袁水俊

摘 要：随着新一轮汽车科技工业革命和汽车产业结构变革的发展浪潮正在迅速席卷整个全球，汽车行业新一代材料、新工程技术广泛应用，新模式、新服务业态不断涌现，为了有效应对这种新发展浪潮，各大型汽车部件制造商和企业分别提出了产品轻量化、智能化、网络化、共享自动化等五大发展战略方向，其中，轻量化发展是不断改善现代汽车动力燃料利用经济性的一个有效途径。而车轮作为现代汽车非常重要的汽车零部件之一，不但要求外形美观，还要努力实现产品轻量化，保证工作可靠性。目前我国汽车铝合金车轮制造产业的经济发展只有十几年的发展历史，是一个新兴的大型汽车专用零部件制造产业，但发展迅猛。这种车轮是由一个轮辋和各种形状的轮辐部件组成，介于汽车车轮和传动车轴之间，是能够承受汽车负荷的一种旋转传动组件。车轮产业是现代汽车当中的一个重要的零部件，不但直接影响着我国汽车的驾驶安全性和运动操控性，同时也对我国汽车的安全节能、环保发展具有重要的战略影响。

关键词：铝合金车轮 生产技术 现状 发展

车轮作为汽车整车行驶部分的主要承载件，是左右整车性能最重要的安全部件。它不仅要承受静态时车辆本身垂直方向的自重载荷，更需要经受车辆行驶中来自各个方向因起动、制动、转弯、石块冲击、路面凹凸不平等各种动态载荷所产生的不规则应力的考验。作为汽车最为重要的部件之一，车轮可以说是衡量整车质量和档次的最主要象征之一。

1 汽车车轮生产技术的现状

1.1 车轮的材料类别

随着经济的发展，材料工艺也在不断进步，目前市场上车轮使用的材料主要有：钢圈、铝合金车轮、镁合金车轮、碳纤维等。

1.1.1 钢轮：钢轮主要材料为合金钢，分体式轮辐和轮辋，采用拼接、焊接、挤压等工序进行装配，

1.1.2 铝合金车轮：采用牌号A356的铸造铝合金或者牌号为6061的锻造铝合金车轮，铝合金材料工艺可塑性强，外观花样多，加工精度高，消费者使用起来有很强的观赏性和舒适性。

1.1.3 镁合金车轮：以镁为主要元素的合金材料，但是镁合金还未能像铝合金那样广泛用于车轮市场，主要原因是镁极易氧化，目前的工艺设备能力来说，熔炼、铸造、机加工、涂装等既有环保、安全问题，又涉及资金投入高，短期生产成本难以下降的难题。目前仅有少量产品在市场上使用。

1.1.4 碳纤维：已成功应用于在车轮行业，但造价昂贵，非要一般消费者可以承受，受制于价格，目前市场应用较少。

1.2 车轮的制造工艺

1.2.1 成型工艺

1.2.1.1 钢轮：主要是通过轧辊、冲压成型轮辐和轮辋，采用拼接、焊接、挤压等工序进行装配，这种工艺生产难度低，经济性好，抗承载，耐用，但是外观简单，重量较重，油耗高，主要应用于农用车、卡车等市场。

1.2.1.2 铸造铝合金车轮：主要重力铸造和低压铸造两大类。

重力铸造：采用人工或机械手从保温炉将铝水浇注至重力模具，浇注过程中铝液依靠重力流动充满模具型腔，采用水雾或空气冷却的方式，使浇注成型的毛坯能满足产品的后期使用性能。这种工艺设备投资小、自动化程度低、材料利用率低下，一般作为常规低压铸造工艺的补充。因其铸造特性轮辋部位漏气率较高，近年来随着旋压技术的发展，现在又开发出重力+旋压工艺，针对漏气率高的特殊轮型，采用重力铸造轮辐旋压轮辋的方式改善轮辋漏气，取得较好的改善。旋压工艺即提高合格率又降低了輪辋的壁厚，起到了轻量化左右。

低压铸造：主要依靠低压机设备将保温炉内的铝水通过升液、升压、保压、泄压等一些工序后充满模具型腔完成铸造成型，再通过水雾或空气冷却的方式以实现顺序凝固，从而获得性能相当的铝合金车轮铸坯。这种压铸工艺目前工艺成熟、自动化程度高、毛坯利用率高，可以较好的保障毛坯质量的一致性，是车轮行业的主流工艺。

铸造+旋压工艺：是铸造轮辐，旋压轮辋。铸旋工艺毛坯的轮辐与普通铸造毛坯的轮辐一样，但轮辋不一样，轮辋部位在开模时，需要根据旋压量计算轮辋毛坯的厚度与高度。旋压前的工艺流程如下：铸造毛坯→预车毛坯→预热毛坯→毛坯局部冷却→旋压机机械手联动作业→尺寸检查→热处理→机加工。铸造困的工艺为铸造→热处理→机加工。两者相比，虽然铸旋工艺铸造毛坯的后续工序较普通低压铸造多，但由于轮辋部分是通过旋压工序完成，旋压后的轮辋，在同等强度的情况下比普通铸造产品的轮辋壁厚更薄，产品更轻，同时旋压也解决了铸造轮的轮辋疏松、漏气问题，提高了成品的合格率，达到一定数量的订单，价格上竞争优势明显，因为目前技术成熟，随着轻量化的需求增多，铸造+旋压已广泛应用于汽车厂配套，通过旋压工艺，提升产品的轻量化水平，降低了汽车的能耗。

1.2.1.3 锻造工艺：主要有整体锻造工艺、锻旋工艺、两片式锻造工艺。

整体锻造工艺：锻坯采用加工中心将轮辐加工成所需的形状，轮辋采用车床加工，最后进行涂装工序完成产品的制作。

锻造+旋压工艺：锻坯采用加工中心将轮辐加工成所需的形状，轮辋预留毛坯余量采用旋压工艺加工成形，再经过车床加工，最后完成涂装等工序的成品制作。相对于整体锻造工艺，锻旋毛坯的材料利用率较整体锻要高一些，因为涉及旋压机，对企业及设备的要求也高。

两片式锻造轮工艺：采用锻造轮辐+铸造轮辋工艺，轮辐与轮辋采用螺钉连接，采用这种工艺生产的车轮，因为仅轮辐部位使用锻坯，生产成本较低，和常规的锻造轮价格相比，市场优势明显。

对于锻造轮总体而言，只有一个字“贵”，但由于锻坯锻打后加工成型，避免了铸造因顺序凝固而无法克服的缩松、渣孔等缺陷，材料组织更加致密，材料力学性能比铸造轮要高很多。锻打产品内部材料力学性能能保持一致性，铸造产品是凝固顺序不一，不同部位力学性能差别很大。

2 机加工的主要流程

主流市场的铝、镁合金车轮毛坯成型后，主要以数控机床等一些精密设备来完成毛坯的机械加工成型及相应的精密尺寸保证。

以铸造铝合金车轮为例主要加工流程为：铸造毛坯→一序加工→二序加工→PCD加工、气嘴加工→气密→下转；

一序加工：以毛坯的正面轮缘为基准，采用夹具装夹固定，用机床完成毛坯加工，主要加工车轮的后轮缘，背面轮辐、中心孔。

二序加工：以一序加工后的轮缘为基准，采用夹具装夹固定，用机床完成毛坯加工，主要加工车轮的正面轮缘，正面轮辐、装饰盖部位。

采用这种一二序加工的工艺，中心孔、轮辋等车轮装配部位全部由精密机床加工，有效的保障车轮端径跳，提升了车辆在使用过程中的舒适性。

PCD、气嘴加工：主要采用加工中心完成，根据中心孔采用相应的夹套装配后进行PCD的加工及气嘴孔加工，采用工装固定一次装夹加工，有效的保障了中心孔与PCD之间的位置度，并提升工作效率。

气密：主要以水密或氦检的方式进行气密性检查，100%检测确认车轮加工后是否有漏气。

水密主要以目视方法，采用工装密封上下轮缘，在压力≥0.4Mpa下，维持30秒以上确认轮辋是否漏气。

氦检以机器为主，采用工装，罩住车轮，在0.3MPa检测压力，内部真空度≤20Pa下保压3s，氦气泄漏率≤3.2X10-4m bar L/s为合格。这种检测方式自动化程度高，未来的主流检测方式

3 涂装花色工艺

随着社会发展进入新时代，消费者对车轮的需求方向也在发生变化，逐步由实用性向观赏性转变，对生产工艺也提出了更高的要求。涂装花色已由早年的全涂装到如今的亮面、抛光、电镀、铣加工等状态。铝合金车轮，由于其可塑性强，非常适宜于满足消费者的需求。

针对这些新花色状态，我们简单的进行阐述其工艺流程：

全涂装轮：目前90%的普通乘用车均使用此状态，机加转涂装喷粉喷漆即可，因工艺简单、合格率高、价格便宜，车企的主流采购状态。

亮面轮：在全涂装工艺的基础上增加表面车削工艺，由于亮面后会暴露针孔等缺陷，产品的成本较全涂装状态略高，主要应用于一些中高级车型。

抛光轮：机加毛坯发抛光厂对表面进行抛光处理、清洗即可，由于不适用涂料，相对环保，在欧美地区作为电镀轮的替代品。

电镀轮：机加毛坯抛光处理后再进行电镀的相关工序即可，这种产品因为价格高，上档次，主要欧美国家改装时使用。

铣加工轮：在市场竞争激烈的今天，现有的涂装、亮面已经无法满足个性化需求，车轮设计人员创造性的将铣加工运用到车轮涂装表面。采用铣刀在车面表面加工成各式花纹，提升产品的卖点。这种工艺的变化，丰富了外观，提升了产品的利润。常规的集中状态有涂装+铣加工状态、亮面+铣加工状态、涂装+铣加工+电泳等

4 铝合金车轮的应用

4.1 乘用车

铝合金车轮由于在生产过程中采用数控机床加工，很好的保证了精度，使得汽车在正常行驶过程中，稳固把握汽车驾驶重点，防止整体车身在正常行驶过程中产生过大的抖动。传统钢轮由于加工工艺的局限性，汽车行驶中振动振摆性能非常强，从车轮振动振摆幅度大小方面进行分析，通过铝合金车轮直接代替钢轮，可以轻松实现轮毂振动振摆幅度最大降低12%的振动效果。同时，在整体平衡性性能方面，钢轮在实际生产使用过程中往往需要经过多个钢的轧制加工环节，其中主要包括冷高温轧钢、热轧钢以及旋压钢的焊接等，致使传统钢制汽车轮毂在其整体上的平衡性受到大大降低，当汽车正常行驶的加速度比较高时，汽车容易就会出现产生振动等不良现象，致使汽车驾驶人员行车安全性与汽车驾驶舒适性的感受都收到很大影响，而铝合金车轮由于各种生产工艺技术水平都比较高，各项性能参数精准，使其在整体平衡性性能方面整体表现良好，能大大程度提升汽车中的驾驶人员性能、安全性与舒适性。

4.2 商用車

近年来，铝合金大巴轮在国内市场遍地开花，采用铝合金车轮替代钢轮来达到轻量化，效果明显，铝合金车轮在节能的基础上，还有良好的散热效果，行驶过程中汽车通过制动盘把热量传递给铝合金车轮，车轮通过风孔在行驶中快速散热，有效提升了制动性能和安全性。可以说材料特性的变化让商用车本体导热表现更为不凡。考虑到国内商用车使用现状和铸造车轮的稳定性，目前商用车主要用锻造铝合金车轮，而铸造铝合金车轮主要运用于商用车的售后市场，由车主自行改装，还有部分用于一些小型特种车辆企业。目前商用车使用铝合金车轮还处于起步阶段，未来市场前景很大。

4.3 新能源汽车

从以上优缺点进行对比，我们可以明显看出铝合金车轮具有最直接的一个优点，那就是“重量轻”。自身重量越重则其车辆连续行驶的时间耗能就相对越高，反之自身重量越轻车辆耗能就越少，对于纯电动汽车来说，耗能重量越少则其车辆的平均续航行驶里程就会越长。在目前新能源续航焦虑的大背景下，铝合金车轮将是新能源汽车的标配，只有材料的轻量化才能提升产品竞争力。采用低压铸造+旋压技术能更好的降低产品的重量，旋压技术的轮辋更薄，将使车轮在长时间行驶过程中具有更好的散热效果，更安全的制定性能。车辆中的刹车和轮鼓及其他部分车轮不易受到发生过度老化，增加车辆使用寿命，降低汽车发生爆胎的事故概率。

5 结束语

铝合金车轮因为近几十年的发展，工艺成熟，配套齐全，投入多，见效也快的产品。但同时还要面临诸多挑战，人力成本大幅提升，招工难、资金占用大等特点还困扰着众多企业。只有、采用新工艺、提高自动化水平、持续降低成本，通过质量控制体系，使自身与主机厂协调发展，才能适应市场变化和产业结构调整，才能提高劳动效率、满足主机厂和售后市场需求。

随着工业4.0对制造成本的降本增效，新能源车的发展，铝合金车轮在汽车工业和汽车轻量化进程中也将扮演越来越重要的角色。

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