汽車輪轂制備及熱加工工藝參數(shù)對性能的影響1．選題的背景與意義車輪是汽車的重要組成部分，作為汽車的主要承載件，影響著汽車的安全性和可靠性，是影響整車性能的安全部件之一，因此安全性是車輪制造中要考慮的首要因素。汽車在行駛過程中，車輪不僅受到垂直載荷、沖擊載荷以及周期載荷的作用，同時(shí)受到不同方向的作用力(包括正壓力、啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)的扭矩和沖擊力以及轉(zhuǎn)彎時(shí)的復(fù)雜受力)，這些作用力都顯著影響車輛在運(yùn)行過程中的舒適性和安全性。為了滿足對舒適性、安全性以及綠色環(huán)保的要求，采用具有吸收震動(dòng)和反彈力量特性的鋁合金生產(chǎn)汽車輪轂成為最佳選擇。目前，鋁合金輪轂以其質(zhì)輕、節(jié)能、散熱好、耐腐蝕、加工性好等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用[1]。全世界鋁合金輪轂的使用率估算已經(jīng)超過40%，幾乎覆蓋了所有汽車車型。在我國，從20世紀(jì)40年代以來鋁合金輪轂的生產(chǎn)廠家通過優(yōu)勝劣汰的過程，正朝著健康方向發(fā)展?，F(xiàn)在，在汽車以及摩托車中已有幾十種關(guān)鍵零部件，可以說鋁合金輪轂是目前唯一能夠替代進(jìn)口，并且可以向歐美等發(fā)達(dá)國家出口的重要零部件[2-3]。另外，隨著汽車產(chǎn)業(yè)市場全球化以及國際化采購進(jìn)程的加快，中國的制造業(yè)逐漸向世界性的制造基地轉(zhuǎn)變。國內(nèi)的一些管理嚴(yán)謹(jǐn)、技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量過硬的鋁合金輪轂制造及生產(chǎn)企業(yè)，已經(jīng)逐步成為全球性供貨商。因此，針對鋁合金輪轂在國際上的發(fā)展情況，結(jié)合對汽車輪轂生產(chǎn)工藝的試驗(yàn)及研究，有必要針對鋁合金汽車輪轂的生產(chǎn)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。2．國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)分析在汽車輪轂材料中，應(yīng)用最廣泛的是鋁合金材料，鋁合金屬于輕質(zhì)合金，重量比鋼鐵材料降低3/5左右。因此，輪轂鋁合金輪轂重量顯著減輕。根據(jù)前人統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，采用鋁合金輪轂的輕型汽車整車重量要比采用傳統(tǒng)的鋼制輪轂的輕型汽車整車重量明顯降低40%左右；采用鋁合金輪轂的中型汽車整車的重量相當(dāng)于采用傳統(tǒng)的鋼制輪轂的中型汽車整車重量的70%。美國森特來因-圖爾公司曾對不同合金輪轂的生產(chǎn)制造工藝及性能進(jìn)行過對比，以整體式輪轂和用鋼板沖壓出的鋼制輪轂的6061鋁合金為例，整體式輪轂通過分離旋壓加工方法，且每加工一個(gè)輪轂的時(shí)間在90s以內(nèi)，不僅輪轂整體的重量減少一半，而且在保證輪轂尺寸相同的前提下抗壓強(qiáng)度得到一定程度提高，同時(shí)省去的組裝過程中的人力物力等，進(jìn)而產(chǎn)品的生產(chǎn)效率明顯提高了，并且有利于大批量生產(chǎn)。并且，鋁熱容量大,導(dǎo)熱能力是鋼的1.5倍左右，能夠快速地散發(fā)掉輪胎因與地面磨擦產(chǎn)生的熱量，提高了汽車行駛的安全性，同時(shí)延長輪胎壽命。一直以來，鋼制輪轂占據(jù)了汽車輪轂應(yīng)用的主要地位。但隨著人們對汽車安全、環(huán)保、節(jié)能、舒適等方面要求的不斷提高，以及鋁制輪轂在設(shè)計(jì)與制造技術(shù)上的不斷進(jìn)步，鋁制輪轂與鋼制輪轂相比有很多優(yōu)越性，雖然應(yīng)用歷史不長，但發(fā)展速度很快，正逐步代替鋼制輪轂成為最佳選擇。20世紀(jì)70年代起發(fā)達(dá)國家開始大批量推廣應(yīng)用鋁制輪轂，我國在20世紀(jì)80年代末，開始了解鋁合金汽車輪轂，并且對它進(jìn)行生產(chǎn)制造[4-5]。與其他材料相比,鋁合金輪轂具有以下優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)輕節(jié)能。鋁合金輪轂相比傳統(tǒng)的鋼制輪轂重量減少40%左右，四輪制動(dòng)慣性及制動(dòng)能量降低，從而使加速時(shí)間降低，減少油耗。在車速為90-120km/h時(shí)，油耗可減少0.0138L/100km。吸震舒適。鋁合金輪轂多采用數(shù)控設(shè)備加工，精度高，振擺與振動(dòng)減少，汽車在行駛過程中的平衡性提高，并且高速行駛性能好。據(jù)研究，鋁合金輪轂比鋼制輪轂的振動(dòng)程度降低了12%。散熱性好。車輪熱源主要由剎車產(chǎn)生的摩擦熱和輪胎與行駛路面間的摩擦熱兩部分產(chǎn)生。尤其是高速行駛的汽車，如果車輪溫度過高，無疑增加了爆胎的危險(xiǎn)性。而鋁的熱容量大,導(dǎo)熱能力是鋼的1.5倍左右，散熱性系數(shù)是鋼的2-3倍。并且，鋁合金輪轂因其表面設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)特性有助于散熱，所以即使在長途行車過程中出現(xiàn)連續(xù)剎車的情況也可保證車輪系統(tǒng)在安全范圍內(nèi)，從而降低爆胎危險(xiǎn)，提高安全性。美觀高檔。隨著人們審美度的提高，對于汽車美觀度的要求也不多。而輪轂的美觀度對汽車整體形象有著很大影響，并且輪轂造型直接關(guān)系著汽車車身設(shè)計(jì)的品味和檔次。鋁合金輪轂不僅有精美的外觀設(shè)計(jì)，多樣化的造型，車轂合一的特性，而且還可以進(jìn)行各種花紋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)加工，以及表面處理噴涂進(jìn)行色彩調(diào)配，以滿足各類使用者的不同審美要求。饒曉曉[6]等人主要是針對固溶處理階段的固溶處理溫度與保溫時(shí)間等工藝參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，結(jié)合各固溶處理參數(shù)下所獲得組織及其相應(yīng)的力學(xué)性能，探討固溶處理對于合金的性能之間的關(guān)系。他們通過研究表明，當(dāng)固溶處理的試驗(yàn)溫度設(shè)定為535℃的時(shí)候，鋁合金試樣的抗拉強(qiáng)度與硬度及其延伸率會隨著保溫時(shí)間的增加而升高，但是當(dāng)時(shí)間達(dá)到一定值之后，這些力學(xué)性能變回明顯下降。在535℃下的這個(gè)臨界保溫時(shí)間為3.5小時(shí)—4.5小時(shí)之間。此時(shí)，合金的各項(xiàng)力學(xué)性能最優(yōu)。同時(shí)他們的結(jié)果還表明，該合金在545℃下固溶，保溫3.5小時(shí)的時(shí)候綜合力學(xué)性能最好?？姴┏热薣7]對鑄造態(tài)的鋁合金及其T5熱處理狀態(tài)下的合金的力學(xué)性能進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，鑄造態(tài)的鋁合金的力學(xué)性能與熱處理后相比明顯降低了，同時(shí)，通過半固態(tài)壓鑄件與液態(tài)壓鑄件和普通鑄件的力學(xué)性能相比，半固態(tài)壓鑄試樣的力學(xué)性能最佳，普通鑄造試樣的力學(xué)性能表現(xiàn)為最差。楊彬等人[8]在鋁合金中參加的一些混合稀土元素，并對添加稀土元素的合金與未添加的合金性能進(jìn)行了比較，研究結(jié)果表明，添加稀土元素的鋁合金的性能在熱處理的條件下表現(xiàn)很好的綜合力學(xué)性能，塑性提升的最為明顯。劉宏磊[9]對低壓鑄造.2輪轂進(jìn)行多級人工時(shí)效研究發(fā)現(xiàn)，低壓鑄造.2鋁合金輪轂的力學(xué)性能變化幅度隨人工時(shí)效次數(shù)的增多而不斷減小，而力學(xué)性能變化幅度在經(jīng)過三次人工時(shí)效后基本無明顯變化。陳曠等[10]對鋁合金低壓鑄造輪轂進(jìn)行雙級時(shí)效（在T6熱處理前，先進(jìn)行低溫預(yù)時(shí)效）研究。結(jié)果表明，在預(yù)時(shí)效溫度100℃～120℃，預(yù)時(shí)效時(shí)間12h～14h條件下，合金的抗拉強(qiáng)度提高了10%；屈服強(qiáng)度提高了38%；而伸長率在8%以上，最高達(dá)到13.5%。StJohn等人[11]研究了鋁合金在短時(shí)固溶處理下的組織差異及其相應(yīng)的拉伸性能與沖擊性能的變化。研究結(jié)果表明，在540℃下保溫10分鐘的情況下，α（Al）充分均勻化，并且硅與鎂也達(dá)到了最大程度的溶解。固溶處理30分鐘后，產(chǎn)生了球化，粗化現(xiàn)象，并且共晶Si的粒子間距增大，同時(shí)，材料的塑性與沖擊性能得到了明顯提升。與傳統(tǒng)的長時(shí)間固溶處理相比，540℃下30分鐘短時(shí)固溶處理足以達(dá)到常采用的長時(shí)間固溶處理（約6小時(shí)）下材料屈服強(qiáng)度的90%，抗拉強(qiáng)度的95%。但是沖擊性能下降明顯，不到長時(shí)間固溶處理試樣的80%。目前，人們對于鋁合金的熱處理的研究的具體內(nèi)容雖然有所差別，但是基本還是停留在實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)，不能滿足鋁合金輪轂實(shí)際生產(chǎn)的需要，對于實(shí)際的鋁合金輪轂的生產(chǎn)的指導(dǎo)意義不是很大。因此，對于能夠應(yīng)用與鋁合金輪轂實(shí)際生產(chǎn)的熱處理工藝的改進(jìn)應(yīng)用仍然需要進(jìn)行具體的研究，以達(dá)到提升生產(chǎn)效率的目的。3．主要研究內(nèi)容（含課題研究方法、設(shè)計(jì)方案或論文撰寫提綱）本文以汽車輪轂為研究對象，設(shè)計(jì)并制備優(yōu)異的熱力學(xué)性能的汽車輪轂，針對給定零部件尺寸和制造要求，合理的規(guī)劃工藝流程設(shè)計(jì)零部件；通過力學(xué)試驗(yàn)對其在不同熱加工工藝參數(shù)下進(jìn)行性能分析，為工程中實(shí)際生產(chǎn)建立理論基礎(chǔ)。論文結(jié)構(gòu)如下：1.緒論2.汽車輪轂3.熱力學(xué)表征及工藝參數(shù)優(yōu)化4.結(jié)論5.致謝6.參考文獻(xiàn)4．總體進(jìn)度安排（年度研究計(jì)劃、預(yù)期成果及現(xiàn)有研究工作基礎(chǔ)）2022年10月15日-2022年11月15日：擬定畢業(yè)設(shè)計(jì)研究方向和畢業(yè)設(shè)計(jì)題目；2022年11月15日-2022年12月1日：根據(jù)指導(dǎo)老師下達(dá)的任務(wù)書查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料；2022年12月1日-2022年12月15日：撰寫文獻(xiàn)綜述、開題報(bào)告并進(jìn)行開題答辯；2022年12月16日-2023年4月25日：收集并整理參考文獻(xiàn)資料、撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書形成初稿；2023年4月26日-2023年5月9日：根據(jù)指導(dǎo)老師修改意見進(jìn)行論文修改并定稿；并進(jìn)行檢測2022年5月30日前：答辯。5．論文工作過程中可能遇到的問題及對策對于歷史文獻(xiàn)資料的搜索收集工作缺乏技巧，獲得的資料不夠全面，通過尋求導(dǎo)師幫助和請教同學(xué)，通過豐富搜索渠道、優(yōu)化關(guān)鍵詞等方法再次搜索收集并整理課題相關(guān)的歷史文獻(xiàn)。6．參考文獻(xiàn)[1]D.E.Joslin,D.P.Clements.SqueakyWheelOptimization.FifteenNationalConferenceonIAAA-98andIAAI-98Procedding[J].1998,12()56:56-57.[2]楊映芬,齊洪亮.鋁合金汽車輪轂的市場需求及發(fā)展趨勢[J].有色金屬計(jì),1999,26(1):65-70.[3]宋春強(qiáng),鋁合金汽車輪轂的市場需求與發(fā)展趨勢[J].鋁加工,2006,32(5):5-9.[4]沈俊.鋁合金汽車輪轂及其生產(chǎn)工藝[J].有色金屬加工,2002(1):23-24.[5]王雪松.鋁合金汽車輪轂及其生產(chǎn)工藝[J].民營科技,2015(3):140-145.[6]饒曉曉，胡樹兵．A356鑄造鋁合金熱處理強(qiáng)化工藝研究[D]．武漢,華中科技大學(xué)，2007:12-14[7]廖博超.A356合金的半固態(tài)流變壓鑄及熱處理對組織性能的影響[D].哈爾濱.哈爾濱工業(yè)大學(xué),2010:46-48.[8]楊彬,高平,趙寶榮,等.混合稀土及熱處理對A356合金組織與性能的影響[J].機(jī)械工程材料,2006,30(4):68-69.[9]劉宏磊.鋁合金輪轂熱處理工藝節(jié)能探討[J].熱處理,2013,5:61-62.[10]陳曠,關(guān)紹康,胡保健等.雙級時(shí)效工藝對低壓鑄造A356合金輪轂力學(xué)性能的影響[J].輕合金加工技術(shù),2006,34(4):4