，嚴格而言還應算是鑄造中的一種，指的是在輪圈整體鑄造出型后再利用專用設備對受力處進行旋轉加壓處理，使得被處理位置金屬內部分子排列發生改變，具體的分割面相比起一般鑄造產品呈現密度更高的纖維狀，從而改變整體金屬力學的工藝方法。MAT旋壓技術制造的輪轂的質量、強度、延伸性等特性都已接近于鍛造輪轂，且現對于鍛造輪轂來說，更易生產。總的來說，MAT旋壓技術既可相對保證輪轂制造成本，同時還可使鑄造輪轂打造出與鍛造輪轂相近的重量和強度。只是國內技術不成熟，成本較高，故應用不多。

圖：采用MAT旋壓技術的Enkei Racing Revolution系列RS05RR輪轂