長期以來，鋼制輪轂占據(jù)了汽車輪轂應用的主導地位。隨著人們對汽車安全、環(huán)保、節(jié)能、舒適等方面要求的不斷提高，以及鋁制輪轂在設計與制造技術上的不斷進步，鋁制輪轂以其安全、散熱好、耐腐蝕、美觀、舒適、質(zhì)輕、節(jié)能、疲勞強度高、加工性能好、材料可回收等特點博得了市場青睞，正逐步代替鋼制輪轂成為最佳選擇。20世紀70年代起發(fā)達國家開始大批量推廣應用鋁輪轂，鋁輪轂成為鋁合金在汽車上的第二個應用廣泛的領域。
1設計技術
為了滿足使用功能和市場的需求，鋁輪轂在結構上有整體式和多件組合式等多種結構設計；在外觀造型上有寬輪輻、窄輪輻、多輪輻、少輪輻等多種造型設計。出于安全的原因，在鋁輪轂的外觀造型和結構設計時必須要以滿足安全和使用功能的要求為前提。對于普通乘用車而言，整體式鋁輪轂足以滿足其性能要求。
德國進行鋁輪轂設計開發(fā)的主要方法和流程如下。
.市場調(diào)研、收集顧客需求和設計輸入等信息。
.綜合各種信息，繪制輪轂方案設計的草圖并討論研究。
.方案初步確定后，利用CATIA軟件將輪轂由方案草圖轉變?yōu)?D數(shù)字模型，對設計進行評審，并與顧客交流。
.3D設計完成后，利用ANSYS軟件進行輪轂的應力分析，根據(jù)分析的受力情況進行結構和輕量化的優(yōu)化設計，并與顧客交流。
.優(yōu)化設計完成后，采用快速原型制造技術制造出輪轂的實物模型，與顧客共同對實物進行評審。
.同步完成鑄造模具的設計，利用MAGMA軟件進行鑄造過程模擬分析，優(yōu)化模具設計和工藝方案設計。
.制造并驗證模具，生產(chǎn)制造出真正的樣輪。
.對制造出來的樣輪進行各種性能試驗和道路試驗.只有當試驗樣輪經(jīng)過充分地試驗并證實其在行駛中的表現(xiàn)是優(yōu)秀的，這時方可認為是完成了鋁輪轂的設計。
2制造技術
德國普通鋁合金輪轂主要的生產(chǎn)和檢驗工藝流程是：配料→鋁合金熔煉→鋁液AlSr變質(zhì)→AlTiB細化處理→光譜鋁液成分分析→鋁液Ar2氣精煉除氣→鋁液熱分析+密度分析→低壓鑄造毛坯→毛坯X射線探傷→淬火+時效連續(xù)式熱處理→(材料金相及力學性能分析抽查) →鉆孔→車加工→立式動平衡檢驗→(徑向跳動及三坐標尺寸檢驗抽查)→打磨拋光→清洗→氦氣氣密性檢驗→前處理→烘干→噴涂底粉→烘干→噴涂水性漆→烘干→噴涂透明粉→烘干→性能試驗(尺寸、鹽霧、耐候、碎石、漆膜厚度、十字劃格、力學性能、沖擊.彎曲疲勞。徑向疲勞等試驗抽查)→最終檢驗→包裝→入庫。
德國鍛造鋁合金輪轂主要的生產(chǎn)工藝流程是：下料→(材料金相及力學性能分析抽查)→鍛坯加熱→預鍛→成形鍛→熱處理→抽查材料金相及力學性能分析→旋壓成形→鉆孔→車加工→立式動平衡檢驗→(徑向跳動及三坐標尺寸檢驗抽查)→打磨拋光→清洗→氦氣氣密性檢驗→前處理→烘干→噴涂底粉→烘干→噴涂水性漆→烘干→噴涂透明粉→烘干→性能試驗(尺寸、鹽霧、耐候、碎石。漆膜厚度、十字劃格、力學性能、中擊、彎曲疲勞、徑向疲勞等試驗抽查)→最終檢驗→包裝→入庫。
2.1鑄造和熱處理
低壓鑄造是一項要求極高的生產(chǎn)工藝技術，它是在密閉的狀態(tài)下用大約0.1MPa的壓力把金屬液壓進模具，這樣有利于保持恒溫和排除雜質(zhì)，保證鑄件內(nèi)沒有氣孔且金屬密度均勻、強度高，從而有效地克服了陳舊的重力鑄造輪轂方法所造成的鑄造缺陷。在鑄造過程中，采用多種嚴格的鋁合金配方(AlSi7Mg、AlSi11、AlSi11Mg、AlSi2Mg等)、嚴格控制微量元素及雜質(zhì)的含量(Fe≤0.15%)、采用Al-10Sr變質(zhì)+Al-5Ti-1B細化處理、Ar2氣精煉除氣處理工藝，每一爐合金液都要經(jīng)過溫度、光譜分析、熱分析、密度當量分析等項驗證合格后方可投入使用，從而確保材料及力學性能的一致性。設計獨特的“斜插式”低壓鑄造模具，通過帶有模具溫度控制的全自動鑄造設備的精密冷卻控制，確保高效率地鑄造出尺寸精確、品質(zhì)高且輪轂表面光滑細膩的鑄件；隨后的連續(xù)式熱處理過程(淬火+時效)，確保能夠生產(chǎn)制造出高品質(zhì)的毛坯；鑄件要100%經(jīng)過X射線探傷檢測，合格的毛坯作為下一步深加工的坯件備用。為了減輕工人的勞動強度.毛坯均采用自動傳輸系統(tǒng)輸送。
2.2機械加工
機械加工采用先進的CNC全自動加工生產(chǎn)單元加工輪轂，生產(chǎn)線自動上下工件，采用自動傳輸系統(tǒng)向各個生產(chǎn)工位輸送工件，加工過程是“干切”。加工時采用獨特的螺栓孔定位夾緊系統(tǒng)和先鉆后車的生產(chǎn)工藝順序，車床一次裝夾即可完成輪轂內(nèi)、外部的加工。車床主軸轉速達3000r/min，這不但提高了生產(chǎn)效率，而且還提高了中心孔的精度、螺栓孔的位置精度，確保輪轂的動平衡性能。“干切”技術是環(huán)保型的干式機械加工技術，這種技術避免了過去機械加工中切削液的回收處理系統(tǒng)和廢液排放問題；也避免了切削液對機床的腐蝕，保護了環(huán)境；鋁屑的熔化回收更加簡潔方便、回收率高，降低了制造成本。當然，這種干式機械加工方式對刀具的要求比較高，為了避免刀具積屑，刀具需要采用壓縮空氣冷卻。為了增加輪轂外觀的精致感，有些產(chǎn)品使用金剛石刀具精加工輪轂的正外表面(輪輻表面)，使輪轂具有獨特而明亮的金屬表面光澤，產(chǎn)品外觀表現(xiàn)的更加精致高雅。
2.3打磨拋光
為了確保輪轂的外觀質(zhì)量，每一個加工過的輪轂都要在去毛刺機上經(jīng)過打磨后再由工人進行精心的打磨拋光，使其光滑平整；有的產(chǎn)品還要經(jīng)過獨特的“球體拋光”，以確保輪轂外在質(zhì)量與內(nèi)在質(zhì)量更加完美地統(tǒng)一結合，體現(xiàn)出產(chǎn)品的精致。為了減輕工人的勞動強度，工件采用自動傳輸系統(tǒng)輸送。
2.4涂裝
輪轂是在先進和環(huán)保的涂裝自動生產(chǎn)線上采用高級靜電噴槍和高速(20000r/min)旋杯噴槍進行噴涂，其涂層厚度和色彩光澤均勻，噴涂質(zhì)量好且節(jié)省涂料。涂料采用整車廠認可的環(huán)保型粉質(zhì)和水性涂料。輪轂在噴涂前進行預處理，使之形成一層化學轉化膜，這樣可以提高涂料的附著性能，預處理是采用環(huán)保型的無鉻化處理。涂層的噴涂順序是：噴底粉→噴水性漆→噴透明粉，每噴一層涂層都要進行一次烘干處理，并進行相關的性能試驗。
2.5性能試驗
國家政府相關部門對輪轂只是限定最低安全要求，而德國的鋁輪轂能夠承受的載荷比標準規(guī)定的要高出10倍。各種鋁輪轂不僅需要經(jīng)過苛刻的試驗室綜合性能模擬試驗，而且要在泥濘、鹽堿、細砂和碎石等各種實際路況上經(jīng)受長時間路試，以驗證其綜合性能。
2.6鍛造技術
鍛造鋁輪轂是使用8000t級鍛壓設備來制造的。鍛造工藝過程是將經(jīng)過高溫預熱的圓柱形合金原料坯件，經(jīng)過預鍛、成形鍛壓制咸輪轂的機加毛坯形狀。與非鍛造工藝制造的普通鋁輪轂相比，該工藝可使輪轂的強度提高3倍，同尺寸的輪轂質(zhì)量可減輕20%以上。這項技術與旋壓技術結合，主要用于賽車、跑車、越野車，大型客車、載貨車等輪轂的生產(chǎn)。材料主要采用6000系列變形鋁合金，生產(chǎn)過程為鍛坯加熱→預鍛→成形鍛。
2.7旋壓技術
旋壓工藝技術是在特定的溫度和壓力下，通過持續(xù)的旋轉運動將輪轂的輪輞部位不斷滾動延展，保持金屬的致密程度和整個輪轂的動平衡，使輪輞更薄、更輕、更耐用。旋壓出的輪轂在保持足夠強度的同時，能大大減少材料的厚度，與普通鋁輪轂相比，同尺寸的輪轂質(zhì)量可減輕約15%。這項技術主要用于賽車、跑車、越野車等輪轂的生產(chǎn)，也可對鑄造毛坯、純鋁件加工后采用旋壓工藝。
3結束語
我國在20世紀80年代末期開始了鋁輪轂的試制，伴隨著中國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，我國鋁輪轂行業(yè)出現(xiàn)了強勁增長勢頭，經(jīng)過個幾年的艱苦努力，年生產(chǎn)能力已經(jīng)超過了4000萬件，已經(jīng)成為世界第三大生產(chǎn)國。在鋁輪轂的設計開發(fā)和制造技術方面，與德國等世界先進水平相比，國內(nèi)企業(yè)尚存在較大的差距，即總體的生產(chǎn)技術與裝備水平、產(chǎn)品的設計水平、產(chǎn)品的技術含量和質(zhì)量水平還有待進一步提高，因此我們還談不上是鋁輪轂生產(chǎn)強國。我們只有通過對比找出自身的差距。加大科研技術投入、下大力氣進行技術創(chuàng)新，才能在不遠的將來超越發(fā)達國家成為世界鋁輪轂生產(chǎn)強國。
