汽车铝合金轮毂生产工艺研究
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2) 锻造法 锻造是铝轮毂应用较早的成形工艺之一 ,具有 强度高 、抗蚀性好 、尺寸精确 、加工量小等优点 ,一般 情况其重量仅相当于同尺寸钢轮的 1/ 2 或更低一 些 。锻造铝轮毂的晶粒流向与受力的方向一致 ,其 强度 、韧性与疲劳强度均显著优于铸造铝轮毂 。同 时 ,性能具有很好地再现性 ,几乎每个轮毂具有同样 的力学性能 。锻造铝轮毂的典型伸长率为 12 %～ 17 % ,因而能很好地吸收道路的震动和应力 。通常 铸造轮毂具有相当强的承受压缩力的能力 ,但承受 冲击 、剪切与拉伸载荷的能力则远不如锻造铝轮毂 , 锻造轮毂具有更高的强度重量比 。另外 ,锻造铝轮 毂表面无气孔 ,因而具有很好的表面处理能力 ,不但 能保证涂层均匀一致 ,结合牢靠 ,而且色彩也好 。锻 造铝轮毂的最大缺点是生产工序多 ,生产成本比铸 造的高得多 。 3) 半固态模锻法 半固态模锻是锻造的一种 ,介于固态成形和液 态成形之间的崭新工艺 。零件在模内收缩较小 ,机 械加工量减少 ,半固态模锻件表面平整光滑 、内部组 织致密 ,晶粒细小 ,力学性能高于压铸和挤压铸造 件 ,成形不易裹气 ,宏观气孔和显微疏松比常规铸件 中的少得多 ,成形温度低 ,模具寿命长等许多独特的 优点 。在国外主要应用在汽车铝合金零件制造方 面 ,被称为 21 世纪新一代新兴的金属成形技术 。国 内对这种技术的研究起步较晚 ,实际应用得很少 。
矩小 ; 3) 在轻量化的前提下 ,具有足够的强度 、刚度
和动态稳定性 ;
4) 与轴 、轮胎的可分离性好 ; 5) 具有优良的耐久性 ;
6) 其制造工艺能达到产品质量稳定 、成本低 、
多品种 、可大规模生产等要求 。
1. 4 汽车铝合金轮毂的成形方法 目前铝合金轮毂的生产方法主要有铸造法 、锻
造法 、冲压法和旋压法等 。我ห้องสมุดไป่ตู้的铝合金轮毂制造
为了满足使用功能和市场的需求 ,铝合金轮毂 在结构上有整体式和多件组合式等多种结构设计 ; 在外观造型上有宽轮辐 、窄轮辐 、多轮辐 、少轮辐等 多种造型设计 。出于安全的原因 ,在铝合金轮毂的 外观造型和结构设计时必须要以满足安全和使用功 能的要求为前提 。对于普通乘用车而言 ,整体式铝 合金轮毂足以满足其性能要求 。
第 2 ,改善驾驶性能 ,驾乘更舒适 。铝合金轮毂 能够实现高精度和与轮胎的分离性 ,减小振摆与振 动 ,改善车体重心 ,这因为铝合金的振动性能优于 钢 ,而且铝合金轮毂采用数控设备加工 ,平衡性能优
于钢 。钢轮毂采用热轧钢或冷轧钢带旋压焊接而 成 ,平衡性能差 ,特别是高速性能不好 ,铝合金轮毂 很好的解决了这一问题 。根据实际测算 ,铝合金轮 毂比钢轮毂的振动程度减轻了 12 %。
1 汽车铝合金轮毂的工艺分析
轮毂是汽车行驶系统的主要部件之一 ,是一种 要求较高的保安件 ,它与汽车行使性能 、乘车的舒适 性和安全性有着很大的关系 。长期以来 ,钢制轮毂 占据了汽车轮毂应用的主导地位 。随着人们对汽车 安全 、环保 、节能 、舒适等方面要求的不断提高 ,以及 铝制轮毂在设计与制造技术上的不断进步 ,虽然其 应用历史不长 ,但发展速度很快 ,正逐步代替钢制轮 毂成为最佳选择 。20 世纪 70 年代起发达国家开始 大批量推广应用铝轮毂 ,铝轮毂成为铝合金在汽车 上的第二个应用广泛的领域 。 1. 1 汽车铝合金轮毂的优点
汽车铝合金轮毂生产工艺研究
张 总1 ,2 ,张怀亮1
(1. 中南大学 机电工程学院 ,湖南 长沙 410075 ;2. 长沙航空职业技术学院 ,湖南 长沙 410124)
摘 要 :分析了汽车铝合金轮毂的优点 、结构和性能 ,结合汽车轮毂研发和生产过程 ,给出了汽车铝 合金轮毂的生产工艺 。随着世界汽车轻量化进程的加快 ,国际汽车市场竞争日趋激烈 ,节能化 、轻量化成 为我国汽车工业发展的必然趋势 ,目前轻合金轮毂主要为铝合金轮毂 ,镁合金轮毂尚处于起步阶段 ,而铝 合金轮毂生产方法有了较大进步 。因此 ,加强对汽车铝合金轮毂生产制造的研究是很有必要的 。
由于低压铸造是最基本和较经济的生产方法 , 所以目前低压铸造已成为铝合金轮毂生产的首选 ,
《新技术新工艺》·热加工工艺技术与材料研究 2008 年 第 10 期
·75 ·
图 4 汽车轮毂生产工艺流程图
[ 参考文献 ]
图 3 汽车轮毂研发流程图
日本的丰田汽车公司 、东京轻合金制作所和美国福 特汽车公司等企业均采用此工艺生产铝合金轮毂 , 国内的铝合金轮毂制造企业也多数采用此生产工 艺 。通过分析获得高质量的汽车铝合金轮毂的生产 过程 ,选用合理的生产工艺 。如图 4 所示 。
第 4 ,美观 。轮毂的美观程度对于汽车整车的 形象有着很大的影响 。现今的汽车轮毂设计是汽车 造型设计中 1 个不可遗漏的重点 ,并且轮毂造型直 接关系着汽车车身设计的品味和档次 。因此 ,如何 进行轮毂的造型设计 ,如何设计出有风格特色和审 美情趣的轮毂成为轮毂制造厂和设计者们关心的问 题 。铝合金轮毂的生产工艺与钢轮毂不同 ,其外观 设计精美 ,造型多样化 ,可以做到车毂合一 ,尽显完 美 ,提高整车的审美观 ,而且还可以设计加工成各种 花纹结构 ,通过表面处理形成不同的色泽或通过电 镀形成镀层 , 最大限度地满足各类使用者的审美 要求 。 1. 2 汽车铝合金轮毂的结构分析
撑轮辋的车轮部分
图 2 汽车轮毂的结构功能分析图
1. 3 汽车铝合金轮毂的性能要求 铝合金轮毂的种类 、结构较多 ,其要求因车种 ,
车型而异 ,但强度与精度兼备是最基本的共同要求 。 通过市场调研得知 ,车轮毂应具备以下性能 :
1) 材质 、形状和尺寸正确合理 ,能充分发挥轮
胎的功能 ,与轮胎互换 ,具有国际通用性 ; 2) 行 驶 时 , 纵 、横 向 振 摆 小 , 失 衡 量 与 惯 性
2 汽车铝合金轮毂生产工艺的研究
2. 1 汽车铝合金轮毂的设计开发流程 随着家用轿车品种的增加和价格的下调 ,汽车
正在成为当今中国老百姓消费的热点产品 。对汽车 的要求也开始从实用和认知向汽车的审美功能过 渡 。人们不仅要求汽车的性能优良 ,驾驶操作方便 , 还要求汽车外观符合自己的审美品位和身份定位 。 然而 ,轮毂的美观程度对于汽车整车的形象有着很 大的影响 ,如果企业没有自己设计开发轮毂的能力 , 是很难在市场上长久立足的 。因此轮毂的设计开发 是企业发展的关键所在 ,汽车铝轮毂进行设计开发 的主要方法和流程如图 3 所示 。 2. 2 汽车铝合金轮毂的生产工艺流程
仍以低压铸造为主 ,一些先进的制造工艺还未采用 。
但铝合金轮毂的制造技术在不断的发展 ,为了提高
其性能 ,现在向挤压铸造 (液态模锻) 成形 、半固态模 锻成形方向发展的趋势 。
1) 铸造法 铸造法生产铝合金轮毂具有适应性强 、花色品
种多样 、生产成本较低等优点 ,所以铸造法仍是生产 铝合金轮毂最普遍的方法 ,在目前全世界生产的铝 合金轮毂中 ,铸造的占 80 %以上 。其工艺方法有重 力铸造 、低压铸造 、压力铸造和挤压铸造等 。
部分 。 与车胎连接部分
气门孔 —安装轮胎气门嘴的孔。
槽 底 —为方便轮胎装拆 ,在轮辋上留
汽车轮毂
有一定深度和宽度的凹坑
偏 距 —轮辋中心面到轮辐安装面的距
轮毂 — 与车体连接部分
离 。有正偏距 、零偏距 、负偏距 之分 轮 辐 —与车轴车轮实施安装连接 ,支
3 结语
随着世界汽车轻量化进程的加快 ,国际汽车市 场竞争日趋激烈 ,节能化 、轻量化成为我国汽车工业 发展的必然趋势 ,目前轻合金轮毂主要为铝合金轮 毂 ,镁合金轮毂尚处于起步阶段 ,而铝合金轮毂生产 方法有了较大进步 。因此 ,加强对汽车铝合金轮毂 生产制造的研究是很有必要的 。
[ 1 ] 赖华清 ,范宏训. 汽车铝合金轮毂的成形工艺 [J ] . 金属 成形工艺 ,2002 (6)1 [ 2 ] 沈俊. 铝合金汽车轮毂及其生产工艺 [J ] . 有色金属加 工 ,2002 (1)1 [ 3 ] 蒋鹏 ,贺小毛 ,张秀峰. 半固态成形工艺在汽车工业中的 应用[J ] . 汽车工艺与材料 ,1998 (3)1 [ 4 ] 王昕. 铝合金汽车轮毂的生产方法 [J ]. 轻合金加工技 术 ,2001 (4)1 3 湖南省财政厅教育厅高校科研项目“CAD/ CAM 技术在 汽车轮毂模具加工中的应用研究”(编号为 07D004)
汽车轮毂的结构如图 1 所示 ,可分为轮辋和轮 毂 2 个部分 ,具体各部分功能分析见图 2 所示 。
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《新技术新工艺》·热加工工艺技术与材料研究 2008 年 第 10 期
图 1 汽车轮毂结构示意图
胎圈座 —与轮胎的胎圈接触 ,支撑维持
轮胎半径方向的轮辋部分 。
轮 缘 —保持并支撑轮胎方向的轮辋 轮辋 —
生产先进合理的铝合金轮毂是汽车铝化与高性 能化的主要内容之一 。与其他材料相比 ,铝合金轮 毂有以下优点 :
第 1 ,重量轻 , 节能降耗 。铝轮毂与钢轮毂相 比 ,重量可减轻 30 %～40 % ,减少了四轮的转动惯 性 ,使汽车的加速性提高了 ,并相对减少了制动的能 量需求 ,从而减少了油耗 。通过实际实验测算 ,以奥 迪轿车为例 ,铝合金轮毂重量减轻了 39. 5 % ,从起 步加速到 100 km 的速度需要的时间减少了 0. 3 s ; 在车速为 90～120 km/ h 时 ,油耗减少约为 0. 05 L/ 100 km ,在城市行驶时 , 可减少约为 0. 04 L/ 100 km ,每 10 万公里可节约耗油 40～50 L 。
作者简介 :张总 (19802) ,男 ,讲师 ,硕士研究生 ,研究方向为 机械设计及自动化 。
收稿日期 :2008 年 7 月 10 日
责任编辑 吕德龙
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《新技术新工艺》·热加工工艺技术与材料研究 2008 年 第 10 期
NC machining of hydrodynamic coupling pump wheel. The meth2 od of solving the problem in similar structure programming is loo2 king for the similar structure of pump wheel parts ,drawing simpli2 fy drawing of similar structure , setting up independent variable , programming with macro program and putting this program into the main program of NC machining. The method of solving the problem of work piece origin point correction is programming with macro program ,putting this program into NC system. The NC system will set the work piece origin point of coordinates according to the automatic record by using the program with macro program2 ming and the coordinate value tested by original point correction. Key words : hydrodynamic coupling pump wheel ; NC machining ; macro program ;application
关键词 :轮毂 ;铝合金 ;生产工艺 中图分类号 : T G 335. 8 文献标志码 :A
汽车轮毂是汽车上的重要零件 ,有实用性和装 饰性两种作用 ,在国外 ,轮毂工业被誉为“时装化工 业”,其品种繁多 ,形状复杂 ,尺寸精度要求高 ,因而 如何采用快速有效的方法进行产品开发 ,是在实际 生产中急待解决的问题 。
第 3 ,散热性能好 。车轮的热源由 2 部分产生 , 一是刹车产生的热 ;二是轮胎与路面的摩擦 。特别 是高速行驶的情况下 ,车轮温度很高 ,增加了爆胎的 危险性 。铝合金轮毂的散温系数是普通钢铁轮毂的 2～3 倍 ,而且轮毂表面设计的结构特性有利于散 热 ,即便在长时间行车中连续刹车的情况下 ,也能使 车轮系统保持适当的温度 ,因此使用铝合金轮毂可 减少积热 ,减少爆胎的机会 ,提高了安全性 。
矩小 ; 3) 在轻量化的前提下 ,具有足够的强度 、刚度
和动态稳定性 ;
4) 与轴 、轮胎的可分离性好 ; 5) 具有优良的耐久性 ;
6) 其制造工艺能达到产品质量稳定 、成本低 、
多品种 、可大规模生产等要求 。
1. 4 汽车铝合金轮毂的成形方法 目前铝合金轮毂的生产方法主要有铸造法 、锻
造法 、冲压法和旋压法等 。我ห้องสมุดไป่ตู้的铝合金轮毂制造
为了满足使用功能和市场的需求 ,铝合金轮毂 在结构上有整体式和多件组合式等多种结构设计 ; 在外观造型上有宽轮辐 、窄轮辐 、多轮辐 、少轮辐等 多种造型设计 。出于安全的原因 ,在铝合金轮毂的 外观造型和结构设计时必须要以满足安全和使用功 能的要求为前提 。对于普通乘用车而言 ,整体式铝 合金轮毂足以满足其性能要求 。
第 2 ,改善驾驶性能 ,驾乘更舒适 。铝合金轮毂 能够实现高精度和与轮胎的分离性 ,减小振摆与振 动 ,改善车体重心 ,这因为铝合金的振动性能优于 钢 ,而且铝合金轮毂采用数控设备加工 ,平衡性能优
于钢 。钢轮毂采用热轧钢或冷轧钢带旋压焊接而 成 ,平衡性能差 ,特别是高速性能不好 ,铝合金轮毂 很好的解决了这一问题 。根据实际测算 ,铝合金轮 毂比钢轮毂的振动程度减轻了 12 %。
1 汽车铝合金轮毂的工艺分析
轮毂是汽车行驶系统的主要部件之一 ,是一种 要求较高的保安件 ,它与汽车行使性能 、乘车的舒适 性和安全性有着很大的关系 。长期以来 ,钢制轮毂 占据了汽车轮毂应用的主导地位 。随着人们对汽车 安全 、环保 、节能 、舒适等方面要求的不断提高 ,以及 铝制轮毂在设计与制造技术上的不断进步 ,虽然其 应用历史不长 ,但发展速度很快 ,正逐步代替钢制轮 毂成为最佳选择 。20 世纪 70 年代起发达国家开始 大批量推广应用铝轮毂 ,铝轮毂成为铝合金在汽车 上的第二个应用广泛的领域 。 1. 1 汽车铝合金轮毂的优点
汽车铝合金轮毂生产工艺研究
张 总1 ,2 ,张怀亮1
(1. 中南大学 机电工程学院 ,湖南 长沙 410075 ;2. 长沙航空职业技术学院 ,湖南 长沙 410124)
摘 要 :分析了汽车铝合金轮毂的优点 、结构和性能 ,结合汽车轮毂研发和生产过程 ,给出了汽车铝 合金轮毂的生产工艺 。随着世界汽车轻量化进程的加快 ,国际汽车市场竞争日趋激烈 ,节能化 、轻量化成 为我国汽车工业发展的必然趋势 ,目前轻合金轮毂主要为铝合金轮毂 ,镁合金轮毂尚处于起步阶段 ,而铝 合金轮毂生产方法有了较大进步 。因此 ,加强对汽车铝合金轮毂生产制造的研究是很有必要的 。
由于低压铸造是最基本和较经济的生产方法 , 所以目前低压铸造已成为铝合金轮毂生产的首选 ,
《新技术新工艺》·热加工工艺技术与材料研究 2008 年 第 10 期
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图 4 汽车轮毂生产工艺流程图
[ 参考文献 ]
图 3 汽车轮毂研发流程图
日本的丰田汽车公司 、东京轻合金制作所和美国福 特汽车公司等企业均采用此工艺生产铝合金轮毂 , 国内的铝合金轮毂制造企业也多数采用此生产工 艺 。通过分析获得高质量的汽车铝合金轮毂的生产 过程 ,选用合理的生产工艺 。如图 4 所示 。
第 4 ,美观 。轮毂的美观程度对于汽车整车的 形象有着很大的影响 。现今的汽车轮毂设计是汽车 造型设计中 1 个不可遗漏的重点 ,并且轮毂造型直 接关系着汽车车身设计的品味和档次 。因此 ,如何 进行轮毂的造型设计 ,如何设计出有风格特色和审 美情趣的轮毂成为轮毂制造厂和设计者们关心的问 题 。铝合金轮毂的生产工艺与钢轮毂不同 ,其外观 设计精美 ,造型多样化 ,可以做到车毂合一 ,尽显完 美 ,提高整车的审美观 ,而且还可以设计加工成各种 花纹结构 ,通过表面处理形成不同的色泽或通过电 镀形成镀层 , 最大限度地满足各类使用者的审美 要求 。 1. 2 汽车铝合金轮毂的结构分析
撑轮辋的车轮部分
图 2 汽车轮毂的结构功能分析图
1. 3 汽车铝合金轮毂的性能要求 铝合金轮毂的种类 、结构较多 ,其要求因车种 ,
车型而异 ,但强度与精度兼备是最基本的共同要求 。 通过市场调研得知 ,车轮毂应具备以下性能 :
1) 材质 、形状和尺寸正确合理 ,能充分发挥轮
胎的功能 ,与轮胎互换 ,具有国际通用性 ; 2) 行 驶 时 , 纵 、横 向 振 摆 小 , 失 衡 量 与 惯 性
2 汽车铝合金轮毂生产工艺的研究
2. 1 汽车铝合金轮毂的设计开发流程 随着家用轿车品种的增加和价格的下调 ,汽车
正在成为当今中国老百姓消费的热点产品 。对汽车 的要求也开始从实用和认知向汽车的审美功能过 渡 。人们不仅要求汽车的性能优良 ,驾驶操作方便 , 还要求汽车外观符合自己的审美品位和身份定位 。 然而 ,轮毂的美观程度对于汽车整车的形象有着很 大的影响 ,如果企业没有自己设计开发轮毂的能力 , 是很难在市场上长久立足的 。因此轮毂的设计开发 是企业发展的关键所在 ,汽车铝轮毂进行设计开发 的主要方法和流程如图 3 所示 。 2. 2 汽车铝合金轮毂的生产工艺流程
仍以低压铸造为主 ,一些先进的制造工艺还未采用 。
但铝合金轮毂的制造技术在不断的发展 ,为了提高
其性能 ,现在向挤压铸造 (液态模锻) 成形 、半固态模 锻成形方向发展的趋势 。
1) 铸造法 铸造法生产铝合金轮毂具有适应性强 、花色品
种多样 、生产成本较低等优点 ,所以铸造法仍是生产 铝合金轮毂最普遍的方法 ,在目前全世界生产的铝 合金轮毂中 ,铸造的占 80 %以上 。其工艺方法有重 力铸造 、低压铸造 、压力铸造和挤压铸造等 。
部分 。 与车胎连接部分
气门孔 —安装轮胎气门嘴的孔。
槽 底 —为方便轮胎装拆 ,在轮辋上留
汽车轮毂
有一定深度和宽度的凹坑
偏 距 —轮辋中心面到轮辐安装面的距
轮毂 — 与车体连接部分
离 。有正偏距 、零偏距 、负偏距 之分 轮 辐 —与车轴车轮实施安装连接 ,支
3 结语
随着世界汽车轻量化进程的加快 ,国际汽车市 场竞争日趋激烈 ,节能化 、轻量化成为我国汽车工业 发展的必然趋势 ,目前轻合金轮毂主要为铝合金轮 毂 ,镁合金轮毂尚处于起步阶段 ,而铝合金轮毂生产 方法有了较大进步 。因此 ,加强对汽车铝合金轮毂 生产制造的研究是很有必要的 。
[ 1 ] 赖华清 ,范宏训. 汽车铝合金轮毂的成形工艺 [J ] . 金属 成形工艺 ,2002 (6)1 [ 2 ] 沈俊. 铝合金汽车轮毂及其生产工艺 [J ] . 有色金属加 工 ,2002 (1)1 [ 3 ] 蒋鹏 ,贺小毛 ,张秀峰. 半固态成形工艺在汽车工业中的 应用[J ] . 汽车工艺与材料 ,1998 (3)1 [ 4 ] 王昕. 铝合金汽车轮毂的生产方法 [J ]. 轻合金加工技 术 ,2001 (4)1 3 湖南省财政厅教育厅高校科研项目“CAD/ CAM 技术在 汽车轮毂模具加工中的应用研究”(编号为 07D004)
汽车轮毂的结构如图 1 所示 ,可分为轮辋和轮 毂 2 个部分 ,具体各部分功能分析见图 2 所示 。
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《新技术新工艺》·热加工工艺技术与材料研究 2008 年 第 10 期
图 1 汽车轮毂结构示意图
胎圈座 —与轮胎的胎圈接触 ,支撑维持
轮胎半径方向的轮辋部分 。
轮 缘 —保持并支撑轮胎方向的轮辋 轮辋 —
生产先进合理的铝合金轮毂是汽车铝化与高性 能化的主要内容之一 。与其他材料相比 ,铝合金轮 毂有以下优点 :
第 1 ,重量轻 , 节能降耗 。铝轮毂与钢轮毂相 比 ,重量可减轻 30 %～40 % ,减少了四轮的转动惯 性 ,使汽车的加速性提高了 ,并相对减少了制动的能 量需求 ,从而减少了油耗 。通过实际实验测算 ,以奥 迪轿车为例 ,铝合金轮毂重量减轻了 39. 5 % ,从起 步加速到 100 km 的速度需要的时间减少了 0. 3 s ; 在车速为 90～120 km/ h 时 ,油耗减少约为 0. 05 L/ 100 km ,在城市行驶时 , 可减少约为 0. 04 L/ 100 km ,每 10 万公里可节约耗油 40～50 L 。
作者简介 :张总 (19802) ,男 ,讲师 ,硕士研究生 ,研究方向为 机械设计及自动化 。
收稿日期 :2008 年 7 月 10 日
责任编辑 吕德龙
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《新技术新工艺》·热加工工艺技术与材料研究 2008 年 第 10 期
NC machining of hydrodynamic coupling pump wheel. The meth2 od of solving the problem in similar structure programming is loo2 king for the similar structure of pump wheel parts ,drawing simpli2 fy drawing of similar structure , setting up independent variable , programming with macro program and putting this program into the main program of NC machining. The method of solving the problem of work piece origin point correction is programming with macro program ,putting this program into NC system. The NC system will set the work piece origin point of coordinates according to the automatic record by using the program with macro program2 ming and the coordinate value tested by original point correction. Key words : hydrodynamic coupling pump wheel ; NC machining ; macro program ;application
关键词 :轮毂 ;铝合金 ;生产工艺 中图分类号 : T G 335. 8 文献标志码 :A
汽车轮毂是汽车上的重要零件 ,有实用性和装 饰性两种作用 ,在国外 ,轮毂工业被誉为“时装化工 业”,其品种繁多 ,形状复杂 ,尺寸精度要求高 ,因而 如何采用快速有效的方法进行产品开发 ,是在实际 生产中急待解决的问题 。
第 3 ,散热性能好 。车轮的热源由 2 部分产生 , 一是刹车产生的热 ;二是轮胎与路面的摩擦 。特别 是高速行驶的情况下 ,车轮温度很高 ,增加了爆胎的 危险性 。铝合金轮毂的散温系数是普通钢铁轮毂的 2～3 倍 ,而且轮毂表面设计的结构特性有利于散 热 ,即便在长时间行车中连续刹车的情况下 ,也能使 车轮系统保持适当的温度 ,因此使用铝合金轮毂可 减少积热 ,减少爆胎的机会 ,提高了安全性 。