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一体式的全碳纤维复合材料车轮
2020-07-08
碳纤维轮毂可以减少车轮的转动惯量和车轮、悬架以及不受悬架支撑的其他直接连接部件的组合质量（称为非弹簧质量），从而带来一系列好处。旋转惯性和未悬挂质量的减少（可能高达50％）能够让我们以较少代价获得更快的加速；减小了制动距离，可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）使其无法满足许多消费者的需求。轮毂很可能只在超高端跑车和豪华车上才能找到。但是，一些车轮公司认识到低价碳纤维车轮的市场潜力，并正在努力寻找解决方案。方法从所使用的材料到车轮部件的制造和组合方式都不同。有些将碳纤维组件与铝结合在一起，用于混合动力车轮。有些人用预浸料制成轮子。
美国ESECarbon公司的目标是让碳纤维轮毂可用于更多的驾驶人群。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、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系列一体式、单固化的全碳纤维复合材料汽车车轮。ESE的车轮仅重17磅，其轴重为3,850磅，使其能够支撑的车辆总重不超过6,800磅。相关人员表示能够承受相同重量的传统铝制车轮的重量将超过30磅。
E2是基于通用运动美学的五辐设计，具有凹入式深碗外观。赫尔米达说，该公司的灵感来自保时捷铝制车轮的设计，然后针对碳纤维进行了优化。砂轮采用高温环氧树脂体系，透明度高，并提供定制的表面处理解决方案，包括透明的光泽、明确的哑光和定制的颜色。
根据美国汽车工程师学会（SAE）推荐规程，ESE的碳纤维车轮是获得认证的80%。该规程适用于目前制造的所有车轮，包括金属车轮。此外，该公司很可能拥有市场上第一个根据新的复合材料车轮推荐规程SAEJ3204认证的一体式车轮，该规程刚刚被SAE批准出版。与金属车轮的SAE推荐规程一样，这一新的复合材料车轮推荐规程通过各种疲劳和冲击试验解决了耐久性问题。它还增加了新的要求，以考虑复合材料特有的环境影响。工作人员一直积极参与这一新建议实践的工作组，分享数据并为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的性能超过最低的SAE建议。多年的原型测试和基于物理的模拟导致了当前的E2设计。
转向定制纤维植入
ESE公司的车轮是使用定制的纤维放置技术（TFP）制造的，该公司表示，TFP允许快速、大批量生产具有良好机械性能的碳纤维部件。TFP的工作原理是排列纤维束，将它们放置在结构性能需要的位置，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切割成所需形状的方法。ESE使用工业级碳纤维丝束和来自德国的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区域完全不用缝合。此过程不仅减少了将机织织物切割成一定形状时产生的初始浪费，而且由于能够适应复杂的几何形状，还减少了后处理所带来的浪费。
在向TFP过渡之前，ESE最初使用传统的碳纤维面料，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。
辐条上有很多弯曲的地方，这增加了层数。而传统面料的碳纤维层的方向是有限的。有了TFP，几乎可以在任何方向上创建直线或曲线图案，允许设计出最优的层压板，比传统面料更有效地管理负荷和压力。
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。每天每个模具可以制造更多零件，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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