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    我国汽车工业轻量化探索同铝合金汽车轮毂的特点

    发布日期:2020-01-23 发布者:润恒压铸

      一、铝合金用于汽车等主要工业

      我国的铝矿产资源丰富,经过几十年的发展,原铝产量位居(2004年的产量达659万t),并形成了一个完整的铝工业体系。国内汽车工业用铝也呈现增长态势,1993年国内汽车工业用铝量仅为4万t,2003年则上升到28万t年均增长达60%。“九五”期间进行了铝合金材料和铸件生产成套工艺技术的开发研究,开发出了多种铸造Al-Si合金和高性能Al-Sn-Si系轴瓦材料;在半固态成形、凝固等成形技术研究与应用方面也取得了突破性进展。目前国内铸造铝合金的品种及牌号相对,生产技术基本上能满足汽车工业的需要。

      同时,汽车用各类型材(包括6000系列和7000系列高强度牌号)、箔材国内基本上都能生产,板材有2000~5000系列,以及6000系列中的少数牌号,7000系列尚处于中。此外,国内在耐热铝合金、高强高韧铝合金、铝基复合材料等新材料的研究与应用方面也取得了较大进展。

      从铝的应用水平看,20世纪90年代生产的国产轿车,单车铝合金用量一般在40~80kg铝合金零件基本国产化;近年推出的新车型,铝合金零件的质量基本都在100kg以上(如东风日产蓝鸟、颐达,一汽奥迪等),但国产化率较低。

      由于成本的制约,国产载重车铝的应用水平远低于轿车,目前单车用量大体在40kg上下,相当于整车总质量的1%左右。除活塞外,铝合金零件还有气阀室罩盖、转向器上盖、齿轮室、脚踏板和散热器以及阀类零件等。新车型的用铝合金量则有明显的提高,已达到80kg甚至100kg以上。增加部分主要集中在发动机上,如进气歧管、油底壳、飞轮壳、齿轮室罩盖、水泵壳、机油泵壳和中冷器散热器等。

      目前主要问题有:没有结合我国资源特点建立起具有自主知识产权的汽车工业用铝合金体系,现有产品标准化、系列化程度不高,生产也没有达到化;铸造铝合金熔体的纯净度不高,铸件成分不稳定,力学性能较差;铝板材品种不全,产品缺乏;板材成形性能差,烘烤硬化效果差,表面质量低、尺寸精度低(包括带材与管材),不能满足国内汽车工业的需求;材料成本高。

      二、铝合金汽车轮毂的特点

      汽车生产商因成本原因,不少厂配置的是钢轮毂。钢轮毂的好处是成本低和,但缺点是外形单调呆板、散热效能低和自重高,因此,许多车主在改装轮胎时换成铝合金轮毂。因铝轮毂质轻、散热性好并具有良好的外观,所以,逐渐代替了钢轮毂。

      质轻降低了整车的质量,散热性好可以及时将制动器的热量散发出去,以免出现制动热衰退,影响行车。在行驶时,飞驰的银线、轻盈的脚步,给人以美的感受,进一步提高了车的品位,因此铝制轮毂在汽车上得到了广泛的应用。轿车装配铝合金轮圈具有以下特点:

      (1)散热快:轿车在高速行驶时,轮胎与地面摩擦会产生较高的温度,制动盘和制动片摩擦也会产生较高的温度,在这样的高温作用下,轮胎和制动片均会老化和加速磨损,制动效率下降,轮胎气压升高,爆胎和刹车失灵的事故就有可能发生。摄氏20度时,铝合金的导热系数为钢的3倍,铝合金轮毂可以更快地降低因制动(刹车皮与刹车盘之间的摩擦产生的热量)和与路面摩擦而产生的轮胎温度,将轮胎和制动盘上产生的热量迅速传导到空气中去,即便在长时间行车中连续刹车的情况下也能使车轮系统保持适当的温度。避免了轮子在高速运转下产生如爆胎等种种弊病。

      (2)重量轻:铝材密度比钢材小,铝合金轮毂比同尺寸的钢轮毂轻,平均每只铝合金轮毂比钢质轮毂要轻2公斤左右,由于轮毂重量轻,转动惯量小,汽车的加速性能得到提高,煞车性能同样得到提高,提升车子加速能力之余更可降低油耗。一辆轿车以5只车轮(包括一只后备车轮)计算可减轻重量10公斤。根据日术实聆,汽车重量每减轩1公斤,一年可节省12公升汽油,在同等耗油量下,可多跑600~800米。引擎产生动能,传动到轮胎时需克服的负荷是力矩,力矩=重量*距离的平方,所以重量只差2公斤,但力矩差却相当大。由于铝铸件轮毂的重量轻,减少了四轮的转动惯性,使汽车的加速性能提高了,并相对减少了制动的能量需求,从而减少了油耗。美国汽车工程师学会发表的一篇研究报告指出,铸铝件轮毂虽然比一般钢轮毂昂贵,但每辆汽车跑到2万公里时,其所节省的燃料费便足以抵回成本。轻轮毂的旋转惯性较钢制重轮毂小得多,所以装上铝合金轮毂可令汽车的加速、刹车、转弯都更加灵敏,就像脱去笨重的皮鞋改穿充气的超轻跑步鞋跑步一样。

      减轻重量就是节省燃料,对于千方百计追求轿车轻量化的汽车设计师来讲,使用铝合金轮毂是实现目标的一种手段。

      (3)强度大:强度大与重量轻是联系在一起的,确切地说,应该是比强度大。即同样重量,铝铸件轮毂要坚固得多;同样强度,铝合金轮毂要轻得多。

      铝合金轮毂耐冲击力、抗张力及热力等各项强度较钢毂有过之而无不及,铝合金轮毂的高硬度明显地减小了转弯时轮毂的变形。这对于安装了高性能轮胎的车子尤为重要。因此,其在国防工业、航空工业扮演了重要的角色。

      (4)舒适性好:铝合金车毂是精密的铸造件,精加工表面达80~90%,失圆度和不平衡度很小,特别是铝合金的弹性模数较小,抗振性好,能减少行驶中的车身振动。铝合金轮毂具有吸收振动和反弹力量的金属特性。轻轮毂还可提升颠簸路面行车的舒适性,因为车身的平稳性很大程度上取决于簧载质量(指弹簧支持的整个车身重量)与非簧载质量(即指车轮、制动器和摇臂等不靠弹簧支持的部件重量)的比值。在不平路面上行驶时,悬挂系统以下的部件弹跳较小,轮胎的抓地性能大大提高,转向也因而更为。铝合金轮毂能减低汽车的非簧载质量,令汽车的悬架系统能更轻松地控制车轮在不平路面上的跳动,簧载质量与非簧载质量的比值相差越大,越是提高了整车的舒适性和操纵性。