本發(fā)明涉及一種輪轂制造方法，具體是一種通過預(yù)成形體制造復(fù)合材料輪轂的方法。

背景技術(shù)：

減輕汽車質(zhì)量、降低燃油消耗和減少排放污染成為汽車工業(yè)發(fā)展的核心問題，車輪是汽車的重要安全部件之一，作為汽車的非簧載質(zhì)量，其質(zhì)量的減輕比其他部件的減輕更重要。目前采用碳復(fù)合材料制造汽車輪轂可比鋁合金輪轂減重20～40％。現(xiàn)在現(xiàn)行的汽車輪轂生產(chǎn)方法有預(yù)浸料法，其步驟為在一個(gè)準(zhǔn)備好的陽?；蜿幠Ｉ蠈⒋植煤玫囊粔K預(yù)浸料片鋪放到模具表面再按照模具要求的形狀裁去多余的部分，根據(jù)設(shè)計(jì)的層次、纖維方向每層進(jìn)行不同的變化，同時(shí)要通過人工不停的趕壓以使層與層之間貼合而減少氣泡。另外預(yù)浸料鋪放成型還可分為真空袋壓成型和對(duì)模加壓成型。真空袋壓成型雖然可以得到比較密實(shí)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，但它只能保證產(chǎn)品的單面尺寸，而產(chǎn)品另一側(cè)的尺寸需要再進(jìn)行二次加工。對(duì)模加壓成型雖然可以得到產(chǎn)品的雙面的尺寸精度，但是由于每次人工鋪放的離散性、預(yù)浸料樹脂含量的離散性就造成了產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量的不均勻性，常常產(chǎn)生內(nèi)部缺陷，如氣泡、貧膠、纖維褶皺等等，且此方法需要大量人工操作，人力物力消耗大，對(duì)產(chǎn)品性能有較大影響，不宜進(jìn)行大批量生產(chǎn)。

還有一種由專利CN 102653138 A介紹的制造輪轂的方法，主要是采用樹脂真空導(dǎo)入工藝制造一個(gè)不含輪輻的空心輪轂，樹脂真空導(dǎo)入工藝是通過對(duì)模腔內(nèi)抽真空同時(shí)通過外部大氣壓力將樹脂導(dǎo)入到纖維結(jié)構(gòu)中然后固化成型的方法。但是這種方法的缺點(diǎn)在于，因其是自然吸入樹脂，纖維含量低，并且其制造的輪轂沒有輪輻，所以不能制造具有苛刻結(jié)構(gòu)性能要求的、形狀復(fù)雜的一片式汽車輪轂。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述方法缺點(diǎn)，本發(fā)明通過用不含樹脂體系的纖維增強(qiáng)材料預(yù)先制成一個(gè)或多個(gè)預(yù)成型體，然后填充于一個(gè)封閉的模具腔內(nèi)，將封閉的模具腔內(nèi)抽真空，再用壓縮氣體將樹脂體系注入到模腔中，經(jīng)固化后得到復(fù)合材料輪轂。

優(yōu)選的，所述預(yù)成型體是由一個(gè)或多個(gè)預(yù)成型體組成。

優(yōu)選的，所述纖維增強(qiáng)材料是纖維、織物或其混合體；所述纖維，是玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維、有機(jī)纖維或其中二種以上的混雜纖維。

優(yōu)選的，所述樹脂體系是環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚酯樹脂、氰酸酯樹脂、多元雜環(huán)樹脂中的一種或二種以上及其相應(yīng)的固化劑。

優(yōu)選的，所述壓縮氣體是壓縮的干燥的空氣或氮?dú)狻?/p>

優(yōu)選的，所述抽真空，其真空度為1～100Pa；所述用壓縮氣體將樹脂體系注入到模腔中，注入氣壓為1～7MPa，注入后保持壓力1～30min。

上述方法的具體步驟為：

1)將整體的輪轂結(jié)構(gòu)按產(chǎn)品的鋪層和工藝要求拆分成的兩個(gè)以上結(jié)構(gòu)作為預(yù)成型體模型制作成預(yù)成型體；

2)將上述預(yù)成形體按照拆分順序安放于按照整體的輪轂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的封閉的整體的模具中，閉合模具，將模具整體恒溫預(yù)熱，上述恒溫預(yù)熱的溫度低于即將注入的樹脂體系的凝膠溫度，模腔抽真空；

3)通過壓縮氣體將預(yù)熱的樹脂體系向模具中注入，注入結(jié)束后停止抽真空，保持壓力一段時(shí)間；或先停止抽真空，通過壓縮氣體將預(yù)熱的樹脂體系向模具中注入，注入結(jié)束后，保持壓力一段時(shí)間；

4)將模具加熱固化，固化結(jié)束冷卻至室溫后拆卸模具取出產(chǎn)品。

本發(fā)明在向模具中注入樹脂體系前，要抽真空，根據(jù)氣體方程(在恒溫時(shí))在密閉空間(氣體量無增減)，可知P₁V₁＝P₂V₂，(P為氣體壓強(qiáng)；V為氣體體積)在V₁體積的空間氣體壓力為1Pa氣壓，當(dāng)向空間中以1MPa壓力只注入液體樹脂體系時(shí)，根據(jù)力的平衡原理原來1Pa壓力的氣體壓力將上升到1MPa，而原來占據(jù)整個(gè)空間的氣體被樹脂擠壓的只能占據(jù)原來空間的一百萬分之一即V₂＝V₁P₁/P₂，則V₂＝0.000001V₁。用氣泡體積與整個(gè)產(chǎn)品體積之比定義為空隙率，則此時(shí)的空隙率為0.0001％，而采用預(yù)浸料工藝成型的產(chǎn)品其空隙率多大于0.1％；本發(fā)明注入樹脂體系通過壓縮氣體注入模具中，并在注入結(jié)束后保持壓力一段時(shí)間以克服粘流液體在微小空隙中流動(dòng)的滯后，使樹脂更容易注入鋪層密度大的增強(qiáng)材料中，使可接受的增強(qiáng)材料體積含量加大，達(dá)到增強(qiáng)材料體積含量可控的目的，進(jìn)而控制和提高輪轂的機(jī)械強(qiáng)度。本發(fā)明制造的復(fù)合材料輪轂，空隙率極低，纖維含量高，纖維在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中分布均勻、無褶皺，并且，由于預(yù)成型體的制造可以分塊進(jìn)行，可將復(fù)雜的產(chǎn)品分解成簡(jiǎn)單形狀部件的組合，見附圖1、2，因此，生產(chǎn)效率高，質(zhì)量可控、穩(wěn)定。

附圖說明

圖1是預(yù)成型體分解及組合過程示意圖，其中Ⅰ表示輪轂整體結(jié)構(gòu)模型a經(jīng)過拆分后制成輪輞預(yù)成型體b’、輪芯預(yù)成型體c’、輪輻預(yù)成型體d’的過程，Ⅱ表示預(yù)成型體重新組合成整體的輪轂裝入整體模具中的過程。

圖2為實(shí)施例1設(shè)計(jì)模具的輪轂結(jié)構(gòu)，其中(a)為輪轂整體結(jié)構(gòu)模型，(b)、(c)、(d)分別為根據(jù)整體結(jié)構(gòu)拆分而成的用于制造預(yù)成型體的結(jié)構(gòu)模型，(b)為輪輞預(yù)成型體模型，(c)為輪芯預(yù)成型體模型，(d)為輪輻預(yù)成型體模型。

圖3為實(shí)施例1制造的輪轂產(chǎn)品表面照片。

圖4為實(shí)施例1制造的輪轂產(chǎn)品的剖面照片。

圖5為對(duì)比例1制造的輪轂產(chǎn)品的表面照片。

圖6為對(duì)比例1制造的輪轂產(chǎn)品的剖面照片。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1制造碳/環(huán)氧復(fù)合材料輪轂

1，制造預(yù)成型體

1)將整體的輪轂結(jié)構(gòu)(圖2(a)所示)按產(chǎn)品的鋪層和工藝要求拆分成三個(gè)分結(jié)構(gòu)(圖2(b)、(c)、(d)所示)作為預(yù)成型體模型，按照預(yù)成型體模型設(shè)計(jì)制造模具，按設(shè)計(jì)鋪層的要求預(yù)裁剪增強(qiáng)材料(T-700碳纖維及織物)；將預(yù)裁好的增強(qiáng)材料按設(shè)計(jì)層次要求和順序鋪放于設(shè)計(jì)制造的模具中，每鋪放一層撒布2克定型膠，全部層次鋪放完成后夾緊模具，加熱定型，加熱時(shí)間2小時(shí)，加熱溫度130氏度，冷卻至室溫后裁剪露出的毛邊，分別壓制輪芯預(yù)成型體(1)、輪輻預(yù)成型體(2)、輪輞預(yù)成型體(3)，

2)加熱定型后脫模取出備用；

2、輪轂制造

1)將拆卸開的整體模具的表面涂敷一層脫模劑并加熱120攝氏度，恒溫2小時(shí)；

2)在與產(chǎn)品接觸的整體模具表面涂敷一層脫模劑，加熱120攝氏度，恒溫2小時(shí)；出烘箱后冷卻至40攝氏度，用清潔棉布擦拭模具表面的多余污跡，至模具表面發(fā)亮；

3)將預(yù)成型體按照模型拆分位置關(guān)系和順序安放于整體模具中(見圖1)，閉合模具，將封閉模具置于烘箱中預(yù)熱80℃/4小時(shí)，抽真空，到注入樹脂前真空度1Pa；

4)配制樹脂體系。將環(huán)氧樹脂、酸酐固化劑按要求用量分別在烘箱中預(yù)熱60℃/2小時(shí)，使用前將環(huán)氧樹脂：酸酐固化劑：促進(jìn)劑按100:90:1的比例混合均勻。

5)關(guān)閉真空裝置，通過干燥的壓縮空氣將預(yù)熱的樹脂體系向模具中注入，氣壓7MPa，保壓30分鐘，將封閉模具移入烘箱加熱固化，固化制度80℃/2小時(shí)120℃/2小時(shí)160℃/4小時(shí)，固化結(jié)束后從烘箱中移出冷卻的封閉模具，卸下封閉模具的螺栓，分解模具取出輪轂。

所得產(chǎn)品如圖3所示，可見按照本發(fā)明提供的方法制造的輪轂表面未經(jīng)任何修飾即可得到很好的外觀效果；圖4為本實(shí)施例制造輪轂的剖面，可見按照本發(fā)明提供的方法制造的產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)緊密，空隙率低；經(jīng)過500kg、230mm下落沖擊實(shí)驗(yàn)及彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)3000Nm。

實(shí)施例2制造碳/酚醛復(fù)合材料輪轂

1，制造預(yù)成型體

1)將整體的輪轂結(jié)構(gòu)(圖2(a)所示)按產(chǎn)品的鋪層和工藝要求拆分成三個(gè)分結(jié)構(gòu)(圖2(b)、(c)、(d)所示)作為預(yù)成型體模型，按照預(yù)成型體模型設(shè)計(jì)制造模具，按設(shè)計(jì)鋪層的要求預(yù)裁剪增強(qiáng)材料(T-700碳纖維及織物)；將預(yù)裁好的增強(qiáng)材料按設(shè)計(jì)層次要求和順序鋪放于設(shè)計(jì)制造的模具中，每鋪放一層撒布2克定型膠，全部層次鋪放完成后夾緊模具，加熱定型，加熱時(shí)間2小時(shí)，加熱溫度130氏度，冷卻至室溫后裁剪露出的毛邊，分別壓制成輪芯預(yù)成型體(1)、輪輻預(yù)成型體(2)、輪輞預(yù)成型體(3)，

2)加熱定型后脫模取出備用；

2、輪轂制造

1)將拆卸開的整體模具的表面涂敷一層脫模劑并加熱120攝氏度，恒溫2小時(shí)；

2)在與產(chǎn)品接觸的整體模具表面涂敷一層脫模劑，加熱120攝氏度，恒溫2小時(shí)；出烘箱后冷卻至40攝氏度，用清潔棉布擦拭模具表面的多余污跡，至模具表面發(fā)亮；

3)將預(yù)成型體按照模型拆分位置關(guān)系和順序安放于整體模具中，閉合模具，將封閉模具置于烘箱中預(yù)熱100℃/4小時(shí)，抽真空，到注入樹脂前真空度50Pa；

4)配制樹脂體系。本實(shí)施例使用的改性酚醛樹脂為單組份體系，按要求用量在烘箱中預(yù)熱100℃/2小時(shí)，備用。

5)將調(diào)配好的樹脂體系通過壓縮氮?dú)饧尤胱銐蛄康侥＞咧?，使樹脂罐中氣壓緩慢升?MPa，保壓20分鐘，將封閉模具移入烘箱加熱固化，固化制度180℃/6小時(shí)，固化結(jié)束后從烘箱中移出冷卻的封閉模具，卸下封閉模具的螺栓，分解模具取出。

實(shí)施例3玻璃纖維/多元雜環(huán)類樹脂復(fù)合材料輪轂

1，制造預(yù)成型體

1)將整體的輪轂結(jié)構(gòu)(圖2(a)所示)按產(chǎn)品的鋪層和工藝要求拆分成三個(gè)分結(jié)構(gòu)(圖2(b)、(c)、(d)所示)作為預(yù)成型體模型，按照預(yù)成型體模型設(shè)計(jì)制造模具，按設(shè)計(jì)鋪層的要求預(yù)裁剪增強(qiáng)材料(T-700碳纖維及織物)；將預(yù)裁好的增強(qiáng)材料按設(shè)計(jì)層次要求和順序鋪放于設(shè)計(jì)制造的模具中，每鋪放一層撒布2克定型膠，全部層次鋪放完成后夾緊模具，加熱定型，加熱時(shí)間2小時(shí)，加熱溫度130氏度，冷卻至室溫后裁剪露出的毛邊，分別壓制成輪芯預(yù)成型體(1)、輪輻預(yù)成型體(2)、輪輞預(yù)成型體(3)，

2)加熱定型后脫模取出備用；

2、輪轂制造

1)將拆卸開的整體模具的表面涂敷一層脫模劑并加熱120攝氏度，恒溫2小時(shí)；

2)在與產(chǎn)品接觸的整體模具表面涂敷一層脫模劑，加熱120攝氏度，恒溫2小時(shí)；出烘箱后冷卻至40攝氏度，用清潔棉布擦拭模具表面的多余污跡，至模具表面發(fā)亮；

3)將預(yù)成型體按照模型拆分位置關(guān)系和順序安放于整體模具中，閉合模具，將封閉模具置于烘箱中預(yù)熱60℃/4小時(shí)，抽真空，到注入樹脂前真空度100Pa；

4)配制樹脂體系。多元雜環(huán)類樹脂體系(耐高溫樹脂體系)，按要求用量在烘箱中預(yù)熱170℃/2小時(shí)，備用。

5)將調(diào)配好的樹脂體系通過壓縮氮?dú)饧尤胱銐蛄康侥＞咧?，使樹脂罐中氣壓緩慢升?MPa，保壓1分鐘，將封閉模具移入烘箱加熱固化，固化制度240℃/4小時(shí)，固化結(jié)束后從烘箱中移出冷卻的封閉模具，卸下封閉模具的螺栓，分解模具取出。

對(duì)比例1

1模具處理

1)使用實(shí)施例1制造的整體模具，將拆卸開的整體模具的表面涂敷一層脫模劑；

2)在與產(chǎn)品接觸的整體模具表面涂敷一層脫模劑；

2、預(yù)浸料裁剪

按設(shè)計(jì)的鋪層、數(shù)量、角度、形狀裁剪預(yù)浸料片材(T-700碳纖維及織物)備用。

3、制造預(yù)成形芯

1)將處理好的預(yù)成形芯模具取出。配制泡沫料，以A組份、B組份各50％的比例混合后迅速倒入模腔中，倒入量為10克，合模夾緊，送入烘箱。固化結(jié)束冷卻至常溫，取出泡沫芯材，重復(fù)上述過程，制取5個(gè)相同泡沫芯材。

2)預(yù)成形芯

a，將單個(gè)泡沫芯取出，在其上按鋪層層數(shù)、鋪層角度、鋪層順序包裹預(yù)浸料鋪層。重復(fù)上述過程，制取5個(gè)相同泡沫芯材預(yù)浸料包裹件，送入烘箱加熱60℃/1小時(shí)，然后包裹真空袋抽真空，冷卻至常溫后取出，除去真空袋，取出泡沫芯材預(yù)浸料包裹件。

b，在預(yù)成型芯材模具下模(陽模)上鋪放預(yù)浸料，按鋪層層數(shù)、鋪層角度、鋪層順序鋪放預(yù)浸料鋪層1，上述鋪層完成后在輪輻結(jié)構(gòu)位置處放置泡沫芯材預(yù)浸料包裹件，然后在泡沫芯材預(yù)浸料包裹件周圍按鋪層層數(shù)、鋪層角度、鋪層順序包裹預(yù)浸料鋪層2,按鋪層層數(shù)、鋪層角度、鋪層順序在輪心部位鋪放預(yù)浸料鋪層3。鋪層結(jié)束后包裹真空袋抽真空，送入烘箱加熱60℃/2小時(shí)，冷卻至室溫取出，除去真空袋，合上上模(陰模)并用螺栓夾緊上下模至要求位置，送入烘箱加熱60℃/2小時(shí)，冷卻至室溫后取出，除去上下模得到預(yù)成形芯備用。

4、整體輪轂成型

準(zhǔn)備好整體輪轂?zāi)＞?，在陽模上鋪放預(yù)浸料。輪輞、輪輻、輪芯分別按不同的層數(shù)、角度和順序鋪層。

a,首先在輪芯處鋪放預(yù)浸料，再在輪輞處鋪放預(yù)浸料，同時(shí)向上連續(xù)延伸預(yù)浸料至輪芯原點(diǎn)；鋪放輪輻鋪層時(shí)在輪輻輪芯邊緣留出鋪層余量；

b,上預(yù)成形芯，再將輪輻兩側(cè)留出鋪層向上翻邊包裹輪輻及輪芯兩側(cè)立邊；鋪放輪輻輪芯上鋪層，同時(shí)將輪輻輪芯留出鋪層余量向下翻邊，包裹輪輻及輪芯的立邊；全部鋪層結(jié)束后包裹真空袋，抽真空并送入烘箱加熱100℃/2小時(shí)；冷卻至60℃時(shí)出烘箱，合陰模，用螺栓將陰陽模具夾緊，送入烘箱固化，固化制度80℃/2小時(shí)120℃/2小時(shí)160℃/4小時(shí)。固化結(jié)束后冷卻至室溫，出爐，拆卸模具取出產(chǎn)品。

預(yù)浸料法制造的輪轂外觀有缺陷，不平整不光滑，此方法制造的輪轂結(jié)構(gòu)不致密，纖維層有屈曲，氣泡多，對(duì)性能會(huì)造成較大影響。

所得輪轂表面照片見圖5，可見預(yù)浸料法制造的輪轂外觀有缺陷，不平整不光滑，圖6為輪轂實(shí)物的剖面照片，可見此方法制造的輪轂結(jié)構(gòu)不致密，氣泡多，對(duì)性能會(huì)造成較大影響。