科创中国

行业领域

新材料技术,高技术服务业,新能源及节能技术

需求背景

轮毂作为重要的车辆结构件，其轻量化可缩短车辆加速时间，缩短刹车距离，提高方向盘的操作灵敏性，并显著降低能耗。从全球范围来看，大量使用铝合金轮毂是主要的发展趋势之一。轻量化的迫在眉睫，使得铝合金轮毂正朝着“轻质、高性能、低成本”方向发展。

传统汽车铝合金轮毂生产工艺有低压铸造、锻压成型、半固态模锻。（1）低压铸造是当前国内铝合金轮毂制造业的主流工艺，90%的工厂在采用此工艺进行生产，该工艺生产的产品主要销往代加工市场（OEM）和海外零售市场。低压铸造工艺目前在中国已经相当成熟，它的优点是设备造价适中、生产效率高、材料利用率较高、适合少人化生产管理，广泛应用于中低端乘用车或轻载卡车等。采用低压铸造工艺制造的铝合金轮毂，由于轮辐是最后冷却凝固的，所以部分特殊造型轮毂的轮辐易出现缩松等质量问题，同时低压铸造轮毂还存在机械性能低、重量大，内部组织粗大、密实度低，机加工余量大、成品率低等缺点。（2）锻压成型是比较高端的成型工艺，目前国内只有10%左右的企业采用该工艺进行生产，相对低压铸造轮毂，其重量可减轻30%，但由于无法实现多样化造型，且制造成本很高，因此主要应用于重载卡车，大巴高端轿车等。优点是产品内在质量好、产品强度高质量轻；缺点是设备投资大、生产工序长、机加工余量大，传统锻造工艺制造的产品轮辐造型只能靠铣削加工来完成，金属利用率低且生产效率也不高。（3）半固态模锻铝合金轮毂具有机械强度高、重量轻，延伸率适中，轮辐造型定制化等优点。相对低压铸造轮毂，半固态模锻轮毂重量可减轻30%，可实现多样化定制造型，制造成本很高，售价超过了锻造轮毂，主要用于高端乘用车。由于工艺流程复杂、生产成本高、需要进行T6处理等，应用半固态模锻技术生产铝合金轮毂的厂家主要是日本的SSR，其单只轮毂售价从12寸-17寸为1500～2100元/只。因而，应用先进的铸造成型技术铝化汽车轮毂，在降低成本的同时，大幅度提高铝合金铸件的综合性能，以满足传统汽车和新能源汽车轻量化要求是目前国际上汽车制造商的一致努力方向。

需解决的主要技术难题

本需求将材料开发、结构设计和加工成型技术进行优势集成，拟解决的关键技术问题：（1）轮毂用铝合金材料成分优化设计，确定兼具良好屈服强度、抗拉强度、延伸率、耐腐蚀性的成分配比，免T6热处理就可满足轮毂各项性能，解决产品材料稳定性技术难题；（2）铝合金轮毂结构设计，在满足刚度，强度及疲劳等国标规定条件的基础上进行轻量化设计，解决轮毂轻量化和可靠性难以兼得的难题；（3）基于高压铸造工艺优势，铸件设计通过高精度模流分析，在满足轮辋刚度同时，可减少轮辋加工面积25%以上，解决了传统压铸工艺轮辋加工余量大技术难题；（4）开发出一种新型的压铸定量装置，解决传统压铸定量装置使用稳定性差，铝水受氧化皮往复污染等难题。

期望实现的主要技术目标

开发出产品规格为12-17寸的铝合金汽车轮毂，与同规格的低压或重力铸造铝合金汽车轮毂对标，能够实现重量减轻25-40%；材料免T6热处理，力学性能满足抗拉强度≥300MPa、屈服强度≥180MPa、延伸率≥7%，综合指标国内领先。

需求解析

解析单位：“科创中国”智能网联汽车产教融合产业科技服务团（中国汽车工程学会） 解析时间：2022-11-25

王柳

中国汽车工程学会

项目主管

综合评价

传统汽车铝合金轮毂生产工艺有低压铸造、锻压成型、半固态模锻，目前正处于应用先进的铸造成型技术铝化汽车轮毂研究。轮毂作为重要的车辆结构件，其轻量化可缩短车辆加速时间，缩短刹车距离，提高方向盘的操作灵敏性，并显著降低能耗。因而，应用先进的铸造成型技术铝化汽车轮毂，在降低成本的同时，大幅度提高铝合金铸件的综合性能，以满足传统汽车和新能源汽车轻量化要求是目前国际上汽车制造商的一致努力方向。需要切中行业要害，具有很强的研发实用价值。

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解析单位：“科创中国”新能源汽车产业科技服务团（中国汽车工程学会） 解析时间：2022-09-14

刘焕煜

中国汽车工程学会

项目经理

综合评价

需求描述比较清晰，（1）低压铸造是当前国内铝合金轮毂制造业的主流工艺，90%的工厂在采用此工艺进行生产，该工艺生产的产品主要销往代加工市场（OEM）和海外零售市场。低压铸造工艺目前在中国已经相当成熟，它的优点是设备造价适中、生产效率高、材料利用率较高、适合少人化生产管理，广泛应用于中低端乘用车或轻载卡车等。采用低压铸造工艺制造的铝合金轮毂，由于轮辐是最后冷却凝固的，所以部分特殊造型轮毂的轮辐易出现缩松等质量问题，同时低压铸造轮毂还存在机械性能低、重量大，内部组织粗大、密实度低，机加工余量大、成品率低等缺点。（2）锻压成型是比较高端的成型工艺，目前国内只有10%左右的企业采用该工艺进行生产，相对低压铸造轮毂，其重量可减轻30%，但由于无法实现多样化造型，且制造成本很高，因此主要应用于重载卡车，大巴高端轿车等。优点是产品内在质量好、产品强度高质量轻；缺点是设备投资大、生产工序长、机加工余量大，传统锻造工艺制造的产品轮辐造型只能靠铣削加工来完成，金属利用率低且生产效率也不高。

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处理进度