清华大学张磊：铝合金轮毂成形新工艺标准解读

近日，中国汽车工程学会正式发布团体标准：《汽车用铝合金直锻工艺轮毂技术条件》（T/CSAE 200－2021）。该标准由汽车轻量化技术创新战略联盟提出，清华大学天津高端装备研究院牵头，联合安徽江淮汽车集团股份有限公司、林州鼎鑫镁业科技有限公司、内蒙古华唐伟业再生资源有限公司、奇瑞汽车股份有限公司、中铝材料应用研究院有限公司等单位共同研制。该标准提出了采用直锻工艺成形的轮毂性能要求及试验方法。

汽车轻量化是汽车发展的趋势。实验证明，若汽车重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%；汽车整体质量每减少100kg，百公里油耗可降低0.3-0.6升；汽车重量降低1%，油耗可降低0.7%。汽车重量由两部分组成：簧下质量、簧上质量，其中簧下质量一般包括车轮、弹簧、减震器以及其它相关部件；簧上质量一般包括车架、动力系统、传动装置、乘客等。试验表明：减轻1公斤簧下质量的效能等同于减轻15kg簧上质量。在簧上质量不变的情况下，减轻簧下质量可以有效提升汽车的加速性、稳定性以及操控性。

轮毂属于簧下质量，而且是关系到汽车安全的重要零部件。目前大部分汽车安装的轮毂为铸造铝合金轮毂（以乘用车为主）或钢质车轮（以商用车为主）。锻造铝合金轮毂重量比铸造铝合金轮毂的重量轻10%左右，比钢质轮毂重量轻2/3左右。因此，采用锻造铝合金轮毂符合汽车轻量化发展的趋势。

目前，市场上的锻造铝合金轮毂锻件的典型成形工艺流程具体为：预锻（20MN-50MN液压机）+终锻（80MN-120MN液压机）+冲孔切边扩孔+旋压。该流程锻造工序多、每个工序均需要准备一套模具、一台锻造设备。锻造铝合金轮毂成形工序复杂，导致其成本较高。锻造铝合金轮毂的成本问题是限制其广泛生产和应用的主要绊脚石。

《汽车用铝合金直锻工艺轮毂技术条件》正是在这个背景下诞生的。直锻工艺成形轮毂避免常规锻造复杂的工序流程，通过闭式挤压工艺由坯料直接成形轮毂。

本标准适用于采用直锻工艺成形的铝合金乘用车轮毂和铝合金商用车轮毂，对力学性能、动态弯曲疲劳试验、动态径向疲劳试验、冲击试验及相关试验方法进行了研究并给出相关要求。主要包括：

1)给出了轮毂直锻工艺的准确定义；

2)给出了轮毂力学性能标准数值及取样位置；

3)给出了直锻工艺成形的乘用车和商用车轮毂动态弯曲疲劳试验最低循环次数及试验方法；

4)给出了直锻工艺成形的乘用车和商用车轮毂动态径向疲劳试验最低循环次数及试验方法；

5)给出了直锻工艺成形的乘用车和商用车轮毂冲击试验方法

目前，直锻工艺已经应用于在林州鼎鑫镁业科技有限公司批量生产轮毂过程中，典型样件重量降低10%以上。

▎作者介绍

张磊，清华大学副研究员，主要从事重型装备和锻件成形工艺研究。2012年和2014年获得省部级科技进步一等奖，2016年获得国家科技进步二等奖，陕西省委组织部第六批“陕西‘百人计划’项目计划”获得者。