我國鋁車輪鍛造技術及成形裝備的發(fā)展

文/李建，孫惠學·秦皇島燕大現代集成制造技術開發(fā)有限公司王利梅·秦皇島戴卡興龍輪轂有限公司

近年來“節(jié)能環(huán)保”已經成為人們廣泛關注的話題，尤其是在汽車行業(yè)中，汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%～8%，而在零部件中，由于車輪屬于“簧下質量”，因此車輪的輕量化對整車輕量化的意義重大。相比傳統(tǒng)鋁合金鑄造車輪，鍛造鋁合金車輪不僅性能顯著提高，而且可以達到減重15%的效果。中信戴卡公司于21世紀初首次引入德國鋁車輪鍛造技術，經歷了多年的發(fā)展，針對不同的目標產品，國內已經延伸出了多種成形新工藝，而生產線配套成形裝備的國產化問題也陸續(xù)得到了解決。

工藝介紹

目前我國鋁合金輪轂主要的鍛造工藝大致分為五種，分別為：萬能五步成形工藝、直鍛旋壓復合工藝、短流程工藝、純直鍛法以及液態(tài)模鍛工藝，下面對上述五項工藝逐一進行介紹。

萬能五步成形工藝

萬能五步成形工藝是采用輾鍛機+2臺模鍛液壓機+擴口機+旋壓機的五步成形工藝，生產線特點是既可以做帶窗口的轎車輪，即輪輻鍛出花型（不必后續(xù)銑加工），又可以采用其中的4或3步生產卡車和客車車輪，工藝流程如圖1所示。

萬能五步成形工藝的生產線投資相對較大，但是生產效率高，可達年產50萬只轎車輪或40萬只大巴輪，適合于OEM方式供貨，國內采用該工藝的典型廠家有中信戴卡公司、秦皇島戴卡興龍輪轂有限公司、浙江萬豐奧威有限公司，圖2為采用萬能五步工藝生產轎車車輪的中間毛坯外觀，從圖2中可以看出輾鍛工序主要任務是制坯，經過預鍛和終鍛后輪輻成形完畢，然后旋壓完成輪輞成形。

直鍛旋壓復合工藝

直鍛旋壓復合工藝是采用1臺或2臺模鍛液壓機+擴口機+旋壓機的五步成形工藝，生產線特點是既可以生產卡車、客車車輪，又可以生產不出窗口的轎車輪，即光板轎車輪毛坯，直鍛旋壓復合工藝流程如圖3所示。

圖1 萬能五步成形工藝流程圖

圖2 五步成形過程毛坯圖

圖3 直鍛旋壓復合工藝流程圖

直鍛旋壓復合生產線可以實現年產40萬只轎車輪光板毛坯或年產30萬只卡巴輪，適合于OEM方式的卡巴輪供貨或售后市場的改裝轎車輪轂，隨著我國公路運輸限載令的下達以及轎車改裝市場的日益發(fā)展壯大，國內采用該工藝的廠家越來越多，至2017年底統(tǒng)計已有近15條直鍛旋壓復合鍛造線，典型的公司有江蘇珀然股份、浙江宏鑫、山西銀光華盛鎂業(yè)、內蒙古中鈺、山東正宇公司等等，圖4為采用直鍛旋壓復合工藝生產卡車輪的中間各工序毛坯。

短流程工藝

短流程鋁合金車輪生產工藝是采用輾鍛機+擴口機+旋壓機的三步成形工藝（或輾鍛前增加鐓粗工序的四步成形工藝），該工藝適合于生產小批量的卡車和客車車輪，以及售后市場轎車光板車輪，工藝流程如圖5所示。

輾鍛工藝類似于擺輾工藝，是一種坯料局部的連續(xù)接觸加壓積累變形，因此該工藝所需的成形力小于模鍛工藝，由于輾鍛機的上、下工作臺之間呈一個固定角度，因此在成形過程中棒料的魚鱗皮被翻到背腔，輪輻正表面以及后續(xù)輪輞旋壓處沒有魚鱗皮的壓入，提高了鍛坯的質量，卡車輪的輾鍛過程如圖6所示。

圖4 直鍛旋壓復合工藝毛坯圖

圖5 短流程工藝流程圖

圖6 卡車輪輾鍛過程

短流程生產線可以實現年產20萬只卡巴輪或光板轎車輪，適合于小批量售后市場，國內采用該工藝的典型公司有浙江宏鑫、秦皇島新輕車輪以及福建正興車輪等。

純直鍛工藝

顧名思義純直鍛工藝就是生產過程中，不采用強力旋壓工序，車輪的輪輻采用模鍛工藝成形，輪輞采用擴口翻邊或者收口縮頸的工藝成形，工藝流程如圖7所示。

圖7 純直鍛工藝流程圖

該工藝可以生產卡車和轎車車輪，此工藝路線簡單，設備投資少，但是材料利用率相對較低，由于輪輞未經過強力旋壓，因此輪輞部位的晶粒沒有明顯的細化，國內采用該工藝的典型公司有河北鎂輪鎂合金科技有限公司等。

液態(tài)模鍛工藝

液態(tài)模鍛又稱擠壓鑄造、鍛打鑄造或熔湯鍛造，它是融合了鑄造和模鍛特點的成形工藝，利用液態(tài)金屬優(yōu)異的填充性能，工藝過程如圖8所示。首先將金屬液注入模膛中，合模實現金屬液充填流動，國內多采用2000～4000t熱模鍛壓力機，加壓過程中尚未凝固的金屬液在等靜壓的作用下結晶凝固，因此已凝固的金屬層在該壓力下發(fā)生了一定量的塑性變形，制品性能優(yōu)于鑄件。

圖8 液態(tài)模鍛工藝過程圖

目前液態(tài)模鍛工藝在國內應用較少，主要生產卡巴車輪以及部分轎車車輪，生產效率約為：5～8分鐘/件，典型的采用液態(tài)模鍛工藝的廠家有遼寧忠相、保定立中等。

成形設備介紹

壓力機、輾鍛機、旋壓機是鋁合金鍛造車輪生產工藝中的核心裝備，裝備的性能也影響著各種工藝的順利實施。

鍛造壓力機

模鍛作為關鍵工序，鍛坯的質量對后續(xù)成形有較大的影響，中信戴卡引進的第一條生產線所用的壓力機為德國制造，價格昂貴。經過多年的發(fā)展，目前天津天鍛壓力機有限公司生產的6000t、8000t、10000t模鍛壓力機成為了鋁合金車輪鍛造生產線的首選，性能也達到了世界先進水平。

輾鍛機

輾鍛機是五步萬能生產工藝和短流程工藝中的關鍵設備，主要用于制坯工序，制造廠家有德國的SSB、美國MJC等，秦皇島燕大現代公司在國家“十二五”863項目的支持下，研發(fā)成功WERFM/3600型鋁車輪輾鍛機（圖9），該機噸位達到了3600kN，是世界上噸位最大的車輪輾鍛機之一，各項性能指標均達到或超過國際先進水平。

圖9 鋁合金車輪旋轉輾鍛機

強力旋壓機

鋁合金車輪強力旋壓機是用于輪輞成形的核心裝備，此前，世界上只有德、美、日、西班牙等國能夠制造。國內專做車輪強力旋壓機的廠家較少，針對此問題，秦皇島燕大現代公司成功研制了鋁合金車輪強力旋壓機（圖10），各項性能指標均達到或超過進口產品，實現了車輪強力旋壓設備國產化，降低了用戶的設備采購成本，提高了產品競爭力。

圖10 鋁合金車輪強力旋壓機

結束語

我國鋁合金車輪鍛造技術源于歐洲，經過近20年的發(fā)展，已經陸續(xù)出現了直鍛旋壓復合工藝、短流程工藝、純直鍛工藝以及液態(tài)模鍛等新工藝。近些年，隨著汽車節(jié)能減排政策的陸續(xù)出臺，各生產廠家紛紛將目光轉向產品的輕量化設計研究和節(jié)能節(jié)材新工藝的開發(fā)，這也對配套成形設備提出了更高的要求，推動了我國鋁合金車輪鍛造技術和成形裝備的發(fā)展。