位于意大利Faenza的RIBA復(fù)合材料公司開發(fā)了一款全碳纖維的車輪轂，這款產(chǎn)品在很多方面都有著顯著優(yōu)勢，其采用了工業(yè)化模塑成型的生產(chǎn)工藝，而且產(chǎn)品已經(jīng)通過了全部測試。2020年上市后，將是歐洲第一款裝配在SUV上的全碳纖維車輪轂。

 

    RIBA復(fù)合材料公司（以下簡稱RIBA）是意大利一家為汽車、艦船、航空航天和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域提供高級復(fù)合材料（使用碳纖維、玻璃纖維和芳綸纖維等）結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計、原型開發(fā)和生產(chǎn)的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)。

 

這家位于意大利Faenza的公司創(chuàng)建于1988年，現(xiàn)有兩個生產(chǎn)基地，每年生產(chǎn)超過20萬個部件。

 

RIBA專注于多種生產(chǎn)技術(shù)，包括手糊和熱壓罐成型、手糊和固化爐成型（OOA）、負(fù)壓樹脂灌注、濕法層鋪、低壓樹脂傳遞模塑成型（LP-RTM）、高壓樹脂傳遞模塑成型（HP-RTM）和模壓成型。

 

現(xiàn)在，該公司投入了大量資源用于開發(fā)長、短碳纖維和玻璃纖維（CF SMC/GF SMC）的模壓成型和閉模高壓RTM成型技術(shù)。

 

正是得益于對這些技術(shù)不斷的投入，RIBA才能在過去的20年里一直為法拉利、瑪莎拉蒂、保時捷、杜卡迪、Dallara和奧古斯塔等最知名的汽車、摩托車、航空和艦船制造企業(yè)提供特制的復(fù)合材料零部件。

 

最近，RIBA又投資了一整套康?。–annon）模塑成型復(fù)合材料的島站，產(chǎn)能實現(xiàn)了大幅提升，這套島站包括：

 

? 一臺三組分E-System環(huán)氧樹脂高壓計量設(shè)備，帶有一個LN 10三組分混合頭，可以閉環(huán)控制原料的流量和比例。

 

? 一臺鎖模力25000 kN、臺板尺寸3.6 m×2.4 m的短行程壓機，帶有一套非常精確的平行度主動控制系統(tǒng)，可以保證模塑部件的平面度。

 

目前，RIBA利用這臺設(shè)備、通過模塑工藝生產(chǎn)一款形狀復(fù)雜的全碳纖維車輪轂，這是為時兩年的歐洲2020 CARIM項目的一項成果。

 

一個歐洲聯(lián)合項目

 

CARIM項目聯(lián)合了歐洲最頂尖的模具、化學(xué)原料、測試和認(rèn)證方面的專家，以為汽車行業(yè)開發(fā)一種可商業(yè)化的大批量自動化生產(chǎn)全碳纖維車輪轂的制造工藝。

 

采用自動化碳纖維復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)制造出的輪轂，不僅有優(yōu)異的機械性能，而且還比最頂級的鋁質(zhì)輪轂輕35%。

 

輪轂的生產(chǎn)采用了自動化預(yù)成型和創(chuàng)新的HP-RTM工藝，縮短了生產(chǎn)節(jié)拍時間，而且具有比傳統(tǒng)復(fù)合材料工藝更低的生產(chǎn)成本，同時還能實現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)，這樣才能保證CARIM輪轂相比現(xiàn)在的鑄鋁和鍛造鋁輪轂以及其他一些新興的塑料輪轂更有競爭力。

 

在2018年巴黎JEC世界復(fù)合材料展會上，CARIM聯(lián)合機構(gòu)為復(fù)合材料行業(yè)的觀眾們展示了其最新的項目成果。

 

于2018年底啟動后，F(xiàn)TI（創(chuàng)新快速通道）歐洲項目即開啟了模塑成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件的工業(yè)化生產(chǎn)的新模式。

 

一輛汽車要經(jīng)受最嚴(yán)苛的考驗：在最極端的行駛條件下，也要保證駕駛者與乘客在路上的安全。

 

性能極高的全碳纖維車輪轂

 

在成功完成這個歐洲項目、生產(chǎn)出一款通用的五輻式車輪轂后，RIBA即開始為一家歐洲主要的頂級SUV制造商開發(fā)一款客戶設(shè)計的直徑22in（約 56cm）十輻式的全碳纖維車輪轂，適用285 mm的寬胎，而且要達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的產(chǎn)量：每年要供應(yīng)20000件產(chǎn)品，如果SUV車型取得了商業(yè)上的成功，輪轂的年產(chǎn)量還可以再增加。

 

目前生產(chǎn)這種工業(yè)產(chǎn)品的技術(shù)最先進(jìn)的HP-RTM工藝鏈包括：干纖維增強材料全套疊材自動預(yù)成型，然后注入樹脂再熟化。

 

這次使用的是成卷的增強纖維織物進(jìn)行預(yù)成型：先切割好二維的織物片材，再按要求的順序疊放成一摞織物疊材，然后將這摞疊材送入一個全厚度覆合模具中，壓成一個三維的比部件成品幾何尺寸略大一點的干預(yù)成型件。

 

預(yù)成型件經(jīng)修剪后，經(jīng)過一道插入工序被放入RTM模具內(nèi)，然后將高壓混合的環(huán)氧樹脂注入模具，浸潤增強纖維織物。

 

一旦模具關(guān)閉，樹脂和固化劑混合物在1min內(nèi)即注入模腔，透過纖維浸透預(yù)成型件。

 

樹脂注入完畢后開始固化反應(yīng)，因為模具已被加熱，所以20～30min后輪轂即可脫模。

 

模塑制成的22in輪轂重11 kg，其中60%為碳纖維，40%為環(huán)氧樹脂，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（TG）超過200℃。

 

部件最后的機械加工是通過傳統(tǒng)的銑削/水刀切割中心完成的，可以保證絕對的尺寸精度。

 

無論是這項工藝還是模塑成型出的全碳纖維車輪轂，都有很多優(yōu)點：

 

? 全碳纖維輪轂比同尺寸鍛造的鋁輪轂輕35%。

 

? 因為輪轂重量減輕了很多，所以可以重新設(shè)計整個懸架系統(tǒng)，后續(xù)還可以為懸架系統(tǒng)減重。

 

? 車輛的操控性更好，提供了更具運動感的駕駛體驗。

 

? 輪轂只需再簡單涂上一層光亮透明的保護清漆，就能讓外觀靚麗時尚。

 

? 在輪輻的數(shù)量和樣式方面，這種制造工藝提供了最高的設(shè)計自由度。

 

? 經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)證明，這套生產(chǎn)系統(tǒng)適用于中高端零部件的生產(chǎn)。

 

? 與傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法（熱壓罐和固化爐）相比，大尺寸結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)節(jié)拍時間已大幅縮短。

 

預(yù)成型時，還可以在碳纖維疊材中放入固定的金屬件，這樣，輪轂就可以通過金屬對金屬的方式進(jìn)行固定，確保高轉(zhuǎn)速時沒有任何扭矩?fù)p失。

 

這款模塑成型的輪轂裝上高性能輪胎后，在最極端的行駛條件下通過了多項測試，包括：

 

? 紐博格林全段賽道仿真測試，中途一個紅熱剎車盤的溫度甚至高達(dá)700℃。

 

? 150萬次循環(huán)疲勞測試，只有一根輪輻嚴(yán)重彎曲。

 

? 橫向和徑向的大沖擊長循環(huán)測試，模擬在顛簸的人行道和凹坑路面行駛。

 

? 抵抗輪胎過壓導(dǎo)致的變形測試，將輪胎充氣到10bar以取代正常的2.6 bar。

 

? 螺栓鎖緊測試，以高于正常的扭矩多次扭緊螺栓。

 

在介紹這個創(chuàng)新項目的現(xiàn)行階段時，RIBA的總經(jīng)理Andrea Bedeschi先生表示：“我們將在2020年的巴黎JEC復(fù)合材料展會上展示這款車輪轂。我們已經(jīng)準(zhǔn)備好開始生產(chǎn)這款輪轂，同時我們也已經(jīng)開始做另外一個類似的項目了。我們計劃為售后零件市場生產(chǎn)自己設(shè)計的產(chǎn)品。我們與康隆（Cannon）公司合作，找到了最適合的生產(chǎn)工藝，康?。–annon）也提供了最卓越的生產(chǎn)設(shè)備：壓機和計量設(shè)備都完全適合高品質(zhì)部件的快速生產(chǎn)。我們期待相互合作，繼續(xù)進(jìn)一步的開發(fā)。”

 

康隆（Cannon）也已為一家領(lǐng)先的全碳纖維車輪轂制造商的一個類似項目提供了HP-RTM注射和聚合反應(yīng)設(shè)備。