碳纤维轮毂定制纤维铺缝一体化成型方法与流程

1.本发明涉及轮毂制造相关技术领域，尤其涉及碳纤维轮毂定制纤维铺缝一体化成型方法。

背景技术：

2.随着大众环保意识的提高，越来越多民众将视线投向了新能源汽车。从节能和环保等多角度出发，未来汽车不管是新能源汽车或者是无人驾驶汽车，轻量化是一种必然的趋势。汽车轻量化的实现其实就是实现零部件的轻量化，如果使用复合材料，既可以减轻重量，还可以降低震动频率以及噪声分贝，而且复合材料具有优越的抗疲劳性，在损伤后极易修理。
3.所以汽车轮毂使用碳纤维复合材料是最佳选择，车轮是旋转件，它的轻量化效果几乎是非旋转件的1.5倍。其具体优点表现为既可以大幅度地减轻车身重量，又利于提高加速与制动性能。如加快起步速度，明显减少了刹车的制动距离，转向系统更加完善，处理与响应速度愈加优化，轮毂的机械抓地力得到了提升。同时，汽车的抗震性能与吸振性能也因为簧下重量的大大减轻得到了明显进步，道路噪声也因此减少，汽车的燃油经济性以及乘车的舒适度都有了可观提升。
4.碳纤维轮毂的性能虽然优越，但高昂的制造成本成为市场推广的最大障碍。

技术实现要素：

5.为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出碳纤维轮毂定制纤维铺缝一体化成型方法。
6.本发明提出的碳纤维轮毂定制纤维铺缝一体化成型方法，包括如下步骤：
7.碳纤维轮毂预制件制造：
8.首先通过纤维编织机编织碳纤维轮辋预制件和碳纤维轮缘预制件，通过铺缝机制造碳纤维轮辐预制件，然后通过铺缝机将碳纤维轮辋预制件、碳纤维轮缘预制件和碳纤维轮辐预制件拼接组合为一体形成碳纤维轮毂预制件，该碳纤维轮毂预制件由碳纤维组成，且任意相邻的两根碳纤维之间有浇注间隙；
9.vari(真空辅助成型)灌注成型：
10.将内芯模套在碳纤维轮毂预制件内形成灌注预成型体；
11.通过vari灌注成型设备在灌注预成型体的碳纤维轮毂预制件的碳纤维间隙之间填充树脂，形成灌注树脂的碳纤维轮毂；
12.固化成型：
13.固化成型可以为现有的冷却固化成型，在一些实施例中优选的固化成型方式为：将灌注树脂的碳纤维轮毂放入烤箱中进行加热固化处理，固化完成后冷却至室温，并取出内芯模。
14.在本发明中优选的，所述内芯模包括轮缘支撑盘、轮辋支撑筒和轮辐支撑盘，所述
轮缘支撑盘安装在轮辋支撑筒的一端，所述轮辐支撑盘可拆卸安装在轮辋支撑筒的另一端。
15.在本发明中优选的，所述轮辐支撑盘包括中部连接杆、第一连接半盘和第二连接半盘，所述第一连接半盘可拆卸安装在所述中部连接杆的第一侧，所述第二连接半盘可拆卸安装在所述中部连接杆的第二侧，所述第一侧与所述第二侧相对。
16.在本发明中优选的，灌注树脂的碳纤维轮毂加热冷却至室温后，先拆卸轮缘支撑盘和轮辋支撑筒，然后拆卸中部连接杆，最后拆卸第一连接半盘和第二连接半盘。
17.在本发明中优选的，所述轮缘支撑盘和所述轮辋支撑筒可拆卸连接，所述轮缘支撑盘为编织所述碳纤维轮缘预制件的成型模芯，所述轮辋支撑筒为编织所述碳纤维轮辋预制件的成型模芯，使该内芯模一模多用。
18.本发明优选的，灌注预成型体制成后，在在灌注预成型体外表面从里到外依次贴附导流网、隔离膜和透气毡后，用真空袋将其封装成一个密封空间，然后通过vari灌注成型设备在灌注预成型体的碳纤维轮毂预制件的碳纤维间隙之间填充树脂，形成灌注树脂的碳纤维轮毂。
19.本发明采用的定制纤维铺缝一体化成型方法，就是基于大批量、低成本、高质量制造需求，将纤维束排列铺放到结构性能所需的位置，通过铺缝机在一个兼容的基层上将它们缝合到位。即是把碳纤维丝束缝合成所需形状，并通过控制丝束路径，(控制丝束的路径通过现有的编织机即可实现)可以将材料只铺放到最终的预成型件需要的地方；
20.采用定制纤维铺缝技术后，碳纤维轮毂的生产将会从使用传统碳纤维织物产生的大约40％的废料减少到10％以下。另外，采用了定制纤维铺缝及一次性灌注成型工艺，大大减少了碳纤维预制件的叠层层数，提高了效率，使得铺层时间缩短近50％，从而每副模具每天可以生产出更多的复合材料轮毂；
21.碳纤维轮毂定制纤维铺缝一体化成型技术，采用定制纤维束排列铺放到轮毂结构性能需要的位置，将其兼容到同一个基层上，并缝合到位；这一制程取代了复合材料传统的将机织物裁剪成所需形状，可以创造出净形状的预成型体；
22.在轮毂复杂的几何形状中，传统的叠层预制件需根据轮毂结构裁剪出需要的形状，造成早期的碳纤维废物及后处理造成的浪费。碳纤维轮毂定制纤维铺缝一体化成型技术，可通过控制丝束路径，并将其缝合成所需形状，可以将碳纤维材料只铺放到最终的预成型件需要的地方，大大减少了原材料的使用量，并提高预制件的编织效率，极大的降低了碳纤维轮毂的制造成本；
23.轮毂的轮辐条中有许多弯曲，若采用传统织物，碳纤维的叠层取向受5到很多限制。采用纤维铺缝技术，可以使纤维在任何方向上创建直线或曲线图案的能力不受限制，从而能够设计出经过优化的叠层。与采用传统织物相比，能更有效提高载荷和应力；
24.碳纤维轮辋预制件、碳纤维轮缘预制件和碳纤维轮辐预制件拼接组合为一体形成碳纤维轮毂预制件，简化了工艺，并为后续增强可扩展性功能提供可能；
25.采用一次固化完全灌注的vari成型工艺，模具制造成本低，成型工艺更为简便，且质量更轻，更适用于大批量低成本制造。
26.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
27.图1为本发明碳纤维轮毂预制件结构示意图；
28.图2为本发明碳纤维轮毂预制件右视图；
29.图3为本发明碳纤维轮毂预制件主视图；
30.图4为本发明内芯模结构示意图；
31.图5为本发明轮辐支撑盘结构示意图；
32.图6为本发明纤维编织原理图；
33.图7为本发明灌注预成型体放置在真空袋内后结构示意图；
34.图8为本发明vari液体灌注成型原理图；
35.图9为本发明加工成型轮毂结构示意图；
36.图10为本发明加工成型轮毂另一角度结构示意图。
具体实施方式
37.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中表示，其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解对本发明的限制。
38.需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
39.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
40.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
42.碳纤维轮毂定制纤维铺缝一体化成型方法，包括如下步骤：
43.碳纤维轮毂预制件制造：
44.首先：通过纤维编织机编织碳纤维轮辋预制件10和碳纤维轮缘预制件9，如图6示(图6仅作为编织结构示意，编织机为现有的编织机即可实现对碳纤维轮辋预制件10和碳纤
维轮缘预制件9的编织)，纤维丝束21通过导丝器22在成型模芯20上编织碳纤维轮辋预制件10和碳纤维轮缘预制件9；为了增加编织预制件轴向腔体的强度，在编织机上增加轴向丝束24导入编织体中。并通过收拉装置19来控制轮毂编织体的长度尺寸；
45.通过铺缝机制造碳纤维轮辐预制件8，和现有的铺缝技术一样，先用软件画好轮辐的模型图，将其输入铺缝机中完成碳纤维轮辐预制件8的铺缝工作，然后通过铺缝机将碳纤维轮辋预制件10、碳纤维轮缘预制件9和碳纤维轮辐预制件8拼接组合为一体形成碳纤维轮毂预制件，该碳纤维轮毂预制件由碳纤维组成，且任意相邻的两根碳纤维之间有浇注间隙，加工形成的碳纤维轮毂预制件如图1-3所示；
46.vari灌注成型：
47.将内芯模套在碳纤维轮毂预制件内形成灌注预成型体，内芯模的外壁与碳纤维轮毂预制件的内壁接触；
48.如图4-5所示，内芯模包括轮缘支撑盘5、轮辋支撑筒6和轮辐支撑盘7，所述轮缘支撑盘5可拆卸安装在轮辋支撑筒6的一端，所述轮缘支撑盘5为编织所述碳纤维轮缘预制件9的成型模芯，所述轮辋支撑筒6为编织所述碳纤维轮辋预制件10的成型模芯；所述轮辐支撑盘7可拆卸安装在轮辋支撑筒6的另一端；
49.在灌注预成型体外表面从里到外依次贴附导流网13、隔离膜14和透气毡15后，然后套在真空袋16内，用真空袋16将其封装成一个密封空间，如图7所示；
50.然后通过vari灌注成型设备在碳纤维轮毂预制件的碳纤维间隙之间填充树脂，形成灌注树脂的碳纤维轮毂，如图8(vari灌注成型技术属于现有比较成熟的技术，图8仅仅是vari液体灌注成型的简易图进行说明)所示，包括树脂罐1、真空脱泡树脂管5、第一阀门6、第二阀门7、进料管11、真空管12，真空脱泡树脂管5、进料管11均与树脂罐1连通，第一阀门6设在真空脱泡树脂管5上，第二阀门7设在进料管11上，进料管11、真空管12均与真空袋16形成的密闭空间连通，真空管12连接真空泵，首先将树脂料放入树脂罐中，关闭第二阀门7，打开第一阀门6通过脱泡设备和真空脱泡树脂管5将树脂罐中的树脂进行脱泡处理，脱泡后关闭第一阀门6打开第二阀门7，通过与真空管12连接的真空泵将树脂罐中的树脂抽至真空贷中，完成对碳纤维轮毂预制件的浸润后，通过真空泵从真空管12中吸出多余的树脂至树脂收集器中，完成vari液体灌注成型；
51.固化成型：
52.将灌注树脂的碳纤维轮毂放入烤箱中进行加热固化处理，固化完成后冷却至室温，并取出内芯模；
53.为了便于拆卸内芯模，优选的，轮辐支撑盘7包括中部连接杆70、第一连接半盘71和第二连接半盘72，所述第一连接半盘71可拆卸安装在所述中部连接杆70的第一侧，所述第二连接半盘72可拆卸安装在所述中部连接杆70的第二侧，所述第一侧与所述第二侧相对，轮辐支撑盘7的中心为中部连接杆70的中心；
54.先后拆卸轮缘支撑盘5和轮辋支撑筒6，然后拆卸中部连接杆70，最后拆卸第一连接半盘71和第二连接半盘72，最终加工形成如图6所述的轮毂，如图9-10所述该轮毂与现有的另一样包括轮辐4、轮缘2和轮辋3；
55.需要说明的是：编织参数和铺缝机的参数根据轮毂的尺寸、型号调整。
56.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，
任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.碳纤维轮毂定制纤维铺缝一体化成型方法，其特征在于，包括如下步骤：碳纤维轮毂预制件制造：首先通过纤维编织机编织碳纤维轮辋预制件(10)和碳纤维轮缘预制件(9)，通过铺缝机制造碳纤维轮辐预制件(8)，然后通过铺缝机将碳纤维轮辋预制件(10)、碳纤维轮缘预制件(9)和碳纤维轮辐预制件(8)拼接组合为一体形成碳纤维轮毂预制件，该碳纤维轮毂预制件由碳纤维组成，且任意相邻的两根碳纤维之间有浇注间隙；vari灌注成型：将内芯模套在碳纤维轮毂预制件内形成灌注预成型体；通过vari灌注成型设备在灌注预成型体的碳纤维轮毂预制件的碳纤维间隙之间填充树脂，形成灌注树脂的碳纤维轮毂；固化成型：将灌注树脂的碳纤维轮毂冷却成型后取出内芯模。2.根据权利要求1所述的碳纤维轮毂定制纤维铺缝一体化成型方法，其特征在于，所述内芯模包括轮缘支撑盘(5)、轮辋支撑筒(6)和轮辐支撑盘(7)，所述轮缘支撑盘(5)安装在轮辋支撑筒(6)的一端，所述轮辐支撑盘(7)可拆卸安装在轮辋支撑筒(6)的另一端。3.根据权利要求2所述的碳纤维轮毂定制纤维铺缝一体化成型方法，其特征在于，所述轮辐支撑盘(7)包括中部连接杆(70)、第一连接半盘(71)和第二连接半盘(72)，所述第一连接半盘(71)可拆卸安装在所述中部连接杆(70)的第一侧，所述第二连接半盘(72)可拆卸安装在所述中部连接杆(70)的第二侧，所述第一侧与所述第二侧相对。4.根据权利要求3所述的碳纤维轮毂定制纤维铺缝一体化成型方法，其特征在于，灌注树脂的碳纤维轮毂加热冷却至室温后，先拆卸轮缘支撑盘(5)和轮辋支撑筒(6)，然后拆卸中部连接杆(70)，最后拆卸第一连接半盘(71)和第二连接半盘(72)。5.根据权利要求2所述的碳纤维轮毂定制纤维铺缝一体化成型方法，其特征在于，所述轮缘支撑盘(5)和所述轮辋支撑筒(6)可拆卸连接，所述轮缘支撑盘(5)为编织所述碳纤维轮缘预制件(9)的成型模芯，所述轮辋支撑筒(6)为编织所述碳纤维轮辋预制件(10)的成型模芯。6.根据权利要求1所述的碳纤维轮毂定制纤维铺缝一体化成型方法，其特征在于，在灌注预成型体外表面从里到外依次贴附导流网、隔离膜和透气毡后，用真空袋(16)将其封装成一个密封空间，然后再通过vari灌注成型设备在灌注预成型体的碳纤维轮毂预制件的碳纤维间隙之间填充树脂。7.根据权利要求1所述的碳纤维轮毂定制纤维铺缝一体化成型方法，其特征在于，将灌注树脂的碳纤维轮毂放入烤箱中进行加热固化处理，固化完成后冷却至室温，并取出内芯模。

技术总结

本发明公开了碳纤维轮毂定制纤维铺缝一体化成型方法，本发明采用的定制纤维铺缝一体化成型方法，就是基于大批量、低成本、高质量制造需求，将纤维束排列铺放到结构性能所需的位置，通过铺缝机在一个兼容的基层上将它们缝合到位。即是把碳纤维丝束缝合成所需形状，并通过控制丝束路径，(控制丝束的路径通过现有的编织机即可实现)可以将材料只铺放到最终的预成型件需要的地方。成型件需要的地方。成型件需要的地方。