汽車輪轂材料與加工工藝的選擇研究

郝孟軍 宮濤 陳丹 劉福華 吳沉

摘 要：汽車輪轂是汽車行駛中最重要的部件之一，其性能直接影響到汽車行駛的安全性和乘坐的舒適性。現(xiàn)通過對(duì)各種汽車輪轂材料和加工工藝的分析，總結(jié)了各種汽車輪轂材料和加工工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，可為優(yōu)化汽車輪轂設(shè)計(jì)制造和推動(dòng)行業(yè)發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：汽車輪轂;鋼輪轂;合金材料輪轂;復(fù)合材料輪轂;加工工藝

0? ? 引言

汽車輪轂是汽車車輪的重要組成部件之一，在汽車行駛過程中起到非常重要的作用，其性能好壞直接影響到乘員乘坐的舒適性和行駛的安全性，同時(shí)它也是現(xiàn)代汽車外形設(shè)計(jì)的一個(gè)亮點(diǎn)，可以對(duì)汽車裝飾起到畫龍點(diǎn)睛的作用。所以，汽車輪轂在設(shè)計(jì)過程中不但要有符合現(xiàn)代審美觀念的外形，更要考慮汽車行駛中各種受力對(duì)輪轂結(jié)構(gòu)的影響，同時(shí)也要保證汽車行駛的安全性和操控性。因此，對(duì)汽車輪轂材料的選擇和加工工藝的研究，對(duì)于提升輪轂整體性能和保證汽車安全行駛具有一定的指導(dǎo)意義。

1? ? 汽車輪轂材料的選擇

汽車從誕生之初發(fā)展到現(xiàn)在，車輪輪轂材料經(jīng)歷了不同的選擇與不斷的改進(jìn)，在保證其性能的同時(shí)正不斷朝輕量化、經(jīng)濟(jì)性、安全性、節(jié)能環(huán)保等方向發(fā)展。從目前的使用情況來看，汽車輪轂主要有鋼輪轂、合金材料輪轂、復(fù)合材料輪轂等，下面對(duì)這幾種材料的輪轂進(jìn)行分析。

1.1? ? 鋼輪轂

鋼輪轂是用鋼鐵材料加工的輪轂，也是最早使用的汽車輪轂材料，其具有價(jià)格低廉、強(qiáng)度高、耐磨性好、加工工藝成熟簡單等特點(diǎn)，在現(xiàn)代的各種中低端轎車和貨車上還在大量使用，其主要缺點(diǎn)是質(zhì)量大、美觀性較差。鋼輪轂主要可選擇的材料有碳素鋼、球墨鑄鐵、其他鋼鐵材料等。碳素鋼輪轂大多在一般動(dòng)力性能汽車上使用，其強(qiáng)度低、對(duì)外力的抵抗力較差，對(duì)汽車制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生熱量的散熱性能有限，且在碳素鋼表面加工裝飾圖案難度較大，但其價(jià)格較經(jīng)濟(jì)，是很多低端車輛輪轂材料的首選。球墨鑄鐵輪轂比碳素鋼輪轂具有更優(yōu)秀的力學(xué)性能，但其在加工過程中比碳素鋼更難控制形狀，所以加工成本更高，經(jīng)濟(jì)性不好。近年來，其他鋼鐵材料如某些合金鋼作為汽車輪轂材料使用越來越多，其具有強(qiáng)度較高、質(zhì)量更輕、散熱能力較好、加工成型性能良好、易于焊接等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣大汽車零部件制造廠的青睞。

1.2? ? 合金材料輪轂

目前用于汽車輪轂的合金材料主要有鋁合金材料及鎂合金材料，合金材料輪轂的主要優(yōu)點(diǎn)有：

（1）散熱性能好，合金材料輪轂具有較高的散溫系數(shù)，表面也易加工成通風(fēng)形狀結(jié)構(gòu)，利于散熱，在汽車連續(xù)制動(dòng)時(shí)大大降低了輪胎爆胎的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）重量輕，合金材料輪轂相比同尺寸的鋼輪轂可減輕重量35%左右，這符合汽車輕量化設(shè)計(jì)的思路，可使汽車行駛更加節(jié)能。

（3）加工性能好，合金材料輪轂容易加工處理，鑄造性能好，具有較強(qiáng)的切削加工性能，因此輪轂尺寸精度高，表面易于加工處理出精美圖案。

1.3? ? 復(fù)合材料輪轂

在現(xiàn)代汽車零部件如車身、輪轂、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等的制造中，復(fù)合材料的使用越來越多。復(fù)合材料是一種新型材料，通過選擇合適的材料和加工方法制造的復(fù)合材料輪轂具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、韌性好、抗腐耐磨等優(yōu)點(diǎn)，符合汽車可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能環(huán)保的發(fā)展趨勢，是以后汽車輪轂發(fā)展的方向。

各種材料輪轂的特點(diǎn)如表1所示。

2? ? 汽車輪轂的加工工藝

加工工藝直接影響汽車輪轂的整體性能，對(duì)汽車行駛的安全性起到重要作用。因此，科學(xué)地選擇輪轂加工工藝，嚴(yán)格控制加工誤差，遵循輪轂結(jié)構(gòu)及形狀參數(shù)，對(duì)改善汽車輪轂加工精度、保證輪轂加工質(zhì)量具有重要的意義。

2.1? ? 輪轂加工中的主要參數(shù)

輪轂加工中的主要參數(shù)很多，在加工中一定要注意將參數(shù)控制在合理的范圍內(nèi)，否則將會(huì)影響輪轂的結(jié)構(gòu)和性能。主要加工參數(shù)有：

2.1.1? ? 輪轂直徑

輪轂直徑越大，汽車通過性越好，輪胎的扁平比也越大，這樣能提高汽車行駛的穩(wěn)定性和操控性，但越大的輪轂直徑需要的加速力矩越大，從而會(huì)增加汽車的油耗。

2.1.2? ? 節(jié)圓直徑

節(jié)圓直徑指輪轂中央固定螺栓間的直徑。此參數(shù)是影響汽車操控性與穩(wěn)定性的重要因素，所以一定要科學(xué)地設(shè)計(jì)輪轂的節(jié)圓直徑并保證加工參數(shù)。

2.1.3? ? 中心孔

中心孔指輪轂同心圓與輪轂中心的位置，保證該參數(shù)的精度對(duì)輪轂的正常安裝起著重要的作用。

2.2? ? 輪轂加工方法的選擇

輪轂加工依據(jù)其材料和性能要求的不同可選擇不同的方法，主要加工方法有：

2.2.1? ? 鑄造

鑄造是輪轂常用也是成本最低的一種加工工藝，能滿足大部分汽車對(duì)輪轂的受力要求，按制造難度及性能由低到高可分為重力鑄造、低壓鑄造和旋壓鑄造。重力鑄造就是將液態(tài)的金屬倒進(jìn)輪轂?zāi)＞咧欣鋮s成型，這種加工方法工藝簡單、成本較低，但制造的輪轂分子密度較低，強(qiáng)度不高，不能承受較大的載荷。低壓鑄造工藝會(huì)在重力鑄造的基礎(chǔ)上施加一個(gè)恒定的壓力使之成型，輪轂分子密度更高，強(qiáng)度有較大的提高，是目前低成本、高質(zhì)量加工輪轂的重要方式。旋壓鑄造是將輪轂一邊加熱一邊進(jìn)行旋轉(zhuǎn)沖壓，使輪轂內(nèi)的金屬分子更加緊密，強(qiáng)度更高。

2.2.2? ? 鍛造

鍛造工藝輪轂一般在高性能汽車上面使用，鍛造輪轂的制造過程是先將鋁塊進(jìn)行加熱，到了一定的溫度后用鍛壓機(jī)壓成毛坯，然后將毛坯旋壓成型。與鑄造工業(yè)輪轂相比，其加工工藝相對(duì)復(fù)雜，但鍛造加工工藝生產(chǎn)的輪轂密度均勻且質(zhì)量更輕、強(qiáng)度更高，表面更為平滑，易于二次加工。利用鍛造工藝加工的輪轂性能較鑄造工藝加工的輪轂優(yōu)異，是高端車型、特殊用途車型的首選。

2.2.3? ? 輪轂表面處理

輪轂表面處理工藝主要是為了加強(qiáng)輪轂對(duì)汽車的裝飾效果，主要處理工藝包括拋光、噴涂、電鍍、精車、鑲件、拉絲等，經(jīng)過表面處理的輪轂更加美觀和光亮，是很多高端車型外形裝飾的重要元素之一。

2.3? ? 加工工序

汽車輪轂加工工序受輪轂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料影響，基本大同小異。常見的輪轂加工工序?yàn)椋捍箢^各端面粗車→小頭各端面粗車→輪輞安裝止口及平面精車→內(nèi)外軸承位精車→油封精車→制動(dòng)器安裝位精車→鉆孔→攻牙→鉸孔→檢驗(yàn)→入庫。不同設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的輪轂加工工序不同，主要考慮加工精度、加工效率、加工質(zhì)量的一致性等因素。

3? ? 結(jié)語

汽車輪轂作為汽車行駛的關(guān)鍵部件，有效保證了汽車行駛的安全性和操控性，同時(shí)其也是汽車外形裝飾的重要元素之一，在選擇輪轂材料和加工工藝時(shí)，要綜合考慮制造成本、汽車的行駛性能要求及特殊用途等，但輕量化、高強(qiáng)度、節(jié)能環(huán)保是輪轂制造可持續(xù)發(fā)展的大勢所趨。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 聶曉朋，楊磊，張世琪.汽車輪轂材料發(fā)展現(xiàn)狀和制作工藝[J].科技資訊，2017，15（26）：92.

[2] 高潔宇.汽車輪轂加工工藝分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2019（28）：3681.

收稿日期：2020-03-24

作者簡介：郝孟軍（1982—），男，貴州黔西人，工程碩士，講師，從事汽車檢測維修教學(xué)與研究工作。