[发明专利]一体化成型碳纤维复合材料轮辋及制备方法

说明书

本发明公开了一种一体化成型碳纤维复合材料轮辋及制备方法。包括轮辋底、轮辐和轮毂；轮辋底背离轮毂的面，从外轮辋边缘到内轮辋边缘间，依次设有为外驼峰、短轮辋平底、凹槽、长轮辋平底和内驼峰，轮辋底为水平面或具有锥度。制备该轮辋的模具，包括至少有两块半圆组成的外侧模，深侧模和浅侧模；在模具内侧敷设所需的碳纤维后，将敷设好碳纤维复合材料轮辋的模具放入固化炉固化，脱模得到所需的轮辋。本发明采用一体化成形工艺，轮辐与轮辋底采用圆角过渡，避免应力集中；轮辐与轮毂连接，采用连续纤维叠加压紧，承受很高的剪应力，结构强度可靠。与传统金属轮辋相比，重量减轻50%以上。它可用于各类汽车的轮子、航空飞行器着陆轮子的制造。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维复合材料轮辋，特别是涉及一种一体化成型碳纤维复合材料轮辋及制备方法。

背景技术

纤维增强的复合材料轮辋结构因为强度高、重量轻很早就得到应用，如F1赛车的轮辋就是用碳纤维复合材料制成，随着碳纤维成本的降低，纤维增强类复合材料在汽车领域的应用越来越多，其中电动汽车的复合材料轮辋就是为了减重的新应用之一。根据复合材料轮辋制造工艺的不同，复合材料轮辋结构主要分为分体式组合结构和一体化成型结构。分体式轮辋的各个零部件单独制造成型，然后通过螺栓螺钉或者粘结剂粘结组合成一个完整的轮辋，个别部件还可以是不同性质的材料，这种结构的特点是制造简单，组装过程比较复杂，加工件多，影响加工精度，加工速度较慢。一体化轮辋通过组合模具将预浸料或者干纤维预埋在模具中间，通过注入树脂高温固化成为一体化轮辋，该方法一体化成型精度高，模具加工要求高，制造效率高。

国内外分体式组合结构的轮辋较多，如DYMAG赛车英国有限公司的CN101218110A“车轮”，轮辋用塑料制成，轮辐单元或轮盘用金属制成，在轮辋底部周围依圆周分布地设置多个螺栓形式的连接件，将其旋入轮辐单元或轮盘的螺纹孔中，组合成轮辋；如F.波尔希名誉工学博士公司的CN103568704A“车辆轮辋”，该轮辋的轮辐有三个部件组成，轮辋和辐板通过粘合剂彼此连接；澳大利亚的碳革命有限公司的CN103764406A“用于复合轮的安装结构”，将复合材料轮辋与轮毂、车轴的联接采用分体组合结构组装而成；其他还有巴斯夫欧洲公司CN103764407A“用于机动车辆的轮子”也是一个组合式分体结构；蒂森克勒伯碳素零件有限公司的CN104039535A“包括轮子辐条盘的轮子和适当的生产方法”，其轮子、辐条、轮毂等采用粘结方法组合而成一个轮辋；蒂森克勒伯碳素零件有限公司的CN104640715A “具有由碳纤维复合材料制成的轮盘以及固定件的轮辋”，也是采用轮辐与轮盘、轮毂分体组合而成，并增加螺钉紧固；英国路易斯.惠德科珀的CN104755275A“车轮”，其轮辐与轮毂做成一体，然后与轮辋组合联接构成一个完整的轮辋；东莞永湖复合材料有限公司的CN201501245U “车轮轮辋”，采用金属与碳纤维复合材料的组合结构制成轮辋，以减轻重量；美国US20160325582“Vehicle wheel having a connection of a wheel rim withrim base made from fiber composite material and a wheel disc”也是一个分体式组合结构的轮辋。一体化成型的专利主要有德国DE-U29706229，采用一体化由纤维强的塑料制造用于机动车辆的车轮，其采用的是热塑性材料，可以一次成型；王明的CN201410185744.5“一种碳纤维轮辋的成型模具及成型方法”，介绍一种一体化成型的模具结构；鲁德尔精密有限公司的CN104417254A“轮毂以及形成轮毂的方法”，也是一种一体化成型的轮辋。这些轮辋成型方法和加工工艺都解决了特定结构的轮辋制造问题，然后轮辋的结构种类很多，对于不同使用场合的轮辋，就需要不同的制造工艺。

发明内容

针对量大面广的电动汽车对轮辋轻量化的要求，又要满足低成本和大批量生产的要求，本发明的目的在于提供一种一体化成型碳纤维复合材料轮辋及制备方法，它具有低成本、轻量化和大批量生产，可用于各类汽车的轮子、航空飞行器着陆轮子的制造。

本发明采用的技术方案是：

一、一种碳纤维复合材料一体化成型轮辋，