铝合金轮毂制造汇编.docx

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铝合金轮毂制造汇编

课程设计说明书

铝合金轮毂制造

目录

1铝合金车轮概述………………………………………………2

1.1车轮的工作状态

1.2车轮材料

1.3铝合金车轮的特点

1.4铝合金轮毂的生产和发展趋势

2铝合金熔炼……………………………………………………4

2.1概述

2.2熔炼用的原材料

2.3A356合金熔炼工艺

3铝合金车轮成型工艺…………………………………………9

3.1铸造法

3.2锻造法

3.3半固态模锻工艺

4铸造铝合金热处理…………………………………………14

4.1铸造铝合金热处理的目的和种类

4.2铸造铝合金热处理的特点和原理

5总结……………………………………………………………16

6参考文献……………………………………………………16

铝合金轮毂制造

摘要：

时下铝合金是实现汽车轻量化的重要措施之一，本文介绍了车轮用材料铝合金的熔炼技术，成型工艺以及接下来的热处理工艺

关键词：

铝合金轮毂熔炼成型工艺

1铝合金车轮概述

1.1车轮的工作状态

无论是汽车还是摩托车，作为整车行驶部分的主要承载件——车轮，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自各个方向因启动、制动、转弯、石块冲击、路面凹凸不同等各种动态载荷所产生的不规则应力之考验。

不仅如此，作为旋转体的车轮，它的轴向跳动和径向跳动精度，又直接影响到整车行驶中的平稳性、抓地性、制动性等行驶性能。

说“车轮的优劣是制衡整车质量和档次的主要象征之一”，绝非言过其实。

1.2车轮材料

至今，车轮用的材料有钢材和轻合金两大类。

前者是用合金钢板材通过轧辊和冲压制成轮辋、轮辐的坯料，再经铆接、点焊、二氧化碳电弧焊、挤压等工序装配组合而成。

这类轮毂由于很适宜大批量生产，经济性好，作为传统性轧制车轮在汽车、摩托车市场中占领着很大的市场本文主要阐述的是近年来新兴起的轻合金车轮。

镁和铝是最适宜制造车轮的理想轻合金材料，它有着传统钢车轮所无法比拟的许多有点，更能适应整车高速化、节能化、现代化高档次发展的需要。

尤其是镁合金有着极高的比强度、疲劳强度和比弹性模量。

是极为理想的车轮制造材料。

使用镁合金制造的车轮具有极佳的减震性能。

但是由于镁合金极易氧化的特点。

及其生产成本的原因，使得镁合金没有像铝合金那么广泛用于市场。

本文所讲述的轻合金是以实现产业化的铝合金而言的。

铝合金的力学性能虽然比不上钢材，但通过结构、壁厚、选材、热处理、抛丸等强化措施来提高材质和产品本身性能，完全可以满足整车对安全的要求，而且还具有钢车轮无法比拟的许多优点

1.3铝合金车轮的特点

⑴散热快:

轿车在高速行驶时,轮胎与地面摩擦会产生较高的温度,制动盘和制动片摩擦也会产生较高的温度,在这样的高温作用下,轮胎和制动片均会老化和加速磨损,制动效率下降,轮胎气压升高,爆胎和刹车失灵的事故就有可能发生。

摄氏20度时,铝合金的导热系数为钢的3倍,铝合金轮毂可以更快地降低因制动（刹车皮与刹车盘之间的摩擦产生的热量）和与路面摩擦而产生的轮胎温度,将轮胎和制动盘上产生的热量迅速传导到空气中去,即便在长时间行车中连续刹车的情况下也能使车轮系统保持适当的温度。

避免了轮子在高速运转下产生如爆胎等种种弊病。

⑵重量轻:

铝材密度比钢材小,铝合金轮毂比同尺寸的钢轮毂轻,平均每只铝合金轮毂比钢质轮毂要轻2公斤左右,由于轮毂重量轻,转动惯量小,汽车的加速性能得到提高,煞车性能同样得到提高,提升车子加速能力之余更可降低油耗。

一辆轿车以5只车轮（包括一只后备车轮）计算可减轻重量10公斤。

根据日本实验,汽车重量每减轻1公斤,一年可节省12公升汽油,在同等耗油量下,可多跑600～800米。

引擎产生动能,传动到轮胎时需克服的负荷是力矩,力矩=重量×距离的平方,所以重量只差2公斤,但力矩差却相当大。

由于铝合金轮毂的重量轻,减少了四轮的转动惯性,使汽车的加速性能提高了,并相对减少了制动的能量需求,从而减少了油耗。

美国汽车工程师学会发表的一篇研究报告指出,铝合金轮毂虽然比一般钢轮毂昂贵,但每辆汽车跑到2万公里时,其所节省的燃料费便足以抵回成本。

轻轮毂的旋转惯性较钢制重轮毂小得多,所以装上铝合金轮毂可令汽车的加速、刹车、转弯都更加灵敏,就像脱去笨重的皮鞋改穿充气的超轻跑步鞋跑步一样。

根据知名轮毂厂OZ做的一个测试:

使用大众高尔夫R32在215公里长的赛道上进行对比测试。

结果表明使用OZ轮毂（8144kg/只）与使用普通的轮毂（11197kg/只）相比,圈速快01773秒,6圈快317秒。

这无疑是取胜的最大把握。

在干路加速测试中,使用OZ轮毂0～200km/h的成绩快了0154秒,这个加速快的表现主要集中在100～200km/h。

减轻重量就是节省燃料,对于千方百计追求轿车轻量化的汽车设计师来讲,使用铝合金轮毂是实现目标的一种手段。

⑶强度大:

强度大与重量轻是联系在一起的,确切地说,应该是比强度大。

即同样重量,铝合金轮毂要坚固耐用得多;同样强度,铝合金轮毂要轻得多。

铝合金轮毂耐冲击力、抗张力及热力等各项强度较钢毂有过之而无不及,铝合金轮毂的高硬度明显地减小了转弯时轮毂的变形。

这对于安装了高性能轮胎的车子尤为重要。

因此,其在国防工业、航空工业扮演了极其重要的角色。

⑷舒适性好:

铝合金车毂是精密的铸造件,精加工表面达80～90%,失圆度和不平衡度很小,特别是铝合金的弹性模数较小,抗振性好,能减少行驶中的车身振动。

铝合金轮毂具有吸收振动和反弹力量的金属特性。

轻轮毂还可提升颠簸路面行车的舒适性,因为车身的平稳性很大程度上取决于簧载质量（指弹簧支持的整个车身重量）与非簧载质量（即指车轮、制动器和摇臂等不靠弹簧支持的部件重量）的比值。

在不平路面上行驶时,悬挂系统以下的部件弹跳较小,轮胎的抓地性能大大提高,转向也因而更为精确。

铝合金轮毂能有效减低汽车的非簧载质量,令汽车的悬架系统能更轻松地控制车轮在不平路面上的跳动,簧载质量与非簧载质量的比值相差越大,越是提高了整车的舒适性和操纵性。

1.4铝合金轮毂的生产和发展趋势

1.4.1国外铝合金汽车轮毂生产

国外在20世纪20年代就开始用砂模铸造铝合金汽车轮毂,1958年有了整体的铝合金车轮,并在赛车上得到了应用。

二战以后,铝合金车轮开始用于普通轿车,20世纪70年代得到了快速发展。

北美1987年轻型车的铝合金车轮装车率只占到19%,到2001年已经迅速增加到了60%以上,欧洲超过了50%,日本约45%左右。

铝合金汽车轮毂是一种材料密集型、劳动力密集型的低附加值的产品,再加上铝铸造是一个有污染、耗能高、工人劳动条件差的行业。

因而,目前欧美等工业发达国家对铸造铝合金汽车轮毂已经不感兴趣,铝合金汽车轮毂产业已逐步向第三世界国家转移。

欧美等国家纷纷关闭自己非常好的铝合金汽车轮毂厂,或者转向用锻造、旋压等先进工艺开发大直径、高强度的铝合金汽车轮毂。

对于直径较小、用于中小型车辆的铝合金汽车轮毂,往往是直接外买产品。

1.4.2国内铝合金汽车轮毂生产

国内于20世纪80年代中期开始涉足研制、生产和推广使用铝合金汽车轮毂,90年代进入发展期。

1988年戴卡轮毂制造有限公司建厂,1990年广东南海中南铝合金轮毂厂投产,1991年昆山六丰机械工业有限公司建厂,以后又陆续建成了不少铝合金汽车轮毂制造厂。

目前,国内有铝合金汽车轮毂制造厂40余家,主要分布在江苏、浙江、广东、福建、山东、河南、河北、吉林等地,年产能超过2500万件。

表1列出了国内铝合金汽车轮毂部分生产厂及产能[3]。

2002年至今,由于中国汽车制造业的快速发展,跨国公司纷纷在中国投资设厂,或加入中国的铝合金汽车轮毂的采购,中国铝合金汽车轮毂产业出现了强劲的增长势头。

据统计,2003年中国生产铝合金汽车轮毂2300万只,出口1200万只2004年生产铝合金汽车轮毂2500万只,出口1400万只。

国内制造铝合金汽车轮毂主要采用成本较低的低压铸造工艺,约占全部产量的80%;其次采用最简单的重力铸造工艺,占全部产量不足20%;已有少数厂家采用挤压铸造工艺,在质量品质上取得了良好的效果。

在铝轮毂表面的加工方面,一般采用数控机床、高精度自动化柔性加工系统;在表面涂装方面,采用自动化涂装工艺、喷粉涂装工艺渐有替代喷漆之势少数企业还采用先进的真空电镀涂装工艺。

表1　国内铝合金轮毂部分生产厂家及产能

1.4.3铝合金汽车轮毂产业的发展趋势

为了满足人们对汽车更安全、更节能、更环保的严格要求,铝合金汽车轮毂正在向大直径、高强度、更美观的方向发展。

据有关专家分析预测,18英寸直径的铝合金轮毂将会成为现代轿车的标准配置,甚至有的车轮生商目前已着手安排22、24英寸直径铝合金轮毂的生产线,以期尽快满足市场的新需求。

因为人们都看准了,大直径车轮与地面接触面积更大,从而增加了汽车与路面的附着力和摩擦力,使汽车的操纵性能更好,可以提高汽车的安全性,而且大直径车轮比小直径车轮,显得更现代、霸气和豪华。

为适应对铝合金汽车轮毂不断提高的要求,制造技术也在不断发展:

①越来越多的厂家采用锻造工艺,因为采用锻造工艺制造的铝合金汽车轮毂,其力学性能比同规格的铸造轮毂提高18%以上;②旋压技术,是在热锻制坯之后进行旋压成型,可以提高制造精度和机械性能,机械加工余量大大减少,此工艺在国外,已发展成为成熟技术;③液态锻造和半固态锻造,在国外也已是成熟技术,特别是对于大规格轻量化的铝合金汽车轮毂,有必要采用此工艺。

因为这种工艺不仅可以提高铝合金汽车轮毂的力学性能,还可以大幅度减轻重量。

锻造的铝合金车轮主要应用在大中型客货车上,特别是豪华型客车上应用较多,目前也已开始应用到轿车上,相信不久中国有实力的铝合金轮毂制造厂家将会涉足。

铝合金汽车轮毂市场前景广阔,看得出是易于组织生产、见效也快的产品,然而也面对巨大挑战。

现有铝合金汽车轮毂厂家不仅要大幅度提高生产规模,一般企业最小规模不低于年产120万只,只有大的产量规模,才能支撑其不断提高竞争力,还要不断采用新工艺、持续提高产品质量降低生产成本,并适应市场变化和产业结构调整,与整车厂协调发展,这就绝非易事。

所以,目前铝合金汽车轮毂产业要十分警惕新一轮投资热所带来的风险,避免盲投资扩大生产规模,以免造成不可挽回的损失。

2铝合金熔炼

2.1概述

众所周知，铝合金对熔化条件极为敏感。

熔融后，过热与保温的温度和时间同铝液质量的关系极大。

熔化过程中气氛不适时，也会导致大量吸气和熔渣生成。

例如，在氧化气氛中熔炼，金属烧损过度，铝液申形成大量熔渣，有可能污染金属液;在还原气氛中熔化时，将导致铝液吸氢，铝液浇注凝固后，造成铸件疏松和气孔缺陷。

因此，两种气氛均不合适，而还原气氛尤其有害。

最好是在中性气氛中熔炼。

熔炼中成分的控制也很重要。

因为铝合金的力学和物理性能与合金成分有关，同时，合金成分也影响铸造和加工工艺。

在冶炼过程中，Fe、Cr、Mn元素可以化合成复杂的生成物，而这种化合物的硬度高，熔点也高，通常沉积在铝液下部，形成熔渣，这种熔渣是铸件硬质点的来源之一，其危害是在加工中损坏复杂昂贵的刀具并造成大批工件尺寸误差。

为了防止这种硬质点的生成，应当根据熔化条件（保温条件）计算熔渣系数。

国内外工厂生产经验证实并采用的计算公式如下:

即熔渣系数不超过1·75%时，可预防熔渣生成。

2.2熔炼用的原材料

2.2.1A356合金锭和各合金元素的作用

生产铝合金车轮各工厂采购进来的A356合金锭称作?

A356.2，熔炼过程中的合金称A356.1，产品的合金称A356.0。

三者成分差别在表2中列出。

表2A356系合金化学成份

※添加微量元素Sr可以改变针状Si的形态并细化晶粒的长期效果，从而改善合金机械性能，但由于它具有吸湿性，所以特殊情况下也有不用Sr，而加入锑（Sb）的，其A356.1的加入量为0.10-0.20；A356.0的加入量为0.08-0.18。

A356