锻造铝合金轮毂(新一代省油武器)

2015年11月18日

一个小小的铝轮圈能减多少重量?23公斤。23公斤对于整车质量而言微不足道,但是对于使用拥有18个轮胎,2个备胎的挂车而言,使用铝轮圈可能会给车辆减重460公斤。

近几年来,由于国际油价的上涨,各国都在发展轻量化卡车,以期减少油耗。因此,铝镁合金越来越多地运用在了卡车上。锻造卡车铝轮圈的重量比铁轮圈轻50%;强度比铁轮圈增加5倍;具有散热快、真圆度高、动平衡好、操纵性好、漂亮美观等优点。因此,美日欧等发达国家越来越多地将卡车铁轮圈换成锻造铝合金轮圈。

 

随之而来的各种工艺铝轮圈应运而生。

一、铝合金轮圈的制造工艺

1、铝合金轮圈的材料

A356是一种铸造铝合金,它是Al-Si-Mg系合金,由于含有大量的Si(含量6.5—7.5%),使A356铝合金具有良好液态流动性和综合的铸造性能。但是,也因此使此类铝合金的冲击性降低。铸造铝合金轮圈就是采用此类铝硅镁合金生产的。

6061合金是一种变形铝合金,也就是通常说的可锻造铝合金,由于对其液态流动性没有要求,而对其固态变形要求比较高,因此,它的Si的含量0.4~0.8%。因此它的抗冲击能力要比A356铸造铝强得多。大多数锻造铝合金轮圈是用6061合金锻压的。

2、铝合金轮圈的生产工艺,可分为铸造、锻造以及介于铸造和锻造之间制造方式。
(1)铝轮圈的铸造工艺
A356铝合金的熔化——除气——浇注——成型——T6热处理——机加工——表面处理等。
重力铸造铝轮圈的工艺,就是将熔化的铝液从模具上的浇口直接浇注到模具中冷却成型。这种铸造方式简单,模具成本低。但是,浇冒口比较大,铝料耗费大;浇注时容易卷进气体和杂质,流量和温度稳定性差,因此,铸造缺陷比较多。在此基础上发展而来的倾斜式重量铸造能够减少这些缺陷。

低压铸造铝轮圈工艺,是在模具下面的铝液保温炉内,通过升液管直接将铝液通过空气压力注入轮圈模型中,原理与气压式热水瓶类似。这样的方式温度和速度稳定,不会将气体和杂质带入模具中,因此,铸造缺陷比较少。由于浇冒口几乎没有,铝料耗费比较少。在此基础上发展出差压铸造和气氛保护铸造能够使铸造缺陷减少到最低程度。

(2)锻造的制造工艺
6061铝合金圆棒——根据毛坯重量切割成段——加热到400度左右——在8000吨以上的锻压机进行3到4次的锻造初步成型——强力旋压机最终冷旋成型——T6热处理——机加工——表面处理等。
通过锻压的铝合金密度高,晶粒细化并且呈出纤维状的组织,其硬度、抗拉强度、屈服强度等机械性能和强度大大提高。同时,避免了铸造铝合金的疏松、气孔、冲击性差的缺陷。因此,同一规格的锻造铝合金轮圈的力学性能要比铸造轮圈的高30%左右,而重量可以做得比后者轻20%左右。

另外,锻造铝轮圈含硅量比铸造铝轮圈少、密度大。因此,锻造铝轮圈导电性和导热都比铸造铝轮圈好。所以,锻造铝轮圈能够通过阳极氧化进行表面完美的着色处理;导热性好更能够减少爆胎和刹车系统的损耗。 

(3)介于铸造和锻造之间工艺
挤压铸造(也叫熔汤锻造),也就是在铸造完毕后在模具中进行加压,使其晶粒细化而密度增加,提高强度减少重量。
铸造加旋压,就是用铸造毛坯通过旋压机拉伸挤压轮圈胎环的部位,使胎环部位晶粒细化而密度增加,增强机械性能减轻重量。
还有国内近年来发明的所谓连铸连锻的技术。
国外还有半凝固锻造,其技术难度和设备要求非常高。
但是,这些铝轮圈的制造都采用的是Al-Si-Mg系合金。他们的机械性能,特别是冲击性能都不能够与锻造铝合金轮圈相比较。


 

二、锻造铝合金轮圈的特点

1.强度高,安全可靠

(1)承载力高

锻造铝合金轮圈的承载能力是普通铁圈的5倍。锻造铝合金轮圈在承受72000公斤变形5厘米,铁圈只承受14000公斤后已变形5厘米,换句话说,锻造铝合金轮圈的强度超越铁圈的5倍。

 

(2)冲击测试以日本轻金属协会测试模拟一辆货车以时超50公里撞向路边石,相当于910公斤的重量从高处跌下撞向轮胎与车轮的标准。通过我们的日本VIA实验室标准测试,在6米高的冲击试验机中,以1000公斤的重量,以自由落体的状态高速冲击的结果:锻造铝合金轮圈经过冲击实验基本没有损坏;而铁轮圈损坏程度非常严重而不能够使用;铸造铝轮圈则完全断裂。


2.重量轻,操纵性好

(1)自身轻        

卡车锻造铝合金轮圈不到23公斤,铁轮圈为46公斤左右。每辆车至少可以减轻161公斤。据世界铝业协会提供的数据,一般情况下汽车每减少10%的重量,其燃油消耗便可降低6%-8%。

(2)提高驾驶的舒适性

由于锻造铝合金轮圈重量轻的特性,安装后行车感觉方向较轻,高速行驶特别平稳;同时,起步快、刹车轻、制动效果好。从而提高了驾驶乐趣。

3.散热快,不宜爆胎
(1)安全性好
对于高速行驶的汽车来说,因轮胎着地摩擦、制动等产生的高温爆胎、制动效能降低等现象屡见不鲜。而铝合金的热传导系数是钢铁的3倍,加上铝合金车轮因其结构的特征,极易将轮胎、车底盘所产生的热量排散在空气中。即使在长途高速行驶或下坡路连续刹车的情况下,亦能使汽车保持适当的温度降低爆胎率。
(2)轮胎磨损降低26%
由于锻造铝合金轮圈的特性,它的平衡值为0,不容易变形,再加上锻造铝合金轮圈特有的空气流动,散温快(正常行驶温度比铁圈低20-30度)对悬挂系统的保护较佳,因此,轮胎在低温状态下磨损大大降低,使每条轮胎多跑3-5万公里不等。

4.圆度高,动平衡佳

(1)真圆度高

锻造铝合金车轮是一体锻造成型后,通过数控车床加工完成,真圆度不到0.1mm,高速行驶不会产生颤抖。而钢轮由钢板卷曲焊接而成,圆度误差在1mm以上。

(2)动平衡佳

锻造铝合金轮圈质地均匀,动平衡在50克以下。而钢轮圈的动平衡大大超过了这个数字。因此,锻造铝合金车轮在行驶过程中更加平稳舒适。

5.一体成型,漂亮美观

由于铝合金轮圈是一体成型,表面光滑且易于处理。经过镜面车削的表面具有铝合金特有的漂亮的金属质感;若通过涂装、抛光、电镀、阳极氧化,可使铝合金轮圈更具有高贵的风范和气质。

 

汽车轻量化实质上就是零部件轻量化。采用锻造铝合金车轮,可以很大程度减轻车的自重。比如,一辆拖挂40吨的重卡和半挂车运输系统,一共有22个车轮,加上前后备胎共有24个。以目前我们经常用的钢质车轮计算,如果换成锻造铝合金车轮,重量可减轻近600kg。不仅如此,由于铝合金材料具有散热好和防止轮胎橡胶老化的特点,装上锻造铝合金车轮的卡车、客车、挂车可节省26%的轮胎消耗。由此可见,节能减排的效果多么明显。

 

来源:济南中重联物资有限公司

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