鍛造鋁圈生產流程與參數-隨便就幾個億的產線

輪圈是透過外部拉力、推力或自身扭力轉動，使得車體與地面產生相對運動而前進、後退的重要零部件，由早期的木輪、鐵皮輪發展到現代的含胎焊接鋼圈、鑄造鋁圈、鍛造鋁圈，主要皆是為了追求高強度、輕量化、性能與美觀的產品目標，坊間所謂簧下1kg簧上10kg是指當車輛避震系統下方零件減重1kg會獲得如車體結構減少10kg的效能，姑且不論數值是否正確，但確實在行駛過程中有效提升起步時的反應與平均油耗；以15噸6輪大貨車所配備22.5*8.25吋輪圈而言，單顆鐵圈重達50kg，鍛造鋁圈則僅有一半25kg，依貨車司機實際在相同路況試駕表示起步約可減少半個至1個檔位，另外的優點則是可以增加25*6=150kg載貨重量，因此現今不只轎式汽車都已標配鋁合金輪圈，甚至新型貨卡車也逐步以鋁合金輪圈作為選配項目。

鍛造鋁圈(Forging Aluminum Wheel)於機車、汽車、卡車各有不同程度上的應用，而材料絕大部分都以AL 6061鋁合金的連鑄材或擠型材圓棒作為鍛造胚，但各家車廠會因應不同的需求調整成分來達到細晶化的耐疲勞特性、高降伏的抗變形能力或不同延伸率的衝擊吸收效能，不過就成形與產品測試的流程而言差異不大：

1.鋁棒：原則上20吋以上輪圈鍛胚大都採用10吋連鑄棒進行鍛造，使用前務必均質化處理(Homogenization)消除鑄造樹狀晶結構，避免鍛造時棒料本體或內部脆裂缺陷產生。

2.裁切: 連鑄棒長度一般為6米長，需視鍛胚體積計算材切所需錠料長度，須注意連鑄料表面是否有波浪紋產生或是外環粗晶現象，如有則透過外徑車銷或剝皮將其去除，減少鍛胚疊料或表面裂紋。

3.胚料加熱: 輪圈生產以熱鍛為主，鍛造前須將胚料加熱至460~480℃，一般以連續式電熱或瓦斯爐為主，不過我個人會比較推崇高週波感應加熱，快速且溫度容易控制，當然設備成本高了不少。

4.模具預熱: 為的是避免400多度的胚料接觸到冷模具而降低成形性(通常稱為激冷效應)，預熱溫度為200~250℃(過高水性潤滑劑會氣化不易附著)，一般模具預熱方式有於內埋電熱棒或瓦斯火槍直接加熱，優點是方便但均溫性不好(模具太大)，當然比較折衷的方式可以將不良鍛胚重新加熱後置於模腔內使模具均溫(這方法我比較喜歡)，更高級的做法則是做一咖可以容納模具的箱型爐，鍛造前將整套模具放進去預熱，鍛造時再取出使用，不過就看移送和裝模的時間了，速度太慢還是會造成模溫不足。

5.潤滑: 最常用的就是石墨潤滑劑，在鍛造胚料置入前噴塗於模具上，一般是水性，有嚴苛一點的填料特徵會用油性，但鍛造時容易著火並有高汙染的廢氣產生(聽說多喝一點牛奶可以解毒)，如有特別要求鍛件表面品質與黏料狀態，則會搭配使用於胚料預塗的玻璃潤滑劑，藉由高溫熔融的半固態玻璃包覆胚料於鍛造時達到保溫、潤滑、減少胚料與模具接觸的效果。

6.鍛造: 由於超過20吋的輪圈鍛造負荷都在5,000噸以上，所以設備會選用油壓式鍛造機降低成本，且量產時的使用負荷通常保持於最大容許出力的8成(這看設備商)，所以建議設備要求至少8,000噸，床台尺寸約3*2米。

7.旋鍛: 早期的鍛造輪圈的RIM部大都為直接鍛造延伸在擴張加工，但材料過於浪費，因此在近20年都是以旋鍛成形，單邊預留2~3mm的加工量，強度好且生產效率也不錯(之前的文章可以參考)，以德國或日本的設備較為穩定，近年台灣也有這類設備的開發。

8.熱處理: 6XXX系鋁合金為析出強化型，直白一點就是需要透過熱處理才會有強度產生，先固溶處理再時效硬化，旋鍛後的胚料建議以單件連續進入固溶處理爐(均溫性較好)，約535℃均溫後須於5秒內迅速泡進水裡藉以得到過飽和固溶體(以前的文章有說明)，水溫的高低和鍛件最後的強度、延伸率有關系，接著層層堆積在置料架上送進時效爐內升溫至175℃持溫8小時後就可以取出。

9.加工: 鍛件熱處理後通常先上CNC車床於上盤面與下盤面分段車削，接續移載至4軸半的銑削中心進行盤面造型與氣嘴加工，這部分算是成本較高的製程，車圈廠都自設一大群的串聯式加工設備，其中切削液須使用中性鋁合金專用型，避免表面咬花現象。

10.測試: 輪圈在設計階段都會先透過數值分析模擬強度，但在實際完成樣品後仍須進行符合VIA、TUV的徑向疲勞耐久測試、盤面彎矩扭力測試、胎唇衝擊測試與表面鹽霧耐腐蝕測試，才能出貨或出口給客戶端，尤其徑向疲勞耐久測試因所需迴轉數常高達400萬轉，輪胎常爆炸需置換，所以單顆測試時間約3~7天。

11.表面處理: 在輪圈加工後一般會進行陽極或粉、液體塗裝，但大部分選擇拋光鋁本色，拋光的質量效果通常取決於設備與拋光液，且須搭配液體透明塗裝，透視度較粉體好(不知隨時代進步粉體是否有改善了)。

12.上路使用: 鋁圈出口至寒帶國家需特別注意塗裝層保護是否足夠，因在下雪地區通常會灑鹽加速融雪效率，而鹽中含有氯和鈉離子會對鋁圈產生腐蝕，對於持續運轉的輪圈應力組合成應力腐蝕破壞(或沿晶破壞)，通常歐美地區對車輛零部件損壞造成的事故會對車廠要求高額賠償金，所以需特別小心。