隨著汽車持有量的快速增長，環境污染及能源消耗問題日益嚴重，對社會可持續發展造成了不利影響。面對這種情況，我國在“中國制造2025”中明確提出了汽車輕量化目標，要求對汽車結構進行優化，積極選用輕量化材料。而輪轂輕量化是汽車輕量化的重要組成，輪轂材料、加工工藝與造型設計等因素影響到輪轂輕量化的實現。因此，在汽車輪轂輕量化研究中，需將材料選擇、加工工藝、造型設計等作為關注的重點。

1汽車輪轂材料類型及特性

1.1碳素鋼與球墨鑄鐵

早期國產轎車、低端日系車中經常使用碳鋼輪轂，此種輪轂具有十分簡單的制造工藝，不需要較高的成本，具有較強的抗疲勞能力。碳素鋼與球墨鑄鐵 材料具有較大的密度，導致輪轂容易產生較大的慣性阻力，隨之提升了汽車燃油率。同時，碳鋼輪轂缺乏良好的抗腐蝕能力，生銹問題經常出現。

1.2鋁合金

鋁合金輪轂在現代國產汽車、主流德系汽車中應用較多，由于其不需要較高的造價成本，目前應用十分廣泛。鋁合金輪轂具有較強的導熱性，和傳統碳鋼材料相比，鋁合金輪轂質量較輕，擁有更好的散熱性。鋁合金輪轂具有相對較小的慣性阻力，高速行駛過程中輪胎阻力隨之降低，可促使汽車油耗得到減少。和碳鋼材料相比，鋁合金具有較高的導熱系數，不但汽車制動性能得到增強，輪胎、制動碟剎的使用壽命也可得到延長。

1.3鎂合金

近年來，鎂合金輪轂逐漸被應用于乘用車中，其具有良好的力學性能與較輕的質量。與普通輪轂相比，鎂合金輪轂的散熱性能更佳，通過優化輪轂結構，可向空氣中快速排出制動系統產生的熱量。同時，鎂合金輪轂在造型設計方面的發揮空間較大，通過加寬設計鎂合金輪轂輪胎，可促使汽車的前進抓地力、剎車有用功以及汽車操控性得到增強。由于鎂合金輪轂的質量較輕，這樣汽車整體質量能夠得到降低，隨之減少汽車行駛油耗。鎂合金輪轂能夠對汽車行駛顫動進行吸收，促使汽車行駛平穩性得到提升。但需要注意的是，鋁合金輪轂具有較為復雜的加工工藝和較高的造價成本，且容易出現腐蝕問題。另外，與傳統合金材質相比，鎂合金具有相對較低的彈性模量，如果輪轂形變沒有超出極限范圍，將會快速恢復，促使汽車震感得到降低。與碳鋼材料相比，鎂合金結構具有數倍以上的彈性可恢復變形量。即便汽車行駛路面不夠平整，鋁合金輪轂依然可以將其抗顛簸優勢體現出來。

1.4碳纖維及其他材料

碳纖維復合材料由于造價成本較高，通常在賽車輪轂中應用。與其他材料相比，碳纖維復合材料具有更輕的質量和更好的抗疲勞性能，其振動阻尼特性較為特殊，不但行駛噪音可以得到降低，而且修理損傷的難度更小。通過汽車輪轂中應用碳纖維復合材料，輪轂質量可以進一步減輕。近年來，鈦合金材料在汽車剎車零部件、輪轂改裝等領域也得到了應用，鈦合金的耐高熱、耐低溫等優勢明顯，但具有較為復雜的加工工藝，批量生產難以實現。

2汽車輪轂加工工藝及表面處理技術

2.1加工工藝

是鋁合金輪轂了，鋁合金輪轂的主要特點安全性好對于高速行駛的汽車來說，因輪胎著地摩擦、制動等產生的高溫爆胎，制動效能降低等現象屢見不鮮。而鋁合金的熱傳導系數比鋼、鐵等大三倍，加上鋁合金輪轂因其結構的特征，極易。

第一，鍛造工藝。此種工藝先預備鍛造合金材 料，鍛造溫度控制在300℃~ 400℃之間，支護利用鍛壓機塑形處理金屬材料，依據相關方案改變金屬材料的形狀。結合實踐表明，鍛造工藝具有較高的加工效率，什么材質的輪轂耐用，但存在著較多的生產工序與較高的成本。，

第二，鑄造工藝。鑄造工藝的類型眾多，不同工藝具有差異化的特點。重力鑄造較為傳統，利用重力、填充等工藝改變液體金屬的形狀。此種生產工藝的難度較小，批量化生產可以順利實現，但難以保證產品內部質量，容易出現嚴重的縮孔縮松問題，目前基本上不再使用。低壓鑄造是在低壓模式下實施澆注工序，可將具備較高質量的輪轂大批量生產出來。相較于以往的重力鑄造工藝，此種方式難以高效利用金屬熔化液體，具有較高的生產成本。現階段，低壓鑄造工藝獲得較快發展，能夠有效保證產品質量。擠壓鑄造融合了鑄造與鍛造工藝，將兩種工藝的優勢集中起來，不需要較高的成本，但需利用精密加工儀器對輪轂造型進行完善。

第三，3D打印。鍛造、鑄造等加工工藝 具有較高的溫度，對鈦合金的使用造成了很大程度的限制。近年來，3D帶引技術逐漸成熟，為鈦合金輪轂加工提供了良好的條件。3D打印技術的快速成型優勢明顯，具有較大的發展潛力。就現階段來講，鈦合金材料主要在汽車零部件生產中應用，涵蓋材料擠出型、粉末熔融型、粘結噴射型等多種工藝。相較于傳統工藝技術，3D打印技術可對零部件定制成本、小批量加工成本等進行控制，但3D材料價格昂貴。

汽車的輪轂一般有鋼圈輪轂、鋁合金輪轂、鎂合金輪轂、碳纖維復合材料輪轂。一般小型車普遍都用的是鋁合金的輪轂。因為鋁合金輪轂和鋼輪輪轂相比，具有更加的節能、舒適、安全等特點。鋼制輪轂最主要的特點就是制造工藝簡單、成。

2.2表面處理

通過將表面處理技術應用于汽車輪轂生產中，可促使輪轂耐腐蝕性以及造型美觀性得到提升。現階段，主要有這些表面處理技術：

第一，烤漆。烤漆工藝的經久耐用優勢明顯，不需要較高的成本，但會在很大程度上破壞生態環境。目前，在乘用車輪轂修補方面經常會使用烤漆工藝。

第三，電鍍。此種工藝由水電鍍與純電鍍兩種類型組成，環保優勢明顯，且腐蝕性能優良。水電鍍的成本相對較低，但表面光澤的保存時間較短。純電鍍工藝具有相對較高的價格，但輪轂表現光澤可長時間保存。第四，水轉印。此種工藝借助于活化劑與水的壓力溶解轉移水轉印載體薄膜上的剝離層，具有較強的環保性。

3汽車輪轂的造型設計

3.1輪轂造型設計的內容

1、鋼輪轂。鋼輪轂，是由鋼制作而成的，也是比較常見的一種材質。鋼輪轂的優點是成本低、造價低，不過一分錢一分貨，它的散熱能力很差，在陰雨天的時候也很容易生銹。2、鋁合金輪轂。鋁合金的輪轂主要材料是鋁，又加入了。

3.2不同材料輪轂的造型設計

第一，碳鋼輪轂。與其他材質相比，碳鋼輪轂具 有較大密度、簡單造型、良好強度以及較低的價格成本等優勢，但缺乏足夠的剛性，無法輕易改變輪轂造型，影響到輪轂的美觀性。在汽車輪轂生產制造中，往往會對輪輛厚度進行增大，這樣雖然能夠提升汽車支撐力，但會隨之加大碳鋼輪轂的質量，降低輪轂散熱性。面對這種情況，國內研究者將異種鋼材組裝式車輪設計出來，此種車輪的內輪螭與外輪輛分別采用熱壓高強鋼與低碳鋼材料，不僅設計壽命要求得到滿足，還可有效減輕輪轂質量。但相較于目前廣泛應用的鋁合金輪轂，此種輪轂依然存在著較多的不足。為促使鋼輪轂的美觀性得到改善，設計師往往利用塑料裝飾罩遮擋碳鋼輪轂。

第二，鋁合金輪轂。此種材質的輪轂具有靈活多樣的生產加工工藝，纖細的網狀造型與立體造型可以便捷實現。在鋁合金輪轂鍛造生產中，不但能夠保證其鏤空程度，還不會影響到輪轂剛性。相較于鋼輪轂，鋁合金輪轂較為輕便，目前在汽車生產中應用十分廣泛。鋁合金輪輛具有較大的成形力，國內研究者已將空心坯料反擠壓成形技術研發出來，不但這一問題得到有效解決，還可以大幅度降低輪輞質量。同時，針對鋁合金輪轂結構復雜等問題，可先分開設計輪輛與輪輻，再組合裝配二者，這樣能夠減小輪轂斷面梯度變化，促使鋁合金輪轂制造工藝難度、成本等得到降低。鋁合金輪轂材料質量、加工工藝等是影響輪轂價格的主要因素。現階段，消費者對汽車的要求日趨提升，在關注汽車安全性能的基礎 上，也十分重視汽車的造型美觀性，而輪轂造型會對整車造型產生直接影響。就目前來講，鋁合金輪轂主要采用單幅式與雙幅式結構。單幅式輪轂具有相對較寬的輪輻和較少的輪輻數目，存在著較大的基本骨架。三幅式、四幅式輪轂一般會密集排列輪輻，與動物利爪較為類似。

第三，鎂合金輪轂。鎂合金材料具有較輕的質量，利用鎂合金材料制作輪轂，提升輪轂 的強度、散熱性與阻尼減震性能，且能夠回收利用廢 舊輪轂，有利于實現汽車輪轂輕量化目標。國內團隊利用輕量化鎂合金輪轂對電動汽車的原有產品進行替代，發現能夠降低20%左右的汽車能耗，具有十分顯著的經濟效益。同時，鎂合金龍骨具有更加多變與精致的外觀，可促使汽車檔次得到提高。但鎂合金輪 轂也存在著諸多的缺點，如造價成本較高，腐蝕概率更大等。近年來，隨著鎂合金加工技術的快速發展，將會逐一克服鎂合金輪轂的缺陷，如缺乏良好耐腐蝕性等。

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第四，碳纖維輪轂。此種輪轂的造型靈活多變，視覺效果十分酷炫。同時，利用碳纖維材料制作汽車輪轂，可促使汽車行駛中車輪的徑向慣性力得到顯著降低。與其他材質的輪轂相比，碳纖維輪轂結構尺寸具有良好穩定性、較強設計性等優勢，目前已成為汽車輕量化研究的重要方向。但碳纖維輪轂具有復雜的加工工藝和較高的造價成本，且缺乏理想的散熱性能，現階段主要在高昂賽車上應用，在大眾汽車品牌中應用較少。

4結語

轉載來源：輕量化聯盟，來源：《汽車知識》，作者：林斌

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