连成旺锻造

        本文简述了当前铝合金锻造技术在汽车工业中的应用现状和趋势，详细介绍了目前汽车上应用比较广泛的典型铝锻材料、产品及工艺流程，并对国内外生产汽车用铝锻产品的主要设备和相关企业进行了总结和分析，为国内锻造企业和相关研发人员今后的研发方向提供参考。

应用现状及趋势

        随着汽车工业的发展，全球汽车保有量逐年攀升，各种电动汽车也不断涌现，由此带来的能源危机、大气污染及气候变暖问题日益严重，各国政府对汽车排放的政策法规要求日趋严苛。无论对于燃油车还是电动车，汽车轻量化都是有效提高产品竞争力的重要手段，其主要途径之一就是采用轻质金属零件替代传统钢质零件，从而降低燃油车的排放，提高电动车电池的续航能力。

        铝合金密度小，其密度只有钢的三分之一，同时导热性能、加工性能和耐腐蚀性等都优于钢，典型的铝合金材质零件一次减重效果可达到30%～40%，二次减重效果可进一步提高到50%。铝合金材质零件的主要生产工艺分为铸造和锻造，采用铸造工艺生产的零件主要为壳体类和支撑类，例如发动机缸体缸盖、变速箱壳体、转向器壳体、发动机托架、转向器支架等；采用锻造工艺生产的零件主要为力学性能要求较高的零件，例如车轮、底盘悬架系统控制臂、转向节、空调压缩机涡旋盘等。

典型汽车用铝锻材料

        用于汽车工业的铝合金锻造原材料一般采用挤压或铸造棒材(图1)，其材料牌号一般来源于美国铝业协会公司(AA)注册登记、国际标准化组织(ISO)和各国制订的变形铝合金标准。我国的变形铝合金牌号表示方法参照的标准为GB/T 16474-2011《变形铝及铝合金牌号表示方法》，此外相关的国家标准还有GB/T 3190-2020《变形铝及铝合金化学成分》、GB/T 33910-2017《汽车用铝及铝合金挤压型材》。典型汽车铝锻零件用的材料牌号以6 系为主，如6060、6061、6066、6082 等，也有部分产品需要用到2 系、4 系、5 系和7 系的材料，如2014、4032、5754 和7075 等。

典型汽车用铝锻零件及成形工艺

整体式车轮

        铝合金整体式锻造车轮是基于汽车轻量化、高效节能需求而不断发展起来的一类产品，一般采用6061 和6082 铝合金制造，相比于传统的铸造车轮其组织性能更加优越，重量轻、强度高且表面质量好，但由于工艺复杂、设备投入大，导致其制造成本居高不下，只能在高端乘用车和商用车得到一定的应用。

        整体式锻造车轮的成形工艺根据产品结构特点、应用场景和批量不同一般选择不同的工艺流程。整体式锻造车轮完成锻造成形后通常需要热处理、机加工及表面处理等锻后处理，其中热处理一般采用T6 热处理工艺(固溶处理+人工时效)以提高车轮各部分的强度。

控制臂

        汽车控制臂也叫摆臂，是汽车底盘系统的重要零件，它的综合力学性能对车辆的安全、操稳等性能起着至关重要的作用，一般采用6082 铝合金制造。控制臂分为前控制臂和下控制臂，前控制臂是悬架的向导和支撑，其变形会影响到车轮的定位，降低行车稳定性；下控制臂主要是用来支撑车身、减振器并且缓冲行驶中的振动。

        早期的控制臂多采用铸铁、铸钢或钢板冲压焊接制成，伴随着材料加工技术的提高，锻造铝合金控制臂正逐步替代钢制控制臂，并在国内外中高档车上实现批量应用，如日系轩逸、逍客、奇骏，韩系朗动，美系爱维欧、嘉年华，欧系的速腾、帕萨特等。

        铝合金控制臂的典型锻造工艺一般包括下料、加热、制坯、成形、切边、热处理和表面清理工序。其中制坯工序根据产品形状结构不同可采用辊锻、斜横轧等方式，部分产品还需要采用弯曲和预锻以降低终锻成形的难度。热处理一般进行固溶和时效处理以提高产品的力学性能，表面清理可采用抛丸或喷砂处理去除工件表面氧化皮并改善工件力学性能。

转向节

        转向节是汽车前桥总成及前悬架系统中的关键结构件，它连接前桥和转向系统，不仅承载汽车全部重量，传递转向动力，还承担着来自地面的冲击和车轮侧向制动等产生的负荷，是汽车行驶中安全性的有力保证。转向节在汽车底盘部件中属于形状复杂的保安件。

        铝合金转向节的锻造工艺一般包括下料、加热、制坯、预锻、终锻、切边、热处理和表面清理工序。根据产品的结构和成形难度不同，可进行一次加热或多次加热，加热工序可在制坯、预锻和终锻任一工序之前，热处理一般也采用固溶和时效处理。宁波拓普汽车电子有限公司申请的中国专利(CN107955893A)公开了一种铝合金转向节的锻造成形方法，其工艺步骤为：

        ⑴选择铝合金棒料为毛料，进行切割；

        ⑵将切割后的棒料加热至510℃～530℃；

        ⑶将加热至510℃～530℃的棒料墩粗；

        ⑷将镦粗后的棒料二次加热至510℃～530℃；

        ⑸将二次加热至510℃～530℃的棒料进行模锻；

        ⑹模锻结束后，将棒料冷却；

        ⑺将冷却的棒料切边；

        ⑻将切边后的棒料时效处理，时效处理的温度为165℃～175℃；

        ⑼取时效处理后的棒料检验，取合格棒料包装。

涡旋盘

        汽车空调压缩机发展过程经历了四代。第一代压缩机为往复直立活塞式压缩机，之后演变为第二代斜盘式、摇板式和径向辐射式压缩机，进而发展为第三代回旋式压缩机，诸如旋叶式、滚动活塞式、螺杆式和三角转子式，现在第四代高效率的涡旋式压缩机已经开发有二十多年的历史，并且实现了产业化、规模化生产。涡旋盘(图5)是涡旋压缩机的关键构件，有动盘和静盘之分，材质一般为4032 铝硅合金，结构比较复杂，性能要求高，目前国内外一般采用一步或两步背压成形锻造工艺生产，也有部分企业采用液态模锻工艺生产。江苏威鹰公司申请的中国专利(CN107186159A)公开了一种涡旋盘的典型生产工艺，其工艺步骤为：

        ⑴下料；

        ⑵制坯；

        ⑶喷砂处理，将坯料放入履带式抛丸机中喷砂处理，降低粗糙度Ra 值；

        ⑷润滑和锻挤成形，将坯料加热到(220±10)℃，在坯料表面涂覆美国埃奇森公司生产的德尔他-144 高分子润滑剂，以防加热时表面氧化，同时也为锻挤成形起到润滑作用；然后将坯料加热到(515±5)℃，坯料表面再次涂覆油性石墨后，放置入(220±10)℃的模腔内，在3150t 液压力的作用下挤压坯料使其金属流动，完成一次性挤压成形；

        ⑸固溶及时效处理，将挤压成形后的坯料固溶及时效处理，表面硬度为(120±5)HBS；

        ⑹喷砂处理，将坯料放入履带抛丸机中喷砂处理，去除表面氧化物；

        ⑺清洗，去除表面杂质。

典型铝锻设备

        汽车铝锻零件生产设备通常包括下料、加热、成形和锻后处理设备，其中成形设备最为关键，根据零件结构和成形目的不同可选择辊锻机、楔横轧机、液压机、机械压力机、螺旋压力机、辗锻机和强力旋压机等。

        一方面由于铝合金锻造温度范围窄，不宜在模锻设备上直接制坯，宜选择辊锻机(图6)、楔横轧机或辗锻机(图7)等进行预制坯，以提高产品的材料利用率。另一方面由于铝合金材质对锻造变形速度比较敏感，速度越快则加工硬化问题越严重，变形抗力也会随之增加，进而导致可锻性降低，而且由于热效应会导致锻件出现过热或过烧问题。因此对于大型铝合金零件的锻造首选成形速度比较慢的液压机(图8)，对于中小型铝合金模锻件，除液压机外，常选用机械压力机或螺旋压力机，此外铝合金车轮锻造通常需要用到强力旋压机。

国内生产汽车铝锻件的主要企业

        目前，国内具备汽车铝锻件生产能力的企业很多，大多以生产铝锻车轮为主要业务。

结束语

        铝合金锻造技术在汽车工业中的应用正逐渐增多，但由于汽车铝锻件价格较高，主要应用于高端车型，市场总需求量并不大，而且由于国际市场上掌握话语权的整车厂多为国外企业，进入其供应商体系比较困难，一直以来国内生产铝合金锻件的企业大多只能为售后市场提供产品，产品质量要求不高，缺乏持续提升铝锻技术的动力。随着汽车轻量化和电动化的不断发展，全球汽车厂商面临越来越激烈的竞争和成本压力，越来越多的铝锻产品将直接在中国本土生产，给国内具备铝锻件生产能力的企业提供了前所未有的发展机遇。