德國(guó)ENTEC-STRACON公司總經(jīng)理BUX和BBS公司代表共同展示TURBO-DRUCK方法制作的鋁合金乘用車輪轂

在2022年9月法蘭克福舉辦的Automechnika展會(huì)上，德國(guó)著名輪轂生產(chǎn)企業(yè)BBS和德國(guó)ENTEC-STRACON公司共同推出了采用TURBO-DRUCK-壓鑄方法量產(chǎn)的鋁合金輪轂。關(guān)于TURBO-DRUCK-壓鑄方法在鋁合金車輪上的應(yīng)用見(jiàn)《輕量化技術(shù)》電子期刊2019年10月出版的期刊文章。

TURBO-DRUCK-壓鑄方法是德國(guó)著名輕合金鑄造專家、前阿倫工業(yè)大學(xué)制造系主任克萊因教授的發(fā)明專利。與傳統(tǒng)的低壓鑄造、重力鑄造等鋁車輪制造方法相比，TURBO-DRUCK壓鑄方法應(yīng)用于鋁合金車輪生產(chǎn)，可減少材料使用20-30%，成本降低30-40%，堪稱顛覆性鋁合金車輪制造技術(shù)。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，并且產(chǎn)品投入市場(chǎng)，結(jié)合世界范圍內(nèi)的碳達(dá)峰與碳中和政策，勢(shì)必將對(duì)現(xiàn)有的鋁合金車輪行業(yè)造成重大沖擊。

TURBO-DRUCK壓鑄工藝與裝備應(yīng)用于鋁合金車輪生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)圖片欣賞

鋁合金車輪創(chuàng)新性制造技術(shù)

1.引言

汽車輕合金車輪的駕駛安全性和駕駛舒適性的基礎(chǔ)是汽車的非簧載質(zhì)量，因此車輪的重量盡可能低是至關(guān)重要的。基于慣性和旋轉(zhuǎn)力矩的原因，汽車行業(yè)優(yōu)先使用輕合金車輪。出于這個(gè)原因，車輪制造企業(yè)一方面嘗試在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)車輪上的輕量化結(jié)構(gòu)，另一方面通過(guò)選擇材料來(lái)減輕重量。

現(xiàn)有技術(shù)是采用鋁或鎂合金材料的鑄造車輪或鍛造車輪，其中，采用低壓壓鑄工藝制造的鋁合金車輪占據(jù)了非常高的百分比，如圖1所示。

圖1. 鑄造輪轂和鍛造輪轂

除了上述對(duì)車輪的駕駛動(dòng)力學(xué)要求之外，越來(lái)越多的空氣動(dòng)力學(xué)或碰撞相關(guān)要求對(duì)的車輪的制造也起著重要作用。由于車輪的空氣動(dòng)力學(xué)特性與燃料消耗和二氧化碳排放直接相關(guān)，因此立法機(jī)構(gòu)對(duì)車輪企業(yè)的相關(guān)行動(dòng)的需求也在增加，如圖2所示。

圖2. 符合空氣動(dòng)力學(xué)要求的鑄造輪轂

乘用車整體登記中的認(rèn)證要求，特別是WVTA（整車型式認(rèn)可）與WLTP（全球協(xié)調(diào)輕型車輛試驗(yàn)程序）相結(jié)合，加劇了對(duì)車輛的排放要求，并涉及到車輛所有的相關(guān)型號(hào)。通過(guò)全球標(biāo)準(zhǔn)化輕型車輛測(cè)試程序（WLTP）進(jìn)行車輛類型測(cè)試的要求，使得汽車制造商必須在空氣動(dòng)力學(xué)和輕量化結(jié)構(gòu)方面重新考慮車輛部件的設(shè)計(jì)。

此外，隨著汽車電動(dòng)化趨勢(shì)的不斷發(fā)展，電動(dòng)車對(duì)輕量化的需求日益增加，這些需求也促進(jìn)了上述對(duì)汽車輕量化結(jié)構(gòu)和空氣動(dòng)力學(xué)要求，如圖3所示。

圖3. 梅賽德斯EQ車型采用空氣動(dòng)力學(xué)鑄造輪轂

根據(jù)不同的車輛類型，使用不同的車輪尺寸，這些車輪的空氣動(dòng)力學(xué)性往往更差，并且在正面和偏置碰撞中引起更高的阻擋功能，這會(huì)使得整個(gè)車系列按照排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類的結(jié)果惡化。

考慮到輕量化設(shè)計(jì)、空氣動(dòng)力學(xué)和碰撞方面的要求，這些不斷增長(zhǎng)的需求要求在汽車車輪生產(chǎn)工藝方面做出改變，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的低壓鑄造工藝已經(jīng)不能夠很好地滿足以上的要求了，如圖4所示。

圖4. 梅賽德斯EQ車型偏置碰撞結(jié)果

2.采用整體方法的知識(shí)社區(qū)

本文的團(tuán)隊(duì)包括了材料學(xué)和鑄造技術(shù)科學(xué)家、車輪專家和機(jī)器制造商，如圖5所示。本文中開(kāi)發(fā)出了一個(gè)系統(tǒng)和工藝方法，可以有效地解決上述問(wèn)題所帶來(lái)的挑戰(zhàn)。

圖5. TURBU-PRESSURE-CASTING專家社區(qū)

這個(gè)針對(duì)產(chǎn)品特定要求的整體方法，實(shí)現(xiàn)了制造過(guò)程中的正能量平衡，并且有望有效地滿足汽車行業(yè)不斷變化的需求。此外，在該工藝方法和制造系統(tǒng)中，始終考慮到了資源節(jié)約的有效性。

總而言之，TURBU-PRESSURE-CASTING（無(wú)湍流壓力鑄造）技術(shù)專家團(tuán)隊(duì)將現(xiàn)有技術(shù)的積極部分（例如低壓鑄造或者壓鑄）結(jié)合在模具中，這使得盡管車輪產(chǎn)品的橫截面差異很大，但采用本文提及的TURBU-PRESSURE-CASTING技術(shù)，可以非常有效和靈活地制造輕金屬車輪。

3.鑄造工藝及其優(yōu)點(diǎn)

本文所介紹的TURBU-PRESSURE-CASTING（無(wú)湍流壓力鑄造），盡管鑄造速度高，但是沒(méi)有湍流，同時(shí)加壓澆注，并且與模具溫度密切相關(guān)聯(lián)，因此最終能夠生成近凈成型的目標(biāo)車輪幾何形狀，這意味著無(wú)需大量的返工和后續(xù)加工，如圖6所示。

圖6. TURBU-PRESSURE-CASTING技術(shù)概覽

采用TURBU-PRESSURE-CASTING（無(wú)湍流壓力鑄造）專利工藝生產(chǎn)的輕合金車輪在鑄造完成后，就已經(jīng)具備了車輪所需的強(qiáng)度性能，因此不需要額外的能量密集型制造工藝了，如切削、流動(dòng)成型或熱處理（T6）等。

為了符合二氧化碳排放的限制要求，汽車鋁合金鑄造車輪越來(lái)越多地使用價(jià)格昂貴的附加塑料罩蓋。采用TURBU-PRESSURE-CASTING（無(wú)湍流壓力鑄造）技術(shù)工藝，可以通過(guò)鑄造工藝生產(chǎn)出符合空氣動(dòng)力學(xué)要求的車輪光潔表面，從而省去塑料車輪罩蓋。此外，采用該工藝方法也可以實(shí)現(xiàn)螺栓孔或剛度結(jié)構(gòu)，這可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)方法來(lái)完成，例如僅通過(guò)少許的機(jī)械加工完成，或者根本不需要通過(guò)機(jī)械加工。

4.壓鑄系統(tǒng)無(wú)障礙模具更換

TURBU-PRESSURE-CASTING（無(wú)湍流壓力鑄造）團(tuán)隊(duì)與合作伙伴一起開(kāi)發(fā)了一種基于特殊冷室壓鑄機(jī)的鑄造單元，這使得可以在車輪鑄造后立即對(duì)鋁合金車輪進(jìn)行處理，這樣只有“好的部件”才能離開(kāi)單元，在車輪中心進(jìn)行少許的精加工。因此，不會(huì)在生產(chǎn)鏈內(nèi)造成價(jià)值損失，如圖7所示。

圖7. TURBU-PRESSURE-CASTING完整鑄造單元

圖8. 在TURBU-PRESSURE-CASTING鑄造單元內(nèi)的工藝細(xì)節(jié)

此外，由于整個(gè)系統(tǒng)的高度自動(dòng)化，鑄造單元滿足所有與工業(yè)4.0相關(guān)的質(zhì)量要求，并且可以在不到10分鐘的時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)更換模具。在不到2分鐘的循環(huán)時(shí)間內(nèi)，自動(dòng)化單元就會(huì)設(shè)定好生產(chǎn)速度的新標(biāo)準(zhǔn)，如圖8所示。

與鍛造工藝相比，低壓鑄造的優(yōu)點(diǎn)是模具非常經(jīng)濟(jì)有效。特別是對(duì)于生產(chǎn)量較低的車輪生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，低壓鑄造模具的價(jià)格對(duì)零件價(jià)格的影響遠(yuǎn)低于鍛造車輪的模具。這一優(yōu)勢(shì)也融入了TURBU-PRESSURE-CASTING（無(wú)湍流壓力鑄造）鑄造單元，因此，TURBU-PRESSURE-CASTING（無(wú)湍流壓力鑄造）的模具比傳統(tǒng)的壓鑄模具或鍛造模具便宜得多，這要?dú)w功于拆分模模具/夾具的方案設(shè)計(jì)，如圖9所示。

圖9. 全自動(dòng)化模具更換

5.結(jié)果與量產(chǎn)展望

總而言之，TURBU-PRESSURE-CASTING（無(wú)湍流壓力鑄造）鑄造單元的80%是用于車輪生產(chǎn)，此外的一些功能是為了實(shí)現(xiàn)更好的人機(jī)環(huán)境和環(huán)境友好。

TURBU-PRESSURE-CASTING（無(wú)湍流壓力鑄造）專家團(tuán)隊(duì)中的土耳其CMS公司是車輪制造一級(jí)供應(yīng)商，負(fù)責(zé)將技術(shù)推廣到市場(chǎng)。預(yù)計(jì)到2019年10月份，第一批采用TURBU-PRESSURE-CASTING（無(wú)湍流壓力鑄造）技術(shù)批量生產(chǎn)的鋁合金車輪將面世并推向市場(chǎng)。

本文來(lái)自：輕量化技術(shù)網(wǎng)，《壓鑄周刊》合作伙伴