CN105711330A - 一种铝合金碳纤维复合材料车轮及其制造方法 - Google Patents

一种铝合金碳纤维复合材料车轮及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种铝合金碳纤维复合材料车轮及其制造方法，其由铝合金部分(1)和复合材料部分(2)所组成，其特征在于：所述的铝合金部分包括车轮轮辐部分和车轮部分轮辋部分，所述的车轮部分轮辋部分包括沿着车轮轮辐部分侧面排列的花瓣状突起；所述的复合材料部分(2)附着在所述的车轮部分轮辋部分表面；以及，所述的复合材料部分(2)是由碳纤维层和金属网层交替叠加组成的。本发明所述的复合材料车轮的有益技术效果在于：车轮散热和轻量化是车轮的两个重要性能指标，此方案易于使轮辋内部热量传到至铝合金部分；此方案易于使热量通过铝合金部分散失掉；此方案将多种材料结合使用，有易于推动车轮轻量化效果；以及此方案成型工艺简单。

Description

一种铝合金碳纤维复合材料车轮及其制造方法
技术领域
本发明涉及汽车零部件领域，具体地涉及一种铝合金+碳纤维复合材料车轮。
背景技术
(1)碳纤维复合材料
碳纤维复合材料具有轻质高强的特点，越来越被广泛的应用。碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90％以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。
碳纤维的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7～9倍，抗拉弹性模量为23000～43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。
碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。
(2)车轮的轻量化及困难
目前，人们希望制造重量更低的汽车部件，来降低汽车的重量，从而节约能源，提高汽车的操控性能。目前，国内外多家汽车车轮生产企业都尝试将碳纤维用于汽车车轮的生产。
然而，在采用碳纤维复合材料制造车轮时，由于受环氧环氧树脂性能的影响，其整体散热性能差，汽车高速行驶时轮胎内腔的热量得不到有效散发导致车轮轮辋部位热量积聚，从而易出现车轮变形失效问题，严重影响车辆行驶安全性。
因此，迫切地需要生产一种既能实现轻量化，又能保证散热效果的车轮。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种具有良好散热效果的铝合金+碳纤维复合材料车轮。
为了实现以上的目的，本发明提供了以下的技术方案：
在本发明的一个方面，提供了一种铝合金碳纤维复合材料车轮，其由铝合金部分(1)和复合材料部分(2)所组成，其特征在于：所述的铝合金部分包括车轮轮辐部分和车轮部分轮辋部分，所述的车轮部分轮辋部分包括沿着车轮轮辐部分侧面排列的花瓣状突起；所述的复合材料部分(2)附着在所述的车轮部分轮辋部分表面；以及，所述的复合材料部分(2)是由碳纤维层和金属网层交替叠加组成的。
在本发明优选的方面，铝合金部分(1)是由锻造方法制成的。
在本发明优选的方面，所述的车轮部分轮辋部分的末端包括钩状结构。
在本发明优选的方面，所述的碳纤维层是由T700碳纤维布所制成的。
在本发明优选的方面，所述的金属网为铝合金网，其中铝合金丝的直径为0.05-0.2mm，100-150目，密度为150-200克/平方米。
在本发明优选的方面，所述的金属网的铝合金丝的直径为0.1mm。
在本发明优选的方面，所述的复合材料部分(2)包括五层金属网。
在本发明的其他方面，还提供了制造以上的铝合金碳纤维复合材料车轮的方法，其特征在于，所述的方法包括步骤：(A)制造铝合金部分(1)；(B)将铝合金部分(1)的表面上依次缠绕碳纤维布和金属网；(C)固化成型。
本发明的技术方案带来了以下的技术效果：(1)此方案易于使轮胎内腔的热量通过轮辋传导至铝合金轮辐部分，进而散失掉；(2)此方案将多种材料结合使用，有易于推动车轮轻量化效果。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1是本发明一种铝合金碳纤维复合材料车轮及其生产方法示意图。
图2是本发明一种铝合金碳纤维复合材料车轮及其生产方法中铝合金轮辐部分及一小段花瓣形轮辋的示意图。
图中：1-铝合金轮辐部分；2-碳纤维复合材料轮辋。
具体实施方式
如图1所示，本发明为一种铝合金+碳纤维复合材料车轮及其生产方法，包括铝合金轮辐部分1、碳纤维复合材料轮辋2。
除非另外的说明，本发明中所使用的碳纤维布为：
(1)T700碳纤维布，其为12k的纤维布，购自江苏。
本发明中所使用的树脂材料为：环氧树脂，购自江苏。
本发明中所使用的金属网为铝合金网，其中铝合金丝的直径为0.1mm，100-150目，密度为,150-200克/平方米。
本发明中的轮辐部分为铝合金锻造制成的。
在制造车轮过程中，铺放T700碳纤维布的同时铺放5层金属网，金属网与碳纤维布呈交替结合形成碳纤维复合材料轮辋2，金属网在铺放过程中是连续的，在整个碳纤维复合材料轮辋2的内部接近于均布，即每层金属网之间相隔不止一层碳纤维布。制造过程中首先制造铝合金轮辐部分，同时预制与车轮规格相匹配的金属网，然后在铝合金轮辐部分1伸出的一小段上缠绕碳纤维布和金属网2，最后再进行热固化形成整体。
按照以上所述的方法制成了如下的车轮，如表1所示：
表1：本发明的铝合金+碳纤维复合材料车轮的参数
对以上的试验组和对照组进行以下的试验：
(1)重量测量
称量各组的车轮的重量，结果如下：
表2：试验组和对照组1、2的车轮的平均质量
结果表明：对照组1最轻、实验组次之、对照组2最重。
(2)冲击和径向疲劳试验
按照弯曲疲劳试验方法对试验组和对照组1、2的车轮进行试验，结果如表3所示：
表3：试验组和对照组1、2的车轮的试验结果
组号 冲击试验结果 径向疲劳试验结果
试验组1 通过 1500000
对照组1 通过 1500000
对照组2 通过 1500000
结果表明：试验组和对照组1、2都通过了13度冲击试验和径向疲劳试验。径向疲劳试验结果中1500000转数的试验组为达到试验标准后手动停机。
(3)导热试验
将以上试验组和对照组1、2各组车轮装胎后进行试验，通过温度传感器收集和记录轮辋处的温度信息。
记录如下：
表4：各组车轮在试验10分钟时的温度T1
组号 T1/℃
试验组 52.6
对照组1 57.1
对照组2 47.3
以上的数据说明：试验组的结构形式对车轮散热起到了显著作用。
从以上的各组实验的数据可以看出，试验组的车轮在重量和散热性能上综合来看是最好的。
以上仅就本发明较佳的实施例做了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，轮辐部分伸出一小段长度是可以变化的，此一小段的形状可以是花瓣形也可以是齿形。总之，凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种铝合金碳纤维复合材料车轮，其由铝合金部分(1)和复合材料部分(2)所组成，其特征在于：所述的铝合金部分包括车轮轮辐部分和车轮部分轮辋部分，所述的车轮部分轮辋部分包括沿着车轮轮辐部分侧面排列的花瓣状突起；所述的复合材料部分(2)附着在所述的车轮部分轮辋部分表面；以及，所述的复合材料部分(2)是由碳纤维层和金属网层交替叠加组成的。
2.根据权利要求1所述的铝合金碳纤维复合材料车轮，其特征在于，铝合金部分(1)是由锻造方法制成的。
3.根据权利要求1所述的铝合金碳纤维复合材料车轮，其特征在于，所述的车轮部分轮辋部分的末端包括钩状结构。
4.根据权利要求1所述的铝合金碳纤维复合材料车轮，其特征在于，所述的碳纤维层是由T700碳纤维布所制成的。
5.根据权利要求1所述的铝合金碳纤维复合材料车轮，其特征在于，所述的金属网为铝合金网，其中铝合金丝的直径为0.05-0.2mm，100-150目，密度为150-200克/平方米。
6.根据权利要求5所述的铝合金碳纤维复合材料车轮，其特征在于，所述的金属网的铝合金丝的直径为0.1mm。
7.根据权利要求1所述的铝合金碳纤维复合材料车轮，其特征在于，所述的复合材料部分(2)包括五层金属网。
8.用于制造权利要求1-7中任一项所述的铝合金碳纤维复合材料车轮的方法，其特征在于，所述的方法包括步骤：(A)制造铝合金部分(1)；(B)将铝合金部分(1)的表面上依次缠绕碳纤维布和金属网；以及(C)固化成型。
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