锻造轮圈制程大公开.doc

千錘百鍊鍛造輪圈製程大公開 文：林仕璟 圖：林仕璟協力/耀麒(02)2627-0600對一般消費者而言，只要是標榜著鍛造 的鋁圈產品，就是高剛性及高單價的代表，而產品通常也都是屬於進口來源。但是近一兩年來國內已有業者引進相關鍛造輪圈的生產技術，可想而知的是在國產鍛造鋁圈的售價上，絕對是較進口產品實惠許多，品質也具有一定之水準。 武俠片中常可以看到打鐵匠對著一塊燒得通紅的鋼材反覆敲打，而這樣的一個過程其實也就是最早期的鍛造法，目的即是為了將鋼材中的氣孔排除，增加其強度。時至今日，鍛造塑形的的技術早已一日千里，各式各樣的沖壓機具，都能在短時間內製造生產大量高品質的產品，甚至是目前最新的鍛旋製法，也都已有相當成熟的技術，更能提供消費者優良的產品。 下料沖壓塑形檢驗步驟繁複確保品質在國外，相關的鍛造輪圈產品早已不是新鮮事，但是國內近一兩年才出現有能力自行製造生產設計的相關業者，可配合各車型不同的胎圈規格尺寸孔值等，開發出重量輕、強度高且價格較低的輪圈產品，也因為相關業者的技術引進，才使得鍛造輪圈的製造過程得以披露。 在一只完整的鍛造鋁圈被生產出來之前，勢必經過一連串相當繁複的過程，這些製造過程中最重要的除了鍛打塑形之外，料件在製成前及完成後的一再檢驗才是最重要的，而這也攸關著消費者能否購買到安全有保障之輪圈產品的最佳依據。 鑄鍛製法各有優缺未來將統合生產技術目前消費者普遍所使用的輪圈材質不外乎鋼材或是鋁合金的鑄造製品，更高級的有鎂鋁合金甚至是鈦合金輪圈，而所謂的鑄造也就是將熔融的金屬液體注入預先做好的鑄模內，待金屬液凝固後取出，除去澆冒口可即獲得所需的鑄件，且造型較不受限制，可以使用同一個模型生產數萬件相同的鑄件，而這也是為什麼鑄造輪圈之價格較能為一般消費者所接受的主因。不過其缺點則為易有氣孔與收縮孔之產生，影響產品緻密度及表面精度，更因製造過程溫度極高，易使模具材料受到限制等不利因素，不過仍是製造業者在有限經濟成本考量下不可或缺的製造法。 然而相較於鑄造鋁圈而言，鍛造鋁圈或是更高級的鍛旋鋁圈可歸類為精密工業的範疇之中，原因即在於鍛造品的製造過程不僅繁複，在製造前後對原料產品的檢驗步驟及要求更是嚴謹。而鍛造鋁圈優點在於產品剛性及強度較鑄造鋁圈高，但若是輪圈造型太過複雜，鋁材在經由高壓機具鍛打時因其流動性不佳，便會造成沖壓機負荷升高，使機具壽命大幅縮減。然而為了料件的成形，仍需經過多次的重覆鍛打，使鋁材的利用率偏低，也直接影響模具的高度損耗，均是造成生產成本增加的主因，相對地也是鍛造鋁圈在市場上仍屬高單價產品的原因。富辰工業專案管理廖維駿先生則表示，在經過將相關技術機具引進之後，消費者可免去關稅所附加的成本，於國內購買到品質不下進口鍛造鋁圈的產品。 輪圈製法日新月異將結合數位化科技現今國內有著相當比例的消費者會為自己的愛車進行程度不一的改裝，在所有的改裝部品中尤以輪圈改裝為大宗，而未來鋁圈的製造方式則有可能朝向採用鑄鍛複合之製作過程。此為一先鑄後鍛之成型技術，希望結合前述鑄造及鍛造的優點，先利用鑄造法易於成形之特性，將材料做好體積分配，避免材料因鍛造法所產生的過度浪費，也可大幅減少製造成本。再利用傳統之鍛造方式，將製品重覆鍛壓，而使物件本身的緻密度得以提高、表面也更具精度，同時也能具有優良的機械性質如切削性、耐震、方向性等，相信消費者絕對可以在輪圈的造型、材質甚至是價位有更多樣化的選擇。 據了解，目前的鑄鍛技術也已經可結合數位進行生產，對傳統的鍛造業者而言，不管是鋼模的設計或是鍛造的程序等，大多是依據經驗加上曠日費時的嘗試錯誤而去產生可行的製造程序。但是目前已有許多現代化程度較高的業者，利用數值分析工具等軟體搭配生產機具，以作為縮短產品發展時程和減低生產成本的最佳工具。鍛造相關軟體的出現，讓鍛造業者也有機會得以享用數值分析工具所帶來的莫大好處，一個功能強大的3D鍛造製程模擬分析工具，能有效地用來觀察比較鋼模與鍛造程序製程的不同，對各種製程特性的影響，包括：材料流動、最後工件的形狀與機械性質、多餘材料區等，以期能用最省的材料、最短的時程，達到機械性質最符合預期的鍛造產品。 就分析技術而言，鍛造製程是一個極為複雜的非線性暫態反應，在材料性質上需考慮到加工硬化，和應變率與溫度的影響，而料件與鋼模之間則有複雜的摩擦與熱傳作用。但鍛造相關數值分析軟體對上述幾點也有其應變之道，首先可模擬出料件在模具中的流動情形，並分析材料表面的劇烈變化，而材料的幾何表面由許多三角形構成的封閉表面所組成，以正確捕捉料件的變形，並將材料得以精細地填滿鋼模表面的孔穴，此時料件表面的三角形，則會自動隨變形率的增大再作更細密的切割，以正確填滿鋼模的孔穴，使產品更加地具有緻密度，剛性也相對提昇。綜合上述各項特點，數位化模擬製成的精細要求與產品標準也將會是未來合金輪圈的生產趨勢。 鍛造鋁圈之測試影響輪圈安全性能的因素很多，有可能是造型結構、材料強度、鑄造技術或是熱處理製成步驟等，但有一點可以確定的是，一般消費者是不可能從輪圈外觀來判斷輪圈的安全品質，因此輪圈安全性能測試是必需的。 在我國汽車用18吋以下輕合金輪圈檢驗標準中規定的測試項目有三種，分別如下：1.彎曲力矩耐久試驗：以彎曲力矩耐久試驗，來模擬汽車在轉彎時，輪圈所必須承受彎曲力的反覆疲勞作用，輪圈的肋骨及安裝盤面是否在規定的使用其壽命內，而不會產生裂紋或螺栓(螺帽)鬆脫的危險情況。2.13度衝擊試驗：實驗室以13度衝擊試驗，來模擬汽車在行駛時，發生衝撞安全島、路面突出物或坑洞的情況時，輪圈所必須承受的衝擊力，而檢視輪圈的肋骨及安裝盤面是否產生有害龜裂或輪胎急速洩氣的危險情況。3.徑向負載耐久試驗：實驗室以徑向負載耐久試驗，來模擬汽車在直線行駛時，輪圈所必須承受的彎曲力的反覆疲勞作用，輪圈的肋骨、安裝盤面及胎環是否在規定的使用壽命內，不會產生裂紋或螺栓鬆脫的危險情況。 單片式？雙片式？多片式？單片式(1-Piece)是指輪圈本身製造過程中，僅使用一組模具即製成一只輪圈的產品而言；至於雙片式則是輪盤與輪幅以不同之模具鍛打而成；多片式是指輪圈產品包含三片以上的部件所組成。而雙片式以上的輪圈產品其各部件有其專屬模具，也由於輪圈分成許多部分個別生產，模具造型也較簡單，輪圈部分如輪幅、輪盤也可配合不同的尺寸、J值、off-set值等，做多樣性的搭配，理論上應比單片式輪圈所需之模具成本低許多，但目前因製造技術已相當進步，單片式輪圈產品也可壓低生產成本、增加產能，但實際售價仍需依照產品的產量、材質、模具成本及尺寸等因素而定，例如要達到off-set值相當誇張的程度，僅有多片式製法可生產。 鋁圈製成技術分類：鑄造：將熔融的金屬液體注入預先做好的鑄模內，待金屬液凝固後取出，除去澆冒口可即獲得所需的鑄件。鍛造：料件經沖壓機具重覆且強力鍛打之後所得，產品表面細緻更不易產生氣孔影響強度。鑄鍛合一：具有鑄造法易於成型、節省材料之特性，加上鍛造法因將製品重覆鍛壓，而使物件本身產生高緻密度、表面也更具精度，同時也能具有優良的機械性質之製造技術。鍛旋：以航太相關科技之技術製成，其產品可較鑄造品獲更佳之機械性質，強度也較高，重量輕且行車時操控性較佳。 鍛造鋁圈製程：下料大量的鋁錠材料在進行沖壓過程之前，需先經過查驗程序的審核才可使用。 切割緊接著以電腦計算出單件產品所需之鋁材，再切割成適當大小，以利進行沖壓之步驟。 鍛打以沖壓機具進行重覆多次的沖壓，機具之力道則與輪圈種類和材質有直接關係。 塑形以切削機具將沖壓後之料件進行初步之塑形。 外型切削再將輪圈外緣作適度切削，切削之後所剩之鋁材仍可回收再利用。 鑽孔各種不同尺寸、孔值之輪圈皆經過數值分析儀器計算，再進行精確的鑽孔步驟。 真圓度測試以數位化軟體精確的檢驗輪圈之真圓度，以排除不