德國ENTEC-STRACON公司總經理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展會上，德國著名輪轂生產企業BBS和德國ENTEC-STRACON公司共同推出了采用TURBO-DRUCK-壓鑄方法量產的鋁合金輪轂。關于TURBO-DRUCK-壓鑄方法在鋁合金車輪上的應用見《輕量化技術》電子期刊2019年10月出版的期刊文章。

TURBO-DRUCK-壓鑄方法是德國著名輕合金鑄造專家、前阿倫工業大學制造系主任克萊因教授的發明專利。與傳統的低壓鑄造、重力鑄造等鋁車輪制造方法相比，TURBO-DRUCK壓鑄方法應用于鋁合金車輪生產，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。該技術實現量產，并且產品投入市場，結合世界范圍內的碳達峰與碳中和政策，勢必將對現有的鋁合金車輪行業造成重大沖擊。

TURBO-DRUCK壓鑄工藝與裝備應用于鋁合金車輪生產現場圖片欣賞

鋁合金車輪創新性制造技術

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是汽車的非簧載質量，因此車輪的重量盡可能低是至關重要的。基于慣性和旋轉力矩的原因，汽車行業優先使用輕合金車輪。出于這個原因，車輪制造企業一方面嘗試在結構上實現車輪上的輕量化結構，另一方面通過選擇材料來減輕重量。

現有技術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

除了上述對車輪的駕駛動力學要求之外，越來越多的空氣動力學或碰撞相關要求對的車輪的制造也起著重要作用。由于車輪的空氣動力學特性與燃料消耗和二氧化碳排放直接相關，因此立法機構對車輪企業的相關行動的需求也在增加，如圖2所示。

圖2. 符合空氣動力學要求的鑄造輪轂

乘用車整體登記中的認證要求，特別是WVTA（整車型式認可）與WLTP（全球協調輕型車輛試驗程序）相結合，加劇了對車輛的排放要求，并涉及到車輛所有的相關型號。通過全球標準化輕型車輛測試程序（WLTP）進行車輛類型測試的要求，使得汽車制造商必須在空氣動力學和輕量化結構方面重新考慮車輛部件的設計。

此外，隨著汽車電動化趨勢的不斷發展，電動車對輕量化的需求日益增加，這些需求也促進了上述對汽車輕量化結構和空氣動力學要求，如圖3所示。

圖3. 梅賽德斯EQ車型采用空氣動力學鑄造輪轂

根據不同的車輛類型，使用不同的車輪尺寸，這些車輪的空氣動力學性往往更差，并且在正面和偏置碰撞中引起更高的阻擋功能，這會使得整個車系列按照排放標準進行分類的結果惡化。

考慮到輕量化設計、空氣動力學和碰撞方面的要求，這些不斷增長的需求要求在汽車車輪生產工藝方面做出改變，因為傳統的低壓鑄造工藝已經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車型偏置碰撞結果

2.采用整體方法的知識社區

本文的團隊包括了材料學和鑄造技術科學家、車輪專家和機器制造商，如圖5所示。本文中開發出了一個系統和工藝方法，可以有效地解決上述問題所帶來的挑戰。

圖5. TURBU-PRESSURE-CASTING專家社區

這個針對產品特定要求的整體方法，實現了制造過程中的正能量平衡，并且有望有效地滿足汽車行業不斷變化的需求。此外，在該工藝方法和制造系統中，始終考慮到了資源節約的有效性。

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

3.鑄造工藝及其優點

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

圖6. TURBU-PRESSURE-CASTING技術概覽

采用TURBU-PRESSURE-CASTING（無湍流壓力鑄造）專利工藝生產的輕合金車輪在鑄造完成后，就已經具備了車輪所需的強度性能，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越多地使用價格昂貴的附加塑料罩蓋。采用TURBU-PRESSURE-CASTING（無湍流壓力鑄造）技術工藝，可以通過鑄造工藝生產出符合空氣動力學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現螺栓孔或剛度結構，這可以通過標準方法來完成，例如僅通過少許的機械加工完成，或者根本不需要通過機械加工。

4.壓鑄系統無障礙模具更換

TURBU-PRESSURE-CASTING（無湍流壓力鑄造）團隊與合作伙伴一起開發了一種基于特殊冷室壓鑄機的鑄造單元，這使得可以在車輪鑄造后立即對鋁合金車輪進行處理，這樣只有“好的部件”才能離開單元，在車輪中心進行少許的精加工。因此，不會在生產鏈內造成價值損失，如圖7所示。

圖7. TURBU-PRESSURE-CASTING完整鑄造單元

圖8. 在TURBU-PRESSURE-CASTING鑄造單元內的工藝細節

此外，由于整個系統的高度自動化，鑄造單元滿足所有與工業4.0相關的質量要求，并且可以在不到10分鐘的時間內，實現完全自動更換模具。在不到2分鐘的循環時間內，自動化單元就會設定好生產速度的新標準，如圖8所示。

與鍛造工藝相比，低壓鑄造的優點是模具非常經濟有效。特別是對于生產量較低的車輪生產來說，低壓鑄造模具的價格對零件價格的影響遠低于鍛造車輪的模具。這一優勢也融入了TURBU-PRESSURE-CASTING（無湍流壓力鑄造）鑄造單元，因此，TURBU-PRESSURE-CASTING（無湍流壓力鑄造）的模具比傳統的壓鑄模具或鍛造模具便宜得多，這要歸功于拆分模模具/夾具的方案設計，如圖9所示。

圖9. 全自動化模具更換

5.結果與量產展望

總而言之，TURBU-PRESSURE-CASTING（無湍流壓力鑄造）鑄造單元的80%是用于車輪生產，此外的一些功能是為了實現更好的人機環境和環境友好。

TURBU-PRESSURE-CASTING（無湍流壓力鑄造）專家團隊中的土耳其CMS公司是車輪制造一級供應商，負責將技術推廣到市場。預計到2019年10月份，第一批采用TURBU-PRESSURE-CASTING（無湍流壓力鑄造）技術批量生產的鋁合金車輪將面世并推向市場。

本文來自：輕量化技術網，《壓鑄周刊》合作伙伴