铝合金车轮制造项目可行性研究报告

1 第一章 项目总论 一、项目概述 1、项目名称： 铝合金车轮制造项目 2、项目单位： 3、项目建设性质： 3、项目地点： 4、项目负责人： 5、项目总投资： 6000万元 二、项目建设区域基本情况 项目区 大冶市位于湖北省东南部，长江中游南岸，地处武汉、鄂州、黄石、九江城市带之间、湖北“冶金走廊”腹地，地跨东经 114 31 11520，北纬 29 40 30 15。西北与鄂州市为邻，东北与蕲春、浠水县隔江相对，西南与武汉市、咸宁市毗邻，东南与阳新县接壤。全市总人口 92万，版土面积 1个乡、 10个镇、 3个街道办事处、1个国有农场。 矿冶历史悠久。 天地一洪炉，大兴炉冶。大冶有 3000多年的采冶史， 1000 多年的建县史， 100 多年的开放史。殷小乙时期，大冶的先祖就在这里竖炉冶炼，采冶技术相当于西欧 19世纪水平。唐天佑二年（公元905年），吴武昌节度使秦裴置采矿冶炼机构青山场院，大兴炉冶，宋乾德五年（公元 967 年），升青山场院为县，取“大兴炉冶”之意，定县名为 2 大冶。此后，黄巢筑炉，岳飞铸剑，朱元璋置铁冶所。 19 世纪末，清朝湖广总督张之洞引进西方先进技术和设备，在大冶 境内开办大冶铁矿和大冶钢厂，创办汉冶萍公司，开创了中国近代民族工业的先河。 1994 年 2 月，国务院批准大冶撤县建市（县级市）。 矿藏资源丰富。 受大自然的恩赐，大冶是典型的资源型城市。目前，境内已发现和探明大小矿床（点） 273 处其中金、铜、铁等金属矿产12种，煤、硅灰石、方解石、石膏等非金属矿产 30种，种类繁多，储量丰富。依托资源兴业，大冶工业企业主要集中在铁矿采选、钢铁和水泥等三大行业。建国以来，国家在大冶境内兴办了 20多家大中型厂矿企业，成为我国重要的原材料工业基地之一。 旅游特 色鲜明。 位于城区的铜绿山古矿冶遗址是我国乃至世界上目前出土遗址中年代最远、开采规模最大、延续时间最长、保存最为完整的古代矿冶遗址，被一些史学家称为人类历史第九大奇迹。市域西南部的鄂王城遗址，是国务院第五批重点文物保护单位，保安镇是中国民间文化（石雕）之乡。境内小雷山、黄坪山、青龙山、天台山、大王山、董家口、黄金湖等山水旅游资源，具有良好的开发价值。 交通条件便捷。 大冶地处武汉城市圈内，依托长江，背靠武汉，连接黄石，是武汉城市圈冶金建材走廊的重要支点。市区与黄石市区基本相连，距省会武汉仅 90公里。 沪蓉高速公路距市区 20公里， 106国道、武九铁路、山南铁路、和正在建设的大广（大庆 广州）高速公路、沪汉（上海 武汉）高速铁路贯穿全境，罗桥二级火车客、货运站位于城北，长江流经市境东隅，船舶经大冶湖闸可通江达海，已形成公路、铁路、航运三 3 大交通网络。市域内镇村公路全部硬化，已基本实现农村公路湾湾通。 基础设施完善。 宁汉高速宽带光纤通过大冶，数字大冶工程已全面启动。十五万吨长江引水一期工程已建成投入使用，可为居民生活、工业生产及经济建设发展提供优质的生活用水和充足的工业用水。管道燃气工程已经启用。城 乡电网发达，市域全境已实现电气化，十多座变电站遍布城乡，能源供应充足。境内有省级大冶经济开发区、省管灵成工业园和 4个初具规模的小城镇工业区，为工业项目的聚集建设和发展提供了平台。 经济转型有序。 2006 年 6 月，大冶市委、市政府确定了经济转型的思路：提升经济形态，延伸产业链条，把发展的重心从“地下”转向“地上” ;改造传统产业，培育接续产业，实现优势再造。同年 8 月 19 日，大冶市委召开三届八次全体（扩大）会议，对大冶经济转型进行了动员部署，随后召开的大冶市第四次党代会，进一步明确了大冶今后一个时期四大 发展战略，“经济转型、开放接轨、文化提升、环境创新”。由此，大冶迈开了向资源情结挑战的步伐，开始了依靠自身努力自发的经济转型。 2008年 3月，大冶市被国家批准为全国首批 12个资源型枯竭城市。自此，大冶市确定了以经济、生态、社会、文化、机制转型为主体的“五大转型”路径，即全方位的城市转型。其中，经济转型的重点是构筑两大平台（依托大冶经济开发区和灵成工业园两大平台，集聚工业项目，推进产业集约集群发展）、打造三大区域经济板块（大冶开发区和罗桥新区板块，重点发展先进制造业和现代服务业为主的第三产业；金湖、陈贵、灵乡 板块，重点发展冶金及钢铁延伸加工业、畜禽生产加工业；还地桥、保安板块，重点发展水泥、新型建材和特色水产养殖加工业）、发展四大产业集群（发 4 展壮大机电制造、食品饮品、新型建材、纺织服装等四大销售收入过百亿的产业集群）。其转型目标是到 2015年，大冶市力争地区生产总值、财政收入和地方一般预算收入、全社会固定资产投资等三项主要经济指标年均增幅位居全省同类城市前列，综合经济实力在全省率先进入全国“百强县市”行列。 2010年，大冶地方生产总值突破 245亿元，同比增长约 财政总收入 元，同比 增长 一般预算收入 元，同比增长 城镇居民人均可支配收入 15211元，增长 农民人均收入 6673元，同比增长 第二章 项目 投资背景 我国汽车、摩托车工业经过叨多年的发展，已成为国民经济的一个重要产业。 2010年，中国车市在购置税优惠、以旧换新、汽车下乡、节能惠民产品补贴等多种鼓励消费政策叠加效应的作用下，比分别增长 产销再创新高，蝉联全球第一美名。 我国的汽车、摩托车工业，既有新的发展机遇，也面临严峻的挑战。 汽车、摩托车零部件工业，是汽车、摩托车工业发展的基础。没有零部件工业的进步 ，汽车、摩托车整车的进步就无从谈起。汽车车 轮是汽车行驶系申的重要零部件之一，承受着车辆的垂直负荷、横向力、驱动 (制动 )扭矩和行使过程中所产生的各种应力。它是高速回转运动的零件，要求尺 5 寸精度高、不平衡度小，支撑轮胎的轮辆外形准确，质量轻并有一定的刚度、弹性和耐疲劳性。长期以来，钢制车轮在汽车车轮中占主导地位。随着技术的进步，汽车各项性能指针的提高，世界各国政府对节能、安全、环保要求的日趋严格，采用铝含金生产车轮就成为最佳选择。国外从 20世纪 20年代开始生产汽车铝合金车轮， 70 年代起逐步得到推广。今天，汽车铝合 金车轮以其美观、节能、散热好、质轻、耐腐蚀、加工性好，正在逐步替代钢制车轮。世界上铝合金车轮的装车率估计已超过 40%，而且几乎覆盖了所有车型。我国的铝合金车轮的生产厂家从 20世纪叨年代以来经历了一哄而起，群雄逐鹿的过程，优胜劣汰，健康发展。目前，在汽车、摩托车几十种关键零部件中，铝合金车轮也许可以说是惟一能够替代进口，而且还可向美国、日木、欧洲等发达国家出口的重要零部件。另外，随着汽车工业市场全球化、采购国际化进程的加快，中国的制造业日益成为世界性制造基地。国外各大汽车集团和著名摩托车生产企业，或在中国投资 建厂，或在加大采购份额，国内一些技术先进、管理严谨、质量过硬的铝合金车轮生产企业，已经成为他们的全球供货商。显然，这是千载一遇的机遇，但又是新的挑战。现在的情况是，就我们多数汽车、摩托车铝合金车轮生产厂的制造技术水平而言，我们与发达国家的同行比较还存在着一定的差距。几乎每个企业都面临着一个提升核心竞争力的问题。 掌握先进制造技术是提升核心竞争力的重要方面。我国上百家铝合金车轮生产厂家发展很不平衡，有的起点高、装备好，已接近和赶上发达国家同行的水平 ;有的相对落后，甚至还很原始，而这些厂家又苦于找不到自己迫切需 要的技术未源。为此，我们根据行业内 进行市场调查， 组织 聘请 6 一批长期从事铝合金车轮制造的专家， 针对 铝合金车轮制造技术 当前存在问题问题进行了综合分析 ， 并结合当前国外的技术结合自身研发出了一套先进的生产工艺技术，将 铝合金车轮制造技术提升到一个新水平，以 适应我国汽车、摩托车工业发展的需要。 铝合金车轮制造过程涉及冶金材料、熔炼、铸造、模具、精密加工、热处理、涂装和材料表面处理等多种技术，涵盖三维造型设计有限元分析、计算机模拟铸造过程、材料力学、结构力学、热力学、金属加 面工程、工业设计学、工程美学、环境保 护等多个学科门类，需要跨学科协同作战。 1923年 司大胆地将砂型铸造的铝合金车轮装上了赛车， 20世纪 30年代联邦德国汽车联合会、拜尔 (动机公司及戴姆勒一奔驰汽车公司，正式将钢制辐条式轮毅与铝质轧制轮辆相结合的车轮装上了汽车，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，主要集中在铝合金车轮材质和成形工艺方面，但由于车轮的特殊安全要求，仍末 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年后，拜尔发动机公司首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，开创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年之间迅猛发展起来的，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 7 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，铝合金车轮己作为好 几种车型的系列部件， 用汽车公司生产的 1988年，福特公司在 将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的装车率大约为 4% 5%，如今已逾 40%。而日本目前的轿车铝合金车轮装车率己逾 45%，欧洲国家己逾 50%。 我国的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，国营洪都机械厂将砂型铸造的铝合金车轮装在边三轮摩托车上，但数量很少，也末形成气候。到 20世纪 80年代末，我国出现了第一个具有现代规模的戴卡轮教制造有限公司，其规模和设备都步入了世界先进行列。 20世纪 90年代初又在广东出现了既生产汽车，又生产摩托车铝合金车轮的南海中南铝合金轮载有限公司，这两个生产厂的生产装备部巴达到国际水平。 20世纪 90年代初，因国内汽车和摩托 车对铝合金车轮的装车欲望还很低，钢圈还占据着绝对统治市场的地位。随着我国公路设施的飞速发展，这两个企业又分别在汽车、摩托车行业中积极地宣传，铝合金车轮开始以极其迅猛之势在全国得到推广，生产铝合金车轮的工厂也像雨后春笋，在全国迅速蔓延。 2002年，我国轿车的铝合金车轮装车率巳接近 45%;摩托车的铝合金车轮装车率己超过 50%。综上所述，不难看出 :铝合金车轮是现 8 代车辆 轻量化 、 高速化 、 现代化 的必然产物。 第三章 铝合金车轮的现状和趋势 1国内外铝合金车轮产品现状和趋势 (1)汽车铝合金车轮产品 1)规格。汽车的高速化迫使车轮朝 三化 (扁平化、子午线化、无内胎化 )迅猛发展。国外轿车车轮己日趋大直径、宽轮辆发展的格局，原来多见的 12 13逐步被淘汰的趋势，目前主流已是15逐步朝 17 19至已出现 2026时，一些发达国家，特别是美国等以公路运输为主的国家，巳开始将铝合金车轮装到集装箱车和大巴车上。造的铝合金车轮很少， 还末形成大批量生产的气候，市场处于 供难应求 的局面。我国汽车装铝合金车轮还是初期阶段，国产轮胎规格品种还远跟不上 三化 的要求。但主机厂对使用铝合金车轮的意识日益加强，限于我国轿车本身档次，国内用的铝合金车轮一般都在 15市场竞争需要，许多微型车也都用上了铝合金车轮，但大都是 12 14 2)结构。从成本考虑，除特殊场合装用二片式和三片式的复合车轮外，整体铸造的铝合金车轮已成为当今世界整个轻合金车轮的主流。我国的铝合金车轮几乎全是整体式铸造铝合金车轮结构，但也有个别企业为 取其铝合金车轮之貌以免在市场中掉队，又尽量不想增加因铝合金车轮而增加成 9 本的矛盾，开拓了铝一钢二片式复合式车轮，解决了企业的 燃眉之急 ，但这种结构的铝合金车轮因综合了铝、钢两种车轮的缺点，估计不太可能成为市场的前景产品。同样，在摩托车铝合金车轮中，整体式铸造铝合金车轮占领着铝合金车轮的市场，国内生产极少数的二片式的复合车轮，主要是出口供特殊场合用。 3)外观和色泽。作为象征整车档次之一的车轮外观，在点缀整车的 时装化 作用中越来越向着 艺术化 方向发展，多变且时肇的铝合金车轮轮辐形态和迷人的色泽成 了抢占市场的主要手段之一。传统单调的 辐条式 演变成了 辐板式 ;平面的辐板变成了带空间曲面和弧形面状态，甚至由中心对称演变至不对称的动物、人像和其它艺术图案 (如熊猫、美女等 )，以增加模仿制造难度，提高竞争力。对主机来说，更多地要求车轮与整车的匹配和色泽的协调，但零售市场上却是以标新立异的色泽，或通过表面处理获取与众不同的效果来竞争币场 (如全涂装亚光色、抛光轮、电镀轮、真空镀膜轮等 )。对此，欧洲和亚洲因文化差别和不同的审美观点，形成了千姿百态的世界汽车铝合金车轮市场。 4)材料。在铸造铝合金车 轮方面，目前广泛使用的材料是 (美国牌号 当于我国的 本的 对这种合金还必须严格控制低的 作完善的 有少数国家在 n，类似 种材料铸造性能好，且有基本的力学性能，但它的韧性对铝合金车轮来说，只处于临界值，且机械加工后色泽欠明亮，故很少受用户欢迎。随着科技的进步，各国开发商也正在开发更新型的材料，如有人正在研究使镁合金车轮能适 10 应大量生产的工艺和设备，有人在不断探索降低半凝固 铸造温度的新材料途径，甚至己有人在尝试镶嵌式的中空复合轮 (即在车轮中衬嵌了一种高强度的轻质骨材，让铝液充填时将骨材全部包住 )，来进一步提高轻量化效果，而且可获得比铝合金车轮更佳的比强度和弹性模量。 (2)摩托车铝合金车轮产品 1)规格。目前，摩托车铝合金车轮基本上采用整体式铸造铝合金车轮，国外除日本和少数欧洲国家外，摩托车铝合金车轮大都在亚洲生产，其产品规格也大都以日本市场开拓的产品为主，最初大都以中低排量的男式摩托车，即 17 18辆也以 1 4 2 几年，随着踏板式摩托车广受用户青睬， 8 1为典型的是日本和意大利。需要注意的是 :国内外摩托车铝合金车轮在规格上与汽车车轮有个明显的差别，就是全世界的摩托车与车轮的装配尺寸，不像汽车车轮那样有着规范的标准和系列，而是各厂商我行我素。这种车轮不能互换的局面，不仅一直阻碍着车轮维修零售市场的形成，而且导致我国目前铝合金车轮市场的混乱，给主机厂和生产厂都带来浪费大量资源的恶果，也为我国摩托车的出口和国内销售市场制造了许多难以解决的麻烦。 2)结构、外观与色泽。铝合金车轮安装在摩托 车上，虽然也能起到汽车用铝合金车轮的类似好处，但相对而言，这些好处没有汽车用铝合金车轮那么明显，原因是 :(1)铝合金车轮在摩托车整车上轻量化相对效果没有汽车那么明显，所以节能效果也不可能像汽车那么突出，只有排量很大的摩托车才会有较大节能效果 ;(2)中低排气量摩托车在实际使用中，不会像 11 汽车那样的 高速 ，那些汽车轮因散热好、精度高所带来的优点自然也就不可能像汽车用铝合金车轮那么突出，相反，如果同样在凹凸不平的路面上行驶，由于钢圈辐条装配式车轮的结构优势，其减振性明显优于铝合金车轮。铝合金车轮之所以受广大用户欢 迎的原因还是时装化、不生铁锈、清洗打理方便等原因。既然以时装化为主要目的的摩托车车轮，对其外观的要求也就处于主要的地位。鉴于摩托车车轮在整车上被遮挡的面积比汽车轮大 (尤其是后轮 )，加上摩托车本身的价格地位与汽车不属同一档次，所以实际上摩托车车轮的外观要求，无论在亮度上、色泽上都不像汽车车轮那样苛刻，但作为整车，必须确保装车后的外观协调和匹配。 3)材料。从车轮受力的事实看，摩托车的使用受力条件比汽车更具有 危险性 ，车辆在行驶中的 难于预测因素 也更多，特别是前轮，在型式试验时考虑的安全系数绝不 能掉以轻心。同样理由，摩托车车轮所用的材料，绝非像某些生产厂所认为可比汽车车轮用材差一些那样。虽然型式试验是综合考验材料和产品结构的主要标准，但型式试验只是批量生产时带 抽查 性的破坏性试验，如果没有性能稳定的优质材料作为保证，通过的型式试验也只能说是侥幸，而不安全隐患时时刻刻都潜伏在行驶中。 现在摩托车铸造铝合金车轮的材料，在重力铸造和低压 (反压 )铸造工艺下，全世界几乎普遍采用同汽车车轮同样的材料 (经 以汽车车轮相似的性能指针作为标准来生产摩托车铝合金车轮。 2国内外铝合金车轮生产现状 (1)国内外铝合金车轮制造概况 1)铸造方法。就铸造铝合金车轮而言，国外报导过的制造方法有 :重力 12 铸造、低压铸造、液态挤压、反压铸造、离心铸造、真空压铸、半凝固铸造等。其中重力铸造的约占 40%;低压铸造的约占 40%;其它方法占 20%。我国的汽车铝合金车轮铸造方法大都是结合企业本身人力、财力来决定的，汽车铝合金车轮生产中 60%用低压铸造，特殊场合也有用反压铸造 (但比例极少 )， 38%用重力铸造，也有少数企业用高比压 ( 液态挤压铸造法。目前摩托车 铝合金车轮在批量生产中采用低压铸造工艺的比例几乎为零，国内大都用重力铸造工艺生产铝合金车轮铸件，只有少数企业采用真空压铸生产铝合金车轮。需要指出的是，过去我国采用过的液态挤压，是利用常规油压机的顶出缸来充当压射缸的， 比压 远达不到挤压的要求，在日本把这种方法称为 中压铸造 ，所以我国采用过的 液态挤压 与国外使用的 液态挤压 (不能等同视之。图 1 第 四 章 项目产业发展优势 铝合金车轮是 轻量化 、 高速化 、 现代化 的产物，有着许多钢制车轮无法比拟的特点。 1、 重量轻，节能效果明显 整车减少自重可以节油人所共知。车轮处于整车重心最低位置的行驶部位，体现整车的节能效果更是举足轻重。不过，具体定量的节油效果至今还无一公认的统计说法，所见报导还都是各公司试验人员根据自己的统 13 计结果来评析的，其 差别较大，如我国一汽对奥迪车用铝合金车轮作节油统计试验后这样报导 :对轿车来说，每个铝合金车轮比钢车轮可减轻重量 30% 45%。车轮平均每减轻 10%，在平均车速为 90 120其油耗平均可减0 0131L/100 铝合金车轮自重为 同类型的钢车轮减轻重量 整车按平均车速 90 120km/耗可减少 0 0500果在城市里低速行驶，也可减少油耗0 04L/1 0万 少油耗 40L。而英国某公司的报导说，若车轮重量平均减 跑 1 6L。当然笔者不清楚该报导具体的试验用车和试验条件，但从上可知 :(1)不同的车型和行驶条件， 其节油效果也是不同的 ;(2)同一辆车用铝合金车轮代替钢车轮后，可取得明显节能效果的事实是不容置疑的。 2、 散热快，整车安全性高 铝合金车轮的高导热性能，极有利于轿车因高速行驶轮胎发热后的散热，与相同条件下的钢车轮比较，减少了轿车长距离高速行驶产生爆胎的可能，明显提高了轿车高速行驶的安全性能。不仅如此，由于铝合金车轮的散热效果，凡与其直接接触的零配件 (如制动闸等 )也相对提高了寿命。 同时，铝合金车轮的结构和精度更有利于安装子午线轮胎，更易实现现代车轮的 无内胎化 。无内胎的车轮，直接 由铝轮辆代替了原来的橡胶内胎，如果外轮胎在行驶中插入了钉子之类的 穿刺物 ，只要不去拨出，就不会像有内胎车轮那样出现因车胎突然泄气而翻车的事故。无内胎车轮遇上 穿刺物 后，一般至少都能坚持使用一小时甚至更长时间，这对行驶 14 在高速公路上轿车的安全来说，有着极为重要的意义。 3、 尺寸精度高，整车行驶性能好 铸造铝合金车轮最终都需经数控机床进行机械加工，所以车轮的直径精度、轴间跳动精度和径向跳动精度部更为突出。这使整车在行驶中的抓地性、偏摆性、平稳性和遇意外时的制动性等，都优越于传统的辊轧钢车轮。 车轮的尺寸精度直接影响整车的行驶性能。高速行驶的车轮必须在具有足够精度的前提下，才能确保整车的高速和平稳行驶。通常情况下，传统钢车轮的径向和轴向允许跳动值为 普通铝合金车轮的控制范围为 高档铝合金车轮为 样，车轮的高精度也有利于提高车辆起动和变速的灵敏度，如 0 3s。 4、 多变的时装款式，更适应现代化整车的要求 1)款式易任意变化。用铸造法生产的铝合金车轮，可以制出任意 空间曲面和形状，以吻合不同车型，迎合不同用户的要求。随着汽车、摩托车外观日新月异的时装更新和市场竞争的需要，车轮作为 绿叶衬红花 的地位越来越突出，铝合金车轮成了现代汽车、摩托车时装化的呼应产物。 2)不易藏污纳垢，不会产生铁锈，易清理，广受司机爱好。 图 ： 现代摩托车铝合金车轮照片 15 第 五 章 项目 市场前景分析 铝合金车轮具有许多传统钢车轮无法取代的优点，有广阔的市场但目前想用铝合金车轮完全取代钢车轮是不现实的，原因如下 : 1)目前铝合金车 轮的直径基本上是中、小直径，大直径铝合金车轮的制造技术尚有一定困难。 2)铝车轮的造价几乎是钢车轮的 2 3倍，在我国还末规范化的汽车、摩托车市场上，价格因素还直接影响着争夺市场的成败。主机厂必须根据市场消费的实际需求来决定是否采用铝合金车轮。鉴于我国市场消费能力和公路设施现状，铝合金车轮还较多用在公路设施较好的地区以及档次较高的整车上。低档车和欠发达地区大部仍以传统钢车轮为主。 3)就弹性模量而言，钢车轮有一定的优势，如果整车行驶速度不高、道路又是较差的路面条件下，钢车轮会显出其优势来。 综 上所述，可以这么认为 :铝合金车轮是汽车、摩托车 高速化 、 节能化 和 现代时装化 的产物，随着汽车、摩托车日新月异的开拓和发展，用铝合金车轮来逐步代替传统钢车轮的趋势已越来越显现，有着无限广阔的市场前景 ;但鉴于铝材性能的限制和公路条件的现实，传统钢车轮仍将扮演整车的重要配件角色。 16 图 1本定性比较示意图 2)铝合金车轮铸造方法讨论 常见铝合金车轮铸造方法及工艺参数见表 1 高压铸造的液流是在高速的紊流条件下充填的，型腔中的空气在高压冲击下弥散分布到了铸件中成 为皮下气孔，如果作热处理，气孔中气体受热膨胀引起铸件表面起泡和变形。所以高压铸造件是不能作热处理的，这对塑性要求极高的铝合金车轮来说，当然是不安全的。而低压铸造和重力铸造的液流是层流充填，是一种无气孔的铸造法，可通过热处理来提高铝合金车轮的力学性能 (尤其是伸长率 )，确保了铝合金车轮的安全，这也是所以被广泛采用的主要原因。但该法冷却速度较慢，晶粒相对较为粗大，同时生产节奏也较慢。液态挤压的液流是低速充填、高压结晶，综合了前述方法的优点，是铝合金车轮铸造较为理想的方法，但是设备的一次性投 17 资巨大，且模具费用昂贵 ，制造周期相对较长，在市场竞争中较难适应铝合金车轮款式快速变化的要求，因此尚末普遍推广。 (2)国内外铝合金车轮生产企业概况 国外的铝合金车轮生产企业原来大郡集申在欧洲、美国、日本等经济发达国家，较典型的如美国的海斯 级工业国际公司 ( 国的罗那公司 ( 本的托皮公司 ( 立、丰田、宇部等公司，法国的国的 瑞公司，意大利的 些老牌的企业 不少都是跨国集团公司，随着世界经济结构的调整，他们正在把生产厂陆续向外转移。铝合金车轮生产已大幅度地往发展中国家转移，特别是亚洲地区，铝合金车轮生产企业已星罗密布，且大都具有相当的规模和水平。 我国的台湾在亚洲是铝合金车轮生产的大户，最典型的如元富、六和、源恒、民享等公司，这些企业大都是按日本的生产和管理模式建立的，目前也正在 不断向大陆内地扩散。从 20世纪 90年代开始，我国铝合金车轮企业如雨后春笋，迅猛发展起来，如 戴卡轮载制造有限公司 、 南海中南铝合金轮毂有限公 司 是我国首批建立的现代化 铝合金车轮企业，并最早进入国内外市场。 随着我国摩托车跃居 世界王国 的市场形势，到 20世纪 90年代中期，一 下子涌现出上百个摩托车铝合金车轮生产厂。可以预料，我国轻合金车轮随着现代汽车、摩托车日新月异的更新换代，随着全世界公路设施的飞速发展，必将会在材料、工艺、装备以及产品开发手段等方面出现一个突 18 破性的局面。 (3)铝合金车轮的命名和各部位规范名称 我国目前对轻合金车轮的命名，有着众多极不规范的名称； 如铝合金车轮有诸如 铝轮毂 、 铝合金轮毂 、 铝胎铃 、 铝轮圈 、 铝合金车轮 、 铝圈 等，甚至还有叫 铝钢圈 的，各按自己的习惯称呼，十分混乱。由于轻合金车轮的命名不规范，生产企业的名称也各按自己理解来各自命名，五花八门，这是由我国在该行业刚起步时许多历史原因造成的，如今经过这么多年的成熟发展。 图 ： 汽车铝合金车轮各部位命名示意图 第 六 章 铝合金车轮材料及微观组织 1、 铝合金车轮材料及结构 近年来，随着铝合金车轮产量的迅速提高和技术的日趋完善，适合于 19 各种需要的车轮用铝合金得到了开发。许多汽车制造厂家对各种合金的静态、动态力学性能及成形工艺进行了综合比较，并探讨了各种杂质 元素对合金性能的影响。铝合金车轮的制造成形方法主要为板成形、锻造和铸造，其中铸造成形成本最低，适用范围广，易于实现大规模生产，从而最具竞争力。目前铸造铝合金车轮已风靡世界，其合金主要有两类 :对于不需要热处理的合金选用 对于需要通过热处理提高静态力学性能以增加车轮使用寿命及塑性的合金，则采用类似于 2 目前，西欧国家如德国、意大利、法国、荷兰、比利时、卢森堡等国家主要采用以锑进行变质的 、不经过热处理、镁的质量分数在 0 美国 、日本、英国和意大利则主要采用需经热处理，用钠或锶进行变质处理 (金。 车轮轮辆用形变铝合金，则要求较高的强度 (疲劳强度 )、闪光焊焊接性、滚轧成形性等 ;整体车轮用铸造铝合金则要求有良好的铸造性和足够的强度。 采用铸造工艺生产铝合金车轮轮辐的结构可以多样化，可以最大限度地满足各类使用者的审美要求。 2、 1） 具有简单的共晶型相图 (见图 2共晶温度为 577，共晶成分在 ，亚共晶合金的组织为初 (共晶体 ( + )， 20 过共晶组织为初晶硅 晶体 ( + )。随着 晶温度区间减小，共晶体增加，流动性随之提高。 金的线收缩也随之减小，热裂倾向也相应减小。当 金呈现出优异的铸造性能。 状和分布，而硅含量的多少影响较小。不论是共晶硅，还是初晶硅，如果细小、圆整，则合金既有高的强度，又有 良好的塑性。 2 2 2 i;的三元系分析。其中包括两个不变的反应，见表 2 555时，发生l+ 95时固溶度达到 最大为 1 85%，随着温度的下降则显着下降，见图 2此， 出时效强化相(合金起了强化作用。 2 3 合金元素对 2 3 1硅 (影响 硅 ( 金组织申的第二相， 5% 围内， 时，有利于提高流动性。文献研究表明， 5小、分布对力学性能的影响远大于枝晶的二次臂间距， 以针片状存在时，可以看作是材料失 21 效的裂纹源。通过改变 大大提高合金的力学性能。 2 3 2镁 (影响 镁 (素对形成 356合金的影响规律。可以看出，随着 金的抗拉强度、屈服强度都会有所提高，而伸长率则降低。此外， 气和变质过程中，特别容易烧损，因此应严格控制其含量和烧损量。 25% 2 3 3铁 (影响 铁 ( 金中一般作为有害元素。 356合金力学性能的影响。可以看出， 合金的抗拉强度，屈服强度及伸长率，其中伸长率降低幅度很大，使铸件变脆。其原因在于 :(式出现，该相硬而且脆，往往以粗大的针状穿过相晶粒，削弱基体，降低合金的延长率和冲击韧度，而且合金凝固愈慢时，相长得愈粗大。 234 铜 (锌 (影响 铜 (使 锌 (会降低合金 的耐蚀 性。因此，炉料中应尽量避免 含量应控制在 3/4) g。即先把 硅块加在己预热发红的柑蜗内，再加 2/3 3/4的 后进行快速熔化，待铝基本熔化后，在其表面加上质量为炉料质量 2%的覆盖剂。当铝完全熔化，把熔体的温度控制在 780左右，对熔炼共晶或近共晶铝硅合金而言，虽然硅的熔点比较高，但硅在铝液中的溶解度比较大，在 780时是不难熔化的。当硅全部熔化后，加入余下的铝以调整熔体温度，使其在 750左右，并加人金属镁。 2)熔炼温度及熔炼时间 :熔炼温度若超过 780，将造成铝液过热而吸收大量的氢气。在 100 700时含氢 0 在800时含氢 0 45 90O时含氢 1 48 熔炼时间过长，不仅费能费时，还可能增加熔体的吸气量。所以在保证完全化合的前提下，时间愈短愈好。 3)熔炼的操作要求 :当熔体达到 780左右，用充分预热的搅拌棒 (最好是石墨的 )把熔体下部的硅块轻轻搅动，使其上浮至柑锅上部。注意绝不能剧烈搅动，以防将硅块翻弄到铝液面上或夹于覆盖剂内，与铝液隔离无法熔化，而导致熔炼失败。 由于铝在 800时的密度是 2 36/硅的密度 2 37g/上铝液表面张力的作用， 上浮的硅块基本能浸人在铝液里，并在溶解过程中与铝液相互湿润，增加了铝液对硅块的粘附作用，从而加速硅块的熔化过程。 30 在搅动硅块时，一定不能把硅块弄到熔体面上，因为硅被氧化会生成高熔点 (1710C)的氧化物。 直接熔炼法的优点 : 1)直接熔炼法是运用合金化后能降低合金熔点的原理，把硅直接加入熔炼。因此，创造了良好的合金化熔炼条件，大大降低了合金的烧损。 2)工艺简便可靠。只要操作认真合理、熔炼的合金成分稳定，性能可符合要求。 3)特别适合于摩托车轮鼓生产。 4)生产周期 短，可降低能耗，节约金属材料，经济效益比较好。 3 2 3铝液的供给与运输 在欧洲、美国和日本，有些铸铝工厂 (车间 )熔炼设备配备较少，所需的铝液直接来自冶炼厂。如美国福特汽车公司和通用汽车公司雪佛兰 (铸铝车间，所需铝液来自雷诺 (属公司炼铝厂，相隔距离为 4001200m。克赖斯勒汽车公司则从相距 65麦林 (金厂获得液态铝。英国年产 1铝来自相距 48日本赖奥比 (司生产汽车铝铸件的工厂，使用距离千米外的日本轻金属公司精炼厂的铝液。德国 1983年铝铸件产量 314中压铸和金属型铸件占 85%，估计消耗了约 500中 8%(40铝液是由冶炼厂用保温车直接供应给生产铝铸件的车间。尽管运输铝液的装备需要花费巨额投资，但由于节约了重熔所需能耗和重熔时金属损耗，减少了重熔设备、炉料库面积等，从而降低了成本。根据 经验，利用冶炼厂铝液生产铝铸件，每吨合格铸 31 件可获得节能 2 9 3 3当于 805 916 国奔驰汽车公司麦廷根铸造厂装载铝液的保温炉和运输铝液的平板拖车示意图，如图 3 图 3目前我国使用的熔炼铝的容量较小，可供选择的熔铝炉品种也少。但从我国汽车工业发展的趋势看，应当重视熔铝炉，保温炉的开发和生产，提高铝合金熔炼水平。 3 2 铝合金的熔炼工艺与直接熔炼法 3 2 1熔炼工艺要点 有关熔炼工艺要点，按操作顺序叙述。 1熔化前的准备与投料 凡与铝液接触的用具，如坩埚、搅拌用具、取样勺、浇包等，都必须干燥、预热，并刷涂料。如 有脱落应补涂 ，发现锈蚀时，把陈旧的涂料层除掉，然后重新涂刷。各种涂料的配方 。 所有的炉料要清洁、干燥和预热。待柑揭预热至暗红色时，先加人熔点较低的回炉料、合金锭，之后加铝锭和中间合金。对于在铝熔体中易氧化、易挥发的金属，如稀土、镁等，则在熔化末期且铝液的温度较低时加 32 入，例如可在 680 700将镁压人铝液内。有时变质或细化处理的温度较高，为了迅速降低铝液温度，可预留出少量的金属，也可以用本牌号的回炉料，最后加人。 2加热熔化 投料后耍尽快升温熔化，熔化后铝液不要过热，以防吸气。对金，加人覆盖剂，使炉料一熔化就处在覆盖剂层的保护之下，这样可减少熔化过程中皿的烧损，同时又可保护熔体减少吸气与氧化。 3精炼处理 达到精炼温度后，精炼处理分两步进行 :在熔化炉 (多为反射炉 )中进行熔剂 +氮气喷射精炼，主要以除渣为目的 ;在保温炉 (多为电炉 )中进行悬挂式石墨转子 +氮气除气精炼，主要以去气为目的。 3 3 车轮用铝合金熔化炉 3 3 1熔化炉的种类 根据生产条件的不同，可采用不同熔化炉熔化铝合金，如干床式连续熔化炉、煤气炉、反射炉等 。熔化炉与能源消耗和冶金质量有直接关系。目前干床式连续熔化炉的热效率最高，达 30% 40%，其它普通熔化炉的热效率大多为 15% 20%，最多不超过 25%。在热损失中，炉气带走的热量约占 50%。为了提高熔化炉的热效率，主要采取 :(1)利用废气带走的热量，如预热空气，可以把供风温度预热至 350 ;(2)利用绝热良好的陶瓷纤维作绝热材料，以减少炉墙的散热损失。下面介绍几种炉型。 1干床式连续熔化炉 33 (1)设计原理 干床式连续熔化炉利用压力雾化燃油实现完全燃烧的原理，配置熔化室、保温室、出水室 。相连的整体炉体结构和良好的保温隔层，有效地提高了热效率，减少了热损失，使其油耗、炉耗低，再配置自动控制的热电偶仪表，使炉温控制非常方便。干床式连续熔化炉为较多铝合金铸造厂家所采用，其平面图如图 3面图如图 3 图 3图 3 34 (2)炉子的主要技术指 耗油熔化比 :8OL/t，即每熔化 0L。 熔化炉烧损 : 2 5%3%。 使用寿命 : 8年。 炉外壁温度 :不超过 65。 (3)熔化炉的结构熔化炉主要有以下几个部分 : 1)炉体。用 8设进风口、进料口、取铝水口、放铝水口、扒渣口和辅助系统支撑架。隔热层采用石棉板围材料在炉壳内部。炉衬采用耐火砖，碳硅砖浆砌成熔化室，保温室，并留出相应的进出口。 2)燃烧系统。由油箱、油泵、燃烧器和管道组成，共两组，分置于熔化室、保温室。 3)除气精炼变质系统。于取水口另侧设置除气精炼变质室，用纯氮气施压吹人铝液中，配置吹喷熔剂作辅助，并通过可调的石墨转子下端使氮气和熔剂均匀散布在铝液中，使其实现铝液中的除气、除渣、精炼之效果，并可在精炼室进行变质 处理。 4)加料系统。可用机械方式自动加料，或用手工方式进行加料，使搭配好的炉料进入熔化室。 5)排烟排气系统。在熔化炉后上角设置 300烟气排出室外。 6)测温系统。用自动控温的仪表与测温热电偶连接，可自动控制各测温点的温度。 35 2流化床煤气发生炉及煤气净化工艺 (1)概述 近年来随着国内熔化炉市场产品价格的不断竞争，各厂矿企业纷纷采用固定床煤气发生炉产生的煤气来代替原来的燃料 轻油，以求最大限度地降低成本。但在实际使用过程中普遍存在以下几个问题 :(1)耍烧块 煤，对煤种有一定的限制 ;(2)焦油量较大，必须定期清焦 ;(3)工人操作强度较大 ;(4)输送距离受到一定限制 ;(5)环境的进一步改善受到制约 ;(6)操作较复杂，要求较高。针对以上问题，许多企业已成功开发出新一代适用于有色金属业应用的流化床煤气发生炉及煤气净化工艺，适用于冶金及热加工工业应用，车轮行业己有多家应用，显示出较好的经济效益。 (2)流化床煤气发生炉特点 1)流化床煤气发生炉采用成熟的 化气固两相间的混合及热质交换，提高了碳的转化率，并且具有较高的气化强度。 2)在炉膛顶部出口设有蒸汽发生器，将自产蒸汽混入空气中进入炉内，可增加煤气中的水煤气份额，进而提高煤气的热值 (也可利用外来蒸汽 )。 3)流化床煤气发生炉采用飞灰炉外循环方式，大大延长煤粒在炉内的停留时间，因而提高了碳的转化率，煤气基本无粉尘及焦油，大大提高及改善了煤气的质量和使用效率。 4)由于煤气炉出口静压保持在 1 96 4 9此煤气管路无需增压，送气距离远。 5)由于采用了流化床技术，与以往的固定床技术相比，停工时煤气无需放散，可随机停炉，因此特 别适应有色金属行业各种加热炉、熔化炉、 36 时效炉、保温炉等的生产工艺要求。 6)煤种适应性广，可直接利用粒煤、粉煤和低劣质煤，大大减少了原料成 本。 7)操作简单，用工少，回收热能率高，无焦油，运行费用低，无污染，占地面积小。 (3)煤气净化工艺及优点 1)煤气的净化原理及步骤。煤气净化和烟气除尘达标可分为二个系统来完成 :(1)煤气在原二级旋风除尘后进人急冷塔装置，然后再进入洗涤塔进行三级除尘降温，再将煤气加压后通过水雾捕滴器，即可进人用气设备或进入贮气柜 ;(2)烟气系统的除尘可 采用高温旋风分离器，经过湿式除尘后可符合环保排放标准。 2)煤气冷却净化工艺。热煤气经二级旋风除尘处理后，进入急冷塔将煤气中夹带的灰尘和热量经喷淋冷水冲洗后可除去 50%的灰尘和煤气温度下降到 80左右，再迸人洗涤塔，可将带有水分和微量灰尘的煤气通过热水和冷水的喷淋洗涤，使煤气经过水膜和填料 (瓷环 )的接触，煤气进一步的净化和降温，成为洁净煤气。由于降温后的煤气压力较低，须增设煤气加压机为煤气加压，使冷煤气能输送到较远的用气设备或贮气柜。 如果经洗涤塔洗净的煤气温度在 35以下时，煤气中的剩 余水雾会结成液滴，故需经捕滴器去除液滴后，再送往用气设备或贮气柜。 3)净化煤气的优点。经过净化处理的洁净冷煤气净度高，对输气管道和用气设备的烧嘴无损害 ;煤气输送距离较远，管道不需要保温，并可改小 37 输气管道的直径 ;温度可自由调节，控制方便，使用范围比较广泛 ;可加装煤气计量仪表，提高经济效益。 (4)流化床煤气炉及净化工艺流程图 (图 3图 33塔式反射炉 当熔化量或一次需要量大时，可采用塔式反射炉熔炼。塔式反射炉有周期式和连续式熔化 两种，其容量从几吨至几十吨。由于炉料和金属液与炉气的热交换需要，塔式反射炉设计的熔体与炉气接触面积大，由此带来氧化吸气的倾向亦大。 塔式反射炉的加热能源有电阻加热、液体和气体燃料加热。普通塔式反射炉的热效率很低 ( 20%)。为了提高热效率，近年来出现了新的炉型， 38 如快速熔化塔式反射炉。 快速熔化塔式反射炉采用高温高速热流直接冲击被加热的金属，使之冲破材料表面上妨碍热交换的空气膜，完成高速对流方式加热