【正文】 案，制定可供工程化應(yīng)用的工藝路線(xiàn)。車(chē)輪是剛性部件，在中心支撐輪胎，同時(shí)與車(chē)橋相連，是行駛系統(tǒng)中重要的傳遞動(dòng)力部件，應(yīng)具有較高的強(qiáng)度和剛度。 本課題主要研究?jī)?nèi)容綜合國(guó)內(nèi)外鋁合金輪轂制造與精密塑性成形研究的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，以某車(chē)輛鋁合金輪轂為研究對(duì)象，主要開(kāi)展以下研究?jī)?nèi)容：⑴根據(jù)輪轂的性能指標(biāo)及服役要求，分析選擇輪轂用鋁合金材料，并對(duì)選擇確定的鋁合金材料進(jìn)行分析，確定其成形工藝參數(shù)及熱處理規(guī)范；⑵根據(jù)輪轂的形狀特點(diǎn)，結(jié)合所用鋁合金的成形特性，設(shè)計(jì)其擠壓件的基礎(chǔ)上，研究分析鋁合金輪轂成形方案，制定擠壓成形工藝；⑶設(shè)計(jì)輪轂成形模具，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性試制，驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果的同時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)化輪轂擠壓成形工藝，給出可供工程化應(yīng)用的輪轂擠壓工藝。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)用塑性成形工藝生產(chǎn)鋁合金輪轂，但其工藝成本高，由于價(jià)格因素，鋁合金輪轂迄今大多用于載重卡車(chē)和高檔轎車(chē)、摩托車(chē)等對(duì)駕乘性能要求較高的車(chē)輛，難以普及到民用汽摩市場(chǎng)。在日本，鑄造擠壓復(fù)合成形工藝已開(kāi)始用于鋁合金汽車(chē)零件和其他鑄鐵件的生產(chǎn)上，并廣泛用于需要強(qiáng)度高和氣密性高的地方。日本 Mitsugu Motomura教授認(rèn)為，將鑄造材料作為原材料進(jìn)行擠壓的工藝。輪轂作為汽車(chē)、摩托車(chē)上重量最大的高速運(yùn)動(dòng)部件之一，將鋁合金用于輪轂，能大幅度降低輪轂重量（減重約 18%～24% 【15】 ） 。將鋁合金用于汽車(chē)、摩托車(chē)結(jié)構(gòu)（特別是高速運(yùn)動(dòng)構(gòu)件） ，能降低車(chē)輛自重及燃油消耗，降低車(chē)輛的振動(dòng)和噪聲，提高車(chē)輛的加減速動(dòng)力學(xué)特性，既能達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的，又能較顯著改善車(chē)輛的駕乘舒適度?？梢哉f(shuō)，溫?cái)D壓是一項(xiàng)有效的毛坯精化技術(shù)，值得大力推廣。在歐美、日本等一些發(fā)達(dá)國(guó)家，溫?cái)D壓零件已占擠壓件的 15%【14】 左右。與熱擠壓相比較，較低的溫度使得坯料在加熱過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)熱、氧化、脫碳的可能性大大降低，產(chǎn)品的尺寸精度與表面光潔度得到可靠保證，產(chǎn)品的機(jī)械性能也好。與冷擠壓相比較，不僅完全繼承了生產(chǎn)效率高、節(jié)省原材料、改善產(chǎn)品性能等優(yōu)點(diǎn)，而且由于金屬被加熱，毛坯的變形抗力比冷擠壓時(shí)要小，成形比冷擠壓時(shí)要容易，可使壓力機(jī)噸位明顯降低。塑性成形避免了鑄造過(guò)程中極易發(fā)生的一系列缺陷，溫成形綜合有冷成形與熱成形的優(yōu)點(diǎn)能夠有效地改善產(chǎn)品的綜合力學(xué)性能。目前，人們從金屬成形機(jī)理上把金屬塑性成形分為熱成形、溫成形和冷成形。發(fā)展應(yīng)用精密塑性成形技術(shù)就是一個(gè)有效途徑。精密塑性成形作為一種先進(jìn)制造技術(shù)，近年來(lái)得到了迅速的發(fā)展，并在工業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。⑷同傳統(tǒng)成型工藝相比，可以改善成產(chǎn)條件并減少對(duì)環(huán)境的污染，成為一種清潔生產(chǎn)技術(shù)，為可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造有利條件。精密塑性成形技術(shù)有以下特點(diǎn)：⑴節(jié)材、節(jié)能，可縮短產(chǎn)品制造周期、降低生產(chǎn)成本⑵可生產(chǎn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件，為新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供有力的技術(shù)支持。是建立在新材料、新能源、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等多學(xué)科高技術(shù)成果的基礎(chǔ)上，改造了傳統(tǒng)的毛坯成形技術(shù)，使之從粗糙變形變?yōu)閮?yōu)質(zhì)、高效、高精度、輕量化、低成本、無(wú)公害的精密塑性成形。隨著國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)、知識(shí)經(jīng)濟(jì)和綠色制造的興起，作為傳統(tǒng)制造業(yè)的塑性加工將面臨新的挑戰(zhàn)，發(fā)展先進(jìn)塑性加工技術(shù)已成為時(shí)代的需要。其發(fā)展趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)凈成形，即直接制成符合形狀要求的工件。在中國(guó)國(guó)內(nèi)的重型卡車(chē)的鋁輪轂還在起步階段，這應(yīng)該是鍛造鋁合金輪轂在國(guó)內(nèi)拓寬市場(chǎng)的好機(jī)會(huì) 精密塑性成形的研究現(xiàn)狀當(dāng)前世界以?xún)舫尚魏徒鼉舫尚螢槟繕?biāo)的加工技術(shù)，已經(jīng)在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家得到迅速的發(fā)展并發(fā)揮著重要的作用。鍛造鋁合金輪轂在北美的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手只有少數(shù)的幾家，這就給新公司的發(fā)展提供了進(jìn)入市場(chǎng)的契機(jī)。到 2022年，我國(guó)摩托車(chē)裝車(chē)率超過(guò) 55%，汽車(chē)裝車(chē)率超過(guò) 50%。隨著我國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)的快速發(fā)展，不斷引進(jìn)技術(shù)，鋁合金車(chē)輪的制造和應(yīng)用也得到了迅猛的發(fā)展。1999 年到 2022年兩年間鋁合金車(chē)輪市場(chǎng)占有率增長(zhǎng) %，銷(xiāo)售量增長(zhǎng)近 700萬(wàn)只；鋼制車(chē)輪市場(chǎng)占有率亦下降 個(gè)百分點(diǎn)，銷(xiāo)售量減少近 300萬(wàn)只。從單純的生產(chǎn)成本比較，目前仍是鋼制輪轂最便宜，但從輕量化和現(xiàn)代轎車(chē)產(chǎn)品的整體結(jié)構(gòu)發(fā)展來(lái)考慮，鎂合金輪轂的應(yīng)用是必然趨勢(shì)。只有批量生產(chǎn)規(guī)模大，才能有較高的經(jīng)濟(jì)效益，才能支撐其不斷提高競(jìng)爭(zhēng)力。如北美輕型車(chē)鋁輪轂，1987 年只占 19%【12】 ，到 2022年已經(jīng)占到 %【12】 ；日本轎車(chē)裝車(chē)率超過(guò) 45%【12】 ；歐洲超過(guò) 50%【12】 。據(jù)美國(guó)金屬市場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)，2022 年平均每輛汽車(chē)的用鋁量已 133kg【13】 左右，由于我國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)發(fā)展快，需求潛力大，加之跨國(guó)公司的采購(gòu)量、出口量迅猛增長(zhǎng)，使我國(guó)鋁合金車(chē)輪行業(yè)迎來(lái)大發(fā)展的良好機(jī)遇期。福特的 ModelT型汽車(chē)和二、三十年代歐洲賽車(chē)場(chǎng)上法拉利360賽車(chē)都是鋁制車(chē)身。最早把鋁材運(yùn)用到汽車(chē)上的是印度人,據(jù)記載，1896 年印度人率先用鋁制做了汽車(chē)曲軸箱。美國(guó)則在 1975年和 1978年根據(jù)能源法分別制定了平均燃油規(guī)則(CAF )和汽油消費(fèi)車(chē)稅法(GGT)，對(duì)燃油耗用進(jìn)行了立法限制，凡產(chǎn)品未達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的均予以重罰。在汽油充足、便宜的年代，它被排斥在汽車(chē)工業(yè)和其他制造工業(yè)之外。人類(lèi)自從 1886年美國(guó) Cm霍爾發(fā)明了熔鹽電解制取電解鋁的方法后，人們便一直沒(méi)有停止對(duì)這種具有良好的綜合性能的金屬的研發(fā)和生產(chǎn)，隨著電力工業(yè)的發(fā)展和冶煉方法的改進(jìn)，鋁的生產(chǎn)量逐年大增而成本不斷下降。鋁合金及其加工材具有一系列優(yōu)良特性，諸如密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、彈性好、抗沖擊性能良好、耐腐蝕、耐磨、高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱、易表面著色、良好的加工成型性以及高的回收再生性等。向鋁中加入某種或某幾種元素后即構(gòu)成鋁合金，鋁合金相對(duì)于純鋁可以提高強(qiáng)度、硬度、疲勞性能等材料綜合性能。但其在地殼中的蘊(yùn)藏量卻極為豐富，約占地殼重量的 %，為鋼鐵蘊(yùn)藏量的一倍多?？梢钥闯?汽車(chē)制造工業(yè)已成為最重要的鋁材料消費(fèi)大戶(hù)。目前，全世界耗鋁量的 12%～15%以上用于汽車(chē)工業(yè),有些發(fā)達(dá)國(guó)家已超過(guò) 25%【10】 。 鋁合金在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用鋁合金就是自 20世紀(jì) 70年代以來(lái)快步走入汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域的一種材料。車(chē)輪是剛性部件，是行駛系統(tǒng)中重要的傳遞動(dòng)力部件，應(yīng)具有較高的強(qiáng)度和剛度。半固態(tài)模鍛件表面平整光滑、內(nèi)部組織致密，晶粒細(xì)小，力學(xué)性能高于壓鑄和擠壓鑄造件；成形不易裹氣，宏觀氣孔和顯微疏松比常規(guī)鑄件中的少得多；成形溫度低，模具壽命長(zhǎng)。鍛造鋁輪轂的最大缺點(diǎn)是生產(chǎn)工序多,生產(chǎn)成本比鑄造的高得多⑵半固態(tài)模鍛法在金屬凝固過(guò)程中，初晶以枝晶方式長(zhǎng)大，當(dāng)固相率達(dá)到 20%[5]左右時(shí),枝晶就形成連續(xù)網(wǎng)絡(luò)骨架,失去宏觀流動(dòng)性。鍛造鋁輪轂具有強(qiáng)度高、抗蝕性好、尺寸精確、加工量小等優(yōu)點(diǎn)，一般情況其重量?jī)H相當(dāng)于同尺寸鋼輪的 1/2[9]或更低一些。但傳統(tǒng)壓鑄工藝生產(chǎn)的鋁輪轂最大的缺點(diǎn)是不能通過(guò)熱處理來(lái)進(jìn)一步提高性能，由于液體金屬充型速度極快，型腔中的氣體很難完全排除，常以氣孔形式存留在鑄件中，這些鑄件孔隙中的氣體在熱處理過(guò)程中會(huì)發(fā)生膨脹，使得鑄件“起泡” 。⑶壓力鑄造法壓力鑄造的實(shí)質(zhì)是使液態(tài)金屬在高壓作用下以極高的速度充填型腔,并在壓力作用下凝固而獲得鑄件的一種方法。目前低壓鑄造已成為鋁輪轂生產(chǎn)的首選工藝，日本的豐田汽車(chē)公司、東京輕合金制作所、美國(guó)福特汽車(chē)公司的 Wiru廠和 Amcast工業(yè)有限公司的 Wheel Tek分公司等均采用此工藝生產(chǎn)鋁輪轂，國(guó)內(nèi)的鋁合金輪轂制造企業(yè)多數(shù)也采用此工藝生產(chǎn)，現(xiàn)有數(shù)十家企業(yè)用低壓鑄造工藝生產(chǎn)鋁合金汽車(chē)及摩托車(chē)輪轂。該法中,坩堝表面的氧化膜不會(huì)被破壞，與其它鑄造方法比較，氣孔和夾渣缺陷少，產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量好。⑵金屬低壓鑄造法低壓鑄造是用干燥、潔凈的壓縮空氣將保溫爐中的鋁液自下而上通過(guò)升液管和澆注系統(tǒng)平穩(wěn)地上壓到鑄造機(jī)模具型腔中，保持一定壓力(一般為 20～60kPa [7])直到鑄件凝固后釋放壓力。由于金屬液在金屬鑄型中冷卻速度較快，因而鑄件比砂型鑄造的組織致密，該法工序簡(jiǎn)單,生產(chǎn)效率高，設(shè)備投資少，生產(chǎn)成本。鋁合金輪轂的成形方法有很多，主要可分為鑄造法和鍛造法?？纱蠓葴p輕重量，降低啟動(dòng)和行駛慣性，提高加速和減速性能，減少油耗；同時(shí)減少行駛過(guò)程中的振動(dòng)，有利于提高整機(jī)運(yùn)行速度，改善操作穩(wěn)定性。在車(chē)輛輕量化和懸掛性能要求日益提高的今天，減輕車(chē)輪重量，已成為輪式車(chē)輛研究中非常重要的課題。國(guó)內(nèi)一直采用鋼鐵材料鑄造生產(chǎn)，難以有效減重。第 1 章 緒 論 選題的背景和意義某輪式車(chē)輛研制階段出現(xiàn)嚴(yán)重超重的現(xiàn)象，難以達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)，其主要原因之一就是輕質(zhì)材料應(yīng)用不夠。因此，加強(qiáng)對(duì)汽車(chē)鋁合金輪轂生產(chǎn)制造的研究是很有必要的。但鋁合金輪轂的制造技術(shù)在不斷發(fā)展，為了提高其性能，現(xiàn)在向擠壓鑄造（液態(tài)模鍛）成形、半固態(tài)模鍛成形方向發(fā)展趨勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)鋁制輪轂的方法主要有鑄造法、鍛造法、沖壓法以及旋壓法等。鍛造輪轂具有更高的強(qiáng)度重量比。鍛造鋁輪轂的典型伸長(zhǎng)率為 12%～17%，因而能很好地吸收道路的振動(dòng)和應(yīng)力。鍛造鋁輪轂的晶粒流向與受力的方向一致，其強(qiáng)度、韌性與疲勞強(qiáng)度均顯著優(yōu)于鑄造鋁輪轂。關(guān)鍵詞：鋁合金，7A04，輪轂，等溫?cái)D壓Extrusion Forming Technology and mould designing of 7A04Aluminum Alloy Wheel HubAbstractA certain wheel hub was made by cast steel, and the wheel hub was overweight. Go with the wheel hub cast process, defect of cast method was came out. The performance of the car which use the wheel hub was fall. This paper focus on the problem during wheel hub process, and develop research in process of aluminum alloy wheel hub.Follow the request of wheel hub mechanics and application environment, chosen 7A04 aluminum alloy to produce wheel hub. Discuss the parameters of 7A04 extrusion forming process and heat treatment criterion of 7A04 aluminum alloy. The wheel hub in this paper belong to kind of wide flange trapezoidal and thick edge barrel figure part. Combine with the wheel hub figure and 7A04 aluminum alloy forming process characteristics, drawing of the aluminum alloy wheel hub was be designed.The process parameter of aluminum alloy wheel hub and wheel hub mold design were reasonable as been show in result of the experiment. We made the wheel hubsuccessful could show us that the process afford a right way to make similar figure parts. The tensile strength of 7A04 aluminum alloy wheel hub attain 610～615Mpa and the yield strength attain 550 ～ 560MPa, both of performance better than cast steel wheel hub. Comparing with cast steel wheel hub ,aluminum alloy hub reduce weight from 31Kg to (weight reduction %). The performance of aluminum wheel hub attain the goal what we want, and petent in real life.Key words: Aluminum alloy, 7A04, Wheel hub, Isothermal extrusions目 錄摘 要 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????IAbstract ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????II引 言 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????