【百問】鍛造、旋壓、鑄造差在哪?(上) 鋁圈改造必看問與答

車訊網 2022-11-17 10:17:03

「輪圈」,這個同時肩負美觀與性能的汽車零件,是許多車主進入改裝世界中,首次改造的產品,很多改裝風格也特別重視輪圈款式的使用,為此本刊特別企劃關於輪圈選購與改裝的各種問題,藉此讓大家一次搞定愛車輪圈改造時的各種難題,不用再為輪圈改造傷腦筋。

問題一:何謂輪圈的孔數×PCD值?何謂J值?何謂Offset或ET值?

所謂PCD值便是所有輪圈螺絲畫成一個圓的直徑數值,長度單位是mm,目前國產車大多為5孔100、5孔114.3以及4孔100等,通常PCD值愈大,代表螺絲孔距愈長,輪圈的荷重量也就愈高,例如BMW車系的5孔120,其輪圈荷重強度就要比國產Camry的5孔114.3為高。

輪圈J值,指的則是輪圈的寬度,也就是內圈到外圈的距離,單位是英吋,所以1J=25.4mm,所以可以看看輪圈,上面一定會標示J值,計算一下就知道大概可以配多寬輪胎,且同樣是17吋,愈寬的輪圈愈貴,可以裝的輪胎胎面也愈寬。

至於Offset或ET值,它是指Hub接合面至輪圈中心線的距離,單位一樣是mm,絕大多數的轎車輪圈ET值大多在35~42之間,有些專用鋁圈會出現0甚至是負值的ET值,因為它要讓輪胎盡量外張,藉以提供更大的接地面積,但相反的ET值愈小,車輛的迴轉半徑也會隨之增加,市區道路迴轉要多倒車幾次才能搞定。

PCD值便是所有輪圈螺絲畫成一個圓的直徑數值,通常PCD值愈大,代表螺絲孔距愈長,輪圈的荷重量也就愈高,對抗變形的強度就愈高。
Offset或ET值,它是指Hub接合面至輪圈中心線的距離,如果呈現負值,就代表輪圈裝上車後,輪距會向外擴,通常適用於改裝寬體套件的車輛上。

問題二:聽說「單片鍛造輪圈」是追求速度者的蹦品?這是什麼原因呢?

極緻輕量化是優勢

在所有輪圈類別中,「單片式鍛造輪圈」雖然無法做到像多片式輪圈般的超深唇設計,與多樣化的顏色配置,不過卻是追求極致輕量化的最佳代表,也是最重視性能表現的輪圈款式,也因此成為輪圈改造中,最多人擁護的風格。

對於性能玩家來說,改裝輪圈的目的除追求車輛外型的性能化與胎圈尺寸的升級外,很多車主更希望能找到一顆重量比原廠鋁圈輕上許多輪圈,以獲得更敏捷的加速反應,然而輪圈是需負責承載車重與路面衝擊的滾動零件,如何在減輕重量的同時兼顧強度,就需從製程與材質上來著手起,這也是為何會有鍛造鋁圈的誕生。

而鍛造輪圈與常見的鑄造輪圈,其最大不同之處在於製程差異。先談較常見的「鑄造」輪圈製程,其工法是將熔融的鋁水澆鑄到金屬模具中,並在重力作用下使液態鋁水填滿模具,並靜待冷卻使鋁水凝固成固態粗胚,此時粗胚已有鋁圈的基本外型,例如:輪輻型狀、尺寸等,之後再透過後續的CNC加工,提高鋁圈表面光滑度與整體真圓度,使其成為可使用狀態。

這台為國內輪圈大廠BC生產工廠內的鍛造機,可提供8000千噸的瞬間沖壓重量,透過不斷重壓固態鋁材的方式來提高分子密度,使其具備高強度特性,因此鍛造鋁圈能在不影響強度下使用更細、更薄的設計,來減輕重量,達到輕量化效果。
右側為鍛造前的鋁錠,左側為經過鍛造機擠壓過後的輪圈粗胚,固態鋁材經過不斷的沖壓,所以成型後內部結構與分子密度會變得非常緊密結實,且沒有鑄造輪圈內可能存在的砂孔或氣泡,因此同樣體積或厚度下,鍛造材質的機械性能與強度會比鑄造材質高上許多。

反觀「鍛造」製程,則是將固態鋁材加溫變軟後放入鋼模中,接著不斷用極大的力量(約1萬噸)沖壓撞擊鋁材,使鋁材表面擠壓成鋼模預留的鍛坯形狀,再經過CNC加工進行輪輻的造型雕刻,也因為鍛造過程中,固態鋁材經過不斷的沖壓,所以成型後內部結構與分子密度會變得非常緊密結實,且沒有鑄造輪圈內可能存在的砂孔或氣泡,因此同樣體積或厚度下,鍛造材質的機械性能與強度會比鑄造材質高上許多,因此鍛造輪圈能以較薄的Rim與較細的Disk,來獲得與鑄造輪圈相同的強度,如此一來將能減輕不少重量,相同尺寸下鍛造輪圈約可減少25~30%的重量。

值得一提,同樣都是鍛造輪圈,單片式的重量一定可以比多片式來得輕,不過若要追求深唇效果,多片式鋁圈則比較可以透過結構上的差異取得優勢,甚至到負ET值的程度。

鍛造輪圈如果再透過旋壓成型的話,整體的強度與重量都可以成為一時之選,圖為BC輪圈工廠內的旋壓圈製程。
鍛造鋁圈從外觀上來看,會有一些特徵可以分辨出來,例如輪輻造型比較剛硬、俐落,且有些上面還看得到CNC的銑床刀痕,增加不少機械加工質感。
此為鑄造輪圈剛凝固成固態粗胚的樣貌,由於製程中只在常態重力狀態下成型,在沒有經過重壓情況下,分子密度一定比鍛造製程來得低,且還有可能殘留氣孔在內部,因此需以體積去換得強度,重量自然比鍛造輪圈來得重。
鍛造鋁圈的重量通常比鑄造鋁圈輕上25~30%的重量,以常見的鍛造18吋8J的產品為例,重量大約都可控制在9公斤以內,可說是相當輕盈的重量,且如果以1:15的輪下:輪上重量比去換算,每顆鋁圈減輕1公斤,約是少承載60公斤的乘客。

問題三:何謂多片式輪圈?有哪些優缺點?

造型多變+大凹深唇

輪圈對車輛的影響,不只在於動力與底盤部分,其實它也是外觀件的一種,也就是造型好不好看也很重要,因此如何讓輪圈同時擁有性能本質與華麗外型,是輪圈製造工廠需要同時考量的項目,也因為如此除了常見的單片式輪圈外,隨著玩車人的需求,慢慢地外型有著高檔氣息的多片式輪圈開始出現在車壇中。

從字面上的意義來看,雙片式或三片式輪圈是指由二或三個部品所組合,例如將輪圈的外圈部(Rim)和中心部(Disk)區分成二或三個獨立物件,再利用焊接或螺絲固定方式來組合成形。多片式輪圈最大優勢在於外型的多變化,由於外圈部的Rim與中心部的Disk,是不同部件所組成,因此各個部分可以使用不同材質或工法來製造,例如以鍛造外緣部來搭配鑄造中心部,或是以鎂製外緣部來結合鋁製中心部等,因此可以透過更多元的組合方式,而造就出輪圈在強度或重量上的優勢,不過相對的這類輪圈的售價也會比起單片式要來得高。

值得一提的是,由於三片式輪圈的外緣部還可分成Outer Rim和Inner Rim兩部份,因此在材質搭配上也更加多元,而且由於外緣部的裡外兩側和中心部都是屬於三個獨立部品,因此除了可以透過更換外緣部來改變輪圈的J值或ET值外(即寬度與Off Set),萬一其中一部分損壞,在維修時也只需更換損壞的部分即可,具有更高的便利性。

圖中手上拿的是三片式鋁圈的拆開後的樣貌,可以很清楚的看到所謂三片,由Out Rim、In Rim與Disk三個部分所組成,三者以螺絲固定在一起後,便成為一顆完整輪圈。
為確保輪圈不會漏氣,三片式鋁圈都要在接合縫隙上塗上密封膠,不過萬一Out Rim或In Rim遇到點對點的強大撞擊時,三者可能會產生位移,導致密封膠剝離鋁圈表面,而產生漏氣情況。
這是二片式全鍛造鋁圈的剖面圖,可以明顯看出Rim是一體成形,在透過螺絲與Disk結合在一起,如此就能擁有深唇、ET值調整範圍高與強度佳的優勢,更不用擔心Rim會出現漏氣問題。

雖然三片式輪圈有著ET值與J值容易調整的優點,不過在真正使用時卻有一致命缺點,那就是遇到撞擊時容易因內外Rim的位移與變形,使兩者間出現空隙而導致輪胎漏氣,雖然內外Rim在組合時會使用螺絲固定,且接縫處會使用塗上密封膠防止漏氣,不過輪圈是在地上滾動的零件,需隨時承受從路面而來的震動與衝擊,時間一久很難避免密封膠會剝離鋁圈表面,而此問題在雙片式鋁圈上則是不會發生,因為雙片式鋁圈只分成外圈部Rim與中心部Disk,Rim為一體成形不會有漏氣問題,又能兼顧ET値調整的靈活性與中心部隨時可更換的便利性。

二片式鋁圈還擁有單片式鋁圈所沒有的Disk隨意搭配優勢,只要PCD、孔數與直徑相同,就可透過更換Disk中心盤的方式,隨時調整其造型、顏色與ET值,想要四輪鋁圈造型各異也沒有問題。
為確保二片式輪圈的每顆螺絲上緊的扭力都一樣,且沒有漏掉,因此鎖螺絲的過程都是採用手工+扭力板手完成,鎖緊後還需做上記號,以供未來檢測螺絲有無鬆動之用,而扭力板手也會定期校正。

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