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    淺析鋁合金輪轂和新型碳纖維輪轂

    2018-08-20 09:58:30孫超
    山東工業(yè)技術(shù) 2018年14期
    關(guān)鍵詞:節(jié)能減排

    摘 要:按照材質(zhì)來(lái)分,輪轂可以分為鋼質(zhì)輪轂、鋁合金輪轂和碳纖維輪轂,鋼質(zhì)輪轂與鋁合金輪轂各有特點(diǎn),碳纖維輪轂是一種新興的汽車(chē)輪轂,它的質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、噪聲小,隨著技術(shù)的進(jìn)步,如果能得到更廣的應(yīng)用,將對(duì)汽車(chē)的輕量化和節(jié)能減排做出突出的貢獻(xiàn)。

    關(guān)鍵詞:碳纖維輪轂;鋼質(zhì)輪轂;鋁合金輪轂;節(jié)能減排

    DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.055

    輪轂是輪胎內(nèi)廓支撐輪胎的圓桶形的、中心裝在軸上的金屬部件,按照成型方式和材料的不同,輪轂的種類(lèi)繁多。按照材質(zhì)來(lái)分,輪轂可以分為鋼質(zhì)輪轂、鋁合金輪轂和碳纖維輪轂。鋼制輪轂承壓能力很強(qiáng)(大貨車(chē)和大客車(chē)全用鋼圈),韌性好,輕微變形后會(huì)自動(dòng)恢復(fù),耐金屬疲勞能力比較強(qiáng),價(jià)格低廉。

    1 鋁合金輪轂的優(yōu)點(diǎn)

    與鋼材料的汽車(chē)輪轂相比,鋁合金輪轂的優(yōu)點(diǎn)的密度小,比較輕,可以提高汽車(chē)的燃油利用率,有助于節(jié)能減排,推廣鋁合金輪轂對(duì)于節(jié)能減排、低碳生活具有重要意義。與鋼質(zhì)汽車(chē)輪轂相比,鋁的熱導(dǎo)率較高,在同等條件下,鋁合金輪轂的散熱性能要優(yōu)于鋼質(zhì)輪轂。鋁合金輪轂比鋼質(zhì)輪轂更加時(shí)尚美觀(guān)。鋁合金輪轂是應(yīng)用最廣泛的一種輪轂,它的優(yōu)點(diǎn)突出,鋁合金輪轂的密度小、輕量化效果好、熱導(dǎo)率高、可靠性強(qiáng)、外觀(guān)比較炫目,市場(chǎng)巨大同時(shí)技術(shù)相對(duì)成熟的一種輪轂。

    鋁合金材料的彈性模數(shù)不大,對(duì)于振動(dòng)的抵抗能力比鋼材料輪轂要好,這就導(dǎo)致在車(chē)輛行駛的過(guò)程中,鋁合金輪轂車(chē)輛傳導(dǎo)到座位的振動(dòng)幅度就比較小,增加了汽車(chē)的乘坐性。在外觀(guān)方面,鋁合金材料的輪轂也比鋼材料的輪轂有優(yōu)勢(shì),鋼材料的輪轂如果外面不包塑料殼的話(huà),結(jié)構(gòu)形狀比較單一,顏色也比較單一,對(duì)消費(fèi)者的吸引力不高。

    2 鋁合金輪轂的發(fā)展歷程

    1920年左右,鋁合金輪轂就第一次在世界上出現(xiàn)了,到了1948左右,鋁合金輪轂被工程人員應(yīng)用到了汽車(chē)中,然后慢慢出現(xiàn)了通過(guò)鑄造成型生產(chǎn)的整體式的鋁合金輪轂。1970年之后,國(guó)外在汽車(chē)上越來(lái)越多的使用鋁合金輪轂。我國(guó)對(duì)于鋁合金輪轂的研究主要開(kāi)始于上世紀(jì)八十年代,制造商開(kāi)始制造鋁合金輪轂,隨著我國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)的迅猛發(fā)展,也帶動(dòng)了汽車(chē)零件行業(yè)的快速起飛,我國(guó)對(duì)于汽車(chē)的生產(chǎn)和消費(fèi)水平都在世界上位于前列,我國(guó)鋁合金輪轂的生產(chǎn)水平也就不斷的飛越式發(fā)展。

    3 新型的碳纖維材料輪轂

    3.1 碳纖維的性能優(yōu)勢(shì)

    目前為止,鋼質(zhì)輪轂和鋁合金輪轂是技術(shù)比較成熟、市場(chǎng)應(yīng)用也比較多的兩種輪轂,除了這兩種比較常見(jiàn)的輪轂外,還有一種新型的、市場(chǎng)前景廣闊的輪轂,即碳纖維輪轂。碳纖維是一種新型的性能優(yōu)異的功能材料,近些年來(lái),學(xué)者和工程師們對(duì)碳纖維進(jìn)行了持續(xù)的研究和應(yīng)用,在汽車(chē)輪轂上,也進(jìn)行了研究和應(yīng)用。碳纖維的結(jié)構(gòu)比較特殊,與金屬相比,碳纖維的密度非常小,在輕量化上有極其突出的優(yōu)勢(shì)。但同時(shí),碳纖維的機(jī)械性能卻同樣突出,與鋼鐵相比,碳纖維的機(jī)械性能也不遜色,甚至還要更好,是一種性能突出、適宜于輕量化應(yīng)用的新型纖維材料。

    3.2 碳纖維輪轂的應(yīng)用前沿

    2018年2月,中國(guó)完全自主研發(fā)出第一條百?lài)嵓?jí)T1000碳纖維生產(chǎn)線(xiàn)。事實(shí)上除了輪轂才外,一些擁有相當(dāng)先進(jìn)的碳纖維技術(shù)的公司,透過(guò)精細(xì)的碳纖維編織手法以及做工優(yōu)質(zhì)的原料,希望把汽車(chē)內(nèi)的小部件、全新的驅(qū)殼甚至是底盤(pán)都做成碳纖維材質(zhì)的,除了常見(jiàn)的外觀(guān)套件之外,還包括所有的內(nèi)裝和全車(chē)鈑件。

    碳纖維輪轂是一種較新的輪轂,由于成本的限制,它的應(yīng)用范圍還較小。目前為止,碳纖維輪轂幾乎僅限于一些超級(jí)跑車(chē),如福特GT和一些Koenigsegg車(chē)型,這是由于制造碳纖維輪轂不僅成本較高還比較耗時(shí)。保時(shí)捷曾發(fā)布過(guò)首款全碳纖維復(fù)合輪轂。每個(gè)輪轂都用樹(shù)脂浸漬,并進(jìn)行密封高壓和高溫,輪轂在高溫下硬化,并在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)冷卻,然后將中心鎖插入,整個(gè)輪轂被蓋上光澤漆。這套20英寸的輪轂使用了大約11英里長(zhǎng)的碳纖維,與標(biāo)配的鋁合金輪轂相比,其總重僅僅8.5KG,比同尺寸鋁合金制品輕了百分之二十,同時(shí)強(qiáng)度卻提高了百分之二十。這套輪轂在質(zhì)量和強(qiáng)度上都有提升,在價(jià)格方面也同樣有很大提升,全套輪轂的價(jià)格約合人民幣118000元,這基本可以說(shuō)明為什么碳纖維輪轂還得不到普遍應(yīng)用。

    Carbon Revolution公司也生產(chǎn)碳纖維輪轂,并計(jì)劃將這些碳纖維輪轂的有限應(yīng)用拓寬到超級(jí)跑車(chē)的主流生產(chǎn)模式。碳纖維輪轂減輕重量還將為電動(dòng)車(chē)帶來(lái)優(yōu)化空間,可以提高電動(dòng)汽車(chē)的工作效率。此外,碳纖維輪轂比金屬輪轂的噪音要小,與金屬相比,碳纖維的噪聲阻尼高要870%,這是因?yàn)樘祭w維不易發(fā)送諧振頻率。而如果汽車(chē)輪轂的噪音較小的話(huà),汽車(chē)制造商就可以在車(chē)身使用更少的隔音材料,從而進(jìn)一步降低汽車(chē)的重量,提高輕量化水平。

    3.3 碳纖維輪轂的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用限制條件

    當(dāng)遇到典型的輪轂損壞時(shí),如路邊擦傷,碳纖維可以用樹(shù)脂固定,類(lèi)似于玻璃纖維游艇的修復(fù)方式。再者,金屬輪轂的裂紋會(huì)逐漸擴(kuò)展,而碳纖維材料的分層現(xiàn)象往往可以阻止裂紋的形成。碳纖維輪轂應(yīng)用的主要問(wèn)題還是成本過(guò)高,雖然隨著汽車(chē)制造商原裝設(shè)備的大批量生產(chǎn),碳纖維輪轂的正在降低,但仍處于較高的水平。由于碳纖維輪轂的優(yōu)點(diǎn)突出,而且仍可改進(jìn)制造工藝以降低成本,在未來(lái)幾年它們將可能進(jìn)入汽車(chē)市場(chǎng)。如果碳纖維輪轂?zāi)茉谄胀矣密?chē)上得到應(yīng)用,那么汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展必然能夠上一個(gè)臺(tái)階。

    參考文獻(xiàn):

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    [3]化專(zhuān).福特全球首款量產(chǎn)碳纖維輪轂推輕量化材料應(yīng)用[J].高科技纖維與應(yīng)用,2015(05):64-65.

    [4]方鯤,顧軼卓.碳纖維熱塑性復(fù)合材料汽車(chē)輪轂--材料選擇與注塑成形工藝[C].粉體填充塑料輕量化 功能化 生態(tài)化改性創(chuàng)新技術(shù)研討會(huì),2015.

    [5]李丙鵬,孫澤玉,陶雷等.復(fù)合材料汽車(chē)輪轂的成型工藝及性能研究[J].材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用,2016,31(02):37-41.

    作者簡(jiǎn)介:孫超(1979-),男,河北石家莊人,碩士,研究方向:鋁合金汽車(chē)零部件設(shè)計(jì)。

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