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钢制车轮行业状况 我的钢铁 2008-04-16 11:27:26车轮是汽车重要的安全部件之一。中国汽车工业的发展为中国汽车钢制车轮行业提供了契机。但是，由于历史原因，中国的钢制车轮企业散乱、技术装备水平落后、自主开发能力弱的局面并没有改变。本文详细分析了全球钢制车轮工业的现状和发展趋势，以及中国本地车轮企业情况，对汽车钢制车轮行业进行了深入的剖析和预测。1前言中国汽车市场所蕴藏的巨大发展潜力和相对低成本的优势，引起了越来越多的汽车零部件跨国制造商对中国投资的兴趣。面对竞争的国际化和替代产品不断侵蚀其市场份额的压力，中国钢制车轮行业的一系列重大变革的序幕已经拉开，这些变革将涉及资本、技术、产品和市场等众多的领域。本文从世界车轮行业的总体态势入手，分析了国际车轮企业间的竞争状态，钢轮和铝轮的竞争，钢轮技术的发展等情况，描述目前国内钢轮行业和企业现状并预测了未来发展的趋势。2国际钢制车轮行业概况2.1汽车车轮的全球市场容量近年来，世界汽车产量在55006500万辆之间徘徊。2004年，世界汽车总产量为6461.6万辆。按照世界汽车总产量及钢轮和铝轮的配置情况作粗略的估算，全球汽车的OEM车轮配套量约为3.4亿只(其中：美洲1.2亿只，欧洲1.1亿只，亚太地区1亿只左右)，市场价值约80亿美元(其中：钢制车轮约35亿美元，铝合金车轮约45亿美元)。2.2国际车轮行业的竞争态势2.2.1国际车轮行业的“钢铝之争”在汽车行业中，传统的钢铁材料正面临着替代材料的严峻挑战。上世纪80年代以来，铝、镁和塑料在汽车上逐步得到应用，90年代中期后，替代材料在汽车上的应用呈加速度趋势。汽车用材料的“钢铝之争”，在车轮这个安全部件方面的争夺表现的尤其突出，主战场在乘用车车轮领域，并开始逐步扩大到商用车车轮领域。上世纪80年代初期，全球90%的汽车车轮以钢材作为原料；但到2003年，铝轮的份额窜升至60%。中国的情况更糟糕一些，部分在国外原以钢轮作为标准配置的车型，到了中国改用铝轮作为标准配置。以上汽集团为例，2004年上汽集团车型的钢轮配置比例大约只有30%,1/5的轿车配置钢轮，4/5的轿车配置铝轮。1997年，JDPowerAssociates的调查研究表明，1997年欧洲主要汽车制造商以钢轮作为标准配置的比重大约77%，北美平均约65%，日本平均约60%。仅仅两年后，英国一家研究机构的详细调查结果认为，1999年在英国市场销售的汽车中，钢轮作为标准配置的车型只占46%。2.2.2国际钢轮行业的生产集中和寡头垄断格局逐步形成欧、美、日三个主要汽车市场的缓慢增长和替代品的快速渗透的不利因素，给国际钢轮制造业带来巨大的生存压力。这种压力，推动了国际钢轮制造业的重组并购和生产的集中。目前，国际钢轮制造业在几大主要的汽车市场已形成了“三足鼎立”的寡头垄断格局：北美钢制车轮市场基本上由HayesLemmerzInternational，ArvinMeritor和Accuride三个制造商所瓜分;而日本市场则基本由Topy，CentralMotorWheel和RingTechs瓜分。在欧洲市场，HayesLemmerzInternationa，MichelinWheelDivision和MagnettoWheels三个集团分享了绝大部分的钢轮市场份额：欧洲乘用车钢制车轮市场：前三家制造商的生产集中度达到74%。市场份额排名依次为：HayesLemmerzInternation占28%，MagnettoWheels占24%，MichelinWheelDivision占20%，Captive占12%，Sudrad占3%，其他制造商合计占11%。欧洲卡、客车钢制车轮市场：前三家制造商的生产集中度高达99%。三家企业的市场份额及排名依次为：MichelinWheelDivision占36%，HayesLemmerzInternational占35%，MagnettoWheels占17%。(注：Sudrad为德国Mefro集团的全资子公司。2005年3月，Micheline集团宣布将其车轮业务全部出售给Mefro集团，从而使Mefro集团成为欧洲最大的车轮生产商之一。)2.2.3国际钢轮行业的全球化布局和跨洲际联盟的产生国际车轮制造集团，普遍实行了全球化的发展战略。全球化发展的典型是HayesLemmerzInternational。该公司于1997年由美国的Hayes公司和德国的Lemmerz公司合并而成，目前在全球拥有22个车轮制造厂，分布于美国、墨西哥、巴西、德国、意大利、比利时、捷克、土耳其、印度、泰国和南非，各种车轮的年生产能力达到6310万只,2003年，其车轮业务的销售收入达12.28亿美元。面对HayesLemmerzInternational公司咄咄逼人的攻势，在本世纪初，国际车轮行业出现了两个重要的“欧、美、日”跨洲际联盟：AMagnettoWheels(欧洲)、Accurid(美国)和Topy(日本)的联盟。该联盟的车轮年产量达到5300万只。MagnettoWheels与Accurid在2000年9月宣布建成战略联盟，2001年7月又与Topy签订了联盟协议。BMichelin(欧洲)、ArvinMeritor(美国)和RingTechs(日本)的联盟。该联盟的钢轮年产量约为4700万只。三家公司在2002年5月结盟。国际车轮行业跨洲际联盟的合作领域主要是在技术和市场的层面，包括共享新技术，建立全球性的供应网络等等，也出现了资本纽带关系，比如MagnettoWheels在2002年6月接管了DUNLOP和TOPY公司在英国的一家乘用车车轮厂89%的股权，TOPY保留11%股份。2.2.4国际钢轮行业的最新技术发展和重新夺回失去的市场在过去20年中，钢轮份额下跌，业内人士将其归结为外观、重量、性能等因素，其中，外观是最重要的因素。钢材的特性和制造工艺决定了钢轮难以做到铸造铝轮那样的结构和外形多样化。但是，在成本和安全性方面，钢轮却具有非常显著的优势。最近几年来，国际钢轮制造业在钢铁行业和机械制造行业的协助下，在技术方面进行一系列的革新，取得了突破性的进展具备了与铝轮进行全面抗衡的能力；同时，国际汽车业在巨大的成本压力之下开始重新评估钢轮和铝轮的价值。值得重视的是，近年来，美国三大汽车公司将不少畅销车型的标准配置由铝轮调整为钢轮，比如：DaimlerChrysler公司2000年后陆续推出的皮卡DodgeRam1500/2500/3500已将钢轮成为标准配置；Ford公司的F-150Lariat皮卡和LincolnNavigatorSUV，采用了Accuride公司和Lacks合作的新技术钢轮;Nissan在北美销售的皮卡Titan，采用了TOPY生产的深冲压高张力钢板车轮;2004年GM底特律生产基地宣布其原计划配置的200万只铝轮将用高强度钢材制造的钢轮替代。这对国际钢轮业是一个非常大的鼓舞。国际钢轮行业重新获得其失去的市场，主要的砝码包括：新材料：微合金钢HSLA，双相钢(DP)和贝氏体钢(BainiticSteel)等高强度和先进高强度钢种成功开发并逐步应用到制造车轮。为车轮减轻重量和更加大胆的款式设计创造了必要的条件。新工艺：近年来，国际车轮行业与国际车轮设备制造商紧密合作研究发展了旋压生产工艺，应到卡客车的轮幅生产和乘用车的轮辋生产。无内胎卡客车车轮的轮辐生产使用旋压工艺已经非常普遍。乘用车轮辋生产也开始使用旋压工艺(图1),当然，这种工艺总体上处在进一步完善的阶段，其不足是装备的投入比较大，效率有待提高。MagnettoWheels的法国工厂和HayesLemmerzInternational的西班牙工厂开始投入小批量生产(主要应用在一些新的大规格的车轮，如直径17”和18”);日本Topy和美国ArvinMeritor也宣称已经掌握这项技术。乘用车车轮轮辋采用旋压工艺、轮幅采用高强度钢材DP600的组合，与传统的材料和工艺相比，可使车轮重量减轻20%，达到与铝轮差不多的重量水平，甚至还低一些。新款式：除了材料和工艺革新之外，国际钢轮业在钢轮的外观方面也进行了一系列的开拓，开发了包括半表面车轮、全表面车轮等新车轮。在款式和轻量化方面的突破是大通风孔(HVA)等款式的车轮，其外观看上去与铝轮差不多，且可有灵活的组合，特别在穿上外衣(如不锈钢、铝合金、各种颜色的塑料盖等)时的变化可以更多。MagnettoWheels，HayesLemmerzInternational，ArvinMeritor，Topy等均开发了类似的车轮品种。MagnettoWheels还在研发更加轻量化的“三明治”夹层结构的车轮。当然使用冲压和焊接工艺制造的钢制车轮在细处无法完全与铸造的铝轮相匹敌，但用来取代一些中低端的铝轮，成本优势明显(每个车轮约可降低15美元，每辆整车可以节省60美元，这对OEM采购部门来说是无法忽视的)。需要说明的是，钢轮使用的模具技术要求高、开发周期长、成本高，轮幅多工位模具成本约3050万美元一套，需要有大批量的生产来消化，其经济规模大约在3040万件/年，即68万辆整车的配套。新工具：近年来CAD/CAM/CAE等设计、模拟和仿真工具取得很大的发展并应用到了国际车轮行业。借此可以有更加精确和快速的设计，均一性和尺寸精度方面得到大幅度提高。HayesLemmerzInternational宣称通过利用这些手段，车轮的尺寸精度与5年前相比提高了2530%。在生产过程中，在线和离线的质量控制仪器和装备开始普遍应用到国际车轮集团的生产过程中，使车轮的质量得到进一步的控制，目前欧洲车轮行业的PPM水平已经达到100左右的水平。2.2.5钢铁业涉足汽车车轮制造业目前，全球钢轮OEM市场钢材消耗量大约为每年400万吨，其中轿车车轮的钢材消耗量约150万吨。在中国，2004年钢轮行业总体钢材消耗量大约为36万吨，其中乘用车车轮的钢材消耗量大约10万吨。根据中国汽车行业的发展前景预测，到2010年，预计全国车轮行业OEM钢材用量可达60万吨，其中，乘用车车轮用钢30万吨，卡客车车轮用钢量30万吨。汽车车轮作为一个细分市场，钢铝材料的激烈竞争，已经引起世界钢铁业的关注。在过去的20多年中，钢材的份额从90%下跌到4050%，对世界钢铁业造成了一定程度的伤害。针对这种状况，美国钢铁工业协会AISI发起了一个叫做“WheelTaskForce”的活动，全面地推广和协助钢轮企业更多地使用高强度和先进高强度钢材，其邀请的成员包括北美三大汽车集团、北美主要车轮制造商、钢制车轮设备制造商、涂料公司、车轮设计机构等。同时，国际钢铁工业也直接参与到车轮行业的投资。比如，阿赛洛间接持有MagnettoWheels集团30%的股份；日本新日铁控股Topy车轮；Ringtechs系日本住友金属的独资企业。宝钢集团也在加快发展先进高强度钢材的研发和在中国钢制车轮行业的应用，将钢制车轮作为体现“钢铝之争”的重要战略产品之一。3中国钢制车轮行业概况3.1中国汽车车轮OEM装配量和价值估算2004年，中国汽车业在关税下降、宏观调控、产能过渡扩张和消费者持币代购等因素的综合影响下，遭受了“寒流”袭击，汽车产销量低于年前预测，但仍冲破了500万辆，分别为507.05万辆和507.11万辆，比2003年分别增长14.11%和15.50%，中国仍然是全球汽车产销增长最快的国家。2004年，中国汽车车轮OEM配套量约2900万只，其中乘用车车轮1640万只(其中钢轮约540万只，铝轮约1100万只)，商用车车轮1260万只。全行业OEM市场价值约70亿元人民币，其中：钢轮45亿元，铝轮25亿元。预计到2010年，中国汽车车轮OEM配套需求量为5920万只，其中乘用车车轮4450万只，商用车车轮1470万只。在乘用车方面，由于国家的能源政策和汽车产业政策均鼓励经济性车型的发展，钢铝轮的标准配置有望逐步调整到50%：50%的比重，因此，估计到2010年，中国乘用车钢制车轮OEM需求量可达2250万只，较目前增加1710万只。在国内高速公路网络的迅速发展、燃油税政策的推出、汽车召回制度的落实、国产汽车的出口和国家加强车辆“超载超限”的管理等背景下，中国商用车车轮的与国际接轨逐步实现无内胎化的趋势终将提速，因此，商用车车轮领域将面临重大的结构调整。预计到2010年，全国车轮行业的OEM车轮的市场价值可望达到135亿元左右，其中，乘用车钢轮20亿元，乘用车铝轮60亿元，商用车车轮55亿元左右。3.2中国钢制车轮行业的概况3.2.1中国乘用车钢制车轮制造商目前中国乘用车钢制车轮OEM厂商主要由三类组成：汽车集团下属或关联企业、外资企业以及其他社会厂商。(1)汽车集团下属或关联企业目前，国内三大汽车集团和长安集团均有自己的配套企业。包括：东风汽车车轮有限公司。生产基地分别布置在湖北随州和十堰两地。总生产能力大约在250万只左右。其主要市场为湖北武汉神龙汽车、江苏盐城东风起亚悦达，同时开发了包括奇瑞、昌河、长安、江淮等客户。一汽四环股份有限公司车轮分公司。生产能力约300万只。主要为一汽集团内部配套。上汽集团锻造总厂钢圈厂。目前生产能力约120万只，主要为上海大众和上海通用配套。重庆华江机械厂和成都陵川机械厂。是长安集团的关联企业。这两个工厂的实际生产能力合计约150万只左右，主要为长安集团下属整车企业配套。(2)外资企业福州源兴TOPY车轮有限公司。是台资控股的企业，TOPY在2003年9月参股。通过增资845万美元扩建，扩建完成后其乘用车钢轮的生产能力大约为240万只。客户主要为台资的东南汽车及广州地区的广州本田和东风日产。广州RringTeches车轮有限公司。2004年宣布建设，目标能力为250万只钢制车轮。(3)其他社会厂商广西柳州市钢圈厂。实际产能大约在50万只左右。主要为当地的上汽通用五菱。其他零星生产企业。分布在沈阳和天津地区。3.2.2中国乘用车钢轮供需状况和技术状态的分析仅从生产能力和需求的总量看，国内乘用车钢轮的供需还算匹配。到2006年，现有企业挖潜和外资的进入，使本行业产能利用率大概可保持在80%左右。但从局部区域和从长期趋势看，国内乘用车钢轮行业不仅在生产能力，而且在质量、技术和装备条件方面，很快将不能满足国内乘用车整车的发展，具体表现在：生产能力的局限性。国内乘用车的生产能力主要集中在华东地区、广州地区、东北地区和重庆地区。乘用车钢制车轮的单个价值较低，不利于长途运输。同时，由于乘用车钢制车轮行业属于资金和技术密集型的行业，因此而阻碍了民间资本的大规模进入。目前国内乘用车钢轮生产企业的小规模和小批量生产与国际车轮制造商的大规模和大批量生产形成显明的对比，生产效率存在巨大的差异。产品质量和技术能力的制约。国际整车业为了降低成本正在走向全球化采购的发展方向，对零部件的供应商要求具有QCDS或QCDD的能力(QCDS：Qulity,Cost,Delivery,Service；QCDD：Qulity；Cost；Delivery；Design)。奇瑞、吉利等为代表的民族汽车厂走自主品牌的发展道路，对于车轮厂参与同步开发的兴趣非常高。另外，国内乘用车正在逐步销往海外市场，奇瑞、华晨等企业甚至瞄准了欧美市场，要求汽车零部件适应海外的标准和法规。但到目前为止，国内车轮行业在总体上，技术创新和独立研发的能力欠缺，在产品的质量、环境等许多方面均无法满足国际化的要求。装备条件的制约。国际车轮行业的技术发展迅速。以轿车轮辐材料为例，钢材的强度已从80年代的240Mpa-350Mpa，发展到今天的600Mpa，甚至已经开始研究800Mpa的DP钢和TRIP钢的应用。材料强度的提升对压力机提出了更大工作能力的要求。国内车轮制造业缺乏达到加工高强度材料车轮所需要的先进装备。而采用高强度材料的车轮与普通车轮比较，在单个车轮的重量将有10%以上的差距。国内车轮生产工艺的其他方面包括滚压成型、焊接、涂装、检测等方面，也存在着众多的质量隐患。3.2.3中国商用车车轮制造商中国商用车OEM车轮主要制造商包括：一汽四环、东风车轮、龙口车轮、济宁车轮、齐鲁轮业、蚌埠车轮、镇江车轮等有数十家之多。全行业呈现出及其散乱、充分竞争、产能过剩的格局，除少数民营企业蓬勃发展之外，大多数国有企业的历史包袱沉重，经济状况不佳。与欧美日商用车车轮普遍实现的无内胎化(在西欧已接近100%，美国90%以上，日本55%以上)不同，中国到目前为止只有数量有限的豪华客车使用了无内胎滚型车轮，而数量众多的卡车均采用有内胎的型钢车轮。因此，中国的商用车车轮制造商的绝大部分产能为型钢车轮。部分厂商如一汽四环、东风车轮、济宁车轮、齐鲁轮业等近年来开始逐步介入滚型车轮制造。型钢车轮和滚型车轮采用完全不同的生产工艺和装备。滚型车轮适用于无内胎的子午线轮胎，直接依靠轮辋密封轮胎气压，适合于高速公路行走，安全性和节油作用十分明显，生产技术要求较高。其缺点在于负荷必须严格控制在设计能力之下。由于国内运输业超载盛行，且子午线轮胎比传统的斜交胎的价格高出2倍以上，因此消费者不太愿意使用滚型车轮。近年来，中国高速公路发展迅猛，国家对超限超载的查处力度日益加强，卡客车出口数量也在逐步增加，另外，国家发改委正在拟订轮胎工业产业政策，支持子午线轮胎的发展，限制斜交胎扩大规模，实施轮胎产品的召回制度等。同时，酝酿多年的燃油税政策已经进入意见征求阶段。有理由相信，中国的卡车客车车轮迟早走向无内胎化。由于滚型车轮生产的投资壁垒、技术壁垒和市场壁垒，中国的商用车车轮行业将面临一次大规模的洗牌。4结论国际钢制车轮行业已经呈现出生产高度集中，寡头垄断的格局；为了伴随整车厂生产和降低制造成本，这些企业进行全球化布局并相互组成跨洲际联盟；针对铝轮企业咄咄逼人的进攻，钢轮企业在新材料开发、新工艺等方面做出了大量的努力，并且逐步收复被抢占的市场份额；钢铁企业涉足钢制车轮行业，直接参与投资，也帮助钢制车轮企业更多开始采用高强度钢材，从而提高可靠性以及达到轻量化。由于钢轮业卓有成效的技术革新和钢铝原材料的巨大的成本差异，钢轮业和铝轮业将保持相当长期的均衡竞争状态。中国汽车行业的发展也为国内钢制车轮行业的发展提供了难得的契机。国内乘用车钢轮企业的技术基础薄弱，生产装备条件制约，包袱沉重，造血功能缺乏，无法跟上整车厂的快速发展和要求，预计23内，国内乘用车钢轮的供应将出现短缺状态。商用车钢轮行业散乱、充分竞争和产能过剩的格局在未来一段时间内不会发生改变，随着商用车车轮无内胎化，产业格局将会发生改变，同时也为新进入者提供了机遇。（来源：盖世汽车网）中国汽车钢制车轮行业的现状和趋势 摘 要：车轮是汽车重要的安全部件之一。中国汽车工业的发展为中国汽车钢制车轮行业提供了契机。但是，由于历史原因，中国的钢制车轮企业散乱、技术装备水平落后、自主开发能力弱的局面并没有改变。本文详细分析了全球钢制车轮工业的现状和发展趋势，以及中国本地车轮企业情况，对汽车钢制车轮行业进行了深入的剖析和预测。 关键词：汽车 车轮 钢制车轮 现状 趋势 1 前言 中国汽车市场所蕴藏的巨大发展潜力和相对低成本的优势，引起了越来越多的汽车零部件跨国制造商对中国投资的兴趣。面对竞争的国际化和替代产品不断侵蚀其市场份额的压力，中国钢制车轮行业的一系列重大变革的序幕已经拉开，这些变革将涉及资本、技术、产品和市场等众多的领域。本文从世界车轮行业的总体态势入手，分析了国际车轮企业间的竞争状态，钢轮和铝轮的竞争，钢轮技术的发展等情况，描述目前国内钢轮行业和企业现状并预测了未来发展的趋势。 2 国际钢制车轮行业概况 2.1汽车车轮的全球市场容量 近年来，世界汽车产量在55006500万辆之间徘徊。2004年，世界汽车总产量为6461.6万辆。按照世界汽车总产量及钢轮和铝轮的配置情况作粗略的估算，全球汽车的OEM车轮配套量约为3.4亿只(其中：美洲1.2亿只，欧洲1.1亿只，亚太地区1亿只左右)，市场价值约80亿美元(其中：钢制车轮约35亿美元，铝合金车轮约45亿美元)。 2.2国际车轮行业的竞争态势 2.2.1国际车轮行业的“钢铝之争” 在汽车行业中，传统的钢铁材料正面临着替代材料的严峻挑战。上世纪80年代以来，铝、镁和塑料在汽车上逐步得到应用，90年代中期后，替代材料在汽车上的应用呈加速度趋势。 汽车用材料的“钢铝之争”，在车轮这个安全部件方面的争夺表现的尤其突出，主战场在乘用车车轮领域，并开始逐步扩大到商用车车轮领域。上世纪80年代初期，全球90%的汽车车轮以钢材作为原料；但到2003年，铝轮的份额窜升至60%。中国的情况更糟糕一些，部分在国外原以钢轮作为标准配置的车型，到了中国改用铝轮作为标准配置。以上汽集团为例，2004年上汽集团车型的钢轮配置比例大约只有30%,1/5的轿车配置钢轮，4/5的轿车配置铝轮。1997年， JD Power Associates的调查研究表明，1997年欧洲主要汽车制造商以钢轮作为标准配置的比重大约77%，北美平均约65%，日本平均约60%。仅仅两年后，英国一家研究机构的详细调查结果认为，1999年在英国市场销售的汽车中，钢轮作为标准配置的车型只占46%。 2.2.2国际钢轮行业的生产集中和寡头垄断格局逐步形成 欧、美、日三个主要汽车市场的缓慢增长和替代品的快速渗透的不利因素，给国际钢轮制造业带来巨大的生存压力。这种压力，推动了国际钢轮制造业的重组并购和生产的集中。目前，国际钢轮制造业在几大主要的汽车市场已形成了“三足鼎立”的寡头垄断格局： 北美钢制车轮市场基本上由Hayes Lemmerz International，ArvinMeritor和Accuride三个制造商所瓜分;而日本市场则基本由Topy，Central Motor Wheel和Ring Techs瓜分。 在欧洲市场，Hayes Lemmerz Internationa，Michelin Wheel Division和Magnetto Wheels三个集团分享了绝大部分的钢轮市场份额： 欧洲乘用车钢制车轮市场： 前三家制造商的生产集中度达到74%。市场份额排名依次为：Hayes Lemmerz Internation占28%，Magnetto Wheels占24%，Michelin Wheel Division占20%，Captive占12%，Sudrad占3%，其他制造商合计占11%。 欧洲卡、客车钢制车轮市场： 前三家制造商的生产集中度高达99%。三家企业的市场份额及排名依次为：Michelin Wheel Division占36%，Hayes Lemmerz International占35%，Magnetto Wheels占17%。 1.引言 车车轮承受着车辆的垂直负荷、横向力、驱动（制动）扭矩和行驶过程中所产生的各种应力，它是高速回转运动的零件、要求尺寸精度高、不平衡度小、支撑轮胎的轮辋外形准确、质量轻，并有一定的刚度、弹性和耐疲劳性。因此要求车轮具有足够的负载能力及速度能力、良好的缓冲性和气密性、良好的均匀性和质量平衡性、精美的外观和装饰性、尺寸精度高、质量小、价格低、拆装方便、互换性好等。车轮材料的选用，车轮结构和制造工艺与上述要求密切相关，是决定车轮性能好坏的关键因素。 2.车轮材料的选用 目前，全世界的汽车车轮，不管是载重汽车车轮还是轿车车轮，所用材料基本分为两种，即钢材和铝合金材料，这两种材料制造的车轮所占市场份额为95%，研究汽车车轮的各种工艺特性与这两种材料的特性是分不开的。随着世界各国政府对节能、安全、环保的要求日趋严格，车轮材料的选择就成为一个焦点问题，即铝合金和钢的选择问题。 此外，随着材料技术的发展和人们对车轮质量的要求不断提高，一些新型材料也被用于制造汽车车轮。 2.1钢制车轮 长期以来，钢制车轮在汽车车轮中占主导地位，但是自上世纪80年代起，钢轮的市场份额逐步减小，被铝合金所代替。钢轮份额快速下跌的原因有多方面的因素，而外观吸引力是最主要的因素。钢制车轮在低成本和安全性方面较铝合金车轮具有很大的优势，因此，目前的载重汽车车轮大部分是钢材制造的。但钢制车轮的缺点也是非常明显的，钢材的加工成型性能和制造工艺决定了钢轮难以做到铝合金车轮那样的结构和外形多样化。同时，钢车轮质量大，制造和使用钢车轮消耗的能量都比铝制车轮大得多。 近年来，面对替代品的渗透和挑战，国际钢轮行业在技术方面进行一系列的革新，包括：(1)新材料微合金钢HSLA，双相钢(DP)和贝氏体钢等高强度和先进高强度钢种成功开发并逐步应用于制造车轮，为钢轮减轻质量和更加大胆的款式设计创造了条件。据统计，HSLA车轮比一般碳素钢车轮重量轻约15%。(2)新工艺，国际钢轮行业与设备制造商紧密合作研究发展了旋压生产工艺，应用到钢制车轮生产中。目前商用车无内胎车轮的轮辐使用旋压生产工艺已非常普遍，Magnetto Wheels的法国工厂和Hayes Lemmerz International的西班牙工厂开始投入小批量生产，日本Topy和美国Arvin Meritor称已掌握了这项技术。 在巨大的成本压力和钢制车轮的制造技术和材料技术革新的局势之下，国际汽车业也开始重新评估钢轮和铝轮的价值。 2.2铝制车轮 据统计，轿车使用铝合金车轮的比例高达90%以上1。铝合金车轮与钢轮相比，具有的优势： （1）美观、舒适和节能等优势； （2）非载荷质量小，从而提高了抓地性表现出更为精确的转向动作和更好的转弯性能； （3）惯性小，改善了加速性和制动性；铝合金具有良好的导热性能，提高了制动系统的散热性能，大幅度降低了由高热导致的制动失灵。 除此之外，铝合金车轮还有耐腐蚀、成形性好、减震性能好、轮胎寿命长、尺寸精确、平衡好、加工精准、材料利用率高等显著优点，符合现代汽车安全、节能、环保三大主题的要求。这对降低汽车自重、减少油耗、减轻环境污染与改善操作性能等有着重大意义，因此铝合金已成为汽车车轮的首选材料2。 2.3其它材料的车轮 （1）镁合金车轮镁在实用金属中密度最小，它带给汽车的好处一是能减轻整车重量，减少油耗。二是强度高于铝合金和钢，刚度接近铝合金和钢，能够承受一定的负荷。三是具有良好的铸造性和尺寸稳定性，易加工，废品率低，降低了生产成本。四是具有良好的阻尼系数，减振量大于铝合金和铸铁，用作轮圈可以减少振动，提高汽车的安全性和舒适性。 随着汽车工业的发展,轿车车轮开始采用铸造镁合金。但由于这类铸件试验条件十分严格和气密性要求高,同时还要求工艺出品率高,生产成本低,给铸造生产带来极大困难，因此成本仍偏高于铝合金。尽管如此，镁合金的应用前景仍然看好，在欧美镁压铸件的采用量近几年来呈上升趋势。当前，发达国家的赛车及部分民用高档车正在使用镁合金轮毂，大幅度提高镁合金锻造轮毂的用量。用镁合金制造车轮，是高档汽车发展的一个趋势3。 （2）复合材料（塑料或碳纤维），一般用于赛车，重量更轻，强度高，但价格昂贵。 （3）钢铝组合车轮，轮辋为普通钢制轮辋，轮辐为铸造的铝合金轮辐，经过机械加工，借助嵌件与钢的轮辋装焊而成。它集中了钢制车轮与铝合金车轮的优点，并以其较低的价格占领了市场的一席之地。在美国，钢铝组合式车轮已经通过了台架试验和道路试验，得到了广大用户的认可。在我国它还处在新生期，有待进一步的研究4。铝合金车轮挤压铸造工艺作者：上海交通大学 洪慎章 曾振鹏摘要采用挤压铸造代替压力铸造生产铝合金车轮，不仅克服了压铸件内部容易形成气孔和氧化夹杂的缺陷，而且提高了成品率及材料利用率。介绍了铝合金车轮挤压铸造的模具结构及设计参数，分析了挤压铸造的工艺参数及选择依据。 关键词：铝合金车轮挤压铸造模具结构 目前，国内卡丁车(类似碰碰车)都从国外进口，其中铝合金车轮是一个重要零件。过去，国外采用压力铸造生产该铸件，铸件质量差，且成品率低，劳动强度大。针对该铸件的结构特点和性能要求，如何提高其产品质量、降低原材料消耗、节约能源、提高劳动生产率及降低铸件成本，是当前生产中的关键。从研制的情况可知，采用挤压铸造代替压力铸造是今后制造铝合金车轮行之有效的工艺。 1车轮材料、要求及铸件设计 图1所示为铝合金车轮零件图。车轮不仅有较高的性能要求，而且形状十分复杂。 图1车轮零件图车轮材料的化学成分(质量分数)为：1.5%3.5%的Cu,10.5%12.0%的Si,0.3%的Mg，1.0%的Zn，0.5%的Mn，1.3%的Fe,0.5%的Ni,0.5%的Sn，其余为Al。力学性能要求：b276 MPa,s115 MPa,4.4%,HB92。 该车轮内外形的尺寸精度较高，都应加放加工余量及余块。按挤压铸造工艺的要求，把形状复杂的车轮零件图设计如图2所示的铸件图。由该图可见，为便于从铸件内孔脱出及简化模具加工，把原来的阶梯轴孔设计成圆柱形中心孔，其直径为30 mm，内壁斜度为31。 图2车轮铸件图2模具结构及设计参数1 2.1挤压铸造模具结构 铝合金车轮挤压铸造的模具结构如图3所示。它主要有凸模、右凹模、顶杆镶块和左凹模组成所要求的型腔。左凹模和右凹模分别固定在左凹模定模板和右凹模动模板上，左凹模定模板用螺钉紧固在下模板上，右凹模动模板经过侧缸在导柱上实施开启及闭合。 图3车轮挤压铸造模具 1.上模板 2.凸模固定板 3.凸 模 4.导 柱 5.右凹模 6.右凹模动模板 7.垫 板 8.下模板 9.顶杆镶块 10.左凹模 11.左凹模定模板采用2000 kN油压机改装进行挤压铸造，其工作过程是：将定量的合金熔液浇入型槽后，固定在活动横梁上的凸模以一定速度向下挤入型腔，压力达一定数值后保压；铝合金凝固后卸压，凸模通过工作缸的回程向上移动，顶杆镶块通过下顶缸从铸件内向下退出，直到全部脱离铸件之后，再用侧缸开启右凹模，取出铸件。 2.2模具设计的主要参数 (1) 间隙凸模与左、右凹模之间的间隙要适当。过小则因凸模与凹模的装配误差而相碰或咬住；过大则合金熔液通过间隙喷出，造成事故；或者在间隙中产生纵向毛剌，减小加压效果，阻碍卸料。合理的间隙与加压开始时间、加压速度、压力大小、工件尺寸及金属材料有关。根据实际生产经验，单边间隙取0.1 mm。 (2) 脱模斜度合金熔液在凸模压力下凝固成铸件，冷却后紧包在凸模及顶杆镶块上。为了便于凸模及顶杆镶块脱出，故在凸模及顶杆镶块上设有3的脱模斜度。由于铸件外形呈圆状，且分在左、右两片凹模，只要右凹模向右移动一定距离，铸件就易从左凹模取出，故不必设置脱模斜度。 (3) 排气在左、右两片凹模完全闭合后，合金熔液因缓慢地浇入型腔，型腔中气体可基本排出。挤压铸造时，留在凸模导向部分的少量气体，通过凸模与凹模之间的间隙排出。 (4) 模具材料挤压铸造是在一定的压力和一定的温度下进行的，不存在像压铸模那样受到金属液的冲刷。工作压力比压铸时高，只要求模具在高温下有一定的抗压强度即可。另外，为了防止与合金熔液接触的模具表面产生热疲劳裂纹，左右凹模、凸模及顶杆镶块均采用3Cr2W8V合金模具钢制造，热处理后硬度为HRC4852，型腔表面进行软氮化处理。 3挤压铸造的工艺参数 挤压铸造是铸锻结合的工艺，其生产工艺过程是：合金的熔化、模具的准备(清理、预热、喷涂润滑剂)、金属的浇注、液态金属的加压、压力的保持、压力的去除及铸件的取出等。 为保证铸件质量，须合理选择工艺参数12。 (1) 比压压力大小对铸件的物理力学性能、铸造缺陷、组织、偏析、熔点及相平衡等都有直接影响。所以确定成形必须的单位压力是很重要的。如果比压过小，铸件表面与内在质量都不能达到技术指标；比压过大，对性能的提高不十分明显，还容易使模具损坏，且要求较大合模力的设备。挤压铸造试验是在2 000 kN油压机上进行的。试验证明，适合于本铝合金车轮挤压铸造的比压应在5060 MPa范围内选取。 (2) 加压开始时间从车轮挤压铸造试验的结果来看，其加压开始时的间隔时间过长，铸件的强度及伸长率降低。现用的开始加压时间是35 s，较为合适。 (3) 加压速度挤压铸造要求一定的加压速度，在可能情况下，以加压速度快一点为好。加压速度快，则凸模能很快地将压力施加于金属上，便于成形、结晶和塑性变形。但也不宜过快，否则会使部分合金熔液的表面产生飞溅及涡流，使铸件产生缺陷，以及在凸、凹模之间的间隙中流出过多的合金熔液，形成难以去除的纵向毛刺。因此，必须使凸模缓慢地压入液态金属中。由于使用的油压机工作进给速度较慢，故利用工作行程的速度进行压制。 (4) 保压时间压力保持时间主要取决于铸件厚度，在保证成形和结晶凝固条件下，保压时间以短为好。但是保压时间过短，则铸件内部容易产生缩孔，如果保压时间过长，则会延长生产周期，增加变形抗力，降低模具使用寿命。考虑本车轮的壁厚情况，挤压铸造的保压时间选用12 s左右。 (5) 模具预热温度模具若不预热，合金熔液注入型腔后会很快凝固，导致来不及加压；但预热温度也不能过高，否则会延长保压时间，降低生产率，同时也不利于喷涂润滑剂。对本车轮挤压铸造模具的预热温度为200300，通常是用煤油喷灯进行加热。 (6) 合金浇注温度浇注温度过高或过低都对合金成形有明显影响。过低，合金极易凝固，所需单位压力大；过高，易产生缩孔。必须指出，挤压铸造合金的浇注温度要比砂型浇注温度高。一般希望把浇注温度控制在比较低的数值，因为挤压铸造时希望消除气孔、缩孔和疏松。在浇注温度低时，气体易于从合金熔液内部逸出，极少留在金属中，易于消除气孔。此外，也可减少缩孔形成机会，同时由于浇注温度较低，金属溢出较少，可减少毛刺。对本车轮挤压铸造的浇注温度选用720740为最合适。 (7) 润滑剂润滑剂的作用是保护模具，提高铸件表面质量和便于从模具内取出铸件。采用机油石墨润滑剂，即5%的200300目的石墨粉加入到95%机油中，搅拌均匀即可。用喷枪喷涂在模具型腔表面上，其厚度为0.050.1 mm，过厚会影响铸件表面质量。 (8) 冷却挤压铸造卸压后，一般应立即脱模，故铸件的出模温度较高。为了防止高温的铸件空冷时在薄壁与厚壁的交界处产生裂纹，应将出模后的铸件立即放入砂堆中，待冷却到150以下时再取出空冷。 4结论 在汽车、摩托车及自行车等交通工具零件生产中，世界各国逐渐用铝合金代替钢质材料的系统工程研究是今后长时间需要解决的问题。铸造技术和热锻技术有机结合，形成先进的挤压铸造成形工艺，在技术上和经济上明显优于压力铸造工艺。它特别适合于形状复杂、带有多孔或台阶形状类零件的成形，是一种具有较宽的适用性、较大推广价值及很有发展前途的工艺。 作者简介：洪慎章，男，1932年出生，教授，上海交通大学塑性成形工程系，上海华山路1954号（200030） 作者单位：洪慎章上海交通大学 曾振鹏教育部高温材料及测试开放试验室 新手购车需要注意什么？告别了年底购车的机会，对于许多朋友来说，春节前也是一个重点考虑的时机。虽然说优惠幅度很小，让这个时候看起来并不适合出手，但小编还是总结了几点购车时值得注意的事项，供一些第一次购车的朋友参考：一、计算车价时不要忽略购车时所必须交纳的保险费、车船税等附加费用。假如购车预算为10万，那么你所考虑的车型市场价就不能超过9万元。二、如果不是急于购车，那就最好选择车辆价格较低，而且市场价格较平稳的时候。三、从节油观点来看，汽车的自重与油耗成正比，小型车自重每增加40公斤要多耗燃油1%。四、相同品牌相同型号的车比较，自动挡的车不省钱，在城市里面行车经常会遇到红灯和行人横穿，所以手动排挡的车很麻烦，自动挡就轻松多了，但是轻松也要付出代价的，代价就是你要比别人多付一些汽油费。五、子午线轮胎与斜交轮胎相比，耐磨性可以提高50%100%，阻力降低20%30%，而且可以节油6%8%；真空胎在高速行驶时基本不会爆胎，安全性很好。六、铝合金车轮的价格一般是钢轮的23倍左右，但使用效益也远高于钢轮：质量轻，省油；散热性能好，增加轮胎寿命；真圆度高，可以提高车轮运动精度，适合高速行驶；非常环保，可以100%回收。七、零公里汽车是指车辆出厂后未经任何运营，直接售出或经专用运输工具送到经销商处，其行驶里程为零。不要选择已经行驶了一定里程的新车，因为送车司机常常会为了赶时间而超速行驶，造成发动机磨损严重，这种车最好不要买。八、进口车从质量上看要优于国产车，但是其维修网点没有国产车多，维修费用也远高于国产车，所以还是国产车省钱。九、汽车环保越来越受重视，环保法规将越来越严格。环保水平一般的车型淘汰速度将逐步加快。所以，如果想一步到位，在买车前就要考虑好环保性能，尽量买符合欧3、欧4排放的车型