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浅谈铝合金及镁合金轮毂锻造和铸造工艺的优劣

发表于: 2018-10-31作者:王巨光点击:624

                                                                            

    自从铝合金轮毂的锻造工艺被引进到国内以来,业内就出现了一种观点,并一直流传至今,就是锻造铝合金轮毂会成为车轮产品的发展方向,并最终会完全取代铸造铝合金轮毂。但是,从这三十年的铝合金轮毂的生产、经营实践来看,我们认为目前这两种主流的制造工艺应该是没有优劣之分的,只有适不适合具体的市场需求之区别,也就是说我们判断制造工艺选择的是否合适,主要看该铝合金轮毂产品的销售要定位在哪一个细分市场。以手表为例,大部分喜欢简单、低调生活的人群在选择手表时会更看重产品的走时精准、外观漂亮、价格便宜的属性,对手表的品牌往往要求不高,那么针对这个细分市场的特点,手表制造商就只能采用机械化、流水线式的制造工艺来进行高效率的大批量生产,以牺牲个性化达到降成本的目的,来满足消费者对产品“物美价廉”的需求;而另外一部分喜欢精致、炫耀活法的人们则会挑选能够代表其“身份”的价格昂贵的大牌机械腕表,虽然走时远远不如石英表准确,但大家依然趋之若鹜,因为相对于计时的功能,这部分人群更看重的是那个品牌背后附加的“价值”,那么这类产品的制造商就肯定会不惜成本的选择传统手工工艺来打造个性化的甚至“限量版”的腕表,来满足奢侈品市场这部分消费者的需求。所以在这里你就不能简单的说传统手工打造的工艺就比机械化流水线生产的工艺好,亦或说机械化流水线的工艺高于手工工艺,同样,铝合金车轮产品的制造工艺也是如此。

    铝合金汽车车轮目前主流的成型工艺按大的类别分就是锻造与铸造,在同等条件下,锻造铝合金(6061合金)车轮的机械性能指标要优于铸造铝合金(A356.2合金)车轮,因此同样结构、同样要求的轮子,采用锻造工艺的6061材质的铝合金轮毂可以做到略轻于A356.2材质的铸造轮子,粗略统计这个重量差大概在3~5%左右,但由于工艺的局限性,锻造铝合金轮毂的制造成本目前要远远高于铸造铝合金车轮。

    首先,材料成本方面。现在市场上6061与A356合金材料的加工费几乎是一样的,废轮废料回收价格也一样,在这方面两者间没有任何差别,但是目前采用锻造工艺的铝轮毂生产厂的现状是绝大部分都没有配备熔化炉和6061铸棒设备,这也就意味着锻造工艺生产线产生的大量废料及废轮都要以极低的价格(A00价格的80~90%)被外卖了,而铸造工艺的生产线本身就配备有能够回收废品的熔化炉,如果稍微增加点投资就连铝屑也一并回收利用了,所以对于铸造工艺的生产线来说,铝屑及废料的价值等同于原材料,自己回收重熔就避免了这一块的巨额损失。

    其次,设备投资方面。在十几年前铝合金轮毂锻造工艺的设备没有国产化之前,整条生产流程的设备几乎都需要进口,投资之巨绝对令人望而却步,当时一条20~30万只年产能的生产线没有几个亿是下不来的,即便是在当下部分国产设备已经勉强可用的情况下,锻造生产线的设备投入依然不菲,与铸造生产线相比,单位产能的固定资产投资,前者应该是后者的两到三倍以上。因此每只产品成本中的折旧费用,锻造工艺的产品自然要高于铸造工艺的轮子。

    第三,生产效率。由于工艺技术上的局限,对于同样外观造型的产品,目前锻造铝合金轮毂轮辐及其窗口的机械加工量要远远高于铸造铝合金轮毂,即使是锻造过程中增加了碾锻工序的锻造轮,虽然能初步完成窗口及轮辐的基本造型,但其机加工序的加工时间也要高于同样铸造轮的两三倍以上,轮辐造型越复杂的轮毂这个差别就越大。因此为匹配整条锻造生产线各工序间的加工能力,往往需要在机加工工序配备比铸造生产线更多的数控加工中心,以便在遇到窗口造型复杂的轮型时,不致让机加工序成为瓶颈,但在生产轮辐窗口加工量小的产品时,这些设备的加工能力又可能会部分闲置。这些问题的存在都是由于锻造工艺的特性所决定的,最终都会反映到产品的成本上来。

    第四,金属利用率。上面我们提到锻造铝合金轮毂的机械加工量较大,这也就意味着锻造铝合金轮毂生产线在机加工序会产生大量的金属屑,即使铝屑能够实现自行回收再利用,也会有2~3%的烧损及能耗损失,金属利用率越低,烧损和铝屑回收利用时能源的消耗就越大。锻造铝合金轮毂的这一块额外的损耗最终也会体现在产品的制造成本上。

    所以基于以上原因,在选择铝合金轮毂的生产制造工艺的时候,一定要考虑不同细分市场对不同制造工艺的铝合金轮毂本身那些固有功能的偏好及市场对产品成本的承受能力。

    铝合金轮毂近年来之所以越来越多的抢占了传统钢制车轮的市场份额,一方面是由于它与钢制车轮相比,本身具有美观、散热、质量轻、均匀性好等非常明显的优势,另一方面是随着经济的发展,消费者的购买力有了大幅提高,对铝合金轮毂这个产品的有效需求增加了。在《西方经济学》的教科书中对需求(Demand)的定义是这样的:在一定的时期,在一既定的价格水平下,消费者愿意并且能够购买的商品数量。所以一个产品能否产生需求,一是要本身具有能够使消费者产生购买欲望的功能,另一个是要有消费者能够承受得起的成本。因此,对于铝合金轮毂来说,只有其本身固有的功能与成本(价格)这两个要素完美的结合,才能在其各个细分市场产生最大的需求。

    轮以车贵,铝合金车轮产品的市场按照其配套使用的车的不同,大致可分为高、中、低三个档次,下面我们就分别对车轮产品的高、中、低端市场的特点及适合不同市场的产品制造工艺进行逐一剖析。

一、高端车轮市场:

    这个市场又可分为竞技用车的车轮市场和顶级品牌乘用车的车轮市场。

    竞技用车的最终目的是为了取得好成绩,为达到目标可以不计成本,而且某些高端比赛的车轮都是由赞助商无偿提供的,例如国际汽车运动联合会(FIA)举办的世界一级方程式锦标赛比赛用车,也就是我们俗称的F1赛车的车轮就都是由BBS、O.Z Racing、RAYS和Enkei这些我们耳熟能详的制造商免费赞助的。因此在这个细分市场,对车轮的要求主要是强度高、质量轻、散热好和真圆度高,由于这类产品往往被要求在比赛过程中必须按时或按赛程更换新的,所以对这些近乎一次性使用的轮子来说,外观是否美观、轮子是否耐腐蚀等问题基本不会做过多考虑,因此在这个细分市场常见的铝合金轮毂基本都是采用锻造工艺制造的,同时这个市场也经常有镁合金轮毂、碳纤维轮毂的身影出现,但该市场体量极其狭小,在现在全球每年消耗的三亿多只铝合金轮毂的总量中可以忽略不计的,所以我们也不做过多探究,只是了解一下就好。

    顶级品牌乘用车的车轮市场,也就是我们俗称的“豪车”(以我们所熟知的布加迪、劳斯莱斯等品牌为代表的乘用车)的车轮市场,包括OEM和A/M(售后市场)。首先购买顶级“豪车”的消费者,并不是因为“豪车”本身有多么强大的实用性,他们看重的是“豪车”的品牌所包含的象征意义:身份、地位、生活品位以及所处的生活圈子等,车本身的价格越高,这种品牌认同感就越强。同样,作为“豪车”上一个重要的外观件和安全件,车轮也要与“豪车”的这个属性相匹配,所以这个细分市场的轮子一定要“贵”,同时一定还要外观精美,至于轮子本身重量是否轻、能否省油则不是这个市场的消费者所考虑的问题。因此,在这个细分市场里,只要能被认可,采用成本较高的(6061铝合金)锻造工艺和成本相对低廉的(A356铝合金)铸造工艺都可以,因为轮子的售价足以支撑任何工艺方式的制造成本,区别就是利润率的高低。这个细分市场里的OEM暂时也与我们的关系不大,一方面是因为订单量非常小,另一方面这个市场也都是被欧美的几个轮毂厂所垄断,我们目前只能在国内的售后市场自娱自乐的做几个“豪车”的轮子作为噱头,为其它细分市场的产品造一造声势。

二、中端车轮市场:

    这个市场其实就是我们平常所说的那个“车轮市场”,它包含了整个汽车车轮市场90%以上的份额,分为乘用车轮和商用车轮两个市场。

(一)乘用车车轮市场:这个市场也可以根据其相应配套、使用的乘用车的档次细分为高中低三个市场。

1、高档乘用车车轮市场:

    高档乘用车就是我们日常所见的诸如保时捷、玛莎拉蒂及“BBA”(奔驰、宝马、奥迪)等品牌中的高配置乘用车及与之同等价位的其它品牌乘用车。购买高档乘用车的一部分消费者其心理与购买顶级“豪车”消费者的心理其实是一样的,首先也是看中了高档乘用车品牌背后所附带的那些功能,而对车子本身的实用性考量却排到了第二位;还有一部分消费者采购高档乘用车是为了通过增加企业费用来减少企业利润,达到在“享受”的同时又能合理避税(企业所得税)的目的,这部分消费者一般都是股权高度集中的非国营企业主或管理者。上面这两类消费者选择高档车的目的是因为看中了高档车的高价位,因此他们对轮子的高成本也是能接受或者说是根本不在意的,所以这个细分市场的轮子与上述顶级“豪车”轮子一样,只要能被整车厂认可,锻造、铸造都是可以的。

2、中低档乘用车车轮市场:

    这里的中低档乘用车是指诸如“BBA”品牌中的中档配置及与之相同价位的其它品牌以下的全部档次乘用车的总和,这一档次范围内的乘用车是中国大陆乘用车销售市场的主力,占到中国大陆乘用车销售市场份额的九成以上。我们之所以把中档车和低档车的车轮市场放在一起讨论,主要是因为这个档次范围内的乘用车消费者完全符合经济学里“合乎理性的人”的基本特征,“合乎理性的人”是所有经济理论在研究过程中都必须设定的一个基本假设条件,也简称做“理性人”或“经济人”的假设条件,这个假设是对在经济社会中从事经济活动的所有人的一个一般性的抽象,其基本特征就是:每一个从事经济活动的人所采取的经济行为都是力图以自己的最小经济代价去获得自己的最大经济利益。中低档乘用车市场的消费群体,其实就是包括我们自己(土豪读者除外)在内的这样一群正常的“理性人”,他们的消费逻辑是追求品牌性能价格比,对价格很敏感。车对于这个群体的主要基本功能就是代步,说白了买车就是用来上班和买菜,偶尔也会自驾游,这个用途决定了这些车大部分是在城区内行驶,也就是说低速、频繁启停是车辆行驶的常态,所以对于这类车上的铝合金车轮来讲,什么质量轻能省油、热传导率高散热好、真圆度高乘坐舒适等优势一概都没有机会展现,除了外观漂亮外,其功用几乎与钢轮没啥区别。所以在这个细分市场里,消费者对车轮的要求只能是外观漂亮和价格合理,所谓价格合理也就是价格高点的车,轮子稍微贵点也可接受,但对于便宜的车,轮子一定不能贵(虽然相同工艺的铝合金轮毂成本都差不多)。那么在目前成熟的制造工艺中,能够做到让车轮既美观多样又成本合理的就只有铝合金铸造工艺了,铸造工艺中的低压铸造由于其生产效率高,便于实现少人化或无人化操作,非常适合大批量少品种的OEM产品的生产;而铸造工艺中的另一种常见的重力铸造工艺,由于设备造价低,铸造模具便宜,则非常适合小批量多品种的售后市场产品的生产,特别是重力铸造加旋压的工艺在技术层面上堪称完美,其产品质量甚至优于同样造型的低压铸造的产品。

(二)商用车车轮市场:这个市场根据其相应配套、使用的商用车的不同分为大型商用车车轮市场和轻型商用车车轮市场。

1、大型商用车车轮市场:

    这个市场又可再细分为大型客车车轮市场和大型载重货车车轮市场。

   大型客车主要的运行环境就两个,一个是市内客运,也就是公交;另一个是长途客运。市内公交车行驶的主要特征是低速、频繁启停,所以这就决定了这个细分市场对轮子的要求不会也用不着很高,首先轮胎的散热基本不需要;其次车轮带来的舒适性在市内行驶时根本体会不到;至于轮子外观是否漂亮的问题,那些赶时间的乘客更关心的可能是公交车是否快捷方便;而对于车辆能耗的影响,驾驶者的驾驶习惯因素可能要比钢轮换铝轮的影响更大。所以在公交车车轮这个市场,低压铸造的铝合金轮毂就已经完全能满足需要了,如果想进一步降低成本,那么钢轮加装饰罩就是最好的选择。反之,对于经常在高速公路上行驶的大型客车来讲,轮胎的散热和轮子动平衡的好坏就显得非常重要和必要了,所以对于这个细分市场来说,车轮最好要选择锻造工艺或者铸造工艺制造的铝合金轮毂,差别是前者造价要高于后者。

北京街头安装了铝合金轮毂的公交车

 

  

沾满泥土的铝合金轮毂感觉不到丝毫美感

      

    至于大型载重货车,其运行状况应该是大部分时间都在跑长途,这个细分市场对车轮的要求是强度高、散热好、轻量化。强度高能够保证车辆超载运输时的安全;散热好可以延长轮胎的使用寿命,同时对车辆制动系统的性能保证也有益处;而轻量化既可以降低一点点能耗的同时又可多拉点货物,特别是在严禁超载运输的当下,如果全部将钢制车轮都换成铝合金轮毂,一辆二拖三半挂车可多运载半吨多货物,这就是为什么近几年载重货车用铝合金轮毂突然火爆的原因。所以说在这个细分市场里,如果超载管制放松了,对于民营车主来说采用钢制车轮肯定是最实惠的;而在严查超载或者将来道路收费负担减轻,民营车主不必再通过超载挣辛苦钱的情况下,那么采用锻造和铸造工艺制造的铝合金轮毂就是最好的选择了。

    另外补充一点,大型商用车车轮的海外市场与中国大陆市场有很大不同,特别是美国大型商用车市场对铝合金车轮的要求基本限定于6061铝合金材质的锻造工艺生产的产品,其它工艺制造的铝合金车轮则占很小的一部分比例。因此针对美国这个细分市场的铝合金轮毂产品一定要采用铝合金锻造工艺。

2、轻型商用车车轮市场:

    轻型商用车泛指我们常见的诸如轻卡、皮卡、微卡、面包车等车型,自身重量和载重量都不大,无论是采用锻造工艺还是铸造工艺生产的铝合金车轮都能满足车辆对于车轮的技术要求。这个市场也可再细分为轻型客车车轮市场和轻型货车车轮市场。

    轻型商用客车车轮市场的特点与乘用车车轮市场相似,也就是说如果车价高利润空间大,那么采用锻造工艺生产的铝合金轮毂也无妨;如果又想外观好看还想降低点成本那么铸造工艺的铝合金轮毂就最实惠;至于价格非常低廉的多座面包车,最好还是选用传统钢制车轮,毕竟钢轮的成本低,如果整车厂非要标配铝合金车轮又无法给轮毂制造商合理的价格,那么这样的铝合金车轮的产品质量就很难不会受到影响。

    对于轻型货车车轮市场来说,由于我们政策法规、消费理念、技术等方面的原因,使得我国轻型货车的发展滞后于整个汽车行业发展的平均水平,整车的性能和价格都不高,因此这个细分市场对车轮的要求就是坚固耐用、经济实惠,对外观漂亮也有相当大的需求,所以针对这个市场,采用铸造工艺生产的A356铝合金轮毂就能够满足其基本的需求了,如果忽略外观或为降低成本,那么传统钢制车轮就是唯一的选择。同样,这个轻型货车的海外市场也与我国市场有很大区别,特别是我们熟知的美国和日本的“皮卡车”,其性能和价位都已超过我们前面讨论过的中档乘用车的水平了,因此该细分市场的特征和要求可参照中档乘用车市场。

三、低端车轮市场

    该市场主要是指为老年代步车、三轮、两轮电动车、低档摩托车等价格几千至一两万间的车辆配套的车轮市场。在这个市场里由于车辆本身的价格有限,所以对轮子的要求就只能是经济实惠,其它功能要素都可忽略,因此价格低廉坚固耐用的钢制车轮应该是首选。但现在的实际情况却恰恰相反,与中端车轮市场相比较,这个市场选用铝合金车轮的比例反而非常高,车辆制造商之所以这么做,主要原因就是对自己产品的极端不自信,想通过铝合金车轮“漂亮”的外观来抬高所配套车辆的档次,但铝合金轮毂的漂亮外观也是需要成本的,低价的铝合金轮毂无法做到真正的美观漂亮。据了解,目前该市场的铝合金轮毂几乎都是重力铸造的,原材料也都是添加了高比例回用料的A356合金,车削加工粗糙,涂装工艺简单,热处理工艺大部分都不很规范,甚至有极个别厂家对一些载荷不大的产品省略了热处理工序。

    上面是我们针对现阶段不同车轮市场对锻造和铸造工艺铝合金轮毂的需求分析,下面我们再简单的探讨一下最近非常热门的镁合金汽车轮毂产品的前景。

    镁合金汽车轮毂最早在上世纪六十年代就已出现,只是由于技术和成本的原因一直没能进行批量化的生产,产品仅仅是少量的应用在高级跑车或赛车这些消费者对价格承受能力很强的车辆上。镁合金汽车轮毂近几年之所以热度不断提升,主要是由于金属镁的价格大幅下滑引发的,那么镁为什么会降价呢?这就不得不要说说镁的提炼方法了。

    目前国际上通行的金属镁冶炼方法主要有两种,一种是电解法,与电解铝相似主要依靠电力为能源,成本较高;另一种是热还原法也叫皮江法(Pidgeon process),主要以煤炭为燃料,成本与煤炭价格高度相关,该工艺也是目前中国冶炼镁的主要方式。在上个世纪,本来是金属镁的价格要远远高于金属铝的价格的,直至本世纪初中国小煤窑泛滥,低廉的煤炭价格使得中国大陆热还原法冶炼镁的产能得到了近乎爆炸式的增长(这也就是中国陕西、山西等煤炭资源丰富的省份成为了镁及镁合金产业最集中的区域的根本原因),中国一夜之间成为了镁的生产和输出大国,大量镁及镁合金的出口迅速拉低了国际市场上金属镁的价格,造成了现在镁与铝同价甚至某些时候低于铝价的情况,这也就促使了镁合金轮毂再度成为热点。据不完全统计,中国大陆近几年公开在媒体上披露的“计划建设”和“已经投产”的镁合金轮毂项目不下十个,“镁合金轮毂取代铝合金轮毂并将成为未来轻质车轮发展方向”的声音也不绝于耳,那么与铝合金轮毂相比镁合金轮毂的前景到底如何呢?下面我们还是按着分析铝合金轮毂产品的思路,来看看现在镁合金轮毂的生产工艺能否适合当前汽车车轮市场的需求。

    首先在技术层面上,如果不计成本的话,现在无论是采用铸造还是锻造工艺,我们都有能力制造出符合汽车车轮机械性能要求的镁合金轮毂。由于镁活泼的化学特性和现有技术的局限,目前采用锻造工艺生产镁合金轮毂还是相对容易一些,所以现在中国大陆这些镁合金轮毂项目基本上都在使用或准备采用锻造成型工艺来进行镁合金轮毂的生产。既然锻造工艺是目前镁合金轮毂生产制造的主要工艺方式,那么我们前面所讨论的锻造铝合金轮毂工艺所存在的诸多成本问题,在镁合金轮毂的生产过程中也同样会存在,而且问题会更多,这主要是由于以下两个原因造成的。第一,由于镁的化学性质非常活泼,极易在自然环境中被氧化、腐蚀,而且与铝不同的是金属镁氧化后在其表面形成的这层氧化膜疏松多孔,起不到保护基体的作用,因此镁合金轮毂在涂装工序中要增加一道额外的表面处理工序,目前普遍采用的是化学转化膜等表面改性和表面涂层技术以达到隔离基体与外部环境的方法,这道工序需要专门的硬件设施,也要消耗一定的能源和耗材,同时也会产生新的环保问题,这些因素都额外增加了镁合金轮毂的生产成本。另外,汽车车轮的工作环境我们大家都很清楚,一旦车轮遭到磨损、磕碰、刮蹭导致这个保护层破裂,而消费者又没有及时发现时,那么后果恐怕就严重了,所以定期的检查、修补、更换车轮也会增加消费者的后期使用成本。第二,中国大陆镁合金轮毂的产业链还远远没有达到铝合金轮毂产业链那样完善,无论是专用的设备、原辅材料的供应还是相关技术人员的招募、培养都会带来额外的成本。

    其次在外观方面,由于镁合金轮毂采用锻造成型工艺,所以与铝合金锻造轮毂一样,在外观造型上镁合金轮毂也会存在一定的局限性;同时,生产过程中额外增加的防腐处理工序使得镁合金轮毂永远不可能有象铝合金轮毂“车亮面”的那种强烈金属质感的外观效果,镁合金的车轮只能选择全涂装这种单一的表面处理方式,因此,上述这些种种无奈都会使镁合金轮毂在外观颜值上大打折扣。

 极具金属质感的铸造铝合金“车亮面”轮毂

 

 经过表面防腐处理后的镁合金轮毂

 

 涂装前和涂装后的镁合金轮毂的对比

 

    所以从目前来看,无论是在制造成本上还是产品的美观方面,与铝合金轮毂相比镁合金轮毂暂时都不会有什么优势可言。另外,镁合金轮毂还有个亟待解决的问题,就是实验检测标准的问题,虽然镁合金轮毂的机械性能和台架实验可按照车轮的相关国标和国际上通用的标准来执行,但是目前针对镁合金轮毂漆面实验检测的标准似乎还不太完善,这还需业界共同努力来制定出一个科学可行的检测标准,铝合金轮毂的漆面不合格最多就是影响外观,而镁合金轮毂一旦涂层出现问题影响的有可能就是安全!当然镁合金轮毂也有着可以让铝合金轮毂永远会望其项背的优势,那就是众所周知的单位体积的镁要比铝轻,轻就意味着节能,所以从长远来看镁合金轮毂确实有着远大的发展前景,但就目前情况而言,镁合金轮毂由于质量轻而节能产生的这点价值,还远远弥补不了由于当下技术的不足而造成的镁合金轮毂高出铝合金轮毂的那块成本差,所以说镁合金轮毂这个产品现在还无法完全满足车轮市场的需求,它以及其它镁合金产品的应用前景完全取决于技术的进步是否能够彻底解决镁合金的防腐问题。

    以上就是我们对当前铝及镁合金轮毂的主流生产工艺与市场需求间关系的一点拙见,难免会有管中窥豹之误,望业内同仁批评指正。总之,在市场经济环境下,市场的有效需求才是检验商品生命力的最佳尺度,任何闭门造车、自说自话违背客观经济规律的“讲故事”行为都不是久长之计,既然在今天的这片土地上我们选择了制造业这个肩负民族未来又异常艰辛的行当,敦本务实不忘初心才是我们共克时艰通往彼岸的最终生存之道!

 

 

 

王巨光

2018年10月31日星期三 于沈阳

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