车轮热成形工艺发展现状分析

以下文章来源于热冲压 ，作者Jeffrey Chai

热冲压.

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车轮轻量化的背景

汽车轮毂是汽车零部件中安全性要求最高的部件之一，它不仅是承载整车重量、传递扭矩的功能件，而且还是配合造型、协调整体、平衡外观的重要装饰件，同时对整车的操纵稳定性、行驶平顺性以及安全性都有一定的影响。

节能、环保压力带来更加严格的排放标准，面对石油供应和全球变暖、雾霾肆虐的环保 压力，各国纷纷制定严格的乘用车燃料消耗量标准法规，对乘用车燃料消耗量及对应的CO2 排放提出更加严格的要求。

车身自重消耗了40%以上的燃油，整备质量与油耗具有高相关性，整备质量对油耗的线 性系数是排量对应系数的2.5倍，意味着整备质量对油耗的影响要大于排量对油耗的影响，即 整备质量的降低将会更大程度的减少油耗。

汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备 质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。

实验证明，汽车整备质量降低一半，燃料消耗也会降低将近一半。基于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界 汽车发展的潮流。

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钢制车轮的市场需求

因美观和部分技术突破因素，目前钢制车轮主要需求市场为商用车和乘用车备胎。

根据中国汽车工业协会（中汽协）统计，2022年1-12月，我国汽车产销分别为2702.1万辆 和2686.4万辆，同比增长3.4%和2.1%，延续了去年的增长态势，其中乘用车在稳增长、促销费等政策拉动下，实现较快增长，为全年小幅增长贡献重要力量；商用车处于叠加因素的运行低位。新能源汽车储蓄爆发式增长，全年销量超680万辆，市场占有率提升至25.6%，逐步进入全面市场化拓展期，迎来新的发展和增长阶段。中汽协预计， 2023年汽车销量有望继续保持3%左右的增长趋势，呈现稳中向好发展态势。

2022年1-12月，商用车产销分别完成318.5万辆和330万辆，乘用车产销分别完成2383.6万辆和2356.3万辆。

据网络数据统计，截至2020年，乘用车备胎配置率约为77%，按照2023年乘用车产量计算，备胎市场车轮约需1835万只；商用车各车型综合平均配置轮胎约为9个，商用车新车车轮需求约为2866.5万只；商用车售后市场更换车轮需求约需8000万只。

图1 2001-2022年中国汽车销量及增长率

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热成形钢制车轮的优势

作为重要的汽车零部件之一，车轮按制造材质的不同，可分为铝合金车轮和钢制车轮。目前，铝合金车轮与钢制车轮主要有下列特点：

表1 不同类别车轮优势对比

图2 热成形车轮与普通车轮重量对比

注：以上信息来源于浙江金固阿凡达产品公开数据。

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热成形商用车钢车轮实绩

浙江金固股份有限公司的阿凡达车轮产品，是目前全世界唯一实现大规模量产的商用车钢制车轮热成形工艺的产品，已经在多个商用车客户实现产品认证，据其公开公告显示，在杭州、合肥、南宁等基地计划新建约20多条产线量产热成形车轮产品，供应商用车及乘用车市场。

市场上普通商用车车轮（如型号为22.5×9.00）重量为40kg，而热成型方案的车轮，重量仅为24~28kg，且强度高（是普通钢轮强度的3倍、铝轮的6倍）；精度高（精度是 普通钢轮的2倍）。

一辆普通挂车一般22个车轮+2个备轮，如果全部使用热成型车轮，可为挂车减轻约288kg（与40kg的普通钢轮相比），据网上调查显示，汽车整体重量每减少100kg， 百公里油耗可降低0.3升至0.6升。因此使用热成型车轮，不仅能让挂车多运288kg的货物，提高营运收入，同时也能为挂车节约百公里油耗0.864升至1.728升，节省燃油费，符合国家降低 碳排放的政策。

图3 金固阿凡达车轮

产品技术优势

1、最高强度1500Mpa以上，同比普通钢制车轮强度3倍，铝制车轮强度6倍

2、跳动精度≤1mm，与铝制车轮一致，是普通钢制车轮2倍

3、对比普通钢制车轮减重35%，与铝制车轮相同

4、静不平衡质量标准50g以内，与铝制车轮相同，比普通钢制车轮提高25%

5、静态刚度试验达到29bar以上，对比普通钢制车轮和铝制车轮提高20%以上

6、寿命提升15%，省油和排放减少6%

注：以上信息来源于浙江金固阿凡达产品公开数据。

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热成形车轮工艺流程

目前商用车钢制车轮生产工艺分为冷作环节、热成形环节、合成焊接环节等；而热成形环节主要采取的类似于间接热成形工艺；

图4 钢制商用车车轮生产工艺流程

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热成形车轮还需解决的技术要点问题

1、车轮是长服役零部件，对载荷疲劳要求极高；

2、因热成形后强度极大提升，轮辋和轮辐的焊接质量难以控制；

3、车轮造型复杂，热成形环节变形控制难度大，模具技术要求高；

4、轮辐产品材料较厚，模具实现难度且量产的难度极高；

5、车轮还承担外观件的作用，造型美观也是产品要求之一；

6、大部分工艺技术专利被少数公司掌握；

图5 车轮浴火

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参考资料：

1、金固股份官方网站；

2、金固股份002488上市公告；

2、《车轮热成形解决方案-武汉宝实科技》；

作者：Jeffrey Chai

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