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钢制变截面轮辋应用研究 邵云凯，张世江，邹立春 长春一汽富维汽车零部件股份有限公司 摘要：本文利用强力旋压工艺实验测量数据，通过Abaqus 软件对比分析，阐述变截面轮辋 设计方法，研究钢制变截面轮辋的厚度分布规律，从而推广钢制变截面轮辋应用。 关键词：强力旋压、分析、变截面、轮辋 Abstract: In this paper, by power spinning process experimental data and Abaqus comparative analysis to explain the variable cross-section rim design, variable cross-section of the steel rim thickness distribution, and to promote the application of steel variable cross-section rim. Keyword: Power Spinning 、Analysis 、Variable Cross-section 、Rim 0. 引言 车轮是汽车上的重要部件，起着承载、转向、驱动、制动等作用，车轮性能直接影响 汽车的安全性、可靠性和操纵稳定性。汽车配套的车轮按照材料划分主要包括钢制车轮和 铝制车轮两类。目前汽车行业面临着节能、减排的巨大压力，钢制车轮轻量化已成为汽车 轻量化的关键技术之一，实现钢制车轮轻量化能够提升钢制车轮对于铝制车轮的竞争力。 无内胎钢制车轮由轮辐和轮辋两部分焊接制成，如图1、2 所示。目前, 无内胎钢制车 图1. 轮辐旋压成型的车轮示意图 图2. 轮辐冲压成型车轮的车轮示意图 轮的轮辐主要分两种，一种是载重车、客车上普遍采用旋压成型等强度结构，如图1 所示； 另一种是乘用车普遍采用板料冷冲压成型结构，如图2 所示，而相应的轮辋大多数仍然采 用等厚度结构。这种等厚轮辋的截面厚度是按最危险受力截面设计的, 受力小的截面也采取 相同的厚度。这样，不仅造成材料的浪费，而且也会增加车轮的质量。为了满足汽车轻量 化的要求，车轮轮辋也开始采用等强度结构设计，即采用变截面轮辋。变截面轮辋的厚度 是按轮辋截面所受载荷的大小而变化的，载荷大的部位截面设计较厚，载荷小的部位截面 设计较薄[1]。随着强力旋压工艺和设备的发展，强力旋压工艺应用范围不断扩大[2]。本文 轮辋坯料采用等厚筒料 （板料卷园焊接而成）通过强力旋压工艺实现轮辋壁厚的分配，轮 辋坯料如图3 所示,与普通等厚度轮辋相比，其材料利用率高、成本低、强度高、安全性好。 图3. 轮辋等厚筒料和强力旋压后变截面轮辋坯料对比图 径向疲劳实验是钢制车轮最主要、最基本的体现车轮轮辋性能的实验。本文采用数值 模拟技术，结合强力旋压工艺实验测量数据，通过Abaqus 有限元分析软件进行不同结构轮 辋对比分析，模拟一款6J×14 车轮在径向疲劳实验中受力状态，研究钢制变截面轮辋的厚 度分布规律和变截面轮辋在钢制车轮设计中的应用，实现变截面轮辋轻量化设计目标，从 而推广钢制变截面轮辋应用。 1. 有限元模型建立 1.1 轮辋材料旋压性能演变 本文论述的车轮包括两个模型，等厚轮辋车轮模型和变截面轮辋车轮模型，这两种模 型轮辋坯料采用同一种高强钢2.5mm 厚钢板。变截面轮辋坯料是通过强力旋压工艺实现壁 厚的分配，强力旋压工艺对轮辋料具有双向轧压作用，强力旋压时大部分金属沿轴向流动， 小部分金属沿切向流动，随着减薄率的增加材料组织细化程度增加从而机械性能得到提高。 图4、图5 是实验测得数据。 700 650 600 a P 550 M / 度 强 500 拉 轴向 抗 450 环向