旋压技术与车轮制造的应用分析

袁水俊

摘 要：针对车轮的设计与制造而言，旋压技术的应用与发展起着重要的作用。采用旋压工艺设计的铝合金车轮，在同等强度的情况下，拥有更薄的壁厚，更轻的重量。目前新能源车发展如火如荼，轻量化意味着续航能力的提升以及材料和能源消耗的降低，这也进一步呼应国家目前推行的“能耗双控”政策。本文结合实际情况，对能耗双控背景下的H型大尺寸车轮的旋压技术应用及生产过程中产品所存在的问题和相关解决方案进行分析，并展望我国未来旋压技术于车轮加工制造的发展趋势。

关键词：旋压技术 车轮制造 应用分析

1 引言

我国现代化制造行业在生产效率和品质工艺上都有了质的飞跃。随着经济水平的提升，私家车的数量大大增加。我国人民对车辆的需求日益增长，不仅促进了我国车辆制造行业的发展并且也有效带动了我国车辆制造、部件加工工艺的技术进步。随着国家能耗双控等相关政策的持续推进，“能耗双控”与制造生产的矛盾愈发的受到社会各界的广泛关注。产品设计的轻量化，生产制造工藝的变革、能消的降低是我国汽车制造行业未来发展的必然趋势。在“能耗双控”发展要求的宗旨下，满足终端客户的大尺寸轮型的需求，设计开发采用旋压技术的车轮具有重要意义。

对于铝合金车轮而言，旋压技术在常规轿车的应用已经趋于成熟，但对于欧美市场，尤其是汽车改装市场，旋压技术在大尺寸轮型的应用的并不是很广泛。近几年随着国外汽车改装市场的大尺寸深lip市场需求的发展，主流的车轮尺寸已由原先的2010、2012提升至2412、2414、2614，乃至于2616。这种大尺寸，H型深轮辋的产品，采用旋压技术的结合与应用将会迎来更加广阔的发展平台。

2 旋压技术简介及对于车轮设计制造的重要性分析

2.1 旋压技术原理分析

旋压技术在我国的发展由来已久，它属于通过回转体的方式将毛坯材料进行塑形的工艺。现如今一般学者认为是由我国古代的陶瓷手工艺奠定了这门技术的基础。而早期通过旋压技术来对金属材质的毛坯进行加工则是由欧洲国家进行开展的。他们率先应用于对铜、锡之类的硬度较低的金属进行旋压塑形，旋压工艺初步应用于金属加工主要是用来做一些结构简单的容器。直到电动机的问世为旋压技术带来了强有力的动力支持，此后该技术被广泛应用于军工制造行业，舰船、枪炮零部件的加工制造。并逐渐推广到工业生产和民用产品加工方面。

对于车轮行业而言，旋压技术主要指 “低压铸造+旋压”和“重力铸造+旋压”两种工艺。主流是采用“低压铸造+旋压”技术，采用的是轮辐部位铸造，轮辋部位旋压的方式进行生产制造。

2.2 旋压技术的分类

按照材料厚度的变化可以将其分为普通旋压和强力旋压。

普通旋压技术加工的毛坯其厚度变化相对较小。技术的特点是在毛坯材料成型后对其外径进行改变。主要改变的是它的直径而并非厚度。

强力旋压，就是通过强有力的旋压加工使得材料的厚度发生大幅度的变化，强力旋压相比于普通旋压而言对材料施加的压力要大很多倍。主要应用于对材料厚度的减小，通过加工使毛坯材料变得更加轻薄。

同时按照旋压毛坯是否加需要加热，又分为热旋和冷旋，目前铝合金车轮主要以热旋的方式进行生产。

2.3 旋压技术对于大尺寸车轮加工的重要性分析

相比于传统的低压铸造工艺而言，设计采取旋压技术与低压铸造相结合的车轮有如下特点：

提高轮辋部位的合格率：通过挤压成型的方式生产出来的产品，解决了H型大尺寸轮辋的产品低压铸造工艺无法解决的轮辋疏松、亮面针孔问题。H型轮辋的大尺寸的轮型，主要订单状态是电镀、亮面等状态，轮辋部位的改善能大幅提升产品涂装的合格率，减少涂装、亮面工序的返修次数。

提质增效：轮辋的轻薄，使产品重量显著降低，有效提升了车辆的轻量化程度，提高产品的市场竞争力。不难理解，在保障轮辋强度指标的前提下，更加轻薄的轮辋所需要耗费铝的原材料也就更少。在目前大宗商品飙涨、能源双控的大背景下，铝价已由2020年的1.4万/吨涨至2021年的将近2.4万/吨，铝价涨幅约70%。铝价高价位徘徊，能耗的限制，对车轮企业生产经营压力很大，以低压铸造2616轮辋18kg为例，采用旋压技术后，轮辋重量能降1kg，材料铝的材料利用率大幅提升，也意味着能耗将同步降低。当大批量生产时，每个产品所节约的原材料在订单数目极其庞大的汇聚下所能够节省的资源消耗是非常可观的。

在如今能源的节约与轻量化需求日益凸显的时代背景下。有效的降低生产成本无异于是对企业经营效益的提升，对于企业的可持续发展大有助益。能够熟练应用旋压技术进行零部件设计加工的企业也必将在激烈的市场竞争中提升自身的核心竞争力，为企业的发展壮大、占据更多的市场份额提供技术支撑。对于用户和社会而言，轻量化的车身意味着在同等运行情况下汽车的综合油耗降低，续航里程的提升。在全球碳中和的大背景下，出口企业更多的采用轻量化技术，迎合了世界发展的方向。

3 旋压技术与车轮设计制造的应用分析

3.1 轮毂制造工艺流程及问题分析

通常采取旋压技术进行轮毂生产的工艺流程为：1.压旋模毛坯;2.机加预车毛坯;3.旋模的装模及烤馍;4.毛坯预热;5.使用冷却水和补足脱模剂进行辅助作业; 6.预热炉、旋压机、机器手联动生产。7.按图纸要求测量毛坯尺寸。

在旋压过程中，要注意旋轮粘铝的问题，防止外轮辋表面出现凹坑、起皮的现象。同时对产品预热后冷却的深度也有要求，切忌不得超过辐条的一半。进行加工的过程要避免产品装配部位发生磕碰伤，并注意按照一定的频率对产品的轮辋尺寸等参数进行检查。

3.2 旋压技术的应用与对策分析

旋压加工的过程，部分轮型出现毛坯预热后与旋模无法贴紧的现象，其主要表现是旋后毛坯有黑皮，机加余量不足。尤其是H型轮辋的大尺寸毛坯更明显，经过多次验证发现主要原因是毛坯加热后，轮缘台阶设计放大了台阶尺寸对旋模的影响，导致毛坯无法与旋模配合不到位。为了避免此类问题的发生，针对22寸及以下的产品，轮缘台阶结构的深度控制在3mm-5mm以内，22寸以上毛坯，在设计时把台阶状结构改良成斜面结构配合，就能够有效解决预热后旋压贴紧问题。

在产品强度试验科目中，按照SAEJ2530标准，径向120万转OK，采用2616尺寸进行试验，发现轮辋起旋部位60万时产生漏气导致试验NG。经过分析后，将起旋部位外轮辋局部加厚，增加0.6mm的壁厚，第二次试验OK。针对旋压车轮，设计时起旋部位需要预留毛坯余量，避免试验NG无法调整。

4 旋压技术于车轮制造行业发展趋势分析

旋压技术的优势特点及重要意义上文已作出详细说明，我司目前旋压机的极限尺寸是2616。目前能夠达到这个参数指标的加工制造厂商为数不多。以2616尺寸的H型轮辋产品为例，常规的此类轮型铸造轮轮辋部位重量约18kg，采用旋压工艺后，二序轮辋壁厚由6.7mm降至5mm，轮辋部位重量约17kg，产品重量约降1kg;按照乘用车进行分析，1个汽车装配4个轮子，合计将减重4kg，以目前的市场价产品1kg成本约40元来估算（材料成本加熔炼添加合金费用及加工费约40元来计算），每辆车将降低160元的费用。有效的节省成本，提高材料利用率，汽车的油耗也会随之降低。同时旋压工艺的产品，因为重量轻，在市场上更受欢迎，售价更高。未来旋压技术在2616这些大尺寸的应用将会日益纯熟，在轻量化生产发展要求的驱使下逐步确立此项技术的核心地位。

随着汽车工业的发展，法律法规的完善，国内的改装需求会逐步跟欧美发达国家接轨，未来我国的轮毂改装行业将会持续走高。自08年以来，我国的汽车行业发展迅猛，同时随着居民生活水平的不断提高，私家车已经逐步成为大众消费品，我国私家车数目日益攀升。因此我国也将拥有最为庞大的汽车轮毂改装、售后市场。有市场、有效益，自然会推动相关产业技术的发展。随着我国“能源双控”的深入推进，部分产业效能低下、管理混乱、规模较小并且产品质量较差的企业或将面临自然淘汰、兼并、重组。这都是时代发展使然，在行业优胜劣汰的竞争环境下，能够掌握核心技术的高产能技术企业将会迎来更为广阔的发展前景。

综上所述，应用旋压技术所加工的车轮具有质量小、强度有保障、经济性较高等优势特点。此项技术尤为符合我国当前汽车生产制造行业及相关车轮加工、售后行业的发展要求。更加智能化、轻量化的旋压技术将成为相关企业发展的重要竞争力。应用旋压技术所加工的产品在“能耗双控”和可持续发展的方针下将会越来越受到大众的认可。

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