由小野太郎创办的Washi Beam以纺织机的绕线轴起家,并凭借独创的区域锻压技术成为行业的龙头老大。进而在1984年迎来一个转折点,成功获得德国BBS锻造轮圈系列的代工业务,宣告向汽车用锻造轮圈转型。
Washi Beam作为BBS品牌唯一一个锻造加工中心、日本BBS金字商标持有者,日本BBS是世界上顶尖的锻造轮圈制造厂之一,为何BBS轮圈被誉为世界顶级锻造轮圈,为何日本BBS深得F1赛车的信赖,在BBS经典的“Y”形轮辐之下,蕴含了日本BBS怎样的生产技术?在日本BBS亚太区营业顾问杨狄邦先生的安排下,笔者深入日本BBS轮圈制造的腹地,为大家解密日本BBS轮圈的那些事。
图:压力达到9千吨的锻压机。
2、带你看轮圈生产过程
三次锻压分别使用不同的模具,那么为什么要进行三次锻压,而不能一次成形呢?举一个例子:好比做拉面,我们要先将一块面团拉成一根“棍”,然后再将“棍”经过反复的延展,才能够做成一份拉面。
假如我们用一台足够大的机器,将面团直接一次性从“团”拉成“丝”,因为面团本身的延展性有限,是不可能做到的。而铝合金的延展性比面团更差,因此如果一次性压出整颗轮圈,铝合金材料很难到达曲度较大的位置,会造成锻造成形的变形,甚至因为过度拉扯材料而产生撕裂。一次锻造不可能锻压出一颗轮圈,不少轮圈制造厂会在一次粗锻之后,就将“饼”送入加工中心,直接切割出轮圈。
而日本BBS则选择了二次锻制,将“饼”继续锻压,将金属压入第二次锻压的模具之内,令金属的内部组织流线得以不被加工刀具切削而破坏。锻压机缓缓向轮圈胚体加压,轮圈与模具之间因为摩擦而发出“咯咯”的声音。经过第二次锻压与第三次锻压,轮圈的轮辐已经直接成型,不需要任何的大幅度切削加工,令轮圈的微观金属结构得以保全,Washi Beam将近40年的锻压技术保证能够以锻造的方式实现BBS轮辐纤细造型。要指出的是,因为锻压机的压力是沿着轮圈轴向的方向,无法拉伸出轮圈的轮框,因此轮框要交到下一个工序来完成。
图:Washi Beam工程部根据轮圈设计的需求,向铝合金生产厂定制规定标号的铝合金材料,切割成圆筒形之后,就可以开始锻压了。
图:右方的是一次锻压后的模样,左图是二次、三次锻压之后的模样,可见经过三次锻压之后,轮圈已经基本成型了,眼尖的读者可以马上辨认出这是哪款车的配套轮圈了吧。
图:轮圈在锻造过程中,为了避免轮圈与模具因为巨大的压力而粘连在一起,而需要在模具与工件之间涂上离型剂与润滑剂,因此左方亮黑色的半成品,虽然很接近成品的颜色,但实际上是离型剂与润滑剂的颜色,洗掉之后会露出铝合金原色(图右)。
3、带你看轮圈生产过程
图:在计算机的控制下的锻压过程。
图:看似锻压的过程中,要考虑到铝合金是否会撕裂或不能完全填充模具,因此模具的设计非常关键,这也被日本BBS的工程师视为最高机密。
4、带你看轮圈生产过程
轮框是用滚压的方式拉出来的,原理就好像陶艺工艺店玩陶艺:将轮圈固定在一个自转设备上,滚刀压紧轮框位置,当自转设备启动,液压滚子用极高的压力将轮圈外沿压紧,就像用擀面杖做饺子皮那样,将轮框通过挤压的方式拉伸出来。从成型的过程来看,也算是一种锻造工艺,并且是最能够保持金属原始特性的冷锻。
不少的锻造轮圈厂会为了提高效率以及节省成本,将轮圈进行加热,令轮圈软化,延展性更好之后开始进行滚压。但日本BBS的工程师们则认为轮圈软化之后分子结构会因此而变得较为松散,而轮框作为承载轮胎的主体,其强度不能有一丝妥协。因此日本BBS依然坚持采用低温(接近常温)滚压的方式,让铝合金微结构在不遭受任何破坏的情况下加工出轮框。
首先要将上一步锻压过程中,轮沿部分的多余材料切除,然后就可以放入滚压机了。伴随着机器的轰鸣,套在模具上的轮圈,随着滚子的徐徐进给,轮框逐渐地一边变薄一边变高。在加工机器里被自动机械臂抬出来之后,可以看到轮圈大概成型了,接下是轮圈成型的最后几个步骤,就是将轮圈放入机械加工中心进行精加工以及热处理等。
图:左方的就是滚压用的模具,将工件套上模具上方,滚子就会根据模具的形状将轮框碾压出来。
图:机械臂一边将滚压完成的轮圈取出(机械臂右方),一边将将要滚压的轮圈(图片左方)放入滚压机。
图:方程式赛车用的顶级镁合金锻造轮圈,并不会因为是赛车轮圈,就“高轮一等”有一套专用的生产流程,它们与其他轮圈共享生产设备以及制造过程,共线生产。
5、带你看轮圈生产过程
所有的基本成型步骤桀纣之后,接下来要将轮圈送到下一个流程,热处理。日本BBS的工程师并没有透露热处理的种类,但从热处理设备以及轮圈制作过程的需求来推断,应该是退火工艺。退火工艺要将工件加热到某个温度,然后缓慢冷却。它能够令轮圈消除锻造以及切割时产生的残余内应力防止轮圈变形,以及改善金属组织结构提高轮圈的延展性和韧性等,令轮圈更加耐用。
退火之后,轮圈将被运送到高度自动化的机械加工中心。基本上是以机械人进行操作,机械加工中心负责完成锻造工艺无法实现的步骤,例如把轮辐之间的多余的铝材切除,以及精加工出螺丝孔、中心孔以及轮圈法兰位置的偷空部位等。机械加工之后,专门的技工对刀具切割而产生的毛边进行打磨,之后轮圈就算基本成型了。
之后还有非常关键的一步,对轮圈进行喷丸强化,以提高零件机械强度以及耐磨性、抗疲劳和耐腐蚀性,以及进一步消除锻造轮圈的残留应力。经过喷丸之后,轮圈本体就算完成了(部分需要抛光的款式,则需要再次“回炉”机械抛光),运送到小矢工场完成涂装之后,便可回到成品质检科,检查没有问题之后就可以装箱入仓了。
图:对轮圈进行退火处理的炉子。
图:退火处理完之后,就别送入数控加工中心进行机械加工。
6、带你看轮圈生产过程
图:机械加工完毕的轮圈,将会被送到人手检验以及最终修正的工序。
图:人工检查的步骤主要是将机械加工的残余毛边清除掉。
7、带你看轮圈生产过程
图:喷丸处理之后,轮圈呈现出哑光色泽,这是由于铁微粒以极高的速度对轮圈表面进行喷射,改变了轮圈表面的形态,变得粗糙就像砂纸一样。
图:如IS-F的OE轮圈,需要进行特殊的机械抛光处理,就需要另行处理,而其他没有特殊效果的轮圈,就会运送到小矢工场进行涂装。
图:对涂装效果进行确认,就可以作为成品出货了。
8、带你看轮圈生产过程
图:BBS仓库,轮圈数量那叫一个可观。
图:BBS轮圈的配件,例如有McGard代工的轮圈螺丝。
结 语
真金不怕红炉火,真锻不怕摄影机。一长串紧密合作的顶级汽车制造商以及在各个赛场上取得辉煌的战绩背后,是日本BBS对产品品质以及品质坚持不懈的追求。业精于勤,看似简单的锻造轮圈,积淀了Washi Beam工程师们超过40年的铝合金加工技术。
Washi Beam对于日本BBS品牌的经营并没有固步自封,挑战使用更高硬度的铝合金来制造锻造轮圈,成功开发出新型的以航空等级铝材锻造而成的Dura系列。此外由于经营出色,Washi Beam有能力将德国BBS出售的赛车部门整体收购至囊中,从以往为BBS赛车部门代工轮圈的角色,升格为直接经营BBS参与的所有赛事的操手。