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[摘 要]汽车轮毂是极其重要的机械零件，有极大的制造难度，本文重点研究和探讨汽车铝合金车轮轮毂零件的优质锻造方法和工艺，基于复杂零件精密成形的理念，探究成形参数对金属流动、成形力和零件最终成形质量的影响，使之满足使用需求，避免锻造成形中的缺陷。
[关键词]汽车；铝合金车轮；轮毂；锻造；成形技术
中图分类号：G717 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）48-0028-01
一、引言
在我国社会经济快速发展的背景下，塑性加工产品是制造行业的趋势和方向，它主要采用塑性精密成形的方式成形零部件，可以使尺寸及形状精准无缺陷，较好地缩短制造过程、提升工作效率。为此，要关注对汽车铝合金车轮轮毂锻造成形技术的研究，利用锻模模膛使坯料变形而获得锻件，避免汽车铝合金车轮轮毂锻造的缺陷。
二、铝合金的锻造特点及常见缺陷分析
1、铝合金的锻造特点
模锻是精密塑性成形中基本而常用的方法，在对铝合金锻造的过程中，主要表现出以下方面的特点：（1）可锻性。铝合金的流动性差，然而具有良好的塑性，可以采用低碳钢锻造出不同形状的锻件。（2）锻造温度范围相对较窄。铝合金的锻造温度范围相对较窄，通常要低于150℃，甚至少数高强度的铝合金只能在低于100℃的温度范围内进行锻造。在这种条件限制下，通常采用精准控制加热温度的方式进行锻造，对锻造模具进行预热，并将温差控制在±10℃以内。（3）变形速度。变形速度会对铝合金工艺塑性造成一定的影响，当变形速度增大时，铝合金锻造温度范围内的工艺塑性没有明显降低的现象。然而，对于部分化学成分复杂的铝合金来说，在其处于低温范围内变形速度的影响不大；而当其处于高温的范围内则会产生较大的影响，也即当变形速度增大时，变形抗力也相应增大，通常以压力机替代锤实现对铝合金的锻造，较好地减少合金锻造时的变形抗力，改善金属充填型槽的流动性。（4）流动性差。铝合金的质地极软，在外力的作用下充填锻模型腔的能力较弱，也即流动性较差，难以通过模锻的方式成形。（5）导热性良好。铝合金具有良好的导热性能，能够实现高温快速加热，保证加热均匀性。在对不同的坯料加热时，挤压坯料无须保温，而铸造坯料则要进行加热保温。
2、铝合金的锻造缺陷
（1）过烧。铝合金的温度范围较窄，在进行淬火锻造加热的过程中，要注重依循工艺操作规程，严格控制铝合金锻造加热的温度，使之在加热温度上限之内，如果锻造的温度超出了上限，则会使铝合金的锻件出现过烧的现象，色泽暗淡且内部有气泡、易脆。
（2）裂纹。铝合金的流动性较差，如果在对坯料进行加热保温的过程中，存在温度过高或过低、变形速度过高或未及时消除锻造弯曲、折叠的现象，则会使铝合金锻件出现表面裂纹的缺陷。当其内部有颗粒较大的氧化物夹渣和低熔点脆性化合物时，会使表面裂纹不断扩大。另外，如果模具或锻造工具没有预热或预热不足，也会出现铝合金锻件表现裂纹的缺陷。
（3）折叠。铝合金锻造时由于金属对流而导致出现金属压合折叠的缺陷，出现锻件废品，具体的影响因素主要有：锻件变形过于剧烈而难以成形；缺少对形状复杂锻件的预制坯和预锻；预制坯和预锻模膛设计欠缺合理性；润滑不均或加压速度过快等。
（4）流线不顺、涡流和穿流。当铝合金金属存在对流或流向紊乱的现象时，则会出现涡流或穿流的现象，降低铝合金的塑性、抗腐蚀性和疲劳性能。
（5）大晶粒。当挤压坯料表层粗晶带入锻件时，会使锻件出现较大颗粒的晶粒；同时，如果模膛表面过于粗糙或温度过低，也会使锻件在剪切变形下产生粗晶。
三、汽车铝合金车轮轮毂锻造成形工艺技术分析
1、铸造成形工艺技术
汽车铝合金车轮轮毂锻造成形大多采用铸造工艺，具体来说包括以下几种：
（1）金属型重力铸造法。这是利用金属液在金属铸型中冷却速度较快的特性，在常压的作用条件下，液体金属依靠重力充填金属铸型而形成铸件。这种铸造成形工艺有其自身的优缺点，优点主要表现为工序简单、效率高、成本较低，为中小规模的生产所适用。而缺点在于轮毂内部存在较为突出的缩孔疏松问题，容易在铸造过程中夹杂氧化膜、熔渣或气体，导致出现锻件缺陷。
（2）金属型低压铸造法。这种锻造成形工艺主要是向保温炉中注入干燥、洁净的压缩空气，在升液管和浇注系统的作用下，铝液由下至上进入到铸造机棋具型腔之中，对铸件产生20-60kPa的压力，使铸件在压力的作用下充型、凝固，达到锻件铸造要求。该工艺技术的优点为：没有气孔和夹渣的缺陷，内部质量较好，系统结构简化而高效。缺点在于：铸造时间较长，投资成本较高，升液管容易损坏。
（3）压力铸造法。这种锻造成形工艺的原理在于：利用高压作用对液态金属进行快速的型腔充填，使液态金属快速凝固生成所需的铸件。该工艺的优点在于：铸件内部组织致密性能好、表面强度及硬度较高，尺寸精准。然而其缺陷在于：在快速充填的过程中难以完全排除型腔内的气体，致使气孔残留在铸件之中出现膨胀“起泡”的现象。
（4）挤压铸造法。也即新型的液态模锻工艺，是将定量的金属液体直接浇入到敞露的金属型腔之内，使液态金属在压力的作用下充填、成形、凝固，产生定量的塑性变形。
2、锻造成形工艺
（1）铸造锻造法。这是一种复合成形技术，是将铸件作为锻造工序的坯料进行塑性加工的方法，极大地提升铸件的力学性能，降低了生产成本，消除了铸造缺陷。
（2）半固态模锻。对半固态坯料加热至一半体积液相后再一次模锻成形，使锻件表面平整、内部致密，具有较高的力学性能。
（3）常规锻造法。这种工艺中铝合金轮毂的晶粒流向与受力方向一致，具有较强的韧性和疲劳强度，并能够较好地吸收道路的震动。然而生产工序多、成本较高。
四、总结
综上所述，汽车铝合金车轮轮毂锻造成形是极其复杂的工艺过程，要合理地选取适宜的锻造成形工艺和技术，使之具有高质量、高精度的特点，为复杂零件的成形提供借鉴和参考。
参考文献：
[1]DEFORM有限元分析系统软件及其应用[J].周朝辉，曹海桥，吉卫，何大钧，王孝培.热加工工艺. 2003（04）.
[2]汽车铝合金轮毂的成形工艺[J].赖华清，范宏訓.金属成形工艺. 2002（06）.
[3]整体式锻造铝合金车轮及其发展[J].高军，赵国群.汽车工艺与材料. 2001（05）.
[4]全自动铝合金车轮低压铸造机工艺参数的控制[J].彭振国，耿庆森.轻合金加工技术. 2001（01）.
[5]精密成形技术发展前沿[J].李敏贤，闵乃燕，安桂华，陈世兴.中国机械工程. 2000（Z1）.
[关键词]汽车；铝合金车轮；轮毂；锻造；成形技术
中图分类号：G717 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）48-0028-01
一、引言
在我国社会经济快速发展的背景下，塑性加工产品是制造行业的趋势和方向，它主要采用塑性精密成形的方式成形零部件，可以使尺寸及形状精准无缺陷，较好地缩短制造过程、提升工作效率。为此，要关注对汽车铝合金车轮轮毂锻造成形技术的研究，利用锻模模膛使坯料变形而获得锻件，避免汽车铝合金车轮轮毂锻造的缺陷。
二、铝合金的锻造特点及常见缺陷分析
1、铝合金的锻造特点
模锻是精密塑性成形中基本而常用的方法，在对铝合金锻造的过程中，主要表现出以下方面的特点：（1）可锻性。铝合金的流动性差，然而具有良好的塑性，可以采用低碳钢锻造出不同形状的锻件。（2）锻造温度范围相对较窄。铝合金的锻造温度范围相对较窄，通常要低于150℃，甚至少数高强度的铝合金只能在低于100℃的温度范围内进行锻造。在这种条件限制下，通常采用精准控制加热温度的方式进行锻造，对锻造模具进行预热，并将温差控制在±10℃以内。（3）变形速度。变形速度会对铝合金工艺塑性造成一定的影响，当变形速度增大时，铝合金锻造温度范围内的工艺塑性没有明显降低的现象。然而，对于部分化学成分复杂的铝合金来说，在其处于低温范围内变形速度的影响不大；而当其处于高温的范围内则会产生较大的影响，也即当变形速度增大时，变形抗力也相应增大，通常以压力机替代锤实现对铝合金的锻造，较好地减少合金锻造时的变形抗力，改善金属充填型槽的流动性。（4）流动性差。铝合金的质地极软，在外力的作用下充填锻模型腔的能力较弱，也即流动性较差，难以通过模锻的方式成形。（5）导热性良好。铝合金具有良好的导热性能，能够实现高温快速加热，保证加热均匀性。在对不同的坯料加热时，挤压坯料无须保温，而铸造坯料则要进行加热保温。
2、铝合金的锻造缺陷
（1）过烧。铝合金的温度范围较窄，在进行淬火锻造加热的过程中，要注重依循工艺操作规程，严格控制铝合金锻造加热的温度，使之在加热温度上限之内，如果锻造的温度超出了上限，则会使铝合金的锻件出现过烧的现象，色泽暗淡且内部有气泡、易脆。
（2）裂纹。铝合金的流动性较差，如果在对坯料进行加热保温的过程中，存在温度过高或过低、变形速度过高或未及时消除锻造弯曲、折叠的现象，则会使铝合金锻件出现表面裂纹的缺陷。当其内部有颗粒较大的氧化物夹渣和低熔点脆性化合物时，会使表面裂纹不断扩大。另外，如果模具或锻造工具没有预热或预热不足，也会出现铝合金锻件表现裂纹的缺陷。
（3）折叠。铝合金锻造时由于金属对流而导致出现金属压合折叠的缺陷，出现锻件废品，具体的影响因素主要有：锻件变形过于剧烈而难以成形；缺少对形状复杂锻件的预制坯和预锻；预制坯和预锻模膛设计欠缺合理性；润滑不均或加压速度过快等。
（4）流线不顺、涡流和穿流。当铝合金金属存在对流或流向紊乱的现象时，则会出现涡流或穿流的现象，降低铝合金的塑性、抗腐蚀性和疲劳性能。
（5）大晶粒。当挤压坯料表层粗晶带入锻件时，会使锻件出现较大颗粒的晶粒；同时，如果模膛表面过于粗糙或温度过低，也会使锻件在剪切变形下产生粗晶。
三、汽车铝合金车轮轮毂锻造成形工艺技术分析
1、铸造成形工艺技术
汽车铝合金车轮轮毂锻造成形大多采用铸造工艺，具体来说包括以下几种：
（1）金属型重力铸造法。这是利用金属液在金属铸型中冷却速度较快的特性，在常压的作用条件下，液体金属依靠重力充填金属铸型而形成铸件。这种铸造成形工艺有其自身的优缺点，优点主要表现为工序简单、效率高、成本较低，为中小规模的生产所适用。而缺点在于轮毂内部存在较为突出的缩孔疏松问题，容易在铸造过程中夹杂氧化膜、熔渣或气体，导致出现锻件缺陷。
（2）金属型低压铸造法。这种锻造成形工艺主要是向保温炉中注入干燥、洁净的压缩空气，在升液管和浇注系统的作用下，铝液由下至上进入到铸造机棋具型腔之中，对铸件产生20-60kPa的压力，使铸件在压力的作用下充型、凝固，达到锻件铸造要求。该工艺技术的优点为：没有气孔和夹渣的缺陷，内部质量较好，系统结构简化而高效。缺点在于：铸造时间较长，投资成本较高，升液管容易损坏。
（3）压力铸造法。这种锻造成形工艺的原理在于：利用高压作用对液态金属进行快速的型腔充填，使液态金属快速凝固生成所需的铸件。该工艺的优点在于：铸件内部组织致密性能好、表面强度及硬度较高，尺寸精准。然而其缺陷在于：在快速充填的过程中难以完全排除型腔内的气体，致使气孔残留在铸件之中出现膨胀“起泡”的现象。
（4）挤压铸造法。也即新型的液态模锻工艺，是将定量的金属液体直接浇入到敞露的金属型腔之内，使液态金属在压力的作用下充填、成形、凝固，产生定量的塑性变形。
2、锻造成形工艺
（1）铸造锻造法。这是一种复合成形技术，是将铸件作为锻造工序的坯料进行塑性加工的方法，极大地提升铸件的力学性能，降低了生产成本，消除了铸造缺陷。
（2）半固态模锻。对半固态坯料加热至一半体积液相后再一次模锻成形，使锻件表面平整、内部致密，具有较高的力学性能。
（3）常规锻造法。这种工艺中铝合金轮毂的晶粒流向与受力方向一致，具有较强的韧性和疲劳强度，并能够较好地吸收道路的震动。然而生产工序多、成本较高。
四、总结
综上所述，汽车铝合金车轮轮毂锻造成形是极其复杂的工艺过程，要合理地选取适宜的锻造成形工艺和技术，使之具有高质量、高精度的特点，为复杂零件的成形提供借鉴和参考。
参考文献：
[1]DEFORM有限元分析系统软件及其应用[J].周朝辉，曹海桥，吉卫，何大钧，王孝培.热加工工艺. 2003（04）.
[2]汽车铝合金轮毂的成形工艺[J].赖华清，范宏訓.金属成形工艺. 2002（06）.
[3]整体式锻造铝合金车轮及其发展[J].高军，赵国群.汽车工艺与材料. 2001（05）.
[4]全自动铝合金车轮低压铸造机工艺参数的控制[J].彭振国，耿庆森.轻合金加工技术. 2001（01）.
[5]精密成形技术发展前沿[J].李敏贤，闵乃燕，安桂华，陈世兴.中国机械工程. 2000（Z1）.