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碳纤维轮毂制造工艺流程是什么?

2024-08-03 18:37:18

轻质车轮具有许多动态优势,碳纤维是最终性能的关键。

碳纤维增强聚合物(CFRP)是一种非常坚固、刚性和轻质的复合材料,在许多工程中都有应用。以下我们将重点介绍碳纤维轮毂的制造工艺:


1、过程
当BST的研发团队收到要求进行新轮毂设计(或应用)的请求时,一步就是采用计算机辅助设计(CAD)在软件领域提出新概念。有限元分析用于确定所需的壁厚以及碳纤维编织的方向,以支撑车轮将要承受的载荷。当设计满足所有性能要求时,将生产一个模具来制造原型轮。从初始请求到最终产品的时间通常为六个月左右。


2、材料
一根碳纤维的直径在0.04到0.010毫米之间,由微观晶体中的碳分子组成,这些碳分子大多与纤维的纵轴平行排列。这种结构使纤维具有令人难以置信的抗张强度质量(比钢强10倍)。数以千计的碳纤维可以加捻在一起以形成纱线,该纱线在编织过程中用于产生标志性的碳纤维布。

单独使用的钢绞线不适合生产车轮。为此,使用了一种称为CFRP的复合材料。BST认为,与仅在将碳纤维布放入模具中后才注入基体材料(主要是环氧树脂)的树脂转移法(RTM)相比,预浸(用环氧树脂)的碳布可获得更好的结果。

3、一次切割
预浸渍的CFRP卷必须存储在-20摄氏度下以防止固化,此步入式冷冻机位于与计算机数控(CNC)激光切割机修整130到180片的房间相邻的房间,根据每个轮子的不同,大小和类型。每件产品都经过标记和编号,以确保整个过程的可追溯性。将零件装袋并带到适当的无尘室,在这里单个人可以将各个零件准确地放在模具中。在高压灭菌器中进行固化之前,将摩托车车轮制成单个单体形式。

4、固化
固化过程在烤箱(称为高压釜)中进行,其中压力控制在,温度控制在130摄氏度。每个轮子在真空下在塑料袋内固化。开发了一种特殊技术(属于BST知识产权的一部分),以保持烘烤过程中的尺寸稳定性。

5、精加工
经过称重和外观检查后,就该进行最终加工了。车轮由一些多余的材料制成,这些材料在车床上被切掉以产生所需的确切尺寸。在使用金属轮毂的情况下,首先安装该金属轮毂是为了为车床提供准确的工作基准。这些轮毂是由飞机级(6082T6),钢坯铝合金内部制造的。

为了获得光滑的表面光洁度,将砂轮插入振动器中,然后进行手工抛光以确保完美的效果。最后,在车轮上涂上透明的油漆,以产生光泽并炫耀碳纤维的编织。颜色选项可用,但仍然保留了美丽编织的透明度。

6、测试中
为了确保没有空隙,异物或壁厚变化,在运输前对摩托车轮辋进行CT扫描。作为JWL和DOT E符合性测试的一部分,车轮要承受冲击载荷(前部388kg,后部420 kg),转弯载荷和弯曲载荷。最后的测试涉及一轮摩托车前轮弯矩为514Nm,后轮弯矩为719Nm,进行一百万次循环。


7、性能
根据说法,就轻巧的价格而言,没有比轻型车轮更好的性能增强了。独立的摩托车测试证明,只需将轮毂更轻的轮毂替换为超级摩托车的备用轮毂,根据履带的长度,单圈时间就减少约1.5到3秒,从而证实了轻量化轮毂的优势。“尽管这些碳纤维轮毂的性能潜力令人印象深刻,但我们相信许多客户将纯粹根据其奇特的外观做出购买决定”。

8、惯性
牛顿第二定律指出,物体的加速度与同一方向上的净力大小成正比。该定律也可以与物体的质量有关。简而言之,如果您推重1000公斤的车辆,那么当推重500公斤的车辆时加速度将增加一倍。

以类似的方式,当施加扭矩时,车轮的质量会影响旋转加速度的比率。更准确地说,质量如何绕轴分布会影响车轮的惯性。质量块离轴越远,惯性就越大。对于均质材料的薄圆柱或圆盘(类似于车轮),惯性计算如下:M= 1/2 *m*R(表示r的平方),其中M是惯性[kg.m2];m是圆柱体的质量[kg];r是圆柱的半径[m]。

因此,碳纤维轮不仅比标准轮轻得多,而且使质量更接近轮毂,从而降低了惯性。因此,碳纤维轮比标准轮需要更少的动力来加速或减速。这改善了车辆的加速和制动。据特纳说,计算表明,碳纤维轮毂要加速到200km / h的速度,所需的功率却少了3kW。现在可以将3kW的功率用于加速自行车并提高性能。


9、簧下质量
未悬挂质量是指直接受到路面波动影响的质量,如车身一样,没有弹簧-阻尼器接口支撑该质量。这包括轮胎,制动总成,轮毂,当然还有车轮。

当需要方向改变时,任何运动的质量都有动量和惯性要克服。例如,带一个轮子沿着颠簸行进,从而压缩了车辆的悬架。在理想情况下,车轮不重,并且通过弹簧阻尼器系统始终将其推向地面,从而轻松跟随另一侧的颠簸,而不会失去接触。

当车轮的质量增加时(和/或凸块的清晰度增加),车轮在凸块上向上移动的动量会阻止悬架及时在凸块的向下坡度上向下推动车轮,从而使车轮失去与表面的接触一会儿。簧下质量越重,此效果越大,从而导致处理所有类型车辆的问题。很明显:更轻的车轮是有益的。

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