3件式组合汽车铝合金车轮的研发
项目技术总结
一、 项目实施的背景与依据
1、市场潜力巨大
随着全球经济的发展，能源问题和环保问题的日益突出，汽车，摩托车行业面临严峻的挑战。现阶段，能源短缺以及环境污染问题已经成为制约我国汽车，摩托车产业可持续发展突出的问题。一方面，近年来，我国汽车，摩托车保有量不断增加，车用燃油消耗量占总燃油消耗总量的比例逐年增加，导致我国对进口原油的依赖程度不断的增加。另一方面，车辆保有量的急剧增长加剧了环境污染，尾气污染已经成为我国大中城市的主要污染源之一。世界认定的20污染最严重的城市有16个在中国。据统计，欧洲车辆百公里平均油耗6.6升，日本5.9升，而我国现状与国外相比差距较大，百公里平均油耗高出10%~30%。全球能源需求的增长必定会一定程度上导致能源价格的上扬。在这种情况下，轻量化技术成为汽车，摩托车及配套零部件制造行业发展的全新理念。近二十年，我国汽车摩托车工业发展迅速，汽车摩
托车产销量已位居世界前列，将逐步成为全球产销量最大，未来最具有发展潜力的汽车摩托车市场。轻量化是当今整车工业发展趋势, 这一发展趋势为铝合金车轮的发展提供了广阔的市场和良好的外部环境。
为了适应汽车更安全、更节能、降低噪声、污染物排放不断加严的要求，铝合金车轮正在向大直径、轻量化、宽轮辋、高强度、高强韧性、更美观等方向发展。大直径轮毂
与轮胎组合，更显示现代、霸气和时髦。由于大直径、宽轮辋，使轮胎与地面的接触面积更大，从而增加整车与地面的附着力和摩擦力，使整车的操纵性能更好，提高汽车的安全性。目前在欧美等国家，他们使用汽车作为代步工具，将摩托车作为运动休闲，旅行娱乐的用途，所以越来越多的国外客户选择大排量摩托车，这对我们制造轮毂厂家提出了更高的要求。公司快速捕捉市场的需求变化，利用自身的技术优势和行业优势组织项目团队攻克高档宽型腔中空轮毂的制造技术难题，实现批量生产。高档宽型腔中空轮毂制造采用现阶段普遍使用的重力铸造工艺，内置砂芯铝水浇注后去除砂芯形成中空状态，解决试制过程中出现的铸造成型困难，漏气，拉模等工艺问题。此产品内置砂芯成中空状，可减轻轮毂重量30%～40%,首先由于质量减轻对降低整车的燃油消耗作用显著，提高了配套车辆的使用经济性，其次可改善轮毂的加速性能及制动性能，降低了轮毂在运行时的噪声，再次中空 产品的机械性能比实心产品提高了50%～100%。该产品的轮辋宽度宽，适用于要求抓地力很好的宽轮胎；产品外观设计时尚新颖，能更大程度的吸引不同消费者的目光，市场前景看好。 项目的完成不仅提高了企业持续自主创新的能力，而且有力地推动了我国在此技术研发上的新突破、新发展。进一步提升公司的产品档次，使公司充分利用自身的出口渠道优势，以高档产品进一步拓展欧美等发达国家销售市场，提高产品的市场占有率，从而带动企业的进一步发展，发挥出口龙头企业的优势和带动作用，促进集团产业结构的调整和完善。
2、技术力量的支持和先进技术的采用
（1）公司有完成项目研发所具备的良好的技术创新条件，为保证项目的实施夯实了基础。
研发中心由90余名工程技术人员组成，全部拥有大专以上学历，专业从事造型设计、模拟分析、模具设计、工艺研发、现场及客户技术服务、新品试制等工作。
研发中心研究经费由公司财务按产品销售收入的3%提取。
研发中心拥有国家认可实验室、优秀的产品设计系统以及国内唯一的专用研发试制平台，为新产品的研究开发、检测分析、试验验证等创造了很好的基础条件。
国家认可实验室
该实验室于2002年成立，2006年申请国家认可实验室并于2007 年通过认可。下设材料实验室、光谱分析室和型式实验室三大部分，检测中心配置有各类试验仪器设备五十多台架，主要设备有：从瑞士Thermo ARL公司进口的直读光谱仪、从台湾进口的各种试验机、从德国进口的全自动X光机、从意大利电子标签读写器LEONARDO公司进口的氦气泄漏测试仪和摆差动平衡仪等。对内主要承担企业汽车铝合金轮毂及摩托车轮毂的检验测试优秀的产品研发系统。
产品设计系统
研发中心引进三维设计系统进行产品的设计，软件平台选用的是Siemens PLM Software的UG NX产品，该产品在汽车行业占用率达99%，是汽车摩托车行业的设计标准系统。使用UG NX系统进行产品的三维设计之后，产品的设计更直观更可靠，大大地提高了设计效率和设计质量。
有限元分析系统
研发中心针对产品设计的初级阶段进行有限元分析，主要包括产品的疲劳强度、冲击强度和径向疲劳强度分析，并应用于每个产品的设计分析，在产品设计阶段能最快最早发现设计中潜在的问题及非常规的失误，提高产品的强度，加快设计周期。采用的有限元分析系统为Ideas NX平台，该平台同样也为汽车行业有限元分析系统的标准配置；
有限元分析系统
3、在项目实施中，我公司采用了先进的工艺技术：
1）采用A356铝锭为基础材料，内置砂芯浇铸铝水成型，提高整体车轮的强度和韧性，减轻轮毂重量30%左右；
2）采用重力浇铸方式，使用最新的边浇工艺，中间补缩工艺。
3）增加暗冒口，防止漏气，铸造成型困难。
上述技术、工艺方法的集成运用，确保了项目的顺利进行。
微型拉曼光谱仪4、专用工装的研发及应用，确保项目的技术支持。
研发中心为配合新产品开发批量生产，建立了国内唯一的专用研发试制平台，试制平台主要分为两部分，一部分为研究开发新车轮产品制作模具，每年要开发的各种新型铝轮800余款，工装模具夹具1000余套，设备总价值达1475万元，主要的模具加工制造设备配置均为行业最好的。
试制平台另一部分承担各子公司在产品生产过程中碰到的技术工艺问题，研发各种专用设备机，如熔炼炉、低压铸造机、重力铸造机、气密性试验机、汽轮冒口切割机、摩轮自动
钻孔机、汽轮自动取气机、汽轮自动整平机等。这些专用设备主要用以提高生产效率，提升产品品质而服务的，每年研发各种专机设备达100余台，总共价值达2000多万元，为企业节约了1000多万元资金，同时为企业培育出一批专业的技术工人。
该专用研发试制平台为企业研发中心创造了严谨的创新环境，提供了专业的、全面的实验、检测设备，为产品质量提供了可靠的保证。
二、项目研究内容及方法
高档宽型腔中空轮毂的生产工艺是采用重力铸造方法，内置砂芯通过边浇工艺，中间补缩工艺制作而成。工业盐水与同类型结构实心车轮相比较，两者在重量、成型，机械性能等方面的差异表现如下：
结构：同类型结构产品采用实心造型浇铸成型将非常困难，产生各种铸造缺陷，严重影响产品的使用安全性能。
重量：可减轻轮毂重量30%～40%
机械性能：
性能 产品 | 四巧板 抗拉强度 σb（Mpa） | 延伸率 人工抽脂δ5（%） | 硬度HBS10/500 | 屈服强度（Mpa） |
中空轮毂 | ≥310 | ≥5 | ≥75 | ≥275 |
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工艺：首先通过覆膜砂制作砂芯，将砂芯表面做喷涂料处理然后在适当温度的烘烤，把烘干后的砂芯放置在产品模后浇铸铝水成型，经过T6热处理后清除砂芯，机床加工后做涂装处理最后得到成品。
该项目主要研究内容及方法如下：
1、首先铸造方式的选择确定在拉伸过程中大直径车轮毛坯尺寸的确定、拉伸系数的计算、模具的润滑及拉伸整形模的设计制作等问题 a、大直径车轮毛坯尺寸的确定：形状简单的旋转体拉伸件的毛坯直径在不变薄的拉伸中，材料厚度虽有变化，但基本与原始厚度十分接近，根据大直径车轮毛坯面积与拉伸件面积（若有修边须加上修边余量）相等的原则计算出。而大直径车轮内外轮辋拉伸件形状和过程比较复杂，存在较大的变薄拉伸，所以我们先用三维软件来进行展开料的计算，对该毛坯的形状和大小有个大概认识，确定该毛坯的总体尺寸。但由于精确度不能程控电压衰减器100%达到要求，还要通过试料来进一步确定该毛坯尺寸。在拉伸模具设计完成后先用圆盘剪板机加工毛坯，经过后续拉伸工序的反复实验，最终确定大直径车轮毛坯尺寸。
b、拉伸系数的计算：拉伸系数是拉伸工艺计算中的主要工艺参数之一，通常用它来决定拉伸的顺序和次数。决定拉伸次数必须做到毛坯内部的应力既不超过材料强度极限，又能充分发挥材料的塑性。影响拉伸系数的因数很多，包括材料性能、材料的相对厚度、拉伸方式（指有无压边圈）、拉伸次数、拉伸速度、凸凹模圆角半径、润滑等。根据冲压手册中拉伸系数的计算和选用原则，通过推算、查表、计算等方法来得出拉伸系数。
c、模具的润滑。拉伸时毛坯料与模具的接触面上会产生摩擦，其中凹模圆角处的摩擦力、工件与凹模壁间的摩擦力、凹模与毛坯间的摩擦力不仅会使拉伸系数增大，拉伸力增加，而且还会刮伤模具和工件表面，尤其对质地较软、流动性差、与模具的粘附力大的变形铝合金刮伤更为严重，因此我们在凹模上涂润滑油，或在工件靠凹模一面覆0.013--0.018mm的塑料薄膜. 而工件与凸模间的摩擦力及凸模圆角处的摩擦力有阻碍材料在危险断面处变薄的作用，有助于降低拉伸系数，是有益的，因此凸模不必润滑。
d、拉伸模设计时对最后一道工序，工件尺寸在外，以凹模为主，间隙以减小凸模尺寸取得；工件尺寸在内，以凸模为主，间隙以增大凹模尺寸取得；凸凹模圆角半径在设计时尽可能采用小的容许值，给后续整形模带来方便。由于材料在塑性变形中不可避免的有弹性
变形的存在，致使材料弯曲后制件的弯曲角度和弯曲半径发生变化而与模具尺寸不一致即回弹，故在模具的设计中考虑到如何减小材质的回弹从而保证了产品的尺寸精度，对于结构较为复杂配合精度要求高的3件组合式车轮，将各种细微的结构及各个尺寸精度尽量考虑周全，通过模具的修复及反复调试来测定材质较为准确的回弹系数。为保证耐磨性和防止拉伸划痕，凸凹模和压边圈都进行了淬火。
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