本發(fā)明涉及輪輞制造，尤其涉及一種輕量化輪輞及其高效生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

1、隨著新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，汽車輕量化成為主流趨勢(shì)。輪轂作為整車的重要組成部分，其承載能力至關(guān)重要。輪轂的減重有助于提升車輛的操控性、加速性能和燃油經(jīng)濟(jì)性。因此，生產(chǎn)出輕質(zhì)、高強(qiáng)度、抗疲勞的輕量化輪轂極為重要。然而，由于復(fù)合材料輪轂生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)周期長，其批量化生產(chǎn)面臨挑戰(zhàn)。同時(shí)，纖維預(yù)制體制造技術(shù)（三維編織）在輪輞連接法蘭結(jié)構(gòu)位置的成型上存在局限。因此，眾多車企廠商只將復(fù)合材料輪轂定位在高端品牌特定車型上使用，限制了其廣泛應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明創(chuàng)造旨在提供一種輕量化輪輞及其高效生產(chǎn)方法，通過將輪輞分上體、下體、加厚體組、外部整體四部分，并將其分制造為上體成型、下體成型、加厚體組成型以及外部整體成型五個(gè)工序，每個(gè)工序之間相鋪相成，適用于流水線式批量化生產(chǎn)。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種輕量化輪輞，包括上體、下體、加厚體組和外部整體；將上體、下體和加厚體組連接成組合體，外部整體包裹在組合體的外部；上體采用預(yù)浸料鋪放模壓成型；加厚體組材質(zhì)為聚氨酯泡沫；下體和外部整體均采用三維編織技術(shù)與hp-rtm成型工藝相結(jié)合的方式成型。

3、進(jìn)一步的，加厚體組包括至少五個(gè)加厚體。

4、進(jìn)一步的，五個(gè)加厚體分別為第一加厚體、第二加厚體、第三加厚體、第四加厚體以及第五加厚體。

5、進(jìn)一步的，第一加厚體、第二加厚體、第三加厚體位于上體和外部整體之間；第四加厚體和第五加厚體位于下體和外部整體之間。

6、一種輕量化輪輞的高效生產(chǎn)方法，用于生產(chǎn)上述的輕量化輪輞，具體步驟如下：

7、s1：采用預(yù)浸料鋪放模壓成型工藝，形成上體。

8、s2：配置聚氨酯組合液，將其注入聚氨酯模具內(nèi)，以形成硬質(zhì)聚氨酯泡沫；隨后，通過機(jī)械加工，分別對(duì)聚氨酯泡沫進(jìn)行加工，分別加出加厚體組的五個(gè)加厚體。

9、s3：先采用三維編織技術(shù)制成下體預(yù)制體，再采用hp-rtm成型工藝，形成下體。

10、s4：將成型的上體、加厚體組和下體連接成組合體。

11、s5：先在組合體上采用三維編織技術(shù)形成外部整體預(yù)制體，再采用hp-rtm成型工藝形成外部整體，最終制成輕量化輪輞。

12、進(jìn)一步的，步驟s1中上體成型的具體步驟如下：

13、s11：將預(yù)浸料制成扇形樣板，并鋪放成環(huán)形板。

14、s12：將上體模具的內(nèi)表面涂抹脫模劑，并將上體模具預(yù)熱至第一預(yù)設(shè)溫度；將環(huán)形板放置到上體模具上，合模進(jìn)行模壓成型，形成未固化上體。

15、s13：將未固化上體按第二預(yù)設(shè)溫度和第一預(yù)設(shè)時(shí)間進(jìn)行固化，固化后取出上體。

16、進(jìn)一步的，步驟s2中加厚體組成型的具體步驟如下：

17、s21：將聚氨酯原料、催化劑和穩(wěn)定劑按預(yù)定比例進(jìn)行混合，形成聚氨酯組合料；在聚氨酯組合料攪拌的過程中，將聚氨酯模具預(yù)熱至第三預(yù)設(shè)溫度，并在聚氨酯模具的表面涂脫模劑。

18、s22：將步驟s21中混合好的聚氨酯組合料注入到聚氨酯模具中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，固化后形成硬質(zhì)聚氨酯泡沫。

19、s23：通過機(jī)械加工，將硬質(zhì)聚氨酯泡沫分別加工出加厚體組的五個(gè)加厚體。

20、進(jìn)一步的，步驟s3中下體成型的具體步驟如下：

21、s31：構(gòu)建下體預(yù)制體模具，并根據(jù)下體的纖維體積含量確定下體的單胞厚度。

22、s32：確定單胞為最小的預(yù)制體單元，通過控制纖維束的紗線在四個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)纖維束的空間取向。

23、s33：在編織過程中，針對(duì)下體的橫截面的漸變變厚區(qū)域，先自導(dǎo)紗線行數(shù)，再依次填充倒紗；對(duì)于下體的縱截面的錐體區(qū)域，則采用從大端往小端的編織方式；最后，繼續(xù)進(jìn)行四步法編織，直至下體預(yù)制體編織完成。

24、s34：將編織完成的下體預(yù)制體放置在hp-rtm壓機(jī)的模具上。

25、s35：啟動(dòng)hp-rtm壓機(jī)后，當(dāng)壓力、溫度和真空度分別達(dá)到預(yù)設(shè)的第一壓力值、第一溫度值和第一真空度值時(shí)，開始高壓注入樹脂和固化劑，以形成未固化下體。

26、s36：待未固化下體固化后，脫模取出下體。

27、進(jìn)一步的，步驟s4中上體、加厚體組和下體連接成組合體的具體步驟如下：

28、s41：將成型的上體和下體通過螺釘連接，并在連接處用膠進(jìn)行粘接，以確保上體和下體結(jié)合為一體。

29、s42：將加厚體組中的每個(gè)加厚體分別用膠粘接在上體和下體對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)位置上，以形成組合體。

30、進(jìn)一步的，步驟s5外部整體成型的具體步驟如下：

31、s51：在組合體上采用四步法三維編織技術(shù)，編織外部整體預(yù)制體。

32、s52：將外部整體預(yù)制體放置在hp-rtm壓機(jī)上。

33、s53：啟動(dòng)hp-rtm壓機(jī)后，當(dāng)壓力、溫度和真空度分別達(dá)到預(yù)設(shè)的第二壓力值、第二溫度值和第二真空度值時(shí)，開始高壓注入樹脂和固化劑，以形成輪輞。

34、s54：待樹脂和固化劑固化后，脫模取出輪輞。

35、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明創(chuàng)造能夠取得如下有益效果：

36、1）通過碳纖維和硬質(zhì)聚氨酯泡沫實(shí)現(xiàn)了輪輞的輕量化。在不影響輪輞結(jié)構(gòu)尺寸要求的前提下，將一體化結(jié)構(gòu)拆分為上體、下體、加厚體組和外部整體四部分。對(duì)位于非承載位置（加厚體組位置），即上體與外部整體、下體與外部整體之間的夾層，采用硬質(zhì)聚氨酯泡沫進(jìn)行填充。

37、2）該輪輞結(jié)構(gòu)承載能力強(qiáng)，將關(guān)鍵承重位置拆分為上體、下體，外部整體，各部分最大程度實(shí)現(xiàn)了纖維連續(xù)，提高了結(jié)構(gòu)效率，解決了傳統(tǒng)三維編織工藝中法蘭面成型難題。

38、3）針對(duì)各部分結(jié)構(gòu)特點(diǎn)均選用了相應(yīng)的快速成型工藝。上體采用預(yù)浸料鋪放快速成型工藝，提高鋪放效率，易于機(jī)械化生產(chǎn)。下體結(jié)合三維編織和hp-rtm成型工藝，加厚區(qū)采用硬質(zhì)聚氨酯泡沫注射成型工藝。將上體、下體和加厚體組連接后形成的組合體作為外部整體成型的模具，再結(jié)合三維編織和hp-rtm成型工藝完成輪輞的制作，從而可實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)節(jié)拍需求，適用于批量化流水線式生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種輕量化輪輞，其特征在于，包括上體、下體、加厚體組和外部整體；將所述上體、所述下體和所述加厚體組連接成組合體，所述外部整體包裹在所述組合體的外部；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕量化輪輞，其特征在于，所述加厚體組包括至少五個(gè)加厚體。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輕量化輪輞，其特征在于，所述五個(gè)加厚體分別為第一加厚體、第二加厚體、第三加厚體、第四加厚體以及第五加厚體。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的輕量化輪輞，其特征在于，所述第一加厚體、第二加厚體、第三加厚體位于所述上體和所述外部整體之間；所述第四加厚體和所述第五加厚體位于所述下體和所述外部整體之間。

5.一種輕量化輪輞的高效生產(chǎn)方法，用于生產(chǎn)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的輕量化輪輞，其特征在于，具體步驟如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輕量化輪輞的高效生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步驟s1中上體成型的具體步驟如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輕量化輪輞的高效生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步驟s2中加厚體組成型的具體步驟如下：

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輕量化輪輞的高效生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步驟s3中所述下體成型的具體步驟如下：

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輕量化輪輞的高效生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟s4中所述上體、所述加厚體組和所述下體連接成組合體的具體步驟如下：

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輕量化輪輞的高效生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步驟s5外部整體成型的具體步驟如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及輪輞制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種輕量化輪輞及其高效生產(chǎn)方法，輕量化輪輞上體、下體、加厚體組和外部整體；將上體、下體和加厚體組連接成組合體，外部整體包裹在組合體的外部；上體采用預(yù)浸料鋪放模壓成型；加厚體組通過聚氨酯泡沫反應(yīng)注射成型；下體和外部整體均采用三維編織技術(shù)與HP?RTM成型工藝相結(jié)合的方式成型。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，通過碳纖維和硬質(zhì)聚氨酯泡沫實(shí)現(xiàn)了輪輞的輕量化。在不影響輪輞結(jié)構(gòu)尺寸要求的前提下，將一體化結(jié)構(gòu)拆分為上體、下體、加厚體組和外部整體四部分。對(duì)位于非承載位置（加厚體組位置），即上體與外部整體、下體與外部整體之間的夾層，采用硬質(zhì)聚氨酯泡沫進(jìn)行填充。

技術(shù)研發(fā)人員：商偉輝,史殿鑫,秦闖,李國強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長春宇航新材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9