鋁合金車輪企業設計開發能力提升淺談

摘要：隨著鋁合金車輪制造企業的不斷發展，其對鋁合金設計開發要求也越來越高。本文通過廣泛的調研，匯集了大量有關鋁合金車輪行業的資料，歸納了鋁合金車輪的全球占有量，闡述了如何將鋁合金車輪設計開發進行有效管理，穩固提升設計技術實力，以增強其國際競爭力，并對鋁合金車輪的發展前景進行了展望。，并對鋁合金車輪設計開發進行有效管理，穩固提升設計技術實力，以增強其國際競爭力，是當前許多鋁合金制造企業關注的重要課題。

關鍵詞：車輪企業；設計開發；淺談

鋁合金車輪作為一個汽車零部件，其開發生產流程也是經過產品設計，模具設計，樣件開發，試驗，小批量試生產，生產過程審核認可，批量生產等幾個階段。當前絕大部分的鋁合金車輪采用典型低壓鑄造成型工藝制造出毛坯，經過熱處理后再進行機加工，最后進行油漆涂裝出成品。鋁合金車輪的設計開發主要包括概念設計，車輪外觀設計，車輪結構設計，強度可靠性校核，車輪加工方案及涂裝方案設計等幾個方面。

穩固提升鋁合金車輪企業設計開發實力，可以從以下幾方面入手。

一、概念設計及外觀設計

概念設計與外觀設計均與藝術靈感關系密切，但也需要一定的工程實踐基礎。因此提升此方面的實力水平主要應從激發設計者設計靈感和提高設計者工程實踐能力入手。由于從事概念設計及外觀設計者往來工程實踐方面是短板，所以作為鋁合金車輪制造企業，充實藝術設計者的工程實踐基礎無疑是重要的。但其中也存在一個限度的問題，因為工程實踐往往是以已有的實踐為背景，以現實的情況為邊界條件，這些會對新的靈感和新的方案的產生設定障礙而阻斷了新的更優或突破性方案的出現。因此對于靈感激發和工程實際二者之間的比重，不同定位不同規模的企業側重不同。對于較大型企業而言，由于生產設施，生產工藝較先進，也有自身不斷改造升級的實力，企業定位相對較高，所以應以激發設計靈感為主，從而可以獲得更多富有創造性的概念設計和更出眾的外觀設計，以促進企業自身的領先地位。相對而言，規模較小的企業，由于企業實際條件所限，只能側重于工程實踐。

二、車輪結構設計

車輪結構設計屬于機械設計。車輪結構設計首要的是滿足功能需求，主要包括滿足強度可靠性要求，裝配使用要求。同時，車輪結構應適合現場生產制造工藝要求。首先，鋁合金車輪強度可靠性要求，目前已有成熟的成套臺架試驗ISO標準和各區域及國家標準。并且，各主流汽車制造廠商均有各自的一套通常更嚴格的強度及可靠性試驗標準。其次，裝配使用要求，多數汽車制造商均有相應設計規范要求。再次，雖然目前對于鋁合金車輪而言其現場生產造流程基本相似，但各車輪制造商工藝水平，管理水平相差較大，即使水平較高的企業其對鋁合金車輪的結構也有諸多限定。最后，輪輞結構有相應的設計手冊標準要求且國家地區不同設計手冊標準也不同，我國輪輞標準為GB/T3487-2005，結構設計中輪輞部分需按照相應標準設計，而且外觀設計已完成并確定，此時只能按已有外觀進行結構設計。

綜上，在車輪結構設計階段，由于各種條件的限制，設計者擁有的設計自主空間很小，在此條件下設計出滿足各項要求的結構，是有一定挑戰性的?；诖?，提升車輪結構設計水平應從以下幾個方面入手。

（一）強度可靠性標準學習和深入理解。鋁合金車輪作為涉及安全的汽車零部件，其結構應當滿足強度可靠性等安全性要求是基本要求。目前鋁合金車輪的強度可靠性檢驗，除了裝車路試之外，主要是通過各種強度和可靠性試驗來檢測。而這些試驗是依據相應的標準進行和判定的，因此，作為鋁合金車輪結構設計者，必須學習掌握相關的強度可靠性標準。在這些標準中，以可靠性標準更為關鍵?？煽啃栽囼炛饕悄M車輪在車輛長期行駛中的可靠性，以疲勞試驗為主?？煽啃詷藴手械脑囼炓缶醋攒囕喸谄囆旭傊械膶嶋H工況。該試驗通俗的講是將彎曲疲勞試驗和徑向疲勞試驗綜合在一起，對車輪提出了更高的要求，而且不同汽車制造商其試驗要求往往差異很大，對于所涉及到的廠家，需要有針對性深入學習。

（二）現有生產制造工藝了解和掌握。雖然在概念與外觀設計階段已形成了部分結構的不可更改性，但在結構設計階段還是可以進行進一步的優化，特別是滿足現場制造工藝方面，需要在結構設計階段對其完善。這就需要結構設計者熟悉其所在企業現場制造工藝實際，并擁有根據實際要求完善結構的能力。首先要了解基本的制造工藝常識，主要包括低壓鑄造，熱處理，機加工和涂裝等工藝常識。在此基礎上，側重于熟悉本企業的工藝優勢和工藝短板，進而在結構設計中盡可能揚長避短，使所設計的車輪結構更適合本企業現場工藝。

（三）車輪設計標準理解和靈活掌握。車輪在設計進需要依據相關的標準或設計手冊進行，不同的國家和地區使用的車輪標準也不同。目前世界上主流的車輪設計標準除了ISO標準外，主要有歐洲ETRTO標準，美國TRA標準，日本JATMA標準。我國車輪標準主要是GB/T3487-2005標準。這些標準總體上是大同小異，不同區域的汽車制造商要求采用相應的車輪設計標準。對于這些設計標準，首先要熟悉，可以依照這些標準進行設計。進一步要了解這些標準中對結構尺寸要求的目的和原因，諸如安全性考慮和裝配便宜以及互換性考慮等等。以此為基礎，才能結合企業自身條件，靈活調整結構設計，而使得車輪結構既滿足標準要求，又滿足企業現場制造實際。同時，隨著對標準的理解，設計者對車輪結構設計的認知無疑會更加深刻，從而其設計能力會有質的提升。

（四）結構設計與外觀設計的協調。如前所述，在結構設計階段，外觀設計已完成。結構設計需要與外觀協調一致，因此結構設計者也應具有一定的美學素養。保證結構設計者和外觀的風格，使二者達到協調，這就要求結構設計者具有相當的藝術創造力。

三、強度可靠性校核

隨著計算機應用的普及和深入，傳統意義上的強度可靠性校核計算，大部分已由計算機來完成。特別是有限元分析方法與計算機相結合，使得結構強度和壽命可靠性預估的速度和準確性大大提升，完全可以滿足車輪結構設計強度可靠性校核的需要。而且，商用有限元軟件不斷的發展，常見的結構設計需要的強度問題基本都可以由其實現。利用商用有限元軟件，使得強度可靠性校核的門檻越來越低，整個強度可靠性校核只是一個軟件操作的過程。這也為更多的中小車輪制造企業可以擁有自己企業車輪設計研發能力提供可能。當然，利用軟件進行強度可靠性校核也存在人為因素。強度可靠性校核在目前的背景下，必須以不斷發展的相關理論為基礎，同時要求跟進計算機水平的提高，這樣才能更準確的把握車輪結構的強度和可靠性結果。

四、機加工方案及涂裝方案

鋁合金車輪經過鑄造成鑄造毛坯，需要經過機加工（機加前有熱處理）和涂裝后才是最終成品。這兩個方面是車輪設計面向制造設計的一部分。目前，批量生產的鋁合金車輪機加工以先車加工回旋面后鉆孔為主，主要涉有車加工和鉆孔加工兩種方式。這些加工方式上的限制，車輪在設計中必加以考慮，也即設計出的車輪如果需要機加工，批量生產只能用此兩種方式來實現。另一方面的涂裝方案，是實現車輪靚麗外觀的必備手段，涂裝也有多種限制，如因為涂裝工藝多數為靜電吸浮，過小的拐角會有屏蔽，使得拐角處無法實現涂裝，必須盡量避免。

五、結束語

綜上，鋁合金車車輪的設計能力水平的提升，可從以上四個方面入手，提高設計者的綜合設計能力，進而提升企業整體的設計水平，增強企業的核心競爭力。