我國(guó)鋁車輪鍛造技術(shù)及成形裝備的發(fā)展

近年來“節(jié)能環(huán)保”已經(jīng)成為人們廣泛關(guān)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(zhì)量”，因此車輪的輕量化對(duì)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(dá)到減重15%的效果。中信戴卡公司于21世紀(jì)初首次引入德國(guó)鋁車輪鍛造技術(shù)，經(jīng)歷了多年的發(fā)展，針對(duì)不同的目標(biāo)產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)已經(jīng)延伸出了多種成形新工藝，而生產(chǎn)線配套成形裝備的國(guó)產(chǎn)化問題也陸續(xù)得到了解決。

工藝介紹

目前我國(guó)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(fù)合工藝、短流程工藝、純直鍛法以及液態(tài)模鍛工藝，下面對(duì)上述五項(xiàng)工藝逐一進(jìn)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(jī)+2臺(tái)模鍛液壓機(jī)+擴(kuò)口機(jī)+旋壓機(jī)的五步成形工藝，生產(chǎn)線特點(diǎn)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(chǎn)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(chǎn)線投資相對(duì)較大，但是生產(chǎn)效率高，可達(dá)年產(chǎn)50萬只轎車輪或40萬只大巴輪，適合于OEM方式供貨，國(guó)內(nèi)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(chǎn)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(wù)是制坯，經(jīng)過預(yù)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(fù)合工藝

直鍛旋壓復(fù)合工藝是采用1臺(tái)或2臺(tái)模鍛液壓機(jī)+擴(kuò)口機(jī)+旋壓機(jī)的五步成形工藝，生產(chǎn)線特點(diǎn)是既可以生產(chǎn)卡車、客車車輪，又可以生產(chǎn)不出窗口的轎車輪，即光板轎車輪毛坯，直鍛旋壓復(fù)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(fù)合工藝流程圖

直鍛旋壓復(fù)合生產(chǎn)線可以實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)40萬只轎車輪光板毛坯或年產(chǎn)30萬只卡巴輪，適合于OEM方式的卡巴輪供貨或售后市場(chǎng)的改裝轎車輪轂，隨著我國(guó)公路運(yùn)輸限載令的下達(dá)以及轎車改裝市場(chǎng)的日益發(fā)展壯大，國(guó)內(nèi)采用該工藝的廠家越來越多，至2017年底統(tǒng)計(jì)已有近15條直鍛旋壓復(fù)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(nèi)蒙古中鈺、山東正宇公司等等，圖4為采用直鍛旋壓復(fù)合工藝生產(chǎn)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(chǎn)工藝是采用輾鍛機(jī)+擴(kuò)口機(jī)+旋壓機(jī)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(chǎn)小批量的卡車和客車車輪，以及售后市場(chǎng)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(jī)的上、下工作臺(tái)之間呈一個(gè)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(zhì)量，卡車輪的輾鍛過程如圖6所示。



圖4 直鍛旋壓復(fù)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(chǎn)線可以實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)20萬只卡巴輪或光板轎車輪，適合于小批量售后市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)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(chǎn)過程中，不采用強(qiáng)力旋壓工序，車輪的輪輻采用模鍛工藝成形，輪輞采用擴(kuò)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(chǎn)卡車和轎車車輪，此工藝路線簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，但是材料利用率相對(duì)較低，由于輪輞未經(jīng)過強(qiáng)力旋壓，因此輪輞部位的晶粒沒有明顯的細(xì)化，國(guó)內(nèi)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)金屬液充填流動(dòng)，國(guó)內(nèi)多采用2000～4000t熱模鍛壓力機(jī)，加壓過程中尚未凝固的金屬液在等靜壓的作用下結(jié)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(guó)內(nèi)應(yīng)用較少，主要生產(chǎn)卡巴車輪以及部分轎車車輪，生產(chǎn)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(shè)備介紹

壓力機(jī)、輾鍛機(jī)、旋壓機(jī)是鋁合金鍛造車輪生產(chǎn)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(shí)施。
鍛造壓力機(jī)

模鍛作為關(guān)鍵工序，鍛坯的質(zhì)量對(duì)后續(xù)成形有較大的影響，中信戴卡引進(jìn)的第一條生產(chǎn)線所用的壓力機(jī)為德國(guó)制造，價(jià)格昂貴。經(jīng)過多年的發(fā)展，目前天津天鍛壓力機(jī)有限公司生產(chǎn)的6000t、8000t、10000t模鍛壓力機(jī)成為了鋁合金車輪鍛造生產(chǎn)線的首選，性能也達(dá)到了世界先進(jìn)水平。
輾鍛機(jī)

輾鍛機(jī)是五步萬能生產(chǎn)工藝和短流程工藝中的關(guān)鍵設(shè)備，主要用于制坯工序，制造廠家有德國(guó)的SSB、美國(guó)MJC等，秦皇島燕大現(xiàn)代公司在國(guó)家“十二五”863項(xiàng)目的支持下，研發(fā)成功WERFM/3600型鋁車輪輾鍛機(jī)（圖9），該機(jī)噸位達(dá)到了3600kN，是世界上噸位最大的車輪輾鍛機(jī)之一，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到或超過國(guó)際先進(jìn)水平。



圖9 鋁合金車輪旋轉(zhuǎn)輾鍛機(jī)
強(qiáng)力旋壓機(jī)

鋁合金車輪強(qiáng)力旋壓機(jī)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(guó)能夠制造。國(guó)內(nèi)專做車輪強(qiáng)力旋壓機(jī)的廠家較少，針對(duì)此問題，秦皇島燕大現(xiàn)代公司成功研制了鋁合金車輪強(qiáng)力旋壓機(jī)（圖10），各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到或超過進(jìn)口產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了車輪強(qiáng)力旋壓設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，降低了用戶的設(shè)備采購(gòu)成本，提高了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。



圖10 鋁合金車輪強(qiáng)力旋壓機(jī)

結(jié)束語

我國(guó)鋁合金車輪鍛造技術(shù)源于歐洲，經(jīng)過近20年的發(fā)展，已經(jīng)陸續(xù)出現(xiàn)了直鍛旋壓復(fù)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(tái)，各生產(chǎn)廠家紛紛將目光轉(zhuǎn)向產(chǎn)品的輕量化設(shè)計(jì)研究和節(jié)能節(jié)材新工藝的開發(fā)，這也對(duì)配套成形設(shè)備提出了更高的要求，推動(dòng)了我國(guó)鋁合金車輪鍛造技術(shù)和成形裝備的發(fā)展。