铝合金车轮设计及结构分析 【摘要】车轮是汽车行驶系统中重要的安全部件，汽车前进的驱动力通过车轮传递，车轮的结构性能对整车的安全性和可靠性有着重要的影响。另外，车轮还是汽车外观的重要组成部分。传统车轮设计多凭借经验展开，存在着设计盲目性大、设计制造周期长、成本高等诸多弊端。面对日益激烈的市场竞争，企业迫切需要采用科学的手段改善设计方法，本文所采用的CAD技术和有限元分析方法是解决上述问题的理想方法。本文运用工业设计理论，将造型设计构思表现的方法与技能应用于车轮设计中，结合车轮结构尺寸优化和形状优化，使工程技术与形式美密切结合，综合表现了车轮的性能、结构和外观美。 【关键词】铝合金车轮;有限元分析;结构设计;强度分析;疲劳分析 1.引言 普遍意义的车轮包括轮胎和金属轮辆一轮辐一轮毅两部分，本文所研究的车轮只限于金属轮惘一轮辐一轮毅部分，不包括轮胎。车轮是介于轮胎和车桥之间承受负荷的旋转件，它不仅承受着静态时车辆本身垂直方向的自重载荷，同时也经受着车轮行驶过程中来自各个方向因起动、制动、转弯、物体冲击、路面凹凸不平等各种动态载荷所产生不规则力的作用，是车辆行驶系统中重要的安全结构部件，其结构性能是车轮设计中主要因素[1]。另外，车轮作为整车外观的主要元素之一，象征着整车的档次，多变的铝合金车轮轮辐形态和明亮的色泽越来越为人们所关注，因此车轮的外观设计也因此变得越发的重要。 2.铝合金车轮的设计方法 车轮制造企业的设计手段依然采用传统的设计方法，其设计及生产流程如图1所示。 图1 传统的车轮设计流程图 产品的结构强度、疲劳性能则在产品试样制造出来后，通过试验来验证。这样导致产品的设计周期过长，成本过高。而且设计时为了保证产品的通过率，避免反复多次修改模型，设计人员往往留有过大的设计欲量，对于大批量生产的企业，这无形中造成了材料浪费，增加成本[2]。 此外，当试验失败进行结构修改时，设计人员也是凭借经验，通过局部增加材料达到提高强度的目的，缺乏理论依据，具有较强的盲目性，对于产品的结构优化更是无从入手[3]。因此，采用新的技术和手段，使车轮设计由经验类比型向科学分析计算型转变，是车轮行业一项势在必行的工作。 3.载荷的处理
铝合金车轮低压铸造工艺 铝合金车轮制造技术是多种多样的，而铝车轮的铸造工艺，目前主要有两种：一种是金属型重力铸造，一种是低压铸造。我们主要是做汽车铝合金车轮，制造工艺采用的是低压铸造。我们教材面向的对象主要是我们公司的员工，所以对工艺技术的介绍是有针对性的，介绍的方法也是不一样的。 1 低压铸造原理 低压铸造是将铸型放在一个密闭的炉子上面，型腔的下面用一个管(叫升液管)和炉膛里的金属液相通。如果在炉膛中金属液面上加入带压力的空气，金属液会从升液管中流入型腔。待金属液凝固以后，将炉膛中的压缩空气释放，未凝固的金属从升液管中流回到炉中。控制流入炉膛空气的压力、速度,就可以控制金属流入型腔中的速度和压力，并能让金属在压力下结晶凝固，压力一般不超过 1 ㎏/㎝2。这种工艺特点是铸件在压力下结晶，组织致密，机械性能好；低压另一个特点就是用一个升液管将铸型直接和炉膛连通，在压力的作用下，直接浇注铸型，不用冒口，浇口也很小。所以金属的利用率高。 2 低铸汽车铝合金轮的工艺特点 汽车铝合金车轮的结构特征：汽车铝合金车轮有大有小，有正偏距，有负偏距，有二片式，有三片式，都是圆形铸件，轮缘是均匀壁厚，面积比较大，轮辐比较厚，轮辐和轮缘交接处热节都比较大。而铝轮毂的浇注系统只有一个小浇口，没有冒口。轮辐多半作为横浇道，但是轮辐的位置是由轮毂的结构所决定的，不是由铸造工艺的设计者来决定的。因此偏距小，或负偏距车轮，会让铸造工艺设计者很头痛。然而轮毂的正面为装饰面，一般要求较高，要求精加工、车亮面、抛光、电镀，而低压铸造正好可以把轮毂的正面放在下模，放在浇口的旁边，在压力下结晶，得到致密的组织。使得低压铸造轮毂正面加工以后，表面质量，表面光洁度都比较好。 3 汽车铝轮低压铸造工艺设计 工艺设计之前，轮毂设计之初，需考虑与轮毂相关的几个基本内容。首先要正确的计算结构强度，这是影响到它生产出来以后安全使用的问题，另一个重要问题是否方便于铸造工艺，是否有利于机加，抛光和电镀，是否有利于减少废品降低成本，提高铸件整体质量，设计一款美观的车轮是不能不考虑它的铸造、加工工艺性的。 4 汽车铝轮低压铸造模具设计 模具设计之前工艺方案是重大的原则问题，方案错了，整个模具设计将全功尽废，如果设计不当，不从铸造工艺角度上去考虑，会极大地影响铸造厂去生产出完美的致密的铸件来。所以在确定模具的设计方案之前，要请专家和现场工作者进行评审。根据产品结构的特点（要注意完全符合顺序凝固条件的产品结构是很少的）评审出一个能创造顺序凝固条件的模具设计方案。模具设计者要深黯与之相关的铸造设备和铸造工艺，设计者要多到现场去请现场的工作者指导。动手设计时要对以下方面进行考虑： a在轮毂的零件图上画出轮毂各部份的加工余量； b在上下模和型芯各个部位，需要考虑适当的拔模斜度； c为了考虑铸件的顺序凝固，对铸件壁厚要通过“补贴”调整圆角，减小热节等措施来尽量符合“壁厚梯度”原则，还要在铸件补缩的距离上给予适当的壁厚考虑，在必要的地方要考虑风冷或水冷，总之整个模具从轮缘到浇口要创造一个顺序凝固的温度场。 d铸型的排气，特别在大平面或死角部分； e在铸件的凸台部份考虑是否用铜块，增加冷却速度；
铝合金轮毂热处理
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铝合金轮毂热处理 1、铝合金轮毂热处理过程及重要性 热处理就是以一定的加热速度,升到某一温度下保温一定时间并以一定的速度冷却，得到某种合金组织和性能要求的一种加工方法。其主要目的是：提高力学性能，增强耐腐性能，改善加工性能，获得尺寸的稳定性。 铸造铝合金轮毂选用的材料是A3５6铝合金（美国牌号）,对应的国内合金牌号为ＺL１0１，属铝-硅系铸造合金,通常采用T６热处理工艺，含义如下表: 表1 热处理状态代号、名称及特点 代号热处理状态名称目的 T１人工时效提高硬度，改善加工性能，提高合金的强度。 T2 退火消除内应力,消除机加工引起的加工硬化,提高尺寸稳定性及增加合金的塑性。 T4 固溶处理提高强度和硬度,获得最高的塑性及良好的抗蚀性能。 Ｔ5 固溶处理+不完全人工时 效 用以获得足够高的强度,并保持有高的塑性，但抗蚀性 下降。 Ｔ6 固溶处理+完全人工时效用以获得最高的强度，但塑性及抗蚀性降低。 T7 固溶处理＋稳定化回火提高尺寸稳定性和抗蚀性,保持较高的力学性能。 T８固溶处理和软化回火获得尺寸的稳定性,提高塑性，但强度降低。 铝合金轮毂的热处理强化的主要方法是固溶淬火加人工时效。在Al-Si-Mg合金中,固溶处理的实质在于:将合金加热到尽可能高的温度,并在该温度下保持足够长的时间，使强化相Mg ２ Si充分溶入α-Aｌ固溶体,随后快速冷却，使高温时的固溶体呈过饱和状态保留到室温。温度愈高,愈接近固相线温度,则固溶处理的效果愈好。固溶处理也会改变共晶Sｉ的形态，随着固溶保持时间的延长，Si相有一个缓慢球化和不断粗化的过程,这种过程随固溶温度的提高而增强。一般铝合金轮毂的固溶温度选择在535－-５4５℃之间，时间为6小时。固溶温度对Sｉ相形态的影响要比保温时间的影响大得多,通过参照相关理论和试验发现，５５０℃保温100分钟后的Ｓi相形态等同于54０℃保温300分钟后的形态,目前中信戴卡公司热处理工序步进式连续炉，除特殊产品有明确要求外,均采用固溶5５0℃保温1４0分钟左右的热处理工艺。当然,选择的是较高的固溶温度,对设备稳定性的要求也很高，炉膛内各部温度要均匀，否则局部温度过高,会导致部分产品过热、过烧。 铝合金轮毂淬火时的水温一般选择在60－-80℃之间,而且水的状态对机械性能也有一定影响,这是因为轮毂淬火时水温升高，工件表面局部水气化的可能性增大,一旦气囊形成，冷速就明显降低,这会使机械性能降低,因而在工件淬火的情况下，必须要开启水循环装置(搅拌器、循环泵等）,使水箱内的水处
铝合金车轮低压铸造工艺 目录 铝合金车轮低压铸造工艺 1 低压铸造工艺 1.1 低压铸造原理 1.2 低铸汽车铝合金轮的工艺特点 1.3 汽车铝轮低压铸造工艺设计 1.4 汽车铝轮低压铸造模具设计 1.5 铝轮低压铸造工艺过程 1. 模具检查 2. 模具喷砂 3. 模具的准备 4. 模具涂料 5. 涂料性能和配比 6. 涂料的选择 7. 模具的预热和喷涂 1.6 开机前的准备工作 1. 保温炉的准备 2. 陶瓷升液管的准备 3. 设备和工艺工装的准备
1.7 铝车轮低压铸造液面加压规范 1. 加压规范的几种类型 2. 铝车轮低压铸造加压规范的设定 3. 设计铝轮低铸加压曲线的步骤 4. 铝轮低铸工艺曲线实例 1.8 铸件缺陷分析，原因及解决办法 1. 疏松（缩松）的形成与防止 2. 缩孔的形成与防止 3. 气孔的形成与防止 4. 针孔的形成与防止 5. 轮毂的变形原因及防止 6. 漏气的产生原因及防止 7. 冷隔（冷接，对接），欠铸（浇不足，轮廓不清）的形成与防止 8. 凹（缩凹，缩陷）的形成与防止 铝合金车轮低压铸造工艺 铝合金车轮制造技术是多种多样的，而铝车轮的铸造工艺，目前主要有两种：一种是金属型重力铸造，一种是低压铸造。我们主要是做汽车铝合金车轮，制造工艺采用的 是低压铸造。我们教材面向的对象主要是我们公司的员工，所以对工艺技术的介绍是有针对性的，介绍的方法也是不一样的。 1 低压铸造工艺 1.1 低压铸造原理 低压铸造是将铸型放在一个密闭的炉子上面，型腔的下面用一个管(叫升液管)和炉膛里的金属液相通。如果在炉膛中金属液面上加入带压力的空气，金属液会从升液管中
铝合金轮毂热处理相关知识 1、铝合金轮毂热处理过程及重要性 热处理就是以一定的加热速度，升到某一温度下保温一定时间并以一定的速度冷却，得到某种合金组织和性能要求的一种加工方法。其主要目的是：提高力学性能，增强耐腐性能，改善加工性能，获得尺寸的稳定性。 铸造铝合金轮毂选用的材料是A356铝合金（美国牌号），对应的国内合金牌号为ZL101，属铝-硅系铸造合金，通常采用T6热处理工艺，含义如下表： 表1 热处理状态代号、名称及特点 铝合金轮毂的热处理强化的主要方法是固溶淬火加人工时效。在Al-Si-Mg 合金中，固溶处理的实质在于：将合金加热到尽可能高的温度，并在该温度下保持足够长的时间，使强化相Mg2Si充分溶入α-Al固溶体，随后快速冷却，使高温时的固溶体呈过饱和状态保留到室温。温度愈高，愈接近固相线温度，则固溶处理的效果愈好。固溶处理也会改变共晶Si的形态，随着固溶保持时间的延长，Si相有一个缓慢球化和不断粗化的过程，这种过程随固溶温度的提高而增强。一般铝合金轮毂的固溶温度选择在535--545℃之间，时间为6小时。固溶温度对Si 相形态的影响要比保温时间的影响大得多，通过参照相关理论和试验发现，550℃保温100分钟后的Si相形态等同于540℃保温300分钟后的形态，目前中信戴卡公司热处理工序步进式连续炉，除特殊产品有明确要求外，均采用固溶550℃保温140分钟左右的热处理工艺。当然，选择的是较高的固溶温度，对设备稳定性
的要求也很高，炉膛内各部温度要均匀，否则局部温度过高，会导致部分产品过热、过烧。 铝合金轮毂淬火时的水温一般选择在60--80℃之间，而且水的状态对机械性能也有一定影响，这是因为轮毂淬火时水温升高，工件表面局部水气化的可能性增大，一旦气囊形成，冷速就明显降低，这会使机械性能降低，因而在工件淬火的情况下，必须要开启水循环装置（搅拌器、循环泵等），使水箱内的水处于流动状态，水温均匀，工件表面没有形成气囊的机会，保持一定的冷却速度，确保淬火效果。 控制淬火的转移时间对Mg2Si强化相的分布很重要，转移时间长会使强化元素扩散析出而降低合金的力学性能，所以转移时间越短越好，这也是生产实际中为什么要求转移时间控制在20s之内的原因。 淬火后人工时效温度的选择，对轮毂机械性能的影响非常明显，较高的时效温度下，屈服强度σ0.2随时效时间的增加而提高，延伸率δ则会降低，硬度升高。相反较低的时效温度和较短时效的时间，屈服强度σ0.2会偏低，而延伸率δ升高，硬度降低。目前时效温度通常选择130--160℃之间，时间为150分钟左右。 根据热处理工序特点及质量特性，热处理工序被定为T特性工序。铝合金轮毂热处理的重要性在于，产品能否满足安全使用要求。其质量特性不能用肉眼直观的进行判别，各项性能指标需要借助专门的检验仪器和设备，对轮毂进行各类检测而获得，由于受到检测频率和检测部位的限制，对于每一炉产品，甚至对每一个产品，检测都只是个别的、局部的，无论如何都不能达到对热处理质量100%的检测，检验也不能完全反映整批产品或整个产品的热处理质量；而且由于热处理过程特点是连续生产，批量投入，一旦出现热处理质量问题，对整个工序的影响面很大；另外热处理的产品是经过了熔炼、铸造、X光等工序的轮毂半成品，如果出现热处理质量问题，其损失也是不言而喻的；更主要的是轮毂热处理缺陷的漏检，很容易引发严重的质量事故，给企业带来无法估量的损失。 2、影响铝合金轮毂热处理性能的因素 首先是热处理工序对性能的影响（工艺参数是前提，工艺执行是过程）；其次是化学成分的影响（合金元素的含量控制，尤其是有害元素Fe的控制）；第三是熔炼过程中铝液的净化（除渣、除气）、晶粒细化（常用细化剂AL-TI-B）、变质效果（常用变质剂Sr）；第四是铸造过程中的产生的疏松、夹杂、气孔、
铝合金轮毂基础知识 一、轮毂的概念及工作状况 ●轮毂的概念： 轮毂又叫轮圈，在行业外也有一些不同的叫法：车轮、轮辋等。它作为整车行驶部分的主要承载件，是左右整车性能最重要的安全部件，在OE主机厂被定为A级安全件。 ●轮毂的受力状况： 轮毂通常会受到两个力的作用：一是要承受静态时车辆本身垂直方向的自重载荷；二是要经受车辆行驶中来自各个方向因起动、制动、转弯、石块冲击、路面凹凸不平等各种动态载荷所产生的不规则应力。 轮毂的静态应力分布 轮毂被安装到车上后，车轮便承受着整车垂直方向的自重力。其中轮辋部分是通过轮胎的充气压力传递而来的，轮辐部分的力是通过轮辋传递来的车辆自重力，这些力都属于静态应力。 二、轮毂的工艺介绍及材质优缺点 ●轮毂的材质分类及应用车型： 轮毂通常使用的材料有钢材和铝合金材料两大类，即钢圈和铝轮。钢圈多应用于卡车、货车和大客车等；铝轮已普通应用于轿车、SUV/MPV等(不过有的汽车厂为降低成本给轿车配的备胎还有使用钢圈)。 ●“钢圈”的工艺介绍及材质优缺点： 生产工艺：是用合金钢板材通过轧辊和冲压制成轮辋、轮辐(或钢丝)的坯料，再经铆接、点焊、二氧化碳电弧焊、挤压等工序装配组合而成。 材质优缺点： 优点：制造工艺简单，生产成本低、价格便宜，抗金属疲劳能力强不易变形等。 缺点：外形不美观造型单一，重量大耗油，惯性阻力大，散热性较差，易生锈等。 ●“铝轮”的工艺介绍及材质优缺点： 生产工艺：是将铝合金锭熔化成铝液后进行精炼变质、除气扒渣处理形成较纯净的铝液，铝液再进行铸造浇铸(重力或低压)成白毛坯之后去除浇口、帽口再进行热处理（固熔→淬火→时效），再通过数控车床和加工中心做机械加工形成半成品，再进行粗打磨、前处理清洗、吹水烘干、喷粉+烘烤固化形成粉坯，再进行精打磨、喷色漆、喷透明漆(或透明粉)+烘烤固化后形成最终成品。 ●“铝轮”的工艺介绍及材质优缺点： 材质优缺点： 优点：外观美观造型丰富，重量轻省油，惯性阻力小增加改动机寿命，散热性较好提高轮胎寿命，制造精度高平衡性佳/舒适度好等，漆层附着不易生锈。 缺点：制造工艺复杂，生产成本高，价格较贵，材质较脆抗金属疲劳能力一般容易变形开裂(受严重撞击时易断裂)等。 三、铝合金轮毂的材料介绍 ●铝合金轮毂所应用的材料型号： 轮毂在铸造铝合金方面，目前行业里广泛使用的材料是A356.2铝合金(是属于美国ASTM标准里的
摘要 轻量化是世界汽车工业发展的主要趋势，轻质材料铝及其合金等的使用是一种有效的途径。目前，大部分汽车车轮已使用铝及其合金做作为材料，利用现代设计方法，在此基础上进一步实现车轮的轻量化则是本文的研究所在。 在研究了CAD软件Pro /E以及有限元分析软件ANSYS的功能及其主要特点后，着重进行了了应用ANSYS对铝合金车轮进行结构强度分析的具体过程。 首先使用Pro/E软件，按照轮辋的国家标准，建构车轮的实体模型;然后把模型导入ANSYS，按2005年中国汽车行业标准中的汽车轻合金车轮的性能要求和实验方法所规定的疲劳实验要求施加荷载;然后进行强度分析和模态分析，分析结果表明，车轮的最大应力远小于铝合金的许用应力，车轮的固有频率满足要求，存在进一步改进的可能和必要。最后，改进车轮模型，改进结果表明，车轮的重量有了显著的减少。 利用CAE分析技术有助于提高汽车车轮的设计水平、缩短设计周期、减少开发成本。该方法具有普遍性，适用于指导任何其言型号车轮的设计和分析。 关键词：铝合金车轮；结构设计；有限元分析；强度分析；模态分析
ABSTRACT Lightweight is the main trends of the world's automotive industry, lightweight materials such as the use of aluminum and its alloys is an effective way. At present, most automotive aluminum and its alloy wheels have been used to do as a material, using modern design methods, based on the further realization of this lightweight wheels is the Institute of this article. In the study of the CAD software Pro / E and ANSYS finite element analysis software functions and the main characteristics, the Emphasis was the application of ANSYS, the structural strength of aluminum alloy wheel analysis of the specific process. First ，uses the Pro / E software, according to the rim of the national standards, building wheel solid model; then the model into ANSYS, by 2005 China's auto industry standard in automotive light-alloy wheels and performance requirements and test methods under the fatigue test requirements defined load and then the strength analysis and the results showed that the wheel is much less than the maximum stress allowable stress of aluminum alloy, there is further improvement possible and necessary. Then, the improved wheel models, improved results show that the weight of the wheels have been significantly reduced. The results show that the use of CAE analysis technology helps improve the design of automobile wheel level, shorten design cycles, reduce development costs. The method is universal, applicable to any of his words and models to guide the design and analysis of the wheel. Key words: Aluminum Alloy Wheels; Structural Design; Finite Element Analysis; Strength Analysis; Modal Analysis
铝合金轮毂铸造裂纹缺陷及预防 裂纹，铝合金轮毂铸造常见缺陷之一；它是产品失效的直接原因。现场对裂纹的认知缺少，难以采取有效解决办法，本文主要介绍毛坯中主要裂纹缺陷。 低压铸造铝合金轮毂常见裂纹缺陷，按缺陷位置分可分为：内轮缘裂纹、外轮缘裂纹、冒口裂纹、胎圈座裂纹、轮辐夹角裂纹、螺栓孔裂纹等。按裂纹冷热性质分可分为：热裂纹、冷裂纹，其中内外轮缘裂纹一般属于冷裂纹，它主要出现在成品车轮，由疲劳源产生裂纹。以下将按照部位一一解释、 在解释毛坯裂纹之前，需先解释热裂与冷裂的定义及区别。 热裂的形成温度是在合金形成金属骨架，线收缩开始温度到固相线温度区内，这一温度区间称为“有效结晶温度区间”。目前，关于热裂的形成机理主要有两种解释：强度理论和液膜理论。强度理论认为：合金存在热脆区以及热脆区内合金的断裂应变低是产生热裂的重要原因，铸件内变形集中是热裂形成的必要条件；因此，合金凝固过程中，收缩受到外界阻碍时，如果产生的外应力超过合金的强度，则会有裂纹产生。液膜理论认为：热裂的形成是由于铸件在凝固末期晶间存在液膜和铸件在凝固过程中受到拉应力共同作用的结果；如果铸件收缩受到阻碍，拉应力和变形主要集中在液膜上，使液膜被拉长，当应力足够大时，液膜开裂形成晶间裂纹。目前比较主流的原因是：液膜的存在是形成热裂的主要原因，铸件收缩受阻是形成热裂的必要条件；主要集中作用于晶间液膜上，使液膜开裂。 冷裂是由于模具温度低，外表面将凝固成一个薄的固态壳层。内部未凝固的金属液受压力直接作用于刚凝固的外表壳层上，使其受拉应力，而这个外表固态壳层是凝固时间不长、内部又受到高温液体加热的高温层，其边缘温度处在液固两相的临界温度上，根据液膜理论，从而使其形成裂纹源，在冷却过程中，受拉应力作用，不断生长，最终将成为裂纹 内外轮缘裂纹，严格来讲不属于铸造裂纹范畴；在铸造过程中内外轮缘作为产品延伸率最佳区域，极少出现铸造裂纹。经常出现在汽车行驶几万公里后，主要成形原因为疲劳或外力作用开裂。 冒口裂纹，典型的热裂；一般由于冒口凝固不足，强度较低或冒口造型不佳造成起拔模力大产生拉裂。典型状况为冒口内裂、冒口表层横向开裂、冒口内纵
铝合金轮毂制造工艺及特点分析 【摘要】铝合金轮毂以其质量轻、减震性优良、散热快、寿命长等特点，在现代汽车制造中得到了广泛的应用。本文概述了铝合金轮毂的一些常见的制造工艺，并对其特点进行了简要分析。 【关键词】铝合金；轮毂；制造工艺；特点 长期以来，钢制轮毂占据着汽车轮毂生产的主导地位。随着人们对汽车的舒适度、节能环保等方面要求的提高，钢制轮毂已不再适应现代汽车的需求。铝合金轮毂的出现，以优异的性能和迅猛的技术发展取代了钢制轮毂的主导地位，在现代汽车中得到了广泛的应用。 1.铝合金轮毂的优点及性能要求 铝合金轮毂与钢制轮毂相比，具有质量轻、节省能源的优点。由于材质的差异，铝合金轮毂的质量可比钢制轮毂减轻三到四成，可以有效提高轮毂的转动惯性，使汽车易于加速，并减少了制动所需的能耗，从而降低了油耗。此外，由于铝合金的振动性能比钢强，可以减少震动，改善车辆的重心，平衡性能优于钢制轮毂，尤其在高速行驶时可以得到明显的体现。在散热方面，铝合金轮毂的散热系数是钢制轮毂的两到三倍，在高速行驶时仍然可以保持合适的温度，减少爆胎的危险，提高了行车安全。 鉴于铝合金轮毂的优点，在制造铝合金轮毂的时候，就必须将这些优点全部发挥出来，才能使得铝合金轮毂充分体现其优良的性能。一般来说，一个合格的铝合金轮毂必须具备以下几个特点：（1）材质、尺寸、形状准确合理，这样才能充分发挥轮毂的作用，具有通用性；（2）汽车在行驶时，轮毂的横、纵向振摆小，失衡量与惯性矩小；（3）在保证轻便的同时，还要具有足够的强度、韧性和稳定性；（4）可分离性好；（5）性能具有持久性。 2.铝合金轮毂制造工艺及特点分析 2.1铸造法 铝合金轮毂的铸造法成形具有适应性强、品种多样、生产成本较低的优点，已经成为生产铝合金轮毂最普遍的方法，在全世界的铝合金轮毂中，采用铸造法生产的占80％以上。其工艺方法主要有重力铸造、低压铸造、压力铸造以及挤压铸造等。 2.1.1重力铸造法 重力铸造法是指金属在熔融的状态下依靠自身重力的作用注入模具中而获得铸件的一种工艺方法。重力铸造法大致可分为制芯、浇铸、整理三个步骤，每
毕业设计开题报告 学生姓名系部汽车与交通工程学院专业、班级 指导教师姓名职称教授从事 专业 车辆工程、 交通工程 是否外聘□是√否 题目名称基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计 一、课题研究现状、选题目的和意义 1、课题研究现状 1）铝合金车轮的起源，发展 长时期内，钢制车轮在车轮制造业中占主导地位，随着科学技术的发展与进步，对车辆安全、环保、节能的要求日趋严格，铝合金车轮以其美观、质轻、节能、散热好、耐腐蚀、加工性能好等特点，逐步取代钢制车轮。铝合金车轮的出现到如今渐渐替代钢制车轮是一个漫长的发展阶段。在20世纪初，一些热衷于赛车的爱好者，为了能使车辆更轻以提高赛车速度，想方设法对车辆各零部件作轻量化的改进，其中车轮是重点减轻的主要对象。1923年，Bugatti公司大胆地将砂型铸造的铝合金车轮装上了赛车，加世纪30年代联邦德国汽车联合会、拜尔(BMW)发动机公司及戴姆勒一奔驰汽车公司，正式将钢制辐条式轮毂与铝制扎制轮辋相结合的车轮装上汽车，为铝合金车轮的发展奠定了基础。二次世界大战和世界性的能源危机大大刺激了汽车商的轻量化需求。1945年汽车厂商纷纷开展批量生产铝合金车轮的研究，重要集中在铝合金车轮的材质和成形工艺方面，但由于车轮的特殊安全要求，仍未能实施批量生产。直至20世纪50年代末，联邦德国还只能少量地生产铝合金车轮。1970年末，拜尔发动机公司率先将铸造铝合金车轮作为特殊部件装到了2002型轿车上，1972年又在双门小轿车上成批装上了铸造铝合金车轮，开始了铸造铝合金车轮批量用于轿车的新局面。 日本铝合金车轮工业是在1970年后至1984年之间快速发展起来的，在1984年的年产量达640万件。意大利在1979年曾生产150万件。到1980年，西欧共生产700多万件铝合金车轮(其中50%是铸造铝合金车轮)，并以年产6%~7%的速度递增。1988年，美国生产的车辆中，铝合金车轮已作为好几种车型的系列部件，Pontiac SE车型的Grand Prix车更是采用了涂装彩色条带状的铝合金车轮。通用汽车公司生产的Gorvette车和另外两种Grand Prix车型也采用了铝合金车轮;Pontiao Fiero 的一种新车采用了表面为黑色的铝合金车轮;Dodge Dynasty车也把花边式样的铝合金车轮装了上去。同年，福特公司在Merkur Scorprio轿车上也装上了铝合金车轮，并把铝合金车轮定为公司系列的标准件。20世纪80年代初，美国原装轿车铝合金车轮装车率大约4%一5%，如今已超过40%。而日本目前轿车铝合金车轮装车率超过45%，欧洲国家超过50%。 我国铝合金车轮工业起步较晚，最早使用铝合金车轮是在20世纪80年代初，国营洪都机械厂
汽车轮毂制造技术 班级：机电1302班 学号： 姓名：师世健 指导教师：邢书明 目录 一、摘要 (3) 二、汽车轮毂的选材 (3) 1. 钢铁材料 (3) 1.1 球墨铸铁 (3) 1.2 其他钢铁材料 (3) 2.合金材料 (3) 3.复合材料 (3) 三、铸造方法 (3) 1.压力铸造 (3) 2.金属型铸造 (4) 3.熔模铸造 (4) 4.低压铸造 (5) 5.离心铸造 (5) 四、工艺方案 (6) 1.零件图 (6) 2.浇注位置 (6) 3.分型面 (7) 4.砂芯 (7)
5.浇注系统 (7) 6.主要工艺参数的确定 (7) 7.冒口 (7) 8.铸造工艺图 (8) 汽车轮毂制造技术 一、摘要 轮毂，作为汽车一个重要组成结构，起着支撑车身重量的作用，对汽车节能、环保、安全性、操控性都有着极其重要的影响。对其工作环境及使用要求予以充分分析，对其结构进行合理设计，选取性能优良的材料及适当的加工方法，都是汽车轮毂制造中不可或缺的环节。 二、汽车轮毂的选材 1．钢铁材料 1.1 铸铁、铸钢 球墨铸铁以其优良的综合力学性能应用在轮毂上，如铁素体球墨铸铁、高韧性球墨铸铁等。但是，由于类似碳素钢轮毂的缺点，以及铸造过程的复杂性和铸造模型所限，轮毂形状难于控制，限制了其应用。 1.2 其他钢铁材料 一些合金钢如加入钛元素的低合金钢，合金元素可以细化晶粒，提高钢的力学性能，使钢具有强度高、塑韧性好、加工成形性和焊接性良好，可以作为轮毂用钢；此外，低合金高强度双相钢，如低碳含铌钢，提高贝氏体含量，可以提高屈服强度，提高扩孔率，也可以用作轮辐和轮辋用钢。在实际应用中的多数钢制轮毂是通过已成型的轮缘和轮盘焊接而成，尽量使自重降低。 2．合金材料 汽车采用铝合金轮毂后减重效果明显，轻型车使用铝合金轮毂比传统钢制轮毂轻30%-40%，中型汽车可轻30%左右。美国森特来因·图尔公司用分离旋压法制出的整体板材（6061合金）车轮，比钢板冲压车轮重量减轻达50%，旋压加工时间不到90s/个，不需要组装作业，适宜大批量生产。另外，相同外径尺寸的轮毂使用铝合金轮毂抗压强度还有所提高。 3．复合材料 复合材料是应现代科学技术发展而出现的具有强大生命力的材料。由于复合材料具有特殊的振动阻尼特性，可减振和降低噪声、抗疲劳性能好，损伤后易修理，便于整体成形，故可用于制造汽车车身、受力构件、传动轴、发动机架及其内部构件。 三、铸造方法
铝合金轮毂的生产和市场现状摘要:对国内汽车铝轮毂市场的需求及生产现状进行综述，根据国内外发展状况对铝轮毂的市场形势进行了分析。 国外汽车（主要是轿车和轻型车）、摩托车均已广泛使用铝合金整体轮毂。国产轿车、轻型车和摩托车以铝合金整体轮毂替代辐条（板）式钢轮毂也是必然趋势。铝合金整体轮毂如图1所示。 图1 铝合金轮毂 1 铝合金轮毂的主要特点 铝轮毂有一件式、两件式和三件式的。两件式的铝轮毂是由一件内件和一件外件焊上的或钉上的。焊接时要小心，因为焊接两件东西不一定能保证圆度。两件式铝合金轮毂如图2所示。 图2 两件式铝合金轮毂 三件式的铝轮毂由一件中心部件和两个外圆件组成，并用航空级的螺钉拧在一起。为了减轻质量，很多三件式铝轮毂使用锻造件。三件式结构为厂家小批量制造提供了较大的灵活性。 铝合金轮毂的特点可归纳为以下三方面。 （1）安全：对于高速行驶的汽车来说，因轮毂变形、制动等产生的高温爆胎、制动效能降低等现象已屡见不鲜。而铝合金的热传导系数比钢、铁的大3倍，散热效果自然要好得多，从而增强了制动效能，提高了轮胎和制动盘的使用寿命，有效地保障了汽车的安全行驶。 （2）舒适：装有铝合金轮毂的汽车一般都采用扁平轮胎。扁平轮胎的缓冲和吸振性能优于普通轮胎。这样，汽车在不平的道路上或高速行驶时，舒适性会大大提高。 （3）节能：铝合金轮毂质量轻（同样规格的铝轮毂比钢轮毂要轻约2 kg）、制造精度高，所以在高速转动时变形小、惯性阻力也小。这有利于提高汽车的直线行驶性能、减轻轮胎滚动阻力，从而减少油耗。 2 生产技术 2.1 铸造 低压铸造是生产铝轮毂的最基本方法，也比较经济。低压铸造就是把熔化的金属浇铸在模子里成型并硬化。反压铸造是较为先进的铸造方法，用很强的真空把金属吸进模具，有利于保持恒温和排除杂质，铸件内没有气孔而且密度均匀，强度很高。高反压模铸（HCM）工艺生产的铝轮毂几乎与锻造的一样，德国名厂BBS的RX/RY（15-20英寸）系列铝轮毂就是用HCM法铸造的。 2.2 锻造 锻造是制造铝轮毂的最先进的方法，以62.3MN的压力把一块铝锭在热状态下，压成一个车轮毂。这种铝轮毂的强度是一般铝轮毂的3倍，而且前者比后者还轻20%。有些造型美观且结构相对复杂的轮毂，往往不可能一次锻压成型。滚锻（也叫模锻）是锻造的一种，把一支轮毂的毛坯在滚动中锻造成型。滚锻出的轮毂在保持足够强度的同时，能大大减少厚度。用这种工艺制造的铝合金轮毂不仅密度均匀、表面平滑、圈壁薄、质量轻，而且可承受较大的压力。不过，由于这种产品需要较精良的生产设备，且成品率只有50%-60%，故制造成本稍高，价格自然也不低。 3 市场需求形势和生产状况 汽车工业是我国经济与社会发展的支柱产业。据国家汽车工业“十五”发展规划及中长期发展目标，预计到2010年，中国家用轿车保有总量将达到1466万辆，其中，城镇居民家用轿车保有
前言 为培养及提升公司员工素质与技能，使所有员工能了解和掌握在本职工作中所涉及的基本技术与知识以及在工作中所应遵循的准则，以提高公司生产及服务之品质，特编定《铝合金轮圈生产工艺培训教材》以供教育培训之用。 本教材在架构上分为七章，即「轮圈基本知识」、「铸造」、「热处理」、「机加工」、「涂装」、「铝料回收」、「品保基本知识」，对铝合金轮圈制造作一系统，循次渐进的介绍，使学员有更进一你好的了解与体会。 本教材仅涉及本厂铝合金轮圈制造的专业基础知识，并未涵盖所有的技术与知识，故讲师授课时应联系本厂实际生产状况加以具体阐释与讲解，学员应在实际工作中加以应用与消化，以期更合理发掌握和理解本教材。 第一章：轮圈基本知识 1.1铝合金轮圈特性 1.1.1安全性好：铝合金材质较软耐冲击且流行采用无内胎轮胎（真空胎）不易漏气，极少爆 胎，从而保证了车辆的安全性。 1.1.2重量较轻：减少车辆重量，降低油耗以，提高国车速。 1.1.3散热性好：提高轮胎行驶性能，降低油耗，提高车速，并且延长轮胎使用寿命。 1.1.4精密性好：采用CNC（计算器数值控制）机床，装配尺寸及精度有保证，轮圈装车性 能好，品质均一。车辆行驶稳定性佳，操作性好。 1.1.5平衡性好：装车时一般不需加配重铅块，（即使另加配重块也在30克内）。 1.1.6美观工艺性好：客户可以根据自己的品位选择轮圈，以体现价值和个性。 1.1.7保养容易：永不生锈，平时只需清水清洗后用软布擦拭即可。 1.2铝合金轮圈制造流程 1.2.1铝合金轮圈制造流程图
1.2.2铝合金轮圈制造流程说明 A.配料：将各种铝料按比例配好，保证铝水质量。 B.熔解：在熔角炉的熔角室里加热使铝料熔化成铝水。 C.处理：在保温炉内对铝水进行打渣、调质和除气处理；将铝水充分搅拌，以去除铝水 中的铝渣及杂质；添加其它合金，保证铝水成份符合要求；用氩气或氮气除去 铝水中含有的氢气等气体，保证铸件组织致密，减少针孔。 D.静置：处理完铝水要保持一段时间使之均匀后，方能浇注。 E.浇注：采用半自动铸造；将铝水注入模具使之充满模控，冷却后成为铸胚。 F.切浇冒口：将铸胚上的浇口和冒口去除，以减轻重量并方便加工。 G.修毛边：将铸胚不规则影响外观之毛边头去除。 H.热处理：利用温度变化使铸胚内部组织结构发生变化提高材料性能。 I.喷沙：用细小之钢珠撞击铸胚使之表面致密，眷漆后附眷性好。 J.机加工：利用CNC机床及其它机床使铸胚成为符合尺寸要求之半成品。 K.自主品检：依加工自主检查频度及检验项目实施，以确保加工品质。 L.初试：检查半成品是否漏气，漏气品不得流入客户手中。（一次试漏）. M.精修：对半成品进行整修研磨，使不加工面达到客户要求。 N.复试：检查半成品是否漏气，漏气品不得流入客户手中（二次试漏） O.清洗：将工件之表面油污用处理液去除并形成保护膜。 P.涂装：将涂料喷至工件表面并煤烘干。
ANSYS Workbench在铝合金轮毂冲击试验中的应用 摘要：在追求环保节能的汽车行业，轻量化越来越成为高品质的代名词之一。铝合金轮毂以其良好的性能、更轻的重量、回收率高等优势成为轮毂行业的主流。本文以有限元分析软件ANSYS Workbench 为工具，对铝合金轮毂的抗冲击性进行分析和预判，为铝合金轮毂产品的开发人员提供设计依据。 关键词：有限元分析；Workbench；轮毂；冲击 中图分类号：TG11.3 文献标识码： A 文章编号：1673-1069（2016）22-126-2 0 引言 轮毂由轮辋和轮辐部分组成，轮辐又可细分为轮盘和辐条。轮辋有规定的设计标准，但轮辐的形状复杂多变，没有统一的要求。轮毂又叫轮圈，是一个高速旋转件，并且要支撑整个汽车的重量。为保证轮毂性能的合格，主要对其做冲击试验、弯曲疲劳试验和径向疲劳试验。在实际开发和生产过程中，我们发现主要影响轮毂性能合格的是其抗冲击性。 本文通过用ANSYS Workbench软件模拟对轮毂冲击应变的模拟分析，并结合实际实验结果对分析进
行验证，为轮毂开发人员提供可靠的设计依据，进而缩短开发周期、减少开发成本，从而提高企业的竞争力[1]。 1 有限元分析和ANSYS Workbench的简介 1.1 有限元分析简介 有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。 有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。 1.2 ANSYS Workbench的简介 ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的
铝合金车轮挤压铸造工艺介绍 目前，国内卡丁车(类似碰碰车)都从国外进口，其中铝合金车轮是一个重要零件。过去，国外采用压力铸造生产该铸件，铸件质量差，且成品率低，劳动强度大。针对该铸件的结构特点和性能要求，如何提高其产品质量、降低原材料消耗、节约能源、提高劳动生产率及降低铸件成本，是当前生产中的关键。从研制的情况可知，采用挤压铸造代替压力铸造是今后制造铝合金车轮行之有效的工艺。 1 车轮材料、要求及铸件设计 图1所示为铝合金车轮零件图。车轮不仅有较高的性能要求，而且形状十分复杂。 图1 车轮零件图 车轮材料的化学成分(质量分数)为：1.5%～3.5%的Cu,10.5%～12.0%的Si,＜0.3%的Mg，＜1.0%的Zn，＜0.5%的Mn，＜1.3%的Fe,＜0.5%的Ni,＜0.5%的Sn，其余为Al。力学性能要求：σb＞276 MPa,σs＞115 MPa,σ＞4.4%,HB＞92。 该车轮内外形的尺寸精度较高，都应加放加工余量及余块。按挤压铸造工艺的要求，把形状复杂的车轮零件图设计如图2所示的铸件图。 由该图可见，为便于从铸件内孔脱出及简化模具加工，把原来的阶梯轴孔设计成圆柱形φ30 mm，内壁斜度为3°［1］。
图2 车轮铸件图 2 模具结构及设计参数［1］ 2.1 挤压铸造模具结构 铝合金车轮挤压铸造的模具结构如图3所示。它主要有凸模、右凹模、顶杆镶块和左凹模组成所要求的型腔。左凹模和右凹模分别固定在左凹模定模板和右凹模动模板上，左凹模定模板用螺钉紧固在下模板上，右凹模动模板经过侧缸在导柱上实施开启及闭合。 图3 车轮挤压铸造模具 1.上模板 2.凸模固定板 3.凸模 4.导柱 5.右凹模 6.右凹模动模板 7.垫板 8.下模板 9.顶杆镶块 10.左凹模 11.左凹模定模板 采用2000 kN油压机改装进行挤压铸造，其工作过程是：将定量的合金熔液浇入型槽后，固定在活动横梁上的凸模以一定速度向下挤入型腔，压力达一定数值后保压；铝合金凝固后卸压，凸模通过工作缸的回程向上移动，顶杆镶块通过下顶缸从铸件内向下退出，直到全部脱离铸件之后，再用侧缸开启右凹模，取出铸件。 2.2 模具设计的主要参数
探析铝合金轮毂制造工艺及特点 【摘要】铝合金轮毂因其强度高、质量轻、价格合理、成型度好和回收率高等优点，在汽车工业得到了广泛的应用。本文先阐述了铝合金轮毂的市场行情，然后对铝合金轮毂的优势进行了介绍，最后对铝合金轮毂制造工艺及特点进行了详细的分析。 【关键词】铝合金；轮毂；制造工艺；汽车 引言 随着社会经济的发展，人们对汽车节能降耗的需求越来越高，汽车轻量化成为现代汽车发展的必然趋势。铝合金轮毂不仅强度高、质量轻、价格合理、成型度好、回收率高，而且还能使汽车的自重降低，油耗减少，降低了汽车对环境的污染。由此可见，对铝合金轮毂制造工艺及特点的探究对汽车工业发展具有重大的现实意义。 1.铝合金轮毂的市场行情 近年来，我国汽车工业飞速发展。2009年，我国的汽车产量已达到1379万辆，其中轿车产量为747万辆，汽车产量与2005年同比增长24.7%，轿车产量同比增长26.1%。随着汽车工业的发展，使得铝合金轮毂的需求量越来越大。根据相关资料显示，2010年我国对铝合金轮毂的需求量在3000万只以上，预计到2015年，我国对铝合金轮毂的需求量将达到5500万只以上。 从铝合金轮毂的应用情况看，轿车对铝合金轮毂的需求较高，大中型客车和货车对铝合金轮毂的需求较低。但随着科技水平的进步，汽车的性能也在逐步提升，大中型客车和货车对铝合金轮毂的需求量也将提升。尽管我国大中型客车和货车的铝合金轮毂应用还在起步阶段，但随着铝合金轮毂的市场需求逐渐增大，铝合金轮毂的发展前景大为可观。 2. 铝合金轮毂的优势 铝合金轮毂因为其质量轻、成型度好和回收率高等优势，将逐步取代钢轮毂。铝合金轮毂外观优美，提升了车的档次和品位。目前，轻型汽车和新型轿车基本上都采用铝合金轮毂，另外还有不少车主把旧车上的钢轮毂换成铝合金轮毂。对于高速行驶的汽车而言，轮毂很容易因制动、变形等原因而造成制动性能差、爆胎等情况发生，而铝合金的散热效果比钢铁要好的多，使得汽车的制动性能有所加强，对轮胎的寿命有所提高，从而确保汽车行驶的安全。 与钢轮毂相比，铝合金轮毂主要有以下几个优势：一是有效的提高了制动系统冷却效果。因为铝合金的导热性能好，使得采用铝合金轮毂的汽车能够迅速释放热量，使得因高热而导致汽车失灵的情况有所降低。又因为铝合金轮毂的可塑