一种铝合金轮毂的设计

基于ANSYS的汽车铝合金轮毂轻量化设计作者：方宝涛徐丹来源：《时代汽车》2023年第21期摘要：针对汽车轻量化的需求，以某款轿车的铝合金轮毂为研究对象，利用ANSYS软件进行参数化建模和有限元分析，计算并分析了不同轮辐数量和轮辐厚度对轮毂最大变形量和等效应力的影响，并从中选出满足使用要求的轻量化优化方案，对后续轻量化设计工作具有实用意义和借鉴作用。

关键词：ANSYS 铝合金轮毂轮辐轻量化1 引言汽车轮毂是支撑轮胎，缓冲外界冲击，实现轮胎与路面的接触，保证车辆的行驶性能的圆柱形金属部件。

汽车在行驶中，车轮与地面的相互作用力，以及使汽车运动的力矩都是通过轮毂来实现的。

因此轮毂的强度大小是汽车稳定、可靠运行的重要因素[1]。

轻量化趋势是未来汽车的必然选择，而研究汽车轮毂的轻量化设计，也必须考虑到其机械性能能否满足要求[2]。

如闫龙龙[3]通过减小轮毂尺寸、使用轻质材料、采用计算机进行结构设计等方式实现了轮毂的轻量化。

武海滨等[4]结合铝合金材料特性，利用有限元分析技术，计算出轮辐的最佳厚度和两个轮辐之间的最佳角度范围，减轻了轮毂的重量。

王俊峰等[5]探讨了碳纤维材料在汽车轻量化设计中的应用。

本文以某款轿车的铝合金轮毂进行研究，利用有限元分析软件ANSYS建构了铝合金轮毂模型，计算出不同轮辐数量和厚度条件下的应力分布，通过强度分析，围绕铝合金轮毂的结构和工艺等方面展开轻量化设计。

2 汽车轮毂简介轮毂主要由轮辋、轮辐、偏距、轮缘与槽底构成。

轮辋与轮胎装配相配合，支撑轮胎的车轮部分；轮辐与车轴轮毂实施安装连接，支撑轮辋的车轮部分。

轮毂组成部分如图1所示。

目前市场上的汽车轮毂主要分为3种：钢制轮毂、铝合金轮毂以及镁合金轮毂。

钢制轮毂在市场上已不多见，大部分适应用于卡车或必须承载重量较大的车辆所使用，优点是结构强度高与耐冲击性良好，但缺点是重量重；铝合金轮毂以铝合金为基本材料，并适当加入各种金属元素，如：锰、镁、铬等元素，铝合金轮圈除了在造型上更加多变外，还具有形性好、质量轻，具有可回收等一系列优点，对减轻车身重量、节能减排都有着很大的影响；镁合金轮毂在汽车上的使用并非最近才出现的，是近几年来汽车市场上较为少见的产品，碳纤维轮圈具有高强度低重量的物理特性，同等体积的碳纤维强度为钢制轮毂10倍，重量却仅有钢制轮毂的1/4，但制造成本也比传统工艺高许多，且目前无法量产化，因此目前只有顶级轿车或跑车才会使用。

铝合金轮毂制作工艺一、材料准备1. 铝合金：根据轮毂的设计要求选择适合的铝合金材料，常用的有6061、7075等。

2. 模具：根据轮毂的设计图纸制作模具，包括上下模和芯棒。

3. 切割机：用于将铝合金材料切割成所需大小。

4. 钻床：用于在铝合金轮毂上打孔。

5. 磨床：用于磨光轮毂表面。

二、制作工艺1. 切割铝合金材料将铝合金材料按照设计要求切割成所需大小，保证尺寸精确度。

2. 模具制作根据轮毂的设计图纸制作模具，包括上下模和芯棒。

在制作过程中要注意模具的精度和平整度，以保证后续加工工艺的顺利进行。

3. 热处理对切割好的铝合金材料进行热处理，使其达到所需硬度和强度。

常用的热处理方式有T6处理和T651处理。

4. 冷却经过热处理后，需要对铝合金材料进行冷却。

这个过程需要控制好温度和时间，以保证铝合金材料的性能。

5. 模具压制将经过热处理和冷却的铝合金材料放入模具中，进行压制。

这个过程需要控制好模具的温度和压力，以保证轮毂的尺寸精度和表面平整度。

6. 钻孔在轮毂上钻孔，根据设计要求进行定位和钻孔。

这个过程需要控制好钻头的速度和深度，以确保孔位精确。

7. 磨光对轮毂表面进行磨光处理。

这个过程需要控制好磨削工具的速度和力度，以保证轮毂表面光洁度和平整度。

8. 表面处理根据设计要求对轮毂表面进行喷涂、阳极氧化、电镀等处理，以提高其防腐蚀性能和美观度。

三、质量检验1. 尺寸检验：使用测量仪器对轮毂的尺寸进行检测，确保符合设计要求。

2. 硬度检验：使用硬度计对轮毂进行硬度测试，确保达到所需硬度。

3. 外观检验：对轮毂表面进行外观检查，确保表面光洁度和平整度。

4. 功能检验：对轮毂进行功能测试，确保其满足使用要求。

四、包装出货将经过质量检验的铝合金轮毂进行包装，并按照客户要求进行出货。

在包装过程中要注意保护轮毂的表面不受损坏。

铝合金轮毂制造工艺铝合金轮毂是现代汽车制造中常用的一种轮毂材料，它具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，因此被广泛应用于汽车制造中。

本文将介绍铝合金轮毂的制造工艺。

一、铝合金轮毂的材料选择铝合金轮毂的材料选择非常重要，它直接影响到轮毂的质量和性能。

目前常用的铝合金材料有A356、A357、A356.2、A357.2等。

其中，A356和A357是最常用的两种材料，它们具有良好的铸造性能和机械性能，可以满足轮毂的要求。

二、铝合金轮毂的铸造工艺铝合金轮毂的制造工艺主要包括铸造、热处理、机加工等环节。

其中，铸造是最关键的一步，它直接影响到轮毂的质量和性能。

1.模具制造模具是铸造的关键，它的制造质量直接影响到铸造件的质量。

模具的制造需要根据轮毂的形状和尺寸进行设计，然后制造出模具。

模具的制造需要考虑到铸造过程中的收缩率和变形，以保证铸造件的尺寸精度和形状精度。

2.熔炼铝合金铝合金轮毂的铸造采用熔炼铝合金的方法。

首先将铝合金料放入熔炉中加热，使其熔化。

然后加入一定量的熔剂和精炼剂，以去除杂质和气泡。

最后将熔融的铝合金倒入模具中进行铸造。

3.铸造铸造是铝合金轮毂制造的关键环节。

在铸造过程中，需要控制铝合金的温度、流速和压力等参数，以保证铸造件的质量和性能。

铸造完成后，需要进行冷却和固化，以保证铸造件的尺寸精度和形状精度。

三、铝合金轮毂的热处理工艺铝合金轮毂的热处理工艺是为了改善轮毂的性能和耐腐蚀性。

常用的热处理工艺有T6、T7、T8等。

其中，T6是最常用的一种热处理工艺，它可以提高铝合金轮毂的强度和硬度，同时保持良好的韧性和耐腐蚀性。

四、铝合金轮毂的机加工工艺铝合金轮毂的机加工工艺是为了加工轮毂的表面和孔洞等部位。

常用的机加工工艺有车削、铣削、钻孔等。

机加工工艺需要根据轮毂的形状和尺寸进行设计，以保证加工精度和表面质量。

五、铝合金轮毂的质量检测铝合金轮毂的质量检测是为了保证轮毂的质量和性能。

常用的质量检测方法有外观检查、尺寸检查、硬度检测、化学成分分析等。

铝合金轮毂有限元分析及优化设计作者：魏剑吴龙曾师尊来源：《青岛大学学报（工程技术版）》2020年第03期摘要：为了提高轮毂的安全性和可靠性，本文主要对铝合金轮毂进行有限元分析及优化设计。

采用三维软件Creo30，对某铝合金轮毂进行实体建模，并导入Ansys软件中，分析其固定点在不同作用力与力矩方向时轮毂的动态弯曲疲劳、径向疲劳与冲击性能。

试验结果表明，该轮毂所受的最大应力远小于许用应力。

同时，为提高该轮毂的性能，对该轮毂的薄弱连接部位进行加强设计，并对其余部分进行轻量化设计。

研究结果表明，轮毂的整体质量减少了13413 g，其强度符合设计要求。

该研究对提高轮毂的使用寿命具有重要意义。

关键词：轮毂; 有限元分析; 弯曲疲劳; 径向疲劳; 冲击分析中图分类号： U463.343文献标识码： A2017年，我国发布了《节能與新能源汽车技术路线图》，根据该路线图，将大力推进Al、Mg合金、碳纤维复合材料等在汽车上的应用，推进轻量化材料制造技术的发展[1]。

目前，在汽车零部件设计中，国内铝合金轻量化材料的使用量仍低于国际水平，针对铝合金轻量化材料，胡泊洋等人[23]采用有限元分析方法，对脚踏板、蓄电池箱体支架、车门、底盘控制臂和牵引钩等进行分析，用铝合金替代传统钢材料，并通过仿真与试验研究，优化结构和尺寸，使零部件达到性能使用要求;朱红建[4]从分析汽车钢圈的主要载荷形式和失效形式入手，确定横向载荷是造成疲劳破坏的主要原因，并运用有限元分析软件，对汽车钢圈进行了结构分析，且对汽车使用寿命进行预测，同时运用优化理论对汽车钢圈进行优化设计，进而提高汽车钢圈的可靠性和使用寿命;Wang X F等人[513]利用有限元分析软件，对钢制、铝合金或镁合金车轮建立参数化模型，进行弯曲疲劳和径向疲劳试验模拟，得到轮毂的应力图和应变图，计算车轮上应力较大的区域，并分析危险点的应力状态，对各类型轮毂进行结构优化和刚强度分析，以达到轮毂轻量化目的。

铝合金轮毂铸造工艺设计与仿真分析摘要：以某轮毂为基准，采用 UG 软件对轮毂模具进行设计。

以 A356.0-T6 铝合金作为轮毂轻量化材料，应用有限元技术，建立轮毂的挤压铸造模型，对铝合金轮毂压铸充型工艺进行数值模拟，并验证了铝合金轮毂铸造工艺设计的合理性。

关键词：有限元技术；铝合金轮毂；铸造工艺；模具0 引言铝合金因其密度小，强度高，可塑性好，导热性能好和易加工性而被广泛应用于航空、航天、机械制造、船舶等一类有色金属结构材料中。

采用铝合金制造的轮毂重量较钢轮毂轻得多，且具有能耗低，散热快，坚固耐用且寿命较长等特点，适合现代行业发展的要求，但是铝合金轮毂的铸造也存在着成形难以控制，铸造缺陷较多等问题，严重限制其在轮毂上的应用。

随着计算机技术在产品设计和制造中的应用与发展，新产品的开发和制造能力得到显著提高，建立工程计算模型并通过铸造数值模拟软件对铸造工艺进行模拟分析，设计合理铸造工艺参数，可有效地降低铸造缺陷产生概率、缩短产品开发周期、提高产品设计质量、降低产品生产成本。

1 轮毂结构及其模具设计1.1 轮毂材料及结构A356.0-T6 铝合金是典型的 Al-Si-Mg 系合金，具有良好的铸造性能，并且强度、屈服强度与可塑性等综合力学性能都很好，可满足轮毂尺寸精度与外观设计等要求，比其他型号的铸造铝合金更适合轻合金轮毂的制造要求。

如表 1 与表 2 所示分别表述了 A356.0-T6 铝合金的组成元素及含量、热熔融性能与物理机械性能。

1.2 轮毂模具设计由于轮毂中有沉孔和凹坑的存在，使铸型分型面无法与铸件完全相交，很可能引起模具体积块分割失败，如果采用传统的分型面方法，需要对分型面上沉孔和凹坑作修补才能达到分型面闭合的目的。

本文则采用侧面影像曲线方法来提取零件的最大轮廓线，在创建形成轮辐及风孔的上下箱分型面时，需要在轮毂三维模型内部创建一个与轮毂轮圈壁相切的辅助曲面，以确保上下箱开合时不会发生干涉，同时在设计该曲面时还要考虑拔模斜度的影响，否则模具的分离会失败。

《7A04高强铝合金轮毂锻造成形工艺研究》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，轻量化、高强度和高耐久性的轮毂材料已成为市场的重要需求。

7A04高强铝合金以其优良的机械性能、加工性能和抗腐蚀性能，成为制造汽车轮毂的理想材料。

本文针对7A04高强铝合金轮毂的锻造成形工艺进行深入研究，探讨其成形过程中的关键技术和影响因素，以提高轮毂的成形质量和生产效率。

二、7A04高强铝合金的特性7A04高强铝合金是一种以铝为基础的合金，通过添加适量的合金元素（如铜、镁、锰等）提高其强度和耐腐蚀性。

该合金具有优良的加工性能、抗腐蚀性能和高强度，广泛应用于航空、航天、汽车等工业领域。

三、锻造成形工艺7A04高强铝合金轮毂的锻造成形工艺主要包括原材料准备、模具设计、锻造过程和后续处理四个部分。

（一）原材料准备选用合格的7A04高强铝合金锭料，进行熔炼、精炼和均匀化处理，以获得纯净、组织均匀的合金材料。

同时，对材料进行热处理，以提高其成形性能。

（二）模具设计根据轮毂的形状和尺寸要求，设计合理的模具结构。

模具应具有良好的强度、耐磨性和热稳定性，以保证锻造过程的顺利进行。

（三）锻造过程锻造过程包括预处理、成形和后处理三个阶段。

预处理阶段主要对合金材料进行加热和保温，使其达到理想的锻造温度。

成形阶段通过模具将材料锻造成预定形状的轮毂。

后处理阶段包括冷却、去毛刺和热处理等工艺，以提高轮毂的机械性能和表面质量。

（四）后续处理对锻造后的轮毂进行表面处理，如喷涂、氧化等，以提高其耐腐蚀性和美观度。

同时，对轮毂进行质量检测，确保其符合设计要求。

四、关键技术和影响因素（一）模具设计及制造技术模具的设计和制造是锻造成形工艺的关键环节。

模具的结构应合理、尺寸应准确，以保证轮毂的成形质量和生产效率。

同时，模具的材料和热处理工艺也应考虑周全，以提高模具的使用寿命和降低制造成本。

（二）锻造温度及变形速率控制锻造温度和变形速率对轮毂的成形质量和机械性能有重要影响。

目录引言 (2)1.镁合金概述 (3)1.1镁合金的优点 (3)1.2镁合金的缺点 (4)1.3镁合金轮毂的应用 (4)2.压铸成型基础 (6)2.1热压室压铸机压铸的基本原理与工艺过程 (6)2.2压铸成形的优缺点 (7)2.3压铸成形的缺点 (7)2.4压铸件的结构要求 (7)3.镁铝合金汽车轮毂的三维造型设计 (8)3.2轮毂设计的一般原则 (9)3.3汽车轮毂基于PRO/E的实体建模 (9)3.4基于PRO/E的镁合金轮毂三维造型检测 (12)4.分型面的建立 (15)5.汽车轮毂模具系统的设计与实现 (19)5.1基本的设计术语 (19)5.2汽车轮毂模具方案 (19)6.压铸机的选择 (25)6.1压铸机的选择方法 (25)6.22PQ图表示 (26)7.轮毂用材料的选用 (27)7.1镁合金挤压铸造轮毂的数值模拟应用 (29)7.2合金凝固过程的数值模拟 (30)7.3挤压铸造轮毂所需的工艺参数 (31)8.挤压铸造镁合金轮毂的数值模拟 (33)8.1模拟前期处理 (33)8.2有限元分析 (34)8.3修改浇口尺寸和充型速度后充型速度场 (39)8.4充型温度场分析 (41)8.5凝固过程模拟分析 (44)结论 (44)参考文献： (46)致谢 (45)镁铝合金汽车轮毂压铸成型模具设计摘要：轮毂作为车辆上的高速运动旋转部件，重量减轻可以有效的降低能耗、改善整车的加速及制动性能、提高驾乘舒适性及安全性等优点。

本研究通过镁合金材料AZ91D实现轮毂的更新换代和轻量化。

通过pro/E软件对轮毂结构进行再设计，采用挤压铸造成形技术。

并通过有限元分析针对镁合金成型工艺进行数值模拟，有利于模具设计和铸造工艺的改进，避免了无谓的模具修改，提高了试模的成功率，大大缩短了新品开发周期，降低了试模费用，产品质量得到了保障。

关键词：镁合金轮毂，pro/E，模具设计，压铸充型，数值模拟引言为推动镁合金在轮毂上的合理应用，本研究对镁合金材料的轮毂进行了工艺分析，优化轮毂结构，降低服役应力峰值，提高轮毂使用安全性。

X X X X 大学本科生毕业论文姓名： XX 学号： XX学院：专业：设计题目：铝合金轮毂压铸模具设计专题：指导教师： XXX 职称： XXX 2012 年 6 月XXXXXX大学毕业设计任务书学院专业年级学生姓名任务下达日期：毕业设计日期：毕业设计题目：毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：院长签字：指导教师签字：指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：XXXX大学毕业设计答辩及综合成绩答辩情况提出问题回答问题正确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字：年月日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人：年月日摘要轮毂是电动自行车上极为重要的行驶部件和安全部件，应具有良好的综合力学性能，在正常行驶过程中不应发生变形和疲劳失效。

近几年来半固态加工技术因其节能、高效、环保式生产以及成型件的高性能等诸多优点，得到了世界各国的广泛关注。

半固态铸造成形技术不但综合了铸造成形和锻压成形的优点。

而且部分产品的性能会接近甚至于达到锻压产品的性能。

因此，采用半固态挤压成形工艺来加工电动自行车轮毂将会是一个新的发展方向。

模具在半固态挤压成型方法中是至关重要的一部分，因此，它的设计和制造成了成品件质量的关键所在。

本文对电瓶车轮毂进行二维造型比较形象的展示轮毂的外形。

并主要从电动自行车轮毂的发展状况、铝合金的成型与铸造方法、半固态挤压成型工艺及特点，模具总体方案的选择以及模具结构的设计等方面介绍了轮毂半固态挤压模具的设计。