鋁合金輪轂結構對強度的影響

摘 要：鋁合金輪轂的結構對強度有很大的影響，不管是制造商還是消費者，都應該在保證輪轂強度的基礎上來生產或選購輪轂。

關鍵詞：鋁合金輪轂；結構強度；鑄造鍛造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.049

輪轂是汽車輪胎內廓以軸為中心，支撐輪胎的圓柱形金屬部件，是汽車上連接制動盤、輪盤和半軸的重要零件。從材料上來分，汽車的輪轂可以被分為鋼材質的輪轂、鋁合金材質的輪轂和復合材料的輪轂。其中復合材料的輪轂主要指碳纖維輪轂，但碳纖維輪轂具有成本高、制造工藝復雜的缺點，很難進入家用車的市場，因而家用車使用的輪轂主要是鋼質輪轂和鋁合金輪轂。鋼材料汽車輪轂具有強度好的優點，但由于鋼鐵的密度較鋁合金要大，鋼質輪轂的重量較大，不適于輕量化，與目前汽車輕量化的發展趨勢不是很吻合，并且由于鋼材料輪轂沒法進行時效強化，在外觀上看起來也不是那么的炫目。與鋼質輪轂相比，鋁合金輪轂的密度小，在輕量化方面非常有優勢，推廣應用鋁合金輪轂對于社會的節能減排意義重大。其次，鋁合金的導熱系數較高，大于鋼的熱導率，在相同的使用條件下，鋁合金輪轂可以將更多的熱量散發出去。

1 鋁合金輪轂的制造方法

1.1 鋁合金輪轂的三種成型方法

對于鋁合金輪轂來說，它的制造方法有鑄造成型、鍛造成型、旋壓成型。鑄造法可以生產多種的鋁合金輪轂，輪轂的樣式比較多變，并且成本也相對較低，因而在鋁合金輪轂的制造方法中，鑄造成型是一種使用較多的成型方法。鋁合金輪轂的市場占有量非常大，在鋁合金輪轂中，有百分之八十以上的輪轂都是通過鑄造成型法生產的。鍛造成型方法目前主要用于高端跑車和高端改裝市場，鋁合金的鍛造成型是固體到固體的變化來生產輪轂，過程中不包含液態相變，都是固態變化。與鑄造鋁合金輪轂相比，鍛造生產的鋁合金輪轂力學性能更好，并且其強度高、耐腐蝕性能好。

旋壓的成型方法是指MAT旋壓技術，目前旋壓技術用的通常是日本ENKEI公司的技術，甚至模具也是ENKEI公司開的，旋壓技術制造的鋁合金輪轂的質量、強度和延伸性已接近于鍛造輪轂，比普通的鑄造鋁合金輪轂的性能要強，性價比也相對較高，并且與鍛造輪轂相比，更容易生產。從質量上講，MAT旋壓鋁合金輪轂比傳統鑄造法生產的輪轂輕，比鍛造法制造的鋁合金輪轂的質量要大。

1.2 一種整體式鋁合金輪轂的旋壓成型

比如一個專利中公開的整體式鋁合金旋壓輪轂的制造方法，其制造方法主要包括以下幾個部分。選用鋁合金中厚板材為初始坯料，采用強力彎曲旋壓將鋁合金板材中部材料成形輪輻和將鋁合金板材邊部材料預成形輪輞，采用劈開旋壓將預成形輪輞劈開為輪輞前片坯料和后片坯料，采用強力變薄旋壓將前片坯料和后片坯料分別成形輪輞前片和輪輞后片，這種工藝生產的旋壓輪轂，材料利用率高，且材料經過多道次塑性變形，強度高；無需預制鍛造或者鑄造毛坯，工藝簡單，加工成本低，生產效率高；前片和后片無需焊接和螺釘連接，機械性能穩定，安全性能高。

2 厚度對于鋁合金輪轂質量的影響重大

對于鋁合金輪轂來說，厚度不是決定輪轂強度高低的決定性因素，許多經改裝過的鍛造輪轂和輕量化的鑄造輪轂強度很大，但是厚度卻很薄。鋁合金輪轂有很多技術的規律是必須遵循的，就是大尺寸的輪轂的斷裂概率，明顯要高于小尺寸輪轂，相同材料和工況條件下，厚度較厚的輪轂的強度要強于厚度較薄的輪轂。對于鑄造鋁合金輪轂，在保證大輪轂強度的同時，如果難以保證其韌性在大的沖擊之后能夠及時發現問題，則可能出現斷裂的情況。

2.1 輪轂厚度過薄導致的斷裂事故

2013年東風悅達起亞K5輪轂曾發生過斷裂事故，在這次事故爆發之后，無論是車主消費者、制造商同行還是汽車評論界人士都反響劇烈，消費者對起亞K5汽車輪轂的厚度進行了分析。分析后他們發現，一些車輛輪轂的厚度低于應該達到的厚度，汽車生產商給出的輪轂厚度是4.4mm，然后一些車主的分析結果卻發現，自己汽車輪轂的厚度只有4mm，這明顯是不符合生產規定的情況。對于汽車行駛的安全性來說，汽車輪轂的重要作用不言而喻，輪轂的厚度更是直接影響輪轂的質量，是絲毫來不得含糊的。通常大家認為，如果一個汽車輪轂采用的是鋁合金材料制成，那么輪轂的厚度在5至10mm上下波動，輪轂的生產制造商一般會參照自己所要生產的汽車輪轂的結構和造型來選擇合適的厚度。對于當時起亞K5部分批次的輪轂而言，輪轂的厚度不僅低于業界的參考值，甚至還要低于廠家設置的限值，那么在使用過程中就非常有可能出現意外情況。

如果輪轂的厚度不達標，在車輪高速轉動時受到外力作用就有可能產生爆裂。由此可以看出輪轂厚度從一定程度上講也是很重要的。不管是制造商還是消費者，都應該在保證輪轂強度的基礎上來生產或選購輪轂。

2.2 鋁合金輪轂的強度標準

亞洲對鋁合金輪轂鑄造認證，主要是來日本的JWL/VIA標準，主要是針對輪轂的強度做了強制性的規定。目前中國還沒有自己的行業標準現在只依照日本的JWL/VIA標準、美國交通部的DOT認證、最高的標準就是德國的TUV認證。不同標準對輪轂的要求也不同，比如對于同一款輪轂，日本JWL/VIA標準規定單個輪轂承重690KG就可以算是通過標準；而德國的TUV標準則規定，單個輪轂的承重要達到800KG。一個輪轂的承重差了110KG，那么4個輪轂就相差440KG。

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作者簡介：李豐（1982-），男，河北薊縣人，碩士，研究方向：鋁合金汽車零部件設計。