新材料与工艺手册

[底盘系统轻量化] 轮毂轻量化研究

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发表于 2014-4-20 20:48:15 | 显示全部楼层 |阅读模式

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引言
出于能源及环保的考虑,汽车轻量化研究受到了世界各国的广泛关注,增大轻合金(铝、镁合金)在汽车部件中的比重是汽车轻量化进程的重要手段之一。国外汽车(主要是轿车和轻型车)已经广泛使用轻合金轮毂来取代钢质轮毂。国内轿车、轻型车也正逐步朝此方向发展。此外,轻合金作为最轻的结构材料近些年来备受关注。随着原镁材料价格的下降、成形工艺及其装备的改善、防腐工艺的提高,轻合金轮毂在汽车上的使用将得到更大的发展。
1  轻合金轮毂的特点
1.1  省油
平均每个轻合金轮毂比质相同尺寸的钢轮毂轻2kg,一台轿车用5个便省了10kg质量。根据日本实验,5座的轿车重量每减轻1kg,一年约或节省20L汽油。而美国汽车工程师学会发表的研究报告指出,轻合金轮毂虽然比一般钢轮毂贵,但每辆汽车跑到2万km时,其所节省的燃料费便足够抵回成本。
1.2  增加发动机寿命
根据发动机负荷与功率曲线图,当负荷增大至某一程度后,其功率反呈降低,此边际将就表示此时每l单位负荷,发动机将更吃力(特别耗油),发动机负荷减轻,自然减少故障,延长寿命。
1.3  散热好
轻合金的热传导系数为钢的3倍。散热效果好,长途高速行驶之时,也能使轮胎保持在适当的温度,使刹车鼓及轮胎不易老化,增加寿命,降低爆胎的机会,有效地保障了汽车的安全行驶。
1.4  真圆度好
精度高达0.05mm,运转平衡性能佳,有利于消除一般车身超长及方向盘抖动现象,高减振特性,舒适性更强。
1.5  坚固耐用
轻合金轮毂之耐冲击力、抗张力及热力等各项强度较钢轮毂要高。这也是轻合金在国防工业、航空工业扮演重要的角色原因之一。
1.6  美观
一般钢轮毂因生产所限,形式单调呆板,缺乏变化;轻合金轮毂则有各式各样的设计,加上光泽、颜色效果好,从而提高了汽车的价值与美感。用铸造法生产的轻合金轮毂,可以制出任意空间曲面和形状,以吻合不同车型,迎合不同用户的需要,并且不易藏污纳垢,易清理。
2  轻合金轮毂结构及各部分功能
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(1)轮辋。与轮胎装配配合,支撑轮胎的车轮部分。
(2)偏距。轮辋中心面到轮辐安装面间的距离。有正偏距、零偏距、负偏距之分。
(3)轮缘。保持并支撑轮胎方向的轮辋部分。

(4)胎圈座。与轮胎的胎圈接触,支撑维持轮胎半径方向的轮辋部分。
(5)轮辐。与车轴车轮实施安装连接,支撑轮辋的车轮部分。
(6)气门孔。安装轮胎气门嘴的孔。
(7)槽底。为方便轮胎装拆,在轮辋上留有一定深度和宽度的凹坑。
3  轻合金轮毂的成形方法
(1)低压铸造。是最基本的方法,也是比较经济的形式。低压铸造就是把融化的金属浇铸在模具里成型并硬化。
(2)反压铸造。是较为先进的铸造方法它用很强的真空把金属吸进模具,有利于保持恒温和排除杂质,铸件内没有气孔而且密度均匀,强度很高。
(3)高反压模铸(HCM)。这种制造工艺产生近乎锻造的效果,德国名厂BBS的RX/RY(规格从381-508mm)系列铝轮毂就是采用HCM法制造的。
(4)锻造。这是造轮毂的最先进的技术,以6000t的压力趁着热劲,把一块铝锭给压成一个轮毂。这种轮毂强度是普通铝轮毂的3倍,而且还轻20%。
(5)滚锻(也叫模锻)。是锻造的一种,把1只轮毂的毛坯在滚动中锻造成型。滚锻出的轮毂在保持足够强度的同时,能大大减少材料的厚度,这是轮毂制造的最高境界,BBS的RSH系列就是滚锻的。
4  国内轻合金轮毂的应用和发展
我国的轻合金轮毂工业起步较晚,但发展极为迅速,到2002年,我国轿车的轻合金轮毂的装车率已接近45%。20世纪80年代末,我国出现了第一个具有现代规模的戴卡轮毂制造有限公司,20世纪90年代初在广东出现了南海中南铝合金轮毂有限公司,这两家生产厂家的生产装备及规模都已达到世界先进行列。戴卡轮毂制造有限公司年生产能力达150万件,其国内市场包括上海大众、一汽大众、广州本田、北京吉普、长安铃木等汽车厂的主流车型的轮毂,国际市场覆盖欧、美、日本、澳大利亚等十多个国家和地区。南海中南铝合金轮毂有限公司开发了超过30多种款式、400多种规格的汽车铝合金轮毂。上海万丰奥特集团,拥有中国最大的铝合金轮毂生产基地,年生产铝合金轮毂达700万件。国内具备相当规模的铝合金轮毂生产厂家还有北京金永利铝轮毂制造有限公司、上海金合利铝轮毂制造有限公司、南京华东铝轮毂有限公司、南京粤华轮毂有限公司、沈阳都瑞轮毂有限公司以及驭风铝铸件有限公司等等。
5  结论
随着能耗、环保问题的日益突出,汽车轻量化已成为各国政府及汽车制造厂商广泛关注的热点问题之一。国际市场方面,根据美国凯撒工程公司的资料,2000年世界铝合金轿车轮毂需求量已达1.1亿件。有人预测,在未来10年内,我国轿车轮毂铝化率达到或接近发达国家的50%的水平。据国家汽车工业“十五”发展规划及中长期发展目标,预计到2010年,中国家用轿车保有总量将达到1466万辆,其中城镇居民家用轿车保有量约l400万辆。到2020年,中国家用轿车保有量将达到7200万辆。随着原料成本的降低、成形技术的进步、防腐工艺的提高,轻合金轮毂在汽车轻量化进程也将扮演越来越重的角色。因此,加强对轻合金汽车轮毂生产制造的研究是很有必要的。

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