分析高強(qiáng)度鋼制車輪的輕量化研究

王露芬，濮一康

（浙江金固股份有限公司，浙江 杭州 311400）

現(xiàn)如今我國(guó)和世界各國(guó)的汽車行業(yè)都在迅猛發(fā)展，環(huán)保、節(jié)能以及新能源等就是汽車行業(yè)的未來發(fā)展方向。因此，各種汽車企業(yè)就越發(fā)重視研究汽車輕量化。由于汽車在行駛時(shí)，車輪不僅要負(fù)擔(dān)汽車的自重，還要承擔(dān)各種動(dòng)載產(chǎn)生的應(yīng)力。所以，評(píng)判汽車質(zhì)量最重要的指標(biāo)之一就是車輪的質(zhì)量。為了可以使汽車可以更加的環(huán)保、節(jié)能、安全，如何在保證車輪質(zhì)量的情況下，使其重量可以降低，高強(qiáng)度鋼制車輪就是主要的研究方向。

1 車輪輕量化的現(xiàn)狀

現(xiàn)代人們已經(jīng)越來越重視環(huán)保節(jié)能，而汽車行業(yè)為了切合現(xiàn)代人們的理念，就沿著環(huán)保、節(jié)能的方向發(fā)展，如何使汽車可以節(jié)能減排，就成了汽車研發(fā)企業(yè)的主要研究方向，而將汽車的重量減輕，就可以有效的降低汽車的廢氣排放量。有研究資料表明：汽車車身的質(zhì)量每降低10%，就可以降低7%左右的油耗，這樣汽車的整體排放量也會(huì)隨之降低4%左右。而汽車的車輪作為承載其自身重量的主要載件，有著十分重要的作用，所以車輪的輕量化效果要超過其他零部件的150%左右。

2 高強(qiáng)度鋼制車輪制造技術(shù)和設(shè)計(jì)輕量化的具體措施

2.1 車輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輕量化的具體措施

在研究汽車車輪輕量化的過程中，需要將多種學(xué)科的科學(xué)技術(shù)融入其中，要從全局出發(fā)，優(yōu)化車輪輕量化的設(shè)計(jì)，要綜合性和系統(tǒng)性的進(jìn)行分析。我國(guó)在研究?jī)?yōu)化車輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方面，已經(jīng)由傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)如今的應(yīng)用有限元等先進(jìn)的科學(xué)手段進(jìn)行研究，這樣就可以準(zhǔn)確開展車輪的彎曲疲勞計(jì)算和沖擊分析。

隨著車輪開始應(yīng)用高強(qiáng)度鋼，車輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也得到了大幅的優(yōu)化，從而設(shè)計(jì)出了不僅美觀還有著很高強(qiáng)度的輕量化車輪。就以鋼制大通風(fēng)孔式車輪為例，這種車輪不僅成本不高，重量也很輕，在外觀方面也與鋁合金車輪不相上下，這些優(yōu)點(diǎn)十分適合使用在A 級(jí)車上。但是，大通風(fēng)孔式鋼制車輪在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)有著很大的難度，在進(jìn)行實(shí)際的研究時(shí)，需要盡可能的優(yōu)化設(shè)計(jì)其抗疲勞性、剛性以及抗扭化等，必要時(shí)可以犧牲一定的外觀，最大限度的提升其質(zhì)量。而且在設(shè)計(jì)輕量化的車輪結(jié)構(gòu)的過程中，往往需要對(duì)制造工藝以及制造材料等進(jìn)行更新。所以，在開始進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，就要充分考慮設(shè)計(jì)中所需要使用的輕量化技術(shù)以及制造材料，從而可以最大限度的發(fā)揮輕量化的效果，這樣也可以有效減少產(chǎn)品的制造時(shí)間，并且有效降低汽車的研究成本。同樣以鋼制大通風(fēng)孔式車輪為例，就需要設(shè)計(jì)的車輪要有優(yōu)秀的成形性能，很強(qiáng)的擴(kuò)孔性能，很高的抗疲勞性能，良好的焊接性能。通過鈮微合金化，可以使鋼材的擴(kuò)孔率、抗疲勞性能以及焊接性能都獲得大幅的提升，從而使這種車輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)手段得到提升。

2.2 制造技術(shù)輕量化的具體措施

隨著我國(guó)近年來車輪設(shè)備制造企業(yè)積極的研發(fā)相關(guān)技術(shù)，取得了十分顯著的成果。特別是將旋壓生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)鋼輪輪輞與輪輻之中，可以使車輪的重量大幅減輕，相比傳統(tǒng)的制造技術(shù)與制造材料可以減輕車輪20%的重量。

而通過應(yīng)用旋壓生產(chǎn)技術(shù)制造大通風(fēng)孔式鋼制車輪，可以有效的保證車輪的質(zhì)量使其一次成形。并且，我國(guó)的車輪制造企業(yè)也在積極的引進(jìn)有限元仿真分析工具，通過仿真分析的方式研究輪輻的沖壓制造技術(shù)，這樣就可以有效的減少在輪輻成形過程中出現(xiàn)的殘余內(nèi)應(yīng)力，這樣就可以大幅降低因?yàn)闅堄鄡?nèi)應(yīng)力原因所導(dǎo)致的對(duì)車輪使用周期造成的影響。同時(shí)，車輪輕量化對(duì)連接技術(shù)也提出了更高的要求。不管是使用什么樣的方式進(jìn)行焊接，如果輪輞和輪輻的連接發(fā)生問題，那么就很容易造成疲勞失效的問題。所以，這就對(duì)鋼材的連接技術(shù)以及焊接性能有著很高的要求，這就需要不斷的改善我國(guó)的車輪制造技術(shù)。

3 結(jié) 語

總而言之，高強(qiáng)度鋼制車輪是研究汽車車輪輕量化的主要研究方向，可以有效的促進(jìn)我國(guó)汽車行業(yè)的發(fā)展。在進(jìn)行高強(qiáng)度鋼制車輪輕量化設(shè)計(jì)的過程中要充分的考慮車輪的制造成本、制造材料以及制造技術(shù)等，要避免因?yàn)檫^于追求節(jié)能效果導(dǎo)致制造成本增加，制造技術(shù)提升的問題，還要充分的考慮車輪的安全性，保證其質(zhì)量首先就是第一位的。而我國(guó)的車輪輕量化研究相比外國(guó)還有待進(jìn)步，這就需要研究單位可以深耕輕量化研究。