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一體(tǐ)式的全碳纤维复合材料車(chē)轮
2020-07-08
碳纤维轮毂可(kě)以减少車(chē)轮的转动惯量和車(chē)轮、悬架以及不受悬架支撑的其他(tā)直接连接部件的组合质量（称為(wèi)非弹簧质量），从而带来一系列好处。旋转惯性和未悬挂质量的减少（可(kě)能(néng)高达50％）能(néng)够让我们以较少代价获得更快的加速；减小(xiǎo)了制动距离，可(kě)以实现与道路的更好接触（机械抓地力）从而改善操控性并降低路面噪音。
但是碳纤维轮毂的价格标签（混合和全复合材料）使其无法满足许多(duō)消费者的需求。轮毂很(hěn)可(kě)能(néng)只在超高端跑車(chē)和豪华車(chē)上才能(néng)找到。但是，一些車(chē)轮公司认识到低价碳纤维車(chē)轮的市场潜力，并正在努力寻找解决方案。方法从所使用(yòng)的材料到車(chē)轮部件的制造和组合方式都不同。有(yǒu)些将碳纤维组件与铝结合在一起，用(yòng)于混合动力車(chē)轮。有(yǒu)些人用(yòng)预浸料制成轮子。
美國(guó)ESECarbon公司的目标是让碳纤维轮毂可(kě)用(yòng)于更多(duō)的驾驶人群。该公司增加了五轴CNC精密加工团队、先进的结构复合零件功能(néng)、量身定制的光纤铺放机和机器人，以实现自动化生产。该公司计划在明年发布其E2系列一體(tǐ)式、单固化的全碳纤维复合材料汽車(chē)車(chē)轮。ESE的車(chē)轮仅重17磅，其轴重為(wèi)3,850磅，使其能(néng)够支撑的車(chē)辆总重不超过6,800磅。相关人员表示能(néng)够承受相同重量的传统铝制車(chē)轮的重量将超过30磅。
E2是基于通用(yòng)运动美學(xué)的五辐设计，具有(yǒu)凹入式深碗外观。赫尔米达说，该公司的灵感来自保时捷铝制車(chē)轮的设计，然后针对碳纤维进行了优化。砂轮采用(yòng)高温环氧树脂體(tǐ)系，透明度高，并提供定制的表面处理(lǐ)解决方案，包括透明的光泽、明确的哑光和定制的颜色。
根据美國(guó)汽車(chē)工程师學(xué)会（SAE）推荐规程，ESE的碳纤维車(chē)轮是获得认证的80%。该规程适用(yòng)于目前制造的所有(yǒu)車(chē)轮，包括金属車(chē)轮。此外，该公司很(hěn)可(kě)能(néng)拥有(yǒu)市场上第一个根据新(xīn)的复合材料車(chē)轮推荐规程SAEJ3204认证的一體(tǐ)式車(chē)轮，该规程刚刚被SAE批准出版。与金属車(chē)轮的SAE推荐规程一样，这一新(xīn)的复合材料車(chē)轮推荐规程通过各种疲劳和冲击试验解决了耐久性问题。它还增加了新(xīn)的要求，以考虑复合材料特有(yǒu)的环境影响。工作人员一直积极参与这一新(xīn)建议实践的工作组，分(fēn)享数据并為(wèi)SAE委员会的开发测试提供原型。
在内部，ESE的工程团队正在努力确保E2的性能(néng)超过最低的SAE建议。多(duō)年的原型测试和基于物(wù)理(lǐ)的模拟导致了当前的E2设计。
转向定制纤维植入
ESE公司的車(chē)轮是使用(yòng)定制的纤维放置技术（TFP）制造的，该公司表示，TFP允许快速、大批量生产具有(yǒu)良好机械性能(néng)的碳纤维部件。TFP的工作原理(lǐ)是排列纤维束，将它们放置在结构性能(néng)需要的位置，然后将其缝合到一个兼容的基层上。这一工序取代了传统的将机织物(wù)切割成所需形状的方法。ESE使用(yòng)工业级碳纤维丝束和来自德國(guó)的TFP技术来缝制层片，创造出接近净形的预成型。
通过在将丝束材料缝成所需的几何形状时控制丝束材料的路径，可(kě)以将材料仅放置在最终预成型坯中需要的位置。传统的层压板设计中必须裁掉的织物(wù)區(qū)域完全不用(yòng)缝合。此过程不仅减少了将机织织物(wù)切割成一定形状时产生的初始浪费，而且由于能(néng)够适应复杂的几何形状，还减少了后处理(lǐ)所带来的浪费。
在向TFP过渡之前，ESE最初使用(yòng)传统的碳纤维面料，该技术使公司减少了50%的层数，从而创造了一个简化的铺层过程，最大限度地减少了浪费。相关人员表示，采用(yòng)TFP后，碳纤维废料从传统碳纤维面料的40%左右减少到不足10%。此外，该技术还提高了铺层质量，优化了纤维取向，增加了设计灵活性。
辐条上有(yǒu)很(hěn)多(duō)弯曲的地方，这增加了层数。而传统面料的碳纤维层的方向是有(yǒu)限的。有(yǒu)了TFP，几乎可(kě)以在任何方向上创建直線(xiàn)或曲線(xiàn)图案，允许设计出最优的层压板，比传统面料更有(yǒu)效地管理(lǐ)负荷和压力。
这些改进令ESE的轮子显著节省成本。在转换到TFP之前，铺层是公司的生产瓶颈。每天每个模具可(kě)以制造更多(duō)零件，这对每个轮子的时间、劳动力和设备的总投资都产生积极影响。

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