浅谈钢制车轮的生产及质量改进

浅谈钢制车轮的生产及质量改进韩志永王磊惠炳威海马轿车有限公司河南郑州450016[摘要]本文阐述了钢车轮的基础知识及生产工艺；辅以实例对现实使用过程中出现的钢车轮开裂情况进行分析，并提出切实可靠的解决方法。关键词：钢制车轮车轮的强度轮辋轮辐[Abstract]Thispaperexpoundsthebasicknowledgeofsteelwheelanditsproductionprocess;examplesforpracticaluseintheprocessofthesteelwheelcrackingwereanalyzed,andputforwardfeasiblesolutions.Keywords:steelwheelthestrengthofthewheelrimspoke1前言近年来，随着铝轮产品的出现，便以质量轻、更好的圆度和均质性、美观的优势取得市场的认可，致使传统的钢轮产品出现了份额萎缩。尽管铝车轮具有众多优点，但是由于其价格较贵，所以在大批量生产的轿车和轻型商用车中，还是采用钢制车轮。据行业内粗略估计，钢制车轮的市场份额从20世纪80年代初期的90%以上逐步萎缩到90年代后期的不足50%。快速下滑的销售业绩引起了国际钢轮制造业、钢铁制造业和钢制车轮设备制造商的高度重视，其紧密合作的结果推动了钢轮制造技术的革新和市场份额的理性恢复。2钢车轮的基本知识及生产工艺车轮为固定轮胎内缘、支承轮胎并与轮胎共同承受整车负荷的刚性轮子。它应保证轮胎充气后具有合适的断面宽度和侧偏刚度，散发轮胎在汽车行驶时所产生的部分（约6％～14％）热量。轮胎与车轮间是通过充气后形成的轮胎气压及产生的摩擦力实现力的传递的。汽车车轮的功用是支持全车的重量，承受驱动力、制动力、以及地面对车轮的各种力，并通过轮胎与地面的接触而实现汽车的运动。因此车轮的强度疲劳对于整车的正常使用有非常重要的作用。车轮应有足够的强度（疲劳强度、冲击强度）、几何精度（轮辋周长偏差、径向跳动量、端面跳动量、轮辐安装面的平面度，车轮定心精度、断面厚度公差及气门嘴孔精度）及良好的平衡（指车轮相对于本身的定心基准的动平衡和静平衡、不平衡度可用平衡块校直）。2.1钢制车轮的选材车轮的传统材料为热轧低碳钢（HRLC），在20世纪70年代的乘用车钢制车轮的轮辋和轮辐用料中占据着绝对的支配地位。这种材料具有很好的可成形性能，至今国际上不少工厂仍然以这种材料作为轮辋的标准用材。出于减轻车轮质量和开发新款车轮（如大通风孔车轮）的需要，高强度钢材逐步引入到车轮行业。中国乘用车钢轮生产企业与欧美先进生产企业相比，在材料技术上的研究和应用存在着相当大的差距，同样规格要求的车轮在质量上相差10%以上。目前，国内乘用车钢轮产品，轮辐主要采用高强度低合金钢，轮辋主要采用低碳钢；按照车轮负荷大小，轮辋用材厚度为：1.8～4.5mm，轮辐厚度则在2.4～5.75mm之间。2.2钢车轮的制造方法由于钢材的成形性能的限制，目前的汽车钢轮大都采用分体式的车轮结构，即轮辋与轮辐分开制造，且由于轮辋与轮辐的作用和受力情况不同，一般采用不同的钢材进行制造。钢制车轮主要由轮辐和轮辋两部分组成，一般分别制造，然后焊接起来。其中轮辋的制造技术是关键，其制造工艺归纳归纳起来有以下几个方案：2.2.1.型钢钢带卷/焊工艺；2.2.2.平板钢带卷/焊/滚工艺；2.2.3.无缝钢管旋/滚工艺。方案1和方案2制造的轮辋是用型钢或带钢卷焊而成的，轮辋上都有一条贯通的焊缝。这两种方案主要用在轻载汽车的无内胎车轮或中载汽车的有内胎车轮上。方案3是用大口径薄壁无焊缝钢管，经旋压成不等截面直筒，再滚形成轮辋，这种轮辋没有焊缝，用其制造的车轮在使用过程中不论是重载还是在交变应力作用下都不会漏气。因此用这种工艺制造的车轮可以用于各种类型的汽车上，它逐渐成为钢制车轮的主流工艺。钢制车轮对于制造工艺的要求非常严格，合格的汽车钢轮要经过四大流程（见图1），数十道工序。其中，四大流程包括轮辋滚压成形、轮辐冲压成形、组装焊接以及涂装。图1钢车轮生产的四大流程其关键技术主要有以下两点：(1)轮辋辊压技术轮辋产品制造的主要过程是将卷圆焊接的钢圈通过6道滚压工序成形。为了进一步减轻车轮质量以抵御铝轮的渗透，近年来国外一些车轮企业，除了将轮辋材料以高强度低合金钢或贝氏体钢取代传统的热轧低碳钢之外，在钢圈成形之前增加了旋压工艺，在原本厚度均匀的钢圈上旋压出几道较薄的槽，在轮辋槽底和轮缘受力较大的地方保持材料的原始厚度，而在受力较小的地方减薄材料厚度，从而有效地减轻轮辋的质量。轮辋旋压技术是国际钢轮行业的前沿技术之一，目前处在试验和改进阶段。这种技术一般可以使车轮产品质量进一步减轻10%以上。(2)轮辐冲压技术车轮轮辐是连接汽车轮毂和轮胎的主要支撑件，也是决定车轮是否美观的关键部件。轮辐需要经过多次冲压方能成形。主要的工艺包括剪切落料、初拉伸、反向拉伸成形、切边、冲螺栓孔翻边、挤螺栓孔、冲风孔、挤毛刺等。图2轮辐成形生产过程图3钢车轮开裂问题分析剪切落料初拉伸反向拉伸成形切边冲螺栓孔翻边挤螺栓孔冲风孔挤毛刺轮辐冲压成形轮辋滚压成形组装焊接涂装以某公司生产的轻型商用车为例，其采用的是分体式钢制车轮，轮辐材料为：RCL380，材料厚度为：3.5mm；在试验验证过程中，出现轮辐开裂的情况（见图3），图3钢车轮开裂3.1针对该问题从以下方面进行分析：3.1.1.对问题钢车轮进行材料分析和金相分析，经过对损坏件进行取样分析，确认该材料为RCL380，并且金相组织正常；3.1.2.重新确定实际载荷，经过确认发现初始设计载荷与实际载荷有较大的出入，重新确定并核算载荷。3.1.3.针对模具进行分析，反拉伸材料的流动性不好，不便于成型，从而造成压型形状不到位，影响强度。3.2解决措施：3.2.1.轮辐材料更改为机械性能更好的510L/3.75；3.2.2.轮辐反拉伸工艺曲线更改，以利于后续工序的成型。图4更改前反拉伸工艺曲线图5更改后反拉伸工艺曲线3.3.3.成型模具尖角改为圆弧过渡，避免成型过程中材料挤伤。图6更改前后反拉伸曲线对比改进后的反拉伸工艺曲线，便于成型，成型后的减薄量比原先工艺提高2%以上。同时成型模具的尖角部分经过倒钝、圆弧过渡处理，局部尖角的薄弱环节得到了有效控制。4结束语通过学习钢车轮的基本知识及生产过程，我们可以了解钢车轮的生产工艺，掌握钢车轮的基本知识；另外通过对实例的分析，对钢车轮进行改进，通过台架试验和试验过程，并未再次出现钢车轮开裂的问题，可以确认更改有效。参考文献[1]夏琴香:汽车车轮生产工艺现状和发展趋势2008-8-26[2]《汽车工程手册设计篇》《汽车工程手册》编辑委员会人民交通出版社2010-5[3]《汽车底盘基础》[德]耶尔森·赖姆帕尔著、张洪欣余卓平译科学普及出版社1992-9[4]《汽车设计》刘惟信清华大学出版社2001-7[5]ThomasHeck．PresentationofAutomobileSteelWheel：TheR0adtoDualPhase[R／OL]，HayesLemmerzInternationalPress，AmericanIronandSteelInstitutef，[2006-02-14]．[6]童恬：现代乘用车钢制车轮的技术发展，汽车工艺与材料，2005第8期，P1～P4．作者简介：韩志永（1985.11～）男助理工程师工学学士海马轿车有限公司从事汽车底盘系统设计开发工作联系电话：[phone]，E-mail：[e-mail]王磊（1983.7～）男助理工程师工学学士海马轿车有限公司从事汽车动力系统及其附件开发工作联系电话：[phone]E-mail：[e-mail]惠炳威（1986.～）男助理工程师工学学士海马轿车有限公司从事汽车底盘系统开发工作联系电话：[phone]E-mail：[e-mail]