车轮是车辆承载的重要部件，其质量直接关系到人的生命平安。目前车轮的次要资料有铝合金、钢材、镁合金以及一些复合资料和钢铝组合资料。本文辨别讲述了铝合金车轮和钢车轮的制造工艺，其中铝合金车轮的制造工艺有铸造、锻造以及前沿的旋压－活动复分解形工艺和辗压－旋压复分解形工艺，钢制车轮的制造工艺有轮辋辊压技术、轮辐冲压技术以及前沿的辊压全体成形技术，剖析了各个工艺的优缺陷及代表性的消费厂家，论述了前沿的车轮制造工艺和整个车轮行业的开展趋向
1引言
汽车车轮接受着车辆的垂直负荷、横向力、驱动（制动）扭矩和行驶进程中所发生的各种应力，它是高速回转运动的零件、要求尺寸精度高、不均衡度小、支撑轮胎的轮辋外形精确、质量轻，并有一定的刚度、弹性和耐疲劳性。因而要求车轮具有足够的负载才能及速度才能、良好的缓冲性和气密性、良好的平均性和质量均衡性、精巧的外观和装饰性、尺寸精度高、质量小、价钱低、拆装方便、互换性好等。车轮资料的选用，车轮构造和制造工艺与上述要求亲密相关，是决议车轮功能好坏的关键要素。
2车轮资料的选用
目前，全世界的汽车车轮，不论是载重汽车车轮还是轿车车轮，所用资料根本分为两种，即钢材和铝合金资料，这两种资料制造的车轮所占市场份额为95％，研讨汽车车轮的各种工艺特性与这两种
资料的特性是分不开的。随着世界各国政府对节能、平安、环保的要求日趋严厉，车轮资料的选择就成为一个焦点成绩，即铝合金和钢的选择成绩。
此外，随着资料技术的开展和人们对车轮质量的要求不时进步，一些新型资料也被用于制造汽车车轮。
2.1钢制车轮
临时以来，钢制车轮在汽车车轮中占主导位置，但是自上世纪80年代起，钢轮的市场份额逐渐减小，被铝合金所替代。钢轮份额疾速下跌的缘由有多方面的要素，而外观吸引力是最次要的要素。钢制车轮在低本钱和平安性方面较铝合金车轮具有很大的优势，因而，目前的载重汽车车轮大局部是钢材制造的。但钢制车轮的缺陷也是十分分明的，钢材的加工成型功能和制造工艺决议了钢轮难以做到铝合金车轮那样的构造和外形多样化。同时，钢车轮质量大，制造和运用钢车轮耗费的能量都比铝制车轮大得多。
近年来，面对替代品的浸透和应战，国际钢轮行业在技术方面停止一系列的改造，包括：(1)新资料微合金钢HSLA，双相钢(DP)和贝氏体钢等高强度和先进高强度钢种成功开发并逐渐使用于制造车轮，为钢轮加重质量和愈加大胆的样式设计发明了条件。据统计，HSLA车轮比普通碳素钢车轮分量轻约15％。(2)新工艺，国际钢轮行业与设备制造商严密协作研讨开展了旋压消费工艺，使用到钢制车轮消费中。目前商用车无内胎车轮的轮辐运用旋压消费工艺已十分普遍，Magnetto Wheels的法国工厂和Hayes Lemmerz International的西班牙工厂开端投入小批量消费，日本Topy和美国Arvin Meritor称已掌握了这项技术[1]。
在宏大的本钱压力和钢制车轮的制造技术和资料技术改造的形势之下，国际汽车业也开端重新评价钢轮和铝轮的价值。
2.2铝制车轮
据统计，轿车运用铝合金车轮的比例高达90％以上[1]。铝合金车轮与钢轮相比，具有如下优势：
（1）美观、温馨和节能等优势；
（2）非载荷质量小，从而进步了抓地性表现出更为准确的转向举措和更好的转弯功能；
（3）惯性小，改善了减速性和制动性；铝合金具有良好的导热功能，进步了制动零碎的散热功能，大幅度降低了由高热招致的制动失灵。
除此之外，铝合金车轮还有耐腐蚀、成形性好、减震功能互联网电子商务和移动商务消费渠道的普及，使得支付市场将在不久的将来继续呈现更加美好的增长前景。好、轮胎寿命长、尺寸准确、均衡好、加工精准、资料应用率初等明显优点，契合古代汽车平安、节能、环保三大主题的要求。这对降低汽车自重、增加油耗、加重环境净化与改善操作功能等有着严重意义，因而铝合金已成为汽车车轮的首选资料[2]。
2.3其它资料的车轮
（1）镁合金车轮镁在适用金属中密度最小，它带给汽车的益处一是能加重整车分量，增加油耗。二是强度高于铝合金和钢，刚度接近铝合金和钢，可以接受一定的负荷。三是具有良好的铸造性和尺寸波动性，易加工，废品率低，降低了消费本钱。四是具有良好的阻尼系数，减振量大于铝合金和铸铁，用作轮圈可以增加振动，进步汽车的平安性和温馨性。
随着汽车工业的开展,轿车车轮开端采用铸造镁合金。但由于这类铸件实验条件非常严厉和气密性要求高,同时还要求工艺出品率高,消费本钱低,给铸造消费带来极大困难，因而本钱仍偏高于铝合金。虽然如此，镁合金的使用前景依然看好，在欧美镁压铸件的采用量近几年来呈上升趋向。以后，兴旺国度的赛车及局部民用高档车正在运用镁合金轮毂，大幅度进步镁合金锻造轮毂的用量。用镁合金制造车轮，是高档汽车开展的一个趋向[3]。
（2）复合资料（塑料或碳纤维），普通用于赛车，分量更轻，强度高，但价钱昂贵。
#p#分页标题#e#（3）钢铝组合车轮，轮辋为普通钢制轮辋，轮辐为铸造的铝合金轮辐，经过机械加工，借助嵌件与钢的轮辋装焊而成。它集中了钢制车轮与铝合金车轮的优点，并以其较低的价钱占领了市场的一席之地。在美国，钢铝组合式车轮曾经经过了台架实验和路途实验，失掉了广阔用户的认可。在我国它还处在重生期，有待进一步的研讨[4]。
3汽车车轮消费工艺
车轮按构造方式分可分为全体式和分体式两大类，全体式车轮是车轮的三大部件轮辋、轮辐和轮毂经过一次成形（如传统的铸造、锻造等）而失掉的。分体式车轮是三大部件经过焊接或螺栓联合组成的车轮。铝合金车轮以全体式为主流方式,占绝大少数市场份额，而钢车轮则以分体式构造为主。
3.1铝合金车轮的制造工艺
全体式铝合金车轮的消费工艺次要有两种，即铸造工艺和锻造工艺。目前最普遍的是铸造铝合金车轮，约占到产品总量的95%。锻造铝合金车轮较铸造铝合金车轮机械强度更高、抗疲劳性更好，但由于工艺投资大、本钱高、因此还不能大面积推行。
3.1.1锻造工艺及其特点
锻形成形目前有两种工艺,一是惯例锻造法,即以铸造圆锭坯或挤压锭坯为坯料,经热锻、热处置、机械加工、外表处置、检验合格后即为成品轮毂；另一种是半固态机锻法,即铸坯在含有30%～50%液体形态下在公用锻压机上一次疾速成形，此工艺的关键是必需制取粗大的平均的球形晶粒锭坯,然后按所需质量锯切成坯料,严厉控制加热温度，将坯料加热到半固态，此项工艺在美国和德国于上世纪已进入商业化消费，同一规格的锻造铝合金轮毂的力学功能比铸造轮毂高18%以上,因此分量可比铸造轮毂加重15%。
总体来说锻造铝合金车轮的质量是一切制造工艺中最好的，锻造车轮有高密度的金属晶体组织和良好的机械功能、分量轻、比强度高、外表质量高，其缺陷是制形成本高，需求有较大吨位的热模锻设备，少量的后处置设备，因而设备投资大，因此国际很少有应用锻造法制造铝合金车轮。以后,锻造铝合金轮毂的75%是美国铝业公司消费的，根本上垄断了全世界的卡车、大型客车的机锻铝合金轮毂消费[6]～[7]。
3.1.2铸造工艺及其特点
铝合金车轮需求具有较高的机械强度及疲劳强度和韧性目标(铝合金车轮资料的试棒规范为试棒经T6热处置后应到达:抗拉强度>214Mpa，伸长率>4%，硬度>60HBS[5])，因而铸造工艺采取特殊的铸造、加工及热处置工艺来完成。消费铝合金车轮的铸造工艺次要有高压铸造、重力铸造和挤压铸造三种铸造方式。其中高压铸造是铝合金车轮铸造工艺中的次要铸造技术，目前世界铝轮消费普遍采用高压铸造，我国大少数车轮制造厂家也都采用了高压铸造技术，约占全部产量的80％[8]以上。
高压铸造这一技术已相当成熟，其本钱比重力铸造稍高。但是，高压铸造工艺受自身条件(壁厚、致密性、强度)所限，较难满足18英寸以上车轮，特别是电镀、抛光等特种涂装工艺涂前外表质量的处置要求。其流程普通为：
模具打扫&rarr模具控温&rarr喷膜&rarr合型熔料&rarr熔化、精炼&rarr蜕变、除气、调温&rarr升压&rarr充型保压&rarr凝结&rarr去压&rarr松型、开模取铸件&rarr整形清算&rarr初检。
其中的熔炼是铸造消费的关键工序，由于铝合金在低温下会因氧化、吸气而形成烧损，夹渣、氧脆等缺陷，必需在工艺上采取合理的熔炼工艺，熔化进程要添加过量的熔剂，精炼时要通入污染气体去渣、排氧，添加蜕变剂，细化晶粒。
重力铸造是历史最久、本钱最低、工艺最复杂的铸造技术。重力铸造的缺陷是金属晶粒粗大、强度较差、外表处置任务量大。如今采用此工艺的厂家较少，做得最好的是日本的Em Kei(远轻)，国际也有局部消费厂家采用这种工艺，约占其全部产量的20％。这种工艺晚期被采用，如今已趋于淘汰。
挤压铸造挤压铸造产品的外表及外部组织为数亿中文用户免费提供海量、全面、及时的百科信息，并通过全新的维基平台不断改善用户对信息的创作、获取和共享方式。近似于锻造，机械强度也接近锻件。挤压铸造也称为液态模锻，是一种集铸造和锻造特点于一体的工艺方式，其中又分为复合挤压铸造、正挤压铸造、两次挤压铸造、反挤压铸造等多种方式，共同特点是：铸件外表光亮、金相组织、各种机械功能接近于锻件，不需复杂的外表加工就可以镀铬，镀铬本钱较低、镀铬添加分量少。日本的UBE(宇部兴产株式会社)是这一工艺做得最成功的厂家，国际有一些小厂采用这种工艺消费摩托车铝合金车轮。
#p#分页标题#e#铸造铝合金汽车车轮热处置工艺普通分为固熔处置、不完全时效处置和完全时效处置三个阶段,典型的铸造铝合金热处置工艺流程普通为:工件加热&rarr保温&rarr水冷&rarr加热&rarr保温&rarr空冷&rarr检验。以保证资料机械功能,取得具有足够强度,并坚持高的塑性的铸件[9～[10]]。
3.1.3其它新型工艺
（1）旋压和活动旋压的复合工艺
近年来，复合旋压和活动旋压技术普遍地使用于消费具有复杂几何尺寸的零件。由于全体轮毂的本钱低，欧洲首先开展了劈裂、普通旋压和活动旋压分解的工艺来消费内轮毂和铝合金轮边缘，如图1所示为一种典型的铝合金（A5351）经复分解形工艺制造车轮的截图。
（2）辗－旋复分解型工艺
将带有V形槽的毛坯用左半芯模和右半芯模夹紧，经辗压轮的纵向进给，圆形坯被辗压成两局部，毛坯呈&ldquo工&rdquo形。毛坯被辗压的局部用来旋制轮辋，毛坯中未被辗压的局部即为轮辐和轮毂，[11]～[13]。
图2 车轮的辗－旋复分解形法
旋压技术曾经在欧美、日本等兴旺国度的车轮制造范畴使用较广，其中以德国的技术程度最为成熟，经过对国外各大数据库的检索知，国外关于该工艺实际已有了较深的研讨，实践运用也较广[14]。
国外应用该工艺停止消费可以分为两种状况，
一是一次性成形整个车轮，如Heyes Lemmerz(海斯、莱莫斯，美国)；Superior(超级工业国际公司，美国)；Ronal(德国罗那公司)等大型车轮制造公司都采用了辗－旋复分解形工艺和相相似的工艺停止消费成形全体式车轮[5]。另外一种状况是应用该工艺独自成形轮辋、轮毂或轮辐，然后经过焊接或螺栓联合的方式组装成车轮，如德国的LEICO，西班牙DENN等公司，日本Topy和美国Arvin2Meritor已掌握了这项技术[15]～[16]。
3.2钢车轮的消费工艺
近20年来，随着铝轮产品的呈现，传统的钢轮产品呈现了份额萎缩。据行业内粗略估量，钢轮的市场份额从20世纪80年代初期的90％以上逐渐萎缩到90年代前期的缺乏50％。疾速下滑的销售业绩惹起了国际钢轮制造业、钢铁制造业和钢制车轮设备制造商的高度注重，其严密协作的后果推进了钢轮制造技术的改造和市场份额的感性恢复。
3.2.1资料技术
车轮的传统资料为热轧低碳钢（HRLC），在20世纪70年代的乘用车钢制车轮的轮辋和轮辐用料中占据着相对的支配位置。这种资料具有很好的可成形功能，至今国际上不少工厂依然以这种资料作为轮辋的规范用材。
出于加重车轮质量和开发新款车轮（如大通风孔车轮）的需求，高强度钢材逐渐引入到车轮行业。早在20世纪70年代中期，北美和日本的钢轮厂便开端研讨高强度低合金钢（HSLA）的使用，而欧洲地域的钢轮厂则尝试了双相钢（DualPhase）的使用，逐步构成了2个不同的流派，即以高强度低合金钢为轻量化车轮的规范轮辐资料的北美派，和以双相钢为轻量化车轮的规范轮辐资料的欧洲派。双相钢的抗疲劳功能和加工功能均超越高强度低合金钢，这种资料惹起欧、美和日本车轮厂商的极大热情。目前，欧洲车轮行业中，抗拉强度为600N/mm2的双相钢曾经普遍地使用于车轮轮辐消费，将来的开展趋向是运用更高抗拉强度的双相钢DP800和剩余奥氏体钢（TRIP钢）[17]
比拟而言，中国乘用车钢轮消费企业与欧美先进消费企业相比，在资料技术上的研讨和使用存在着相当大的差距，异样规格要求的车轮在质量上相差10%以上。目前，国际乘用车钢轮产品，轮辐次要采用高强度低合金钢，轮辋次要采用低碳钢。
3.3.2制造技术
关于钢制车轮，由于钢材的成形功能的限制，目前的汽车钢轮大都采用分体式的车轮构造，即轮辋与轮辐分开制造，且由于轮辋与轮辐的作用和受力状况不同，普通采用不同的钢材停止制造。
钢车轮次要由轮辐和轮辋两局部组成，普通辨别制造，然后焊接起来。其中轮辋的制造技术是关键，其制造工艺归结归结起来有以下几个方案：1.型钢钢带卷/焊工艺；2.平板钢带卷/焊/滚工艺；3.无缝钢管旋/滚工艺。方案1和方案2制造的轮辋是用型钢或带钢卷焊而成的，轮辋上都有一条贯穿的焊缝。在无内胎轮胎普遍运用的明天，很难保证焊缝在交变应力的作用下不漏气，所以这两种方案次要用在轻载汽车的无内胎车轮或中载汽车的有内胎车轮上。
#p#分页标题#e#方案3是用大口径薄壁无焊缝钢管，新生的改变世界的企业将会诞生，从而更好的服务整个人类世界，走向更高科技的智能化生活。经旋压成不等截面直筒，再滚构成轮辋，这种轮辋没有焊缝，用其制造的车轮在运用进程中不管是重载还是在交变应力作用下都不会漏气。因而用这种工艺制造的车轮可以用于各品种型的汽车上，它逐步成为钢制车轮的主流工艺。钢制车轮关于制造工艺的要求十分严厉，合格的汽车钢轮要经过四大流程，数十道工序。其中，四大流程包括轮辋滚压成形、轮辐冲压成形、组装焊接以及涂装。而每道工序关于最终产品都十分重要。目前，可以消费出合格乘用车钢轮产品的企业屈指可数，在国外已构成寡头垄断的格式。其关键技术次要有以下两点[18]：
(1)轮辋辊压技术轮辋产品制造的次要进程是将卷圆焊接的钢圈经过6道滚压工序成形。为了进一步加重车轮质量以抵挡铝轮的浸透，近年来国外一些车轮企业，除了将轮辋资料以高强度低合金钢或贝氏体钢取代传统的热轧低碳钢之外，在钢圈成形之前添加了旋压工艺，在本来厚度平均的钢圈上旋压出几道较薄的槽，在轮辋槽底和轮缘受力较大的中央坚持资料的原始厚度，而在受力较小的中央减薄资料厚度，从而无效地加重轮辋的质量。轮辋旋压技术是国际钢轮行业的前沿技术之一，目前处在实验和改良阶段。这种技术普通可以使车轮产质量量进一步加重10％以上。Magnetto Wheels的法国工厂和Hayes Lemmerz International的西班牙工厂开端投入小批量消费，日本Topy和美国ArvinMeritor称已掌握了这项技术[19]。
(2)轮辐冲压技术车轮轮辐是衔接汽车轮毂和轮胎的次要支撑件，也是决议车轮能否美观的关键部件。轮辐需求经过屡次冲压方能成形。次要的工艺包括剪切落料、初拉伸、反向拉伸成形、切边、冲螺栓孔翻边、挤螺栓孔、冲风孔、挤毛刺等。就消费方式而言，欧美的车轮厂普遍采用多工位压机延续消费，其压机才能普通在4500~5000t，消费节拍每分钟10~26次，多采用8~10个工位，采用三坐标电子送料零碎和疾速换模零碎，极大地进步了消费效率,一般企业采用单机连线的半自动消费方式。而国际企业尚处在单机手工送料的阶段[20]。
3.2.3前沿钢轮制造技术
目前的主流车轮都是采用先造出固定轮胎的轮辋和衔接轮辋与轮毂的轮辐2个配件，然后将二者结合到一同的双轧构造。虽然有可以像铝合金那样停止铸造的整轧车轮，但钢制整轧车轮不断被以为是不能够成功的。德国WF公司率先成功地试制出全体式钢制车轮，首先，使轮盘和轮缘内侧作为一体停止成形。然后应用辊子压制，使轮缘外侧发作隆起和分叉，即借用内侧资料的厚度构成外侧。然后，再应用辊子压到模具上，对外形和厚度散布停止修整。
图3 全体式钢车轮工艺截图
WF公司的此项工艺只须将圆钢板放入1台设备上，约20秒即可完成，而且不需焊接、反省、均衡等工序，因而应用小型设备即可消费。据预测，本钱可降低20%。钢材制造的整轧车轮。
3.2镁合金车轮的消费工艺
目前压铸镁合金产品用量大于变形产品，但经过锻造、挤压或轧制等工艺消费出的变形镁合金产品具有更高的强度，更好的延展性，具有铸造镁合金产品无法取代的优秀功能，国际镁协会（IMA）在他制定的开发与使用镁合金三个阶段中，临时的目的就是要开发变形镁合金。镁合金可以用轧制、挤压、冲压、热锻及超塑性成形等方式停止加工。因而，开发变形镁合金，是其将来更久远的开展趋向。
（1）轧制
镁合金在室温下塑性很低，轧制加工比拟困难，因而最好用热轧与温轧。适于轧制的镁合金牌号有Mg-Mn系的MBl，MB8，Mg-A1-Zn系的AZ31B和Mg-Li系LAl41，可以消费厚板，中板和薄板。镁合金薄板用于制造汽车车体组件之外板（如车门，罩盖，护板，顶板等），可大大加重分量。
（2）挤压
目前，镁合金管、棒、带、型材次要采用挤压办法加工成型，由于挤压工业最适用于低塑性资料的成形加工。大局部变形镁合金如AZ31B，ZM21，ZK60A，HK31等均可用挤压法消费。挤压法消费的零件，其力学功能较压铸法消费的要高很多，而且外表光亮，无需再经打磨，可用于汽车承载件如坐架、底盘框、轮毂和汽车窗框等。
（3）冲压
镁合金在常温下不宜冲压，普通；中压温度都必需在150℃以上，在175℃时，镁合金板杯形件拉伸时的拉伸比可达2.0，在225℃时可达3.0，超越了铝合金和低碳钢的的常温拉伸成形极限（它们辨别为2.6和2.2）。德国群众汽车公司开收回镁合金汽车掩盖件的热冲压成形技术，加工出汽车的门板。
（4）等温锻造
镁合金在常温下容易脆裂，锻造温度须在200℃以上至400℃之间。但镁合金在低温下，尤其在超越400℃时发生腐蚀氧化以及晶粒粗大，锻造温度范围较窄。而镁合金导热系数较大（～80w／m.c）简直为钢的2倍，接触模具后降温很快，塑性降低，变形抗力添加，充填功能下降，因而镁合金锻造较难，而合适于采用等温锻造。我国已用等温锻造工艺成功的成形了复杂的镁合金飞机上机匣。
（5）超塑成形
镁合金塑性较低，用惯例变形办法加工较难，近年来美、日等国迷信家对镁合金的超塑成形技术停止了研讨。研讨标明，很多变形镁合金在一定的条件下具有超塑性，可以一次成形复杂的零件。
镁合金在工业上的研讨开发和使用，可以说是蒸蒸日上。它既表现出众多优越性契合古代技术开展的要求，也提出了一系列需求进一步研讨处理的成绩，以不时扩展它的使用范围。
（6）旋压
旋压成形车轮进步了产品制造精度和强度，机械加工余量大大增加。目前，国际外已有企业及研讨机构开端着手研讨镁合金旋压成形技术，但尚无旋压成形镁合金车轮技术研讨报告，在国外该技术已在铝合金车轮上有成功的使用经历。随着国际镁合金产业化的飞速开展，镁合金旋压车轮必将有一个宏大的市场需求。
其工艺进程为锻造&mdash退火&mdash旋压&mdash热处置&mdash机械加工&mdash外表处置（喷涂或电镀）工艺，关键技术为旋压加工，属资料精净成形，成形产品精度高，较之铸造资料构造致密，强度高。如图5所示，为旋压轮辋及全体轮毂。
国外17英寸以下轿车铝轮的消费以锻坯或环坯经旋压成形已逐渐成为主流。近几年国外用锻造、旋压工艺制造了22、24英寸载重汽车无内胎铝车轮，以其外型美观、分量轻、强度高成为钢轮的微弱竞争点。
传统的轮毂制造工艺办法是在较高压力（普通在20～60KPa）下浇注（铸造或真空铸造）&mdash热处置&mdash机械加工&mdash最初外表处置，该办法合适大批量消费、消费率高、合格率较高、铝液应用率较高，但外表质量欠佳、本钱稍高、技术难度高，而采用锻造&mdash退火&mdash旋压&mdash热处置&mdash机械加工&mdash外表处置（喷涂或电镀）工艺办法消费的轮毂，大大进步了制造精度，有较致密的金相组织和较好的机械功能，易到达轮毂变壁厚等强度要求，而且分量轻、外表光亮，机械加工余量大大增加。此工艺在德国等较兴旺国度已开展成为成熟技术，目前国际已有较少企业在运用该新技术研讨试制铝车轮。
车轮旋压普通可采用板材劈开式旋压、预制锻坯旋压、无缝管材缩径旋压三种工艺方式。劈开式旋压工艺是将圆盘状板坯用劈开轮经过分层工艺，使毛坯在厚度方向中部被劈成两份，再用成型轮渐步旋压成形；锻坯强旋工艺是将锻坯停止若干道次的强旋，从而到达轮辋型面尺寸要求。
4完毕语
传统车轮制造工艺（不管是钢车轮还是铝合金车轮）的工艺复杂，尤其是铸造进程工序单一，设备投入大，产质量量保证较困难，容易发生缺陷，因此投入与产出比大，经济效率低。特别是锻造铝合金车轮制形成本太高，目前只要大批的奢华轿车在运用锻造铝合金车轮。
以后车轮行业不只要面对轻量化、牢靠性和高精度的技术难题，同时还要顺应车轮的外形美观、大直径和宽轮辋的开展方向。针对通通工艺的缺陷，研讨并使用更先进的车轮消费工艺显得很有必要，如旋压技术的研讨使用。同时应注重一些新的车轮资料的开发和使用和车轮检测技术，以面对世界各国都极为关注的动力、环境和平安三大成绩。
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