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    汽车轻量化意义及铝合金轮毂的成型工艺

    发布日期:2020-02-16 发布者:润恒压铸

      <一>、汽车制造材料发展的轻量化趋势

      汽车材料是汽车品质的基础,在汽车产业中具有重要的地位“汽车发展,材料先行”,汽车技术的发展,在很大程度上取决于汽车制造材料的不断进步。

      在结构材料体系中,钢铁因其的使用性能和良好的加工工艺性,在汽车工业发展的初期,便居身于汽车制造材料的主导地位。尤其随着钢铁在各个工业领域中大规模应用,使其成本不断降低,钢铁在汽车制造材料领域的主导地位愈发巩固,使用总量保持在50%以上。

      20世纪末期,能源问题逐渐受到世界性竣注面对日益短缺的常规能源,作为生产能源消耗主要载体之一的汽车工业,开始做出积极的战略调整,以应对能源短缺所带来的不利影响,节能型汽车成为汽车工业发展的主题。而新型结构材料的应用,首先推动了节能环保型汽车创新性发展。针对为突出的汽车轻量化要求,使用其他轻质结构材料替代传统的钢铁材料,减轻了汽车自重,科学实现了节省燃料的目的。据部门统计,汽车所用燃料约60%消耗于汽车自重,汽车质量每减轻10%,可降低油耗6%~8%。测试表明,在经济行驶速度下,汽车质量每减少1kg,1L汽油可多运行1.1m。

      近20年来,汽车用结构材料在构成上有了明显的变化,轻质金属、合成塑料、陶瓷以及各类复合材料,逐渐被广泛地应用在汽车上,汽车质量不断减轻,满足了节能化需要,成为汽车发展一个重要方向。但应指出,汽车用结构材料的使用并不是笼统着眼于零部件质量的降低。如出于性的考虑,铝合金材料悬挂臂的应用增长并不明显,目前还倾向于钢铁材料的使用。在轮毂材料方面,1995年以来铝合金的使用反而略有下降原因是小型卡车大量使用复合钢。而保险杠的发展完全与轻量化趋势相反,1995年铝合金和塑料的使用比率占45%,到2001年比率降到20%,这是由于用钢的强度和冲击韧性的显著优势,更适合于作为保险杠材料。总之,就汽车整体结构而言,由于轻量化零部件的应用一直呈增长势头,使轻量化材料应用呈明显增长趋势。

      随着“环境友好”概念日益受到重视,使汽车节能降耗的要求不断高涨的同时,相关环保法规日趋严酷。实现汽车低尾气排放甚至零排放,己经成为环保型汽车发展的现实目标。制造商正努力将电动混合燃油汽车推向市场,这要求在汽车结构材料的使用上,向更具轻量化趋势发展。另外汽车用燃料电池技术的不断成熟,使车用燃料电池材料的不断突破,而未来完全由电池动力驱动的汽车将对材料提出要求。

      汽车用功能材料作为汽车制造材料的另一组成部分,同汽车用结构材料一样,有着服务于“节能环保”的轻量化要求。

      <二>、铝合金轮毂的成型工艺

      汽车用铝合金轮毂是以铝合金为原材料铝合金轮毂的成型工艺常有重力铸造、低压铸造、挤压铸造、半固态铸造、锻造、旋压成形和几种工艺的组合等工艺形式。挤压铸造和半固态铸造技术可以材料的金相组织,提高产品的力学性能,特别适用于制造大规格、轻量化铝轮毂;旋压成形技术是在热锻工艺基础上发展起来的塑性变形加工技术,铝轮毂在锻造制坯后利用旋压工艺使之成形,所生产的铝轮毂的力学性能,比同一规格的铸造铝轮毂提高18以上,还可减轻约20%的质量,产品主要是大规格、轻量化铝轮毂以及赛车铝轮毂。近来又出现了一种全新概念的新型轻量化铝轮毂——内置空气铝轮毂,通过空腔技术进一步减轻轮毂20的质量。

      刚性强,重量轻的是锻造方式。锻造轮毂生产成本比起铸造的要高,它是利用大吨位的锻压设备把铝合金压成轮毂的外形吟压成型,无需把铝合金加热成液态)。因为高压,合金分子之间的间隙缩小,相互作用力大,所以整个轮毂只需较少的材料就能达到足够的刚度,整体重量就更轻。同时其没有液态转固态的过程,所以内部没有铸造时产生的气孔、砂眼等问题,机械隐患更少。

      锻造铝合金轮毂和普通轮毂分析及对比如下:①自身轻。锻造铝轮毂的重量只相当于钢毂的二分之一;②节省燃油。安装锻造铝轮毂后,由于整车重量降低,减少了车轮的转动惯性,使汽车加速性能提高,并相应减少了制动能量的需求,从而降低了油耗,再加上锻造铝轮毂特有的空气流动及滚动阻力,所以百公里测试节油率少省2升油(更换锻造铝轮毂并使用空调后的百公里油耗比未换锻造铝轮毂并未开空调的油耗测试,前者比后者低2.5升);③轮胎磨损降低26%。由于锻造铝轮毂的特性,它的平衡值为0,不容易变形,散温快(正常行驶温度比铁轮毂低20~30度)对悬挂系统保护较佳,所以对轮胎的磨损大大降低,使每条轮胎多跑5~8万公里不等);①刹车的维修费用降低。由于锻造铝轮毂的特性散温快,正常行驶温度低,所以对刹车系统不的材料及配件有的保护效果,从而大大降低了刹车系统的维修费用;⑤承载能力高,锻造铝轮毂的承载能是普通钢轮毂的5倍。锻造铝轮毂承受71200公斤后变形5厘米。钢轮毂只承受13600公斤后已变形5厘米,换句话说,锻造铝轮毂的强度超钢轮毂的5倍;⑥提高驾驶的舒适性。由于锻造铝轮毂的特性,安装后行车感觉良好,高速行驶特别平稳,从而提高了驾驶乐趣;⑦性好。对于高速行驶的汽车来说,因轮胎着地摩擦、制动等产生的高温爆胎、制动效能降低等现象屡见不鲜。而铝铸件轮毂的导热系数是钢、铁的三倍,加上铝合金车轮因其结构的特征,极易将轮胎、车底盘所产生的热量排散在空气中,即使在长途高速行驶或下坡路连续刹车的情况下亦能使汽车保持适当的温度。不但能使轮胎及刹车不易因经常高温而老化,更能降低爆胎率;⑧冲击测试。日本JWL测试模拟一辆货车以时速超50公里撞向路边石,相当于910公斤的重量从高处跌下撞向轮胎与车轮。根据镁铝锻造技术中心进行的日本标准测试的结果:锻造铝轮毂只有轻微损坏,而钢轮毂损坏程度非常严重,铸铝件轮毂断裂成两部分;⑨造型美观。锻造铝轮毂外观设计自由度大,可以结合车型,做到车、轮一体,尽显。