德国ENTEC-STRACON公司总经理BUX和BBS公司代表共同展示TURBO-DRUCK方法制作的铝合金乘用车轮毂

在2022年9月法兰克福举办的Automechnika展会上，德国著名轮毂生产企业BBS和德国ENTEC-STRACON公司共同推出了采用TURBO-DRUCK-压铸方法量产的铝合金轮毂。关于TURBO-DRUCK-压铸方法在铝合金车轮上的应用见《轻量化技术》电子期刊2019年10月出版的期刊文章。

TURBO-DRUCK-压铸方法是德国著名轻合金铸造专家、前阿伦工业大学制造系主任克莱因教授的发明专利。与传统的低压铸造、重力铸造等铝车轮制造方法相比，TURBO-DRUCK压铸方法应用于铝合金车轮生产，可减少材料使用20-30%，成本降低30-40%，堪称颠覆性铝合金车轮制造技术。该技术实现量产，并且产品投入市场，结合世界范围内的碳达峰与碳中和政策，势必将对现有的铝合金车轮行业造成重大冲击。

TURBO-DRUCK压铸工艺与装备应用于铝合金车轮生产现场图片欣赏

铝合金车轮创新性制造技术

1.引言

汽车轻合金车轮的驾驶安全性和驾驶舒适性的基础是汽车的非簧载质量，因此车轮的重量尽可能低是至关重要的。基于惯性和旋转力矩的原因，汽车行业优先使用轻合金车轮。出于这个原因，车轮制造企业一方面尝试在结构上实现车轮上的轻量化结构，另一方面通过选择材料来减轻重量。

现有技术是采用铝或镁合金材料的铸造车轮或锻造车轮，其中，采用低压压铸工艺制造的铝合金车轮占据了非常高的百分比，如图1所示。

图1. 铸造轮毂和锻造轮毂

除了上述对车轮的驾驶动力学要求之外，越来越多的空气动力学或碰撞相关要求对的车轮的制造也起着重要作用。由于车轮的空气动力学特性与燃料消耗和二氧化碳排放直接相关，因此立法机构对车轮企业的相关行动的需求也在增加，如图2所示。

图2. 符合空气动力学要求的铸造轮毂

乘用车整体登记中的认证要求，特别是WVTA（整车型式认可）与WLTP（全球协调轻型车辆试验程序）相结合，加剧了对车辆的排放要求，并涉及到车辆所有的相关型号。通过全球标准化轻型车辆测试程序（WLTP）进行车辆类型测试的要求，使得汽车制造商必须在空气动力学和轻量化结构方面重新考虑车辆部件的设计。

此外，随着汽车电动化趋势的不断发展，电动车对轻量化的需求日益增加，这些需求也促进了上述对汽车轻量化结构和空气动力学要求，如图3所示。

图3. 梅赛德斯EQ车型采用空气动力学铸造轮毂

根据不同的车辆类型，使用不同的车轮尺寸，这些车轮的空气动力学性往往更差，并且在正面和偏置碰撞中引起更高的阻挡功能，这会使得整个车系列按照排放标准进行分类的结果恶化。

考虑到轻量化设计、空气动力学和碰撞方面的要求，这些不断增长的需求要求在汽车车轮生产工艺方面做出改变，因为传统的低压铸造工艺已经不能够很好地满足以上的要求了，如图4所示。

图4. 梅赛德斯EQ车型偏置碰撞结果

2.采用整体方法的知识社区

本文的团队包括了材料学和铸造技术科学家、车轮专家和机器制造商，如图5所示。本文中开发出了一个系统和工艺方法，可以有效地解决上述问题所带来的挑战。

图5. TURBU-PRESSURE-CASTING专家社区

这个针对产品特定要求的整体方法，实现了制造过程中的正能量平衡，并且有望有效地满足汽车行业不断变化的需求。此外，在该工艺方法和制造系统中，始终考虑到了资源节约的有效性。

总而言之，TURBU-PRESSURE-CASTING（无湍流压力铸造）技术专家团队将现有技术的积极部分（例如低压铸造或者压铸）结合在模具中，这使得尽管车轮产品的横截面差异很大，但采用本文提及的TURBU-PRESSURE-CASTING技术，可以非常有效和灵活地制造轻金属车轮。

3.铸造工艺及其优点

本文所介绍的TURBU-PRESSURE-CASTING（无湍流压力铸造），尽管铸造速度高，但是没有湍流，同时加压浇注，并且与模具温度密切相关联，因此最终能够生成近净成型的目标车轮几何形状，这意味着无需大量的返工和后续加工，如图6所示。

图6. TURBU-PRESSURE-CASTING技术概览

采用TURBU-PRESSURE-CASTING（无湍流压力铸造）专利工艺生产的轻合金车轮在铸造完成后，就已经具备了车轮所需的强度性能，因此不需要额外的能量密集型制造工艺了，如切削、流动成型或热处理（T6）等。

为了符合二氧化碳排放的限制要求，汽车铝合金铸造车轮越来越多地使用价格昂贵的附加塑料罩盖。采用TURBU-PRESSURE-CASTING（无湍流压力铸造）技术工艺，可以通过铸造工艺生产出符合空气动力学要求的车轮光洁表面，从而省去塑料车轮罩盖。此外，采用该工艺方法也可以实现螺栓孔或刚度结构，这可以通过标准方法来完成，例如仅通过少许的机械加工完成，或者根本不需要通过机械加工。

4.压铸系统无障碍模具更换

TURBU-PRESSURE-CASTING（无湍流压力铸造）团队与合作伙伴一起开发了一种基于特殊冷室压铸机的铸造单元，这使得可以在车轮铸造后立即对铝合金车轮进行处理，这样只有“好的部件”才能离开单元，在车轮中心进行少许的精加工。因此，不会在生产链内造成价值损失，如图7所示。

图7. TURBU-PRESSURE-CASTING完整铸造单元

图8. 在TURBU-PRESSURE-CASTING铸造单元内的工艺细节

此外，由于整个系统的高度自动化，铸造单元满足所有与工业4.0相关的质量要求，并且可以在不到10分钟的时间内，实现完全自动更换模具。在不到2分钟的循环时间内，自动化单元就会设定好生产速度的新标准，如图8所示。

与锻造工艺相比，低压铸造的优点是模具非常经济有效。特别是对于生产量较低的车轮生产来说，低压铸造模具的价格对零件价格的影响远低于锻造车轮的模具。这一优势也融入了TURBU-PRESSURE-CASTING（无湍流压力铸造）铸造单元，因此，TURBU-PRESSURE-CASTING（无湍流压力铸造）的模具比传统的压铸模具或锻造模具便宜得多，这要归功于拆分模模具/夹具的方案设计，如图9所示。

图9. 全自动化模具更换

5.结果与量产展望

总而言之，TURBU-PRESSURE-CASTING（无湍流压力铸造）铸造单元的80%是用于车轮生产，此外的一些功能是为了实现更好的人机环境和环境友好。

TURBU-PRESSURE-CASTING（无湍流压力铸造）专家团队中的土耳其CMS公司是车轮制造一级供应商，负责将技术推广到市场。预计到2019年10月份，第一批采用TURBU-PRESSURE-CASTING（无湍流压力铸造）技术批量生产的铝合金车轮将面世并推向市场。

本文来自：轻量化技术网，《压铸周刊》合作伙伴