采用订制纤维铺放预成型技术和树脂传递模塑成型工艺制成的车轮,在通过严格的实验室测试和户外测试后,可供选择的车辆使用。
美国ESE Carbon公司(以下简称ESE)推出了其为汽车后市场应用而开发的整体式碳纤维复合材料车轮E2,最初推出的E2车轮包括19英寸×8.5英寸的产品,用于特斯拉Model S和Model 3,以及斯巴鲁WRX STI。
该车轮采用订制纤维铺放(TFP)和高压树脂传递模塑(RTM)成型工艺生产,是一种轻质、高性能的整体式车轮。目前,ESE已完成了从最初的热压罐工艺向采用加热模具的改进型RTM工艺的转变。据介绍,这种改进的RTM工艺要求先预热树脂和模具,并在浸润过程中精确控制树脂的流量。为提高产出及车轮的力学性能,TFP缝编工艺也得到了一些改进。针对准备上市的E2车轮,该公司还对铺层作了一些小变动,改善了铺层的一致性、外观和车轮的测试性能,最后再使用一层透明的涂层溶液。安装的硬件也得到了完善,提高了吊耳的扭矩保持力。 该车轮的开发和测试历时4年, 最终通过了美国汽车工程师协会(SAE)针对车轮的推荐规范而设定的严格的疲劳和冲击测试。
据ESE公司及其最近出版的白皮书介绍,SAE推荐的规范如针对车轮的SAE J328、针对后市场车轮的SAE J2530、针对双轴车轮的SAE J2562以及针对道路车辆车轮的SAE J175,最初都是为测试传统的金属车轮而设计的。在开发过程中,ESE对车轮进行了严格的工程分析和测试,从而使其E2车轮能够通过SAE的所有测试要求。
SAE针对纤维增强复合材料车轮新开发的推荐规范SAE J3204,使得针对金属车轮的推荐规范适用于复合材料车轮,它提出了新的要求,如考虑了环境影响的强度折减系数(SRFs)、最高工作温度测试和电导率测试。
ESE强调,其E2车轮也被证明能够在极低温度下承受撞击,从而超越了这些规范要求。该公司自己开展了独立的实验室测试,在-40℃测试了路缘和路面坑洞带来的撞击。该公司表示,其特殊开发的轮缘,采用高百分比的碳纤维按周向取向进行设计,最大程度地提高了环向强度,从而使其车轮完全不受低温的影响。据说,这种环向强度足以使周向的铺层对低温几乎不敏感。
“我们精心设计了非常坚固的轮缘。基于碳纤维复合材料卓越的强度/重量比,我们还可以增大轮缘尺寸,以进一步提高冲击强度而不用担心重量的增加。”Hayes解释道。TFP工艺允许沿周向铺放高体积百分含量的纤维层。
锻造轮毂工艺复杂,成本高,但性能更好。锻造采用模具挤压成型,效率高,锻造具有细化金属颗粒的作用,强度高于铸件。但是模具的制造成本很高,所以锻造只适合大规模生产。
锻造是目前制造铝轮毂最先进的方法。锻造铝合金轮毂是在一定压力下将铝锭在热状态下,用大型锻压机反复锻造成轮毂毛坯。锻造后,对毛坯进行旋压处理。这个过程的作用是拉伸轮圈的宽度,以达到相应的标准。旋压工艺后,轮毂基本成型,然后经过车床精加工,打磨喷漆后即可获得成品铝合金轮毂。
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