概述

分析了目前國內(nèi)外鋁合金車輪發(fā)展?fàn)顩r、鎂合金產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、鎂合金車輪發(fā)展?fàn)顩r和旋壓車輪研究制造概況，比較了通過旋壓技術(shù)制造的合金車輪的優(yōu)越性，并對鋁鎂合金旋壓車輪的前景進(jìn)行了展望。

前言 隨著市場全球化的發(fā)展，跨國公司紛紛在我國投資，或加大在我國的采購份額。目前，具有較多優(yōu)勢的輕合金材料已逐步廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，特別是伴隨著汽車、摩托車制造業(yè)的發(fā)展，鋁鎂合金材料成形及其車輪制造業(yè)得到了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。21世紀(jì)的經(jīng)濟(jì)全球化浪潮，推動了汽車工業(yè)的市場一體化、分工專業(yè)化、產(chǎn)業(yè)規(guī)模化的快速發(fā)展，鋁鎂合金車輪企業(yè)也已形成向多家汽車廠供貨、跨國供應(yīng)的局面。

作為汽車零部件行業(yè)的一部分，鋁車輪行業(yè)的發(fā)展與全球汽車行業(yè)發(fā)展緊密相關(guān)。從全球看，汽車行業(yè)是個(gè)成熟的市場，增長緩慢，過去7年(1999-2005)全球汽車產(chǎn)量的復(fù)合增長(CAGR)只有3.6%。而中國汽車市場則進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，同期的復(fù)合增長率達(dá)19.6%。從總量看，2005年全年汽車產(chǎn)量6653萬輛，其中中國的汽車產(chǎn)量570萬輛。從汽車保有量看，2004年全球汽車保有量約為85,477萬輛，同期中國汽車保有量為約2694萬輛。

汽車車輪需求主要來自新增汽車產(chǎn)量，售后市場車輪需求則與汽車保有量有關(guān)。2005年全球汽車車輪需求約4.13億只，其中鋁車輪需求約1.78億只。中國市場2005年車輪需求約3500萬只，其中鋁車輪約2000萬只。

根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會有關(guān)車輪行業(yè)“十一五”發(fā)展規(guī)劃的資料，2004年我國車輪總產(chǎn)銷量約5500萬件，其中國內(nèi)OEM量約2900萬只，其中乘用車車輪1640萬只(鋼制車輪540萬件，鋁車輪約1100萬件)，商用車車輪1260萬件。據(jù)測算，2004年全球汽車車輪總需求量約36150萬件，其中鋁車輪約16296萬件。

鋁合金車輪發(fā)展概況

1 國內(nèi)外鋁合金車輪狀況

1．1 國外鋁合金車輪現(xiàn)狀

國外鋁合金車輪制造業(yè)在20世紀(jì)70年代得到快速發(fā)展。如北美輕型車鋁車輪，1987年只占19%，到2001年已占到58.5%；日本轎車裝車率超過45%；歐洲超過50%。

一般輪轂制造企業(yè)最小生產(chǎn)規(guī)模不低于年產(chǎn)120萬只，產(chǎn)量大的企業(yè)已超過千萬只。其主要市場為面向大中型車輛整車廠配套供貨，有的主要面向維修市場，有的兩者兼而有之。

北美鋁合金車輪市場發(fā)展具有代表性。表1給出北美鋁、鋼車輪2001年、1999年的銷售量和市場占有率。可以看出兩年間鋁合金車輪市場占有率增長7.2個(gè)百分點(diǎn)，銷售量增長近700萬只；鋼車輪市場占有率亦下降7.2個(gè)百分點(diǎn)，銷售量減少近300萬只。

表1 北美輕型車車輪市場情況 單位：萬只，%

表2 2002年美國3大汽車公司鋁車輪裝車率 單位：%

北美鋁合金車輪外徑以16英寸使用最多，2001年轎車使用率占55%以上，供應(yīng)量超千萬只；輕型車使用率在59%以上，供應(yīng)量為1275萬只；其次使用最多的是外徑15英寸的鋁輪，分別占轎車、輕型卡車用量的30%和26%，供應(yīng)量均在500萬只以上。

1．2 國內(nèi)鋁合金車輪現(xiàn)狀

隨著我國汽車市場的快速發(fā)展，不斷引進(jìn)技術(shù)，鋁合金車輪的制造和應(yīng)用也迅猛發(fā)展起來。1988年我國第一家鋁合金車輪企業(yè)戴卡鋁輪轂制造有限公司成立，進(jìn)入20世紀(jì)90年代，廣東南海中南鋁等一批鋁合金車輪制造企業(yè)迅速建立起來，鋁合金車輪迅速在我國得到推廣。到2003年，我國摩托車鋁車輪裝車率已超過55%，汽車裝車率已超過50%。 #p#分頁標(biāo)題#e#

目前全球鋁車輪年需求量約1.78億件，中國約2000萬件。國際市場對中國汽車零部件的需求在快速增長，車輪是零部件出口的重要產(chǎn)品，過去5年車輪出口的復(fù)合增長率達(dá)48.1%，05年出口額為15.69億美元，06年上半年出口達(dá)10.49億美元，占零部件出口總額的11%。

表3 2003年我國部分鋁合金車輪制造公司概況 單位：人/百萬元/萬件

注：昆山六豐為2002年數(shù)據(jù)。東風(fēng)車輪為2004年數(shù)據(jù)。資料有限，可能不翔實(shí)。在2004年，ZCW（萬豐奧特）、ZNA（中南鋁）、戴卡（戴卡），均獲“中國名牌”產(chǎn)品稱號。

萬豐奧特公司創(chuàng)建于1994年，從生產(chǎn)摩托車鋁合金車輪起步，經(jīng)過十年飛速發(fā)展，現(xiàn)已成為國內(nèi)鋁合金車輪行業(yè)發(fā)展最快、勢頭最猛的企業(yè)。其旗下萬豐奧威是一家專業(yè)生產(chǎn)汽車鋁輪的公司，2006年鋁合金車輪產(chǎn)能約為540萬件，預(yù)計(jì)2010年將達(dá)800～1000萬件。

包頭一陽輪轂有限公司已建成年產(chǎn)100萬只鋁合金輪轂項(xiàng)目，廣東臺山市富誠鋁業(yè)有限公司投資1億美元，已建成投產(chǎn)年產(chǎn)300萬只鋁合金輪轂項(xiàng)目，以利用國內(nèi)較低的資源成本占領(lǐng)國內(nèi)外輪轂市場。

2 鋁合金車輪的發(fā)展趨勢

為了適應(yīng)汽車更安全、更節(jié)能、降低噪聲、污染物排放不斷加嚴(yán)的要求，鋁合金車輪正在向大直徑、輕量化、寬輪輞、高強(qiáng)度、更美觀等方向發(fā)展。

以北美鋁合金車輪市場為例，在前些年，輪轂直徑還是以13～14英寸為主，現(xiàn)在的主流市場則是以15-16英寸，甚至17英寸。如表4所示。

從表4可以看出，16英寸車輪所占市場份額最大、增長也最快，從1997年占車輪市場38.3%，到1999年上升到45%，2001年已占到57.7%。其次是15、17英寸車輪，占總市場份額分別為27.62%和11.77%。18、19、20英寸大直徑車輪市場上也有表現(xiàn)。

據(jù)預(yù)測，未來的幾年，18英寸直徑車輪將會成為轎車車輪的標(biāo)準(zhǔn)配置。車輪生產(chǎn)商已開始著手安排22、24英寸及以上車輪的生產(chǎn)線，以應(yīng)付市場的新需求。大直徑車輪與輪胎組合，比小直徑車輪與輪胎組合，更顯現(xiàn)代、霸氣和時(shí)髦。由于大直徑、寬輪輞，使輪胎與地面的接觸面積更大，從而增加汽車與地面的附著力和摩擦力，使汽車的操縱性能更好，提高汽車的安全性。一般要求與扁平輪胎相匹配。但大直徑、寬輪輞，也會產(chǎn)生使輪胎磨損加快的不利影響。為了減輕車輪重量、提高強(qiáng)度，一般采用鍛造工藝、組裝式工藝生產(chǎn)車輪，可減輕重量20%左右。還可采用高強(qiáng)度鎂合金、鈦合金制造車輪。但會使成本相應(yīng)增加。

為了降低車輪噪聲，有的在輪輻和輪輞之間，加一特殊橡膠結(jié)合件。可以大大降低車輪噪聲，并提高汽車操縱穩(wěn)定性。為了使車輪更美觀，一般采用鍍鉻、拋光、噴漆、噴粉、加裝不銹鋼或塑料轂蓋、壓鑄花紋、改進(jìn)車輪設(shè)計(jì)圖案等辦法。

表4 2001年北美鋁合金車輪不同外徑市場供應(yīng)量及份額 單位：英寸，萬只，%

3 國內(nèi)外鋁合金車輪主要制造工藝

國內(nèi)外鋁合金車輪制造主要采用較低成本的低壓鑄造工藝，約占全部產(chǎn)量的80%以上，其次是采用最簡便的重力鑄造工藝，約占其全部產(chǎn)量的20%不，另外，還有少數(shù)企業(yè)采用鍛造法、焊接組裝法生產(chǎn)。上海金合利采用擠壓#p#分頁標(biāo)題#e#鑄造工藝，其產(chǎn)品質(zhì)量都有提高，取得較好的效果。國外最近出現(xiàn)無氣孔壓鑄新工藝（充氧壓鑄法），日本輕金屬株式會社、美國鑄鍛公司已開始應(yīng)用于生產(chǎn)。

表5 目前國內(nèi)外鋁輪轂的主要制造工藝比較

目前低壓鑄造技術(shù)產(chǎn)品無法滿足大尺寸、高負(fù)荷(大客車、載貨車)以及高端產(chǎn)品市場的需求，尤其是國內(nèi)企業(yè)在大尺寸車輪制造上與國外相比存在較大差距，而非鑄造方式生產(chǎn)16吋以上車輪在國內(nèi)尚屬空白。

旋壓鋁輪轂由于不受尺寸制約、產(chǎn)品美觀、性能良好、安全性高、節(jié)省材料等因素，其發(fā)展勢頭良好，并屬先進(jìn)成形技術(shù)，其技術(shù)水平已基本趨于成熟，現(xiàn)已引起較多公司的關(guān)注，正逐步向批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。

鎂合金及車輪發(fā)展概況

1 鎂合金特點(diǎn)

與其它結(jié)構(gòu)材料相比，鎂合金具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1) 鎂合金的密度是鋼的23％，鋁的67％，塑料的170％，是金屬結(jié)構(gòu)材料中最輕的金屬，鎂合金的屈服強(qiáng)度與鋁合金大體相當(dāng)，只稍低于碳鋼，是塑料的4-5倍，其彈性模量更遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于塑料，是它的二十多倍，因此在相同的強(qiáng)度和剛度情況下，用鎂合金做結(jié)構(gòu)件可以大大減輕零件重量，這點(diǎn)對航空工業(yè)、船舶工業(yè)、汽車工業(yè)、軍工、手提電子器材均有很重要的意義。

2) 鎂合金與鋁合金、鋼、鐵相比具有較低的彈性模量，在同樣受力條件下，可消耗更大的變形功，具有降噪、減振功能，可承受較大的沖擊震動負(fù)荷。

3）鎂合金具有良好的加工性能和尺寸穩(wěn)定性：

鎂合金有相當(dāng)好的切削加工性能，切削時(shí)對刀具的消耗很低，切削功率很小。鎂合金、鋁合金、鑄鐵、低合金鋼切削同樣零件消耗的功率比值為：1：1.8：3.5：6.3。鎂合金有較高的尺寸穩(wěn)定性，穩(wěn)定的收縮率，鑄件和加工件尺寸精度高，除鎂-鋁-鋅合金外，大多數(shù)鎂合金在熱處理過程及長期使用中由于相變而引起的尺寸變化接近于零。

2 鎂合金行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外主要以壓鑄方法為主導(dǎo)生產(chǎn)制造鎂合金結(jié)構(gòu)件，變形產(chǎn)品國外已有沖壓車門等產(chǎn)品，國內(nèi)相對及極少。國內(nèi)有色金屬壓鑄已有相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)，現(xiàn)擁有壓鑄廠點(diǎn)及相關(guān)企業(yè)總共約3000家，壓鑄機(jī)制造廠約有20家，年產(chǎn)壓鑄件30多萬噸。其中鋁壓鑄件占75.5%，鎂壓鑄件僅占1%左右。上海乾通汽車附件有限公司為上海桑塔納轎車生產(chǎn)鎂合金壓鑄變速箱外殼已有多年歷史。但總體上看，與發(fā)達(dá)國家相比我國的壓鑄件綜合質(zhì)量較差（加工余量大、廢品率高、合金利用率低、鑄造工藝裝備基礎(chǔ)條件差、環(huán)保和能耗問題較嚴(yán)重、缺乏專門人才和新工藝新產(chǎn)品開發(fā)能力）。致使產(chǎn)品價(jià)格較高缺乏競爭力。可以說我們現(xiàn)有的基礎(chǔ)完全不能適應(yīng)鎂合金產(chǎn)業(yè)化的要求。總的講鎂合金的壓鑄和變形產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)水平現(xiàn)在還很低，相對鋁合金，鎂合金壓鑄及變形產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量的穩(wěn)定性較差、廢品率較高，致使鎂合金產(chǎn)品價(jià)格較高，制約了鎂合金產(chǎn)品的推廣應(yīng)用和新產(chǎn)品的開發(fā)。

3 鎂合金行業(yè)發(fā)展前景

面對國際、國內(nèi)市場對鎂合金產(chǎn)品巨大需求和競爭的壓力，我國鎂合金產(chǎn)業(yè)化面臨著重大的發(fā)展機(jī)遇和嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。鎂合金產(chǎn)業(yè)是一項(xiàng)涉及面廣、技術(shù)集成度高的大型系統(tǒng)工程。充分發(fā)揮鎂合金鑄造及變形技術(shù)在產(chǎn)業(yè)化中的作用，是實(shí)現(xiàn)我國鎂合金產(chǎn)業(yè)化跨躍式發(fā)展的必要條件。 #p#分頁標(biāo)題#e#

"十一五"期間在政府的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下，將對"鎂合金開發(fā)應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化"重大專項(xiàng)組織攻關(guān)，以解決一批共性技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)和配套技術(shù)，其關(guān)鍵技術(shù)包括有鎂合金管材和特種型材擠壓技術(shù)及應(yīng)用、鎂合金板材軋制、沖壓成型及薄帶連鑄技術(shù)及應(yīng)用、鎂合金產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)等項(xiàng)目。這些項(xiàng)目的研究開發(fā)，遵循以企業(yè)為主體，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，按市場機(jī)制運(yùn)作的原則，一定會積極穩(wěn)妥地使我國鎂合金產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程向前推進(jìn)。經(jīng)過扎扎實(shí)實(shí)的工作建立起來的產(chǎn)業(yè)化基地，必將發(fā)揮其龍頭和示范作用。我們相信，經(jīng)過"十一五"及今后一段時(shí)期各方面扎實(shí)的工作，我國由鎂大國變?yōu)殒V強(qiáng)國的日子是一定會來的。

4 鎂合金在汽車工業(yè)及車輪上的應(yīng)用

近二十年來，世界汽車產(chǎn)量持續(xù)增長。汽車工業(yè)發(fā)展程度是一個(gè)國家發(fā)達(dá)程度的重要標(biāo)志之一，而金屬材料是汽車工業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。出于節(jié)能與環(huán)保的要求，汽車設(shè)計(jì)專家們想方設(shè)法減輕汽車體重，以達(dá)到減少汽油消耗和廢氣排放量的雙重效果。鎂合金作為最輕的結(jié)構(gòu)材料，能滿足日益嚴(yán)格的節(jié)能的尾氣排放的要求；可生產(chǎn)出重量輕、耗油少、環(huán)保型的新型汽車。鎂合金汽車零件的好處可簡單歸納為：

·密度小，可減輕整車重量，間接減少燃油消耗量；
·鎂的比強(qiáng)度高于鋁合金和鋼，比剛度接近鋁合金和鋼，能夠承受一定的負(fù)荷；
·鎂具有良好的鑄造性和尺寸穩(wěn)定性，容易加工，廢品率低；
·鎂具有良好的阻尼系數(shù)，減振量大于鋁合金和鑄鐵，用于殼體可降低噪聲，用于座椅、輪圈可以減少振動，提高汽車的安全性和舒適性。

鎂合金在汽車上用作零部件的歷史約有70年。早在1930年就用于一輛賽車上的活塞和歐寶汽車上的油泵箱，之后用量和應(yīng)用部位逐漸增加。六十年代在有的車種上用量達(dá)到23千克，主要用作閥門殼、空氣清潔箱、制動器、離合器、踏板架等。八十年代初，由于采用新工藝，嚴(yán)格限制了鐵、銅、鎳等雜質(zhì)元素的含量，鎂合金的耐蝕性得到了解決，同時(shí)，成本下降又大大促進(jìn)了鎂合金在汽車上的應(yīng)用。從九十年代開始，歐美、日本、韓國的汽車商都逐漸開始把鎂合金用于許多汽車零件上。

鎂合金壓鑄件在汽車上的應(yīng)用已經(jīng)顯示出長期的增長態(tài)勢。在過去十年里，其年增長速度超過15%。在歐洲，已經(jīng)有300種不同的鎂制部件用于組裝汽車，每輛歐洲生產(chǎn)的汽車上平均使用2.5kg鎂。樂觀的估計(jì)認(rèn)為，出于減重的需求，每輛汽車對鎂的需求將提高至70—120kg。

目前，汽車儀表、座位架、方向操縱系統(tǒng)部件、引擎蓋、變速箱、進(jìn)氣歧管、輪轂、發(fā)動機(jī)和安全部件上都有鎂合金產(chǎn)品的應(yīng)用。

福特汽車公司已開始用鎂合金來制造懸架零件、制動盤和制動鉗等；而日本1990年每輛汽車用鎂量僅5公斤，預(yù)計(jì)2000年底將增至210公斤，占汽車重量的25%，僅次于鋁材而超過鋼鐵的重量。

50多年來，經(jīng)過不斷的技術(shù)革新，鎂合金在摩托車上的應(yīng)用也不斷在廣度和深度上進(jìn)行擴(kuò)展，應(yīng)用車型從賽車擴(kuò)展到運(yùn)動型摩托、輕便型摩托、概念型摩托，覆蓋歐美日十幾種主要摩托車品牌，鎂合金應(yīng)用部件涵蓋動力系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)以及各種摩托車附件四十余種，其中僅英國的Dymay輪轂就應(yīng)用多達(dá)400種車型。國內(nèi)摩托車鎂合金輪轂的應(yīng)用目前尚屬空白，重慶隆鑫率先試制出型號為LXl50的“鎂合金綠色概念摩托車”，在國內(nèi)引起了廣泛的關(guān)注，所采用的12個(gè)零部件如今已有3個(gè)實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)。

5 鎂合金車輪的發(fā)展趨勢

在國際化節(jié)能與環(huán)保的要求下，國外已有部分企業(yè)試制并生產(chǎn)鎂合金輪轂，其應(yīng)用領(lǐng)域包含高檔摩托車和高級轎車，隨著鎂合金相關(guān)技術(shù)的不斷研究發(fā)展，其成本必將降低，未來的車輪將逐步普及鋁鎂合金材料。目前國內(nèi)尚無系統(tǒng)化研究生產(chǎn)鎂合金輪轂的企業(yè)，因此國內(nèi)鎂合金輪轂的發(fā)展?jié)摿O大，現(xiàn)已有極少企業(yè)開始研制鎂合金輪轂。 #p#分頁標(biāo)題#e#

6 鎂合金成形技術(shù)

目前壓鑄鎂合金產(chǎn)品用量大于變形產(chǎn)品，但經(jīng)過鍛造、擠壓或軋制等工藝生產(chǎn)出的變形鎂合金產(chǎn)品具有更高的強(qiáng)度，更好的延展性，具有鑄造鎂合金產(chǎn)品無法取代的優(yōu)良性能，國際鎂協(xié)會(IMA)在他制定的開發(fā)與應(yīng)用鎂合金三個(gè)階段中，長期的目標(biāo)就是要開發(fā)變形鎂合金。鎂合金可以用軋制、擠壓、沖壓、熱鍛及超塑性成形等方式進(jìn)行加工。因此,開發(fā)變形鎂合金,是其未來更長遠(yuǎn)的發(fā)展趨勢。

1)軋制

鎂合金在室溫下塑性很低，軋制加工比較困難，因此最好用熱軋與溫軋。適于軋制的鎂合金牌號有Mg-Mn系的MBl，MB8，Mg-A1-Zn系的AZ31B和Mg-Li系LAl41，可以生產(chǎn)厚板，中板和薄板。鎂合金薄板用于制造汽車車體組件之外板(如車門，罩蓋，護(hù)板，頂板等)，可大大減輕重量。

2)擠壓

目前，鎂合金管、棒、帶、型材主要采用擠壓方法加工成型，因?yàn)閿D壓工業(yè)最適用于低塑性材料的成形加工。大部分變形鎂合金如AZ31B，ZM21,ZK60A,HK31等均可用擠壓法生產(chǎn)。擠壓法生產(chǎn)的零件，其力學(xué)性能較壓鑄法生產(chǎn)的要高很多，而且表面光潔，無需再經(jīng)打磨，可用于汽車承載件如坐架、底盤框、輪轂和汽車窗框等。

3)沖壓

鎂合金在常溫下不宜沖壓，一般；中壓溫度都必須在150℃以上，在175℃時(shí)，鎂合金板杯形件拉伸時(shí)的拉伸比可達(dá)2.0，在225℃時(shí)可達(dá)3.0，超過了鋁合金和低碳鋼的的常溫拉伸成形極限(它們分別為2.6和2.2)。德國大眾汽車公司開發(fā)出鎂合金汽車覆蓋件的熱沖壓成形技術(shù)，加工出汽車的門板。

4)等溫鍛造

鎂合金在常溫下容易脆裂，鍛造溫度須在200℃以上至400℃之間。但鎂合金在高溫下，尤其在超過400℃時(shí)產(chǎn)生腐蝕氧化以及晶粒粗大，鍛造溫度范圍較窄。而鎂合金導(dǎo)熱系數(shù)較大(～80w／m.c)幾乎為鋼的2倍，接觸模具后降溫很快，塑性降低，變形抗力增加，充填性能下降，因此鎂合金鍛造較難，而適合于采用等溫鍛造。我國已用等溫鍛造工藝成功的成形了復(fù)雜的鎂合金飛機(jī)上機(jī)匣。

5)超塑成形

鎂合金塑性較低，用常規(guī)變形方法加工較難，近年來美、日等國科學(xué)家對鎂合金的超塑成形技術(shù)進(jìn)行了研究。研究表明，很多變形鎂合金在一定的條件下具有超塑性，可以一次成形復(fù)雜的零件。

鎂合金在工業(yè)上的研究開發(fā)和應(yīng)用，可以說是方興未艾。它既體現(xiàn)出眾多優(yōu)越性符合現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的要求，也提出了一系列需要進(jìn)一步研究解決的問題，以不斷擴(kuò)大它的應(yīng)用范圍。

7 旋壓成形鎂合金車輪

旋壓成形車輪提高了產(chǎn)品制造精度和強(qiáng)度，機(jī)械加工余量大大減少。目前，國內(nèi)外已有企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)開始著手研究鎂合金旋壓成形技術(shù)，但尚無旋壓成形鎂合金車輪技術(shù)研究報(bào)告，在國外該技術(shù)已在鋁合金車輪上有成功的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。隨著國內(nèi)鎂合金產(chǎn)業(yè)化的飛速發(fā)展，鎂合金旋壓車輪必將有一個(gè)巨大的市場需求。

旋壓成形鋁鎂合金車輪新技術(shù)及前景

1 旋壓成形技術(shù)

1.1定義

旋壓是一種綜合了鍛造、擠壓、拉伸、彎曲、環(huán)軋、橫軋和滾擠等工藝特點(diǎn)的少無切削加工的先進(jìn)工藝，將金屬筒坯、平板毛坯或預(yù)制坯用尾頂頂緊在旋壓機(jī)芯模上，由主軸帶動芯棒和坯料旋轉(zhuǎn)，同時(shí)旋壓輪從毛坯一側(cè)將材料擠壓在旋轉(zhuǎn)的芯模上，使材料產(chǎn)生逐點(diǎn)連續(xù)的塑性變形，從而獲得各種母線形狀的空心旋轉(zhuǎn)體零件。旋壓工藝的加工原理如圖1。

圖1

根據(jù)旋壓加工過程中毛坯厚度的變化情況，一般將旋壓工藝分為普通旋壓和強(qiáng)力旋壓兩種。普通旋壓過程中毛坯的厚度基本保持不變，成型主要依靠坯料沿圓周的收縮及沿半徑方向上的伸長變形來實(shí)現(xiàn)，其重要特征是在成型過程中可以明顯看到坯料外徑的變化。強(qiáng)力旋壓工藝主要依靠坯料厚度的減薄來實(shí)現(xiàn)成形，坯料外徑基本保持不變。 #p#分頁標(biāo)題#e#

車輪旋壓指使用旋輪(或成形輪)將回轉(zhuǎn)體鍛坯或管狀毛坯進(jìn)行局部連續(xù)旋轉(zhuǎn)壓縮以成形其內(nèi)外截面形狀的成形方法。該過程綜合了普旋和強(qiáng)旋，在旋壓過程中，將毛坯同心地適當(dāng)裝夾在適當(dāng)?shù)男灸Ｖ校?dāng)主軸帶動毛坯旋轉(zhuǎn)后，數(shù)控系統(tǒng)自動控制旋輪運(yùn)動軌跡，按規(guī)定的形狀軌跡作往復(fù)運(yùn)動，當(dāng)每次改變方向時(shí)給以一定大小的橫向進(jìn)給，逐步地使毛坯緊貼模具形面，從而得到要求截面尺寸的工件。為了避免工件產(chǎn)生起皺和破裂，應(yīng)根據(jù)變形程度，將變形過程分為若干道次進(jìn)行，即旋輪要作多次往復(fù)運(yùn)動，且每次之前均給以一定的進(jìn)給量，有時(shí)根據(jù)材料的性能，可能需更換芯模和進(jìn)行中間熱處理或者進(jìn)行加熱旋壓等。

1.2 旋壓技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用

圖2 旋壓成型的工件形狀

旋壓產(chǎn)品形狀各式各樣（如圖2示），通過旋壓可完成成形、縮徑、收口、封底、翻邊、卷邊、壓筋等各種工作，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)（表6）。

表6 各種旋壓制件

2 旋壓技術(shù)應(yīng)用于車輪制造的優(yōu)越性

2.1 技術(shù)先進(jìn)性

其工藝過程為鍛造—退火—旋壓—熱處理—機(jī)械加工—表面處理（噴涂或電鍍）工藝，關(guān)鍵技術(shù)為旋壓加工，屬材料精凈成形，成形產(chǎn)品精度高，較之鑄造材料結(jié)構(gòu)致密，強(qiáng)度高。如圖3示，為旋壓輪輞及整體輪轂。

圖3 旋壓輪輞及整體輪轂

2.2 車輪旋壓技術(shù)

車輪旋壓技術(shù)是近幾年才發(fā)展起來的車輪成形新工藝方法，主要針對鋁鎂合金材料的輪轂（圖3），也有部分輪轂采用鋼質(zhì)。國外17英寸以下轎車鋁輪的生產(chǎn)以鍛坯或環(huán)坯經(jīng)旋壓成形已逐步成為主流。近幾年國外用鍛造、旋壓工藝制造了22、24英寸載重汽車無內(nèi)胎鋁車輪，以其造型美觀、重量輕、強(qiáng)度高成為鋼輪的強(qiáng)勁競爭點(diǎn)。

傳統(tǒng)的輪轂制造工藝方法是在較低壓力(一般在20～60KPa)下澆注（鑄造或真空鑄造）—熱處理—機(jī)械加工—最后表面處理，該方法適合大批量生產(chǎn)、生產(chǎn)率高、合格率較高、鋁液利用率較高，但表面質(zhì)量欠佳、成本稍高、技術(shù)難度高，而采用鍛造—退火—旋壓—熱處理—機(jī)械加工—表面處理（噴涂或電鍍）工藝方法生產(chǎn)的輪轂，大大提高了制造精度，有較致密的金相組織和較好的機(jī)械性能，易達(dá)到輪轂變壁厚等強(qiáng)度要求，而且重量輕、表面光潔，機(jī)械加工余量大大減少。此工藝在德國等較發(fā)達(dá)國家已發(fā)展成為成熟技術(shù)，目前國內(nèi)已有較少企業(yè)在使用該新技術(shù)研究試制鋁車輪。圖4為車輪旋壓幾種主要方式。

圖4 車輪旋壓方式

車輪旋壓一般可采用板材劈開式旋壓（圖4-a）、預(yù)制鍛坯旋壓（圖4-c）、無縫管材縮徑旋壓（圖4-b）三種工藝方式。劈開式旋壓工藝是將圓盤狀板坯用劈開輪通過分層工藝，使毛坯在厚度方向中部被劈成兩份，再用成型輪漸步旋壓成形；鍛坯強(qiáng)旋工藝是將鍛坯進(jìn)行若干道次的強(qiáng)旋，從而達(dá)到輪輞型面尺寸要求。

2.2 所具有的優(yōu)點(diǎn) #p#分頁標(biāo)題#e#

1） 節(jié)省原材料。避免了通過機(jī)加方式生產(chǎn)時(shí)切削掉大量毛坯材料的情況，可直接旋壓，無需對表面進(jìn)行精加工。旋壓技術(shù)還可旋制出變截面厚度的輪轂，在滿足車輪強(qiáng)度指標(biāo)要求的前提下，可適當(dāng)減薄輪轂厚度，從而減少了原材料用量和車輪重量。
2） 鋁鎂合金有很好的導(dǎo)熱性能，可大大延長汽車、摩托車輪胎使用壽命，特別是高負(fù)載卡車輪胎的壽命。（根據(jù)歐洲車輪生產(chǎn)商“ALCOA”公司測試數(shù)據(jù)，鋁合金輪轂使輪胎最長可延長20％的使用壽命）。
3） 實(shí)現(xiàn)變壁厚等強(qiáng)度要求，強(qiáng)度性能良好。輪輞厚度較易控制，能方便的滿足車輪等強(qiáng)度的性能要求，能較好的保證產(chǎn)品精度及強(qiáng)度要求。在相同情況下，同一規(guī)格的旋壓（鍛造）鋁合金車輪的力學(xué)性能比鑄造輪高約18%以上，而質(zhì)量要輕15%。
4） 車輪內(nèi)外表面質(zhì)量良好，無序后續(xù)精加工，減少了工序。旋壓后的產(chǎn)品無需精加工就能達(dá)到很好的表面精度，減少了加工工序。
5） 外形美觀。由于旋壓輪輞壁厚較易控制，因此在滿足等強(qiáng)度要求的情況下，可靈活設(shè)計(jì)造形，美觀可靠。
6） 節(jié)約成本。生產(chǎn)制造成本大為減少，批量化生產(chǎn)更有利于節(jié)約成本。
7） 市場前景廣闊。由于先進(jìn)的技術(shù)和產(chǎn)品良好的性能，用旋壓方法生產(chǎn)的車輪市場前景廣闊。
8） 屬先進(jìn)特種成形技術(shù)，是目前成形大尺寸車輪的較少方法之一，利潤空間極大。（目前常規(guī)尺寸鋁車輪利潤率約為45%~50%）。
9） 技術(shù)難度及復(fù)雜程度較之真空鑄造簡單方便，容易實(shí)施。

3 技術(shù)成熟性

3.1輪轂旋壓設(shè)備

輪轂旋壓機(jī)具有較高的自動化程度，配套上下料機(jī)器人、周轉(zhuǎn)帶，是規(guī)模化生產(chǎn)線中的關(guān)鍵設(shè)備，能達(dá)到每分鐘生產(chǎn)2~4件的生產(chǎn)節(jié)拍。具有立式和臥式兩種結(jié)構(gòu)，旋輪頭可正負(fù)向高速工作進(jìn)給，在一個(gè)工步可完成粗旋和精整過程，輔助工序少，產(chǎn)品質(zhì)量及效率較高（圖5）。

圖5 德國萊菲爾德輪轂旋壓機(jī)（臥式）

國外旋壓機(jī)制造企業(yè)有德國萊菲爾德、WF，西班牙DENN，國內(nèi)有長春55所、北京金時(shí)特、北航工藝研究所等。這些國外企業(yè)具有較悠久的旋壓設(shè)備制造歷史和豐富經(jīng)驗(yàn)，在國內(nèi)有大量的旋壓設(shè)備正在使用，技術(shù)較為成熟。國內(nèi)企業(yè)近年也設(shè)計(jì)制造了一些設(shè)備并投入使用，其綜合性能基本能滿足市場要求。

3.2 工藝技術(shù)

旋壓成形輪轂技術(shù)在德國已發(fā)展成熟，并有產(chǎn)品應(yīng)用于市場。目前國內(nèi)雖沒有成熟產(chǎn)品，但已有個(gè)別在旋壓領(lǐng)域具有權(quán)威的企業(yè)已基本試驗(yàn)成功，比如西安航天動力機(jī)械廠、山東濟(jì)寧車輪廠等，相信很快將會有具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品投放市場。

4 前景

旋壓成形法是在熱鍛工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，鍛造制坯后進(jìn)行旋壓成形，提高了制造精度和強(qiáng)度，機(jī)械加工余量大大減少。旋壓輪轂由于不受尺寸制約、產(chǎn)品美觀、性能良好、安全性高、節(jié)省材料、節(jié)約能源等因素，其發(fā)展勢頭良好，旋壓技術(shù)屬先進(jìn)成形技術(shù)，其鋁合金車輪旋壓技術(shù)水平已基本趨于成熟，在國內(nèi)已引起較多公司的關(guān)注，正逐步向批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。另外，已有企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)開始著手研究鎂合金旋壓成形技術(shù)，但目前尚無旋壓成形鎂合金車輪技術(shù)研究報(bào)告。隨著國內(nèi)鋁鎂合金產(chǎn)業(yè)化的飛速發(fā)展，鋁鎂合金旋壓車輪必將有一個(gè)巨大的市場需求。

5 規(guī)模化生產(chǎn)條件

要達(dá)到規(guī)模化生產(chǎn)必須要有可靠的原材料來源，建立合適的生產(chǎn)線，以批量化生產(chǎn)模式經(jīng)營，產(chǎn)品規(guī)格要多樣化，市場定位要明確，確立一個(gè)以上的戰(zhàn)略合作采購商，并具有先進(jìn)的管理模式，能適應(yīng)市場的變化。