高强度钢制车轮的轻量化研究

高强度钢制车轮的轻量化研究

王素贞 赵绪庆

济宁骏达机械制造有限公司 山东济宁 272000

【摘要】：车轮是确保车辆能够安全行驶的关键因素，是整个汽车重要的承载支点。为了使汽车行业能够更好地发展，现在车轮轻量化的研究是汽车研究行业的主要研究方向。实现车轮轻量化，可以有效地减少对燃料的损耗，降低燃料损耗带来的环境污染，更是能减少车主用于车辆燃料都损耗费用。

【关键字】：高强度；钢制车轮；轻量化；研究

现在汽车行业的主要发展趋势是促进汽车使用新能源，朝节能、环保的方向发展，同时这促进了汽车行业的快速发展。因此，汽车轻量化的研究是汽车行业研究的重点研究方向。在车辆行驶过程中，车轮需要同时处理由自身体重和各种由于车辆运行产生的阻力。所以要确保车辆的安全性能首先要确保车辆的质量安全过关。提高汽车零部件的高性能，完整性，节能性和降低零部件的能耗是汽车零部件的主要发展方向，现在对车轮轻量化的研究重点在对高强度钢制车轮的研究。本文主要对高强度钢的研究开发，钢轮结构的设计以及车轮制造工艺的改进展开了分析和研究，为钢制车轮的轻量化研究提供了相关的参考内容。

1. 钢制车轮的发展现状

（一）钢制车轮的市场分析

现在中国汽车产销的占比在世界汽车总产销中占据比例较大，成为了汽车制造大国。这就意味着我国的汽车行业在不断地发展，随之汽车零部件的发展也得到了很大程度上的促进，同时这也为我国车轮行业带来了更大的发展空间。在车轮领域里，竞争关系最为激烈的就是钢制车轮和铝制车轮。由于钢制材料加工存在局限性，对车轮结构和外观的多样化造成了影响，这就导致钢制车轮在车轮市场中发展存在较大的阻碍。这要求钢制轮胎制造厂要加入创新的制造理念，促进创新技术的发展，才能取得了有助于发展的重大进步。同时，钢铁公司不断探索合理的企业规划，进行更深一步的发展并尝试涉足车轮行业的制造，给车轮制造厂提高更多的高强度钢铁制造材料，才能进一步实现了车轮轻量化的目标。就当前的发展趋势来看，综合考虑钢制车轮制造厂的技术创新能力和发展以及钢制原料、铝制原料的成本差异，这要求汽车行业重新对钢制车轮和铝制车轮的市场价值重新进行评估。

（二）车轮轻量化的现状

随着生活水平的提高，人们越来越重视环保和节能。为了适应现在人们的生活追求，汽车行业朝着环保和节能的方向发展，让汽车做到真正的节能减排是汽车研发公司的主要的研究方向。在减轻汽车的自身重量的基础上可以做到有效的减少汽车的尾气排放。经过大量的研究得出数据表明，在汽车自身重量每减少百分之十，即可减少百分之七的燃油损耗，同时汽车的总体排放也会跟着降低大约百分之四。由于汽车自身重量的主要承载体是汽车车轮部位，所以汽车车轮在汽车是否能够安全驾驶中起着非常重要的作用，这就要求汽车车轮的轻量化效果要比其他部件高出大约百分之一百五。

二、高强度钢制车轮材料的轻量化

（一）钢制车轮用钢的技术要求

(1)在工艺性能方面的要求

轮辐和轮辋是汽车车轮的两大部分组成，并且他们的成型工艺和对钢制材料在工艺性能方面的要求都存在不同。轮辐部分对钢制材料的拉延成形性能的要求比较高，因为轮辐是对钢制材料进行拉延形成的。而轮辋部分主要是通过对钢制材料进行焊接，轧制和膨胀等方式成形的，这就对钢制材料在焊接性，轧制成形性和扩孔性能等方面提出了更高的要求。所以在车轮工艺性能方面，要求钢制材料具有良好的可成型性，焊接性能，辊压成型和扩孔性能，才能制造出合格的钢制车轮。

（2）在使用性能方面的要求

钢制材料在用作制造车轮时不仅要满足基本的工艺性能而且还要达到相应的使用性能的要求。可以通过采用各种疲劳试验（分为径向和轴向弯曲两种）和落锤冲击试验等方法检测钢制材料的使用性能是否达标。而常见的疲劳试验是对钢制材料中所含有的化学成分，夹杂物和其表面质量对轮辐和轮辋疲劳性能的影响进行检测。

三、高强度钢制车轮设计及制造工艺轻量化

（一）车轮结构设计轻量化

车轮轻量化研究需要全面的，从不同的角度考虑如何对车轮进行轻量化优化设计，这就需要综合运用多种学术方法。在车轮结构设计优化方面，现在国内的车轮设计已经从依靠经验设计逐渐发展为应用有限元等现代设计方法，可以更准确的对车轮执行弯曲疲劳计算和冲击进行分析。

当车轮结构轻巧且经过优化时，需要对技术进行不断地创新，尤其是在材料的选取和制造过程中。在优化设计的初始阶段，应及时考虑所使用的材料和轻量化技术。以此方式，减轻重量的效果更好，并且可以加快制造车轮产品的速度，在很大程度上降低汽车开发的成本。尤其在具有大通风孔的钢制车轮的设计中，要求钢制车轮具有良好的可成形性，较高的孔铰孔性能，良好的焊接性能和较高的疲劳性能。采用微合金化的方式，可以有效地加大钢制材料的扩大孔宽的成功率，焊接性能和疲劳性能，并保证了钢制材料结构的优化设计。

（二）制造工艺轻量化

想要做到真正的车轮轻量化就要在车轮连接工艺过程中更加细致，所以要采取合理的连接方式。如果车轮连接问题出现在轮辐部分和轮辋部分，就很容易引起疲劳失效。因此，在车轮制造过程中对钢制材料的焊接性能提出了更高的要求，同时要注意连接过程中选取的连接方式和操作手法，从不同层面上改进车轮制造工艺。

四、结束语

就目前而言，为了促进我国汽车行业的速发展，对于车辆车轮轻量化的研究是很有必要的，尤其是对高强度钢制车轮轻量化的研究。在研究齿轮轻量化问题时，要加入对车轮的制造成本以及选用的材料和采取的工艺等方面的考虑，了。找到最优的高强度钢轮的轻量化设计方案，同时也要避免因为过分的追求节能减排的效果而导致制造成本增加的情况。改进钢制车轮的制造技术，首先要考虑到车轮的安全性问题，因为车轮的质量是保证车辆安全行驶的关键因素。现在我国的车轮轻量化研究还存在很多问题，仍需改进，这需要车轮制造厂不断深化车轮轻量化研究。

【参考文献】

[1]宫立强. 某型号特种车辆钢制车轮轻量化研究[D].吉林大学,2019.