一种复合材料轮毂及其模压成型方法

1.本发明涉及一种轮毂制造方法，具体涉及一种复合材料轮毂及其模压成型方法。


背景技术：

2.轻量化发展是实现节能减排的重要途径之一，其中采用纤维增强复合材料代替传统金属材料来制备轮毂，是车辆轻量化中最有效的一种技术手段。现有的复合材料轮毂一般是采用模压成型，但轮毂通常具有复杂的结构，同时纤维增强树脂复合材料的流动性差，造成了普通模压成型复合材料轮毂容易出现表面间隙及孔洞、内部树脂充填差等缺陷，严重影响了制品质量，危害到车辆行驶安全。
3.为解决上述技术问题，现有技术一般是将轮毂进行拆分，以降低轮毂结构的复杂程度，对零部件预成型后，再通过化学粘结或机械结合等方式将其装配成轮毂，但这种方法明显存在着以下不足：(1)轮毂承受的工作载荷较大，单纯的通过化学粘结或机械结合等方式进行部件连接，存在着连接薄弱、粘结层受力不均易开裂等缺陷；(2)轮辋、轮辐以及轮芯的受力情况不同，若采用同种材料制备，则无法保证各部件的性能完全达到工况要求；(3)即便是将轮毂拆分为小的零部件，普通模压成型时，树脂仍然难以良好地充填模具型腔；(4)被拆分的轮毂在组合时，很容易造成轮辋和轮芯的圆心不重合，以致制品报废。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决上述已有技术的问题及不足，提供一种复合材料轮毂，并针对该复合材料轮毂，提供一种模压成型方法。
5.本发明的技术方案为：一种复合材料轮毂及其模压成型方法，包括轮辋、轮辐、轮芯和轮毂模具，其特征在于，所述的轮辋由复合材料a组成，轮辐由材料b组成、轮芯由材料c组成，所述的轮辐的一端有防脱板，另一端与轮芯相连；所述的轮毂模具由上模、下模和定位模组成，上模和下模中均含有与轮辐相配合的轮辐槽，轮辐槽上安装有密封垫，与分模面垂直的方向上的密封垫的高度大于轮辐槽的高度，所述的定位模上有与轮芯配合的定位凸台，模压成型工艺包括以下步骤：(1)利用材料b预成型轮辐、利用材料c预成型轮芯，并将预成型后的轮辐和轮芯组合在一起；(2)将连续纤维缠绕在组合的轮辐的防脱板上，使连续纤维作为轮辋的复合材料a的增强基体；(3)将缠绕有连续纤维的轮辐放置在轮毂模具上，使轮辐和轮辐槽、定位凸台与轮芯相互配合，防脱板置于型腔中；(4)合模、抽真空，然后用高压注射设备将复合材料a的树脂注射入型腔；(5)固化后开模，取出复合材料轮毂。
6.所述的一种复合材料轮毂及其模压成型方法，所述的材料b和材料c为同种材料，轮辐和轮芯通过模具一体成型。
7.所述的一种复合材料轮毂及其模压成型方法，所述的轮辐和轮芯之间通过圆弧过渡。
8.所述的一种复合材料轮毂及其模压成型方法，所述的材料b和材料c不是同种材料，轮辐中心有一通孔，可与轮芯过盈配合在一起。
9.所述的一种复合材料轮毂及其模压成型方法，所述的材料b为纤维增强树脂复合材料，材料c为金属材料。
10.所述的一种复合材料轮毂及其模压成型方法，所述的材料b为金属材料，材料c为纤维增强树脂复合材料。
11.所述的一种复合材料轮毂及其模压成型方法，所述的型腔的内侧和外侧均含有密封圈。
12.所述的一种复合材料轮毂及其模压成型方法，所述的复合材料a的连续纤维为连续玄武岩纤维，复合材料a的树脂为热固性树脂。
13.所述的一种复合材料轮毂及其模压成型方法，所述的密封垫和密封圈是由耐高温密封材料制成。
14.所述的一种复合材料轮毂及其模压成型方法，所述的耐高温密封材料为碳纤维充填聚四氟乙烯复合材料。
15.本发明的有益效果在于：(1)将轮毂拆分为轮辋、轮辐和轮芯，这三个部件可以根据工况的要求，利用同种或不同种材料进行制备，适应性广；(2)在轮辐上增加了防脱板，在制备时将连续纤维缠绕在防脱板上，然后放置在模具中注入树脂，固化后防脱板就被镶嵌在轮辋中，可使成型的轮辋与轮辐良好的结合在一起，避免轮辐脱落，其结合强度远大于化学粘结或机械结合；(3)由于防脱板的存在，其较大的横截面积可防止在轮毂工作时轮辐与轮辋的结合部位产生较大的应力集中，可提高轮毂的使用寿命；(4)先对模具抽真空，再让树脂再较高的压力下充填型腔，可保证树脂的良好充填，避免在轮辋中形成间隙及孔洞等缺陷；(5)在轮辐槽上安装有密封垫，并且与分模面垂直的方向上的密封垫的高度大于轮辐槽的高度，可使得在合模时，密封垫在合模压力的情况下发生变形，对轮辐和轮辐槽的配合间隙进行填充，保证轮辐与轮辐槽之间的密封；(6)在型腔的内侧和外侧均设有密封圈，可进一步保证型腔的密封；(7)轮毂模具中包含有定位模，用于轮芯的定位，可保证定位精度，避免成型后的轮辋与轮芯的圆心不重合，操作方便。
附图说明
16.图1为本发明的复合材料轮毂示意图。
17.图2为本发明的轮辐及轮芯的示意图。
18.图3为本发明的复合材料轮毂的截面示意图。
19.图4为本发明的轮辐及轮芯在轮毂模具中的装配示意图。
20.图5为本发明的轮毂模具的下模的上表面示意图。
21.上述附图中，标记对应的名称如下：1-轮辋，2-轮辐，3-轮芯，4-防脱板，5-上模，6-下模，7-定位模，8-密封垫，9-定位凸台，10-型腔内侧的密封圈，11-型腔，12-型腔外侧的密封圈，13-轮辐槽。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，在本发明的实施例基础上，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围，在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互组合。
23.如图1-5所示，本发明的一种复合材料轮毂及其模压成型方法，包括轮辋1、轮辐2、轮芯3和轮毂模具，其中轮辋1由复合材料a组成，轮辐2由材料b组成、轮芯3由材料c组成，轮辐2的一端有防脱板4，另一端与轮芯3相连，轮毂模具由上模5、下模6和定位模7组成，上模5和下模6中均含有与轮辐2相配合的轮辐槽13，轮辐槽13上安装有密封垫8，与分模面垂直的方向上的密封垫8的高度大于轮辐槽13的高度，定位模7上有与轮芯3配合的定位凸台9，模压成型时，先利用材料b预成型轮辐2、利用材料c预成型轮芯3，并将预成型后的轮辐2和轮芯3组合在一起；然后将连续纤维缠绕在组合的轮辐2的防脱板4上，使连续纤维作为轮辋1的复合材料a的增强基体，再将缠绕有连续纤维的轮辐2放置在轮毂模具上，使轮辐2和轮辐槽13、定位凸台9与轮芯3相互配合，防脱板4置于型腔11中(如图4所示)，然后合模、抽真空，用高压注射设备将复合材料a的树脂注射入型腔11，待固化后开模，即可取出复合材料轮毂，得到成品，模压时，可在型腔11的内侧和外侧安防密封圈，型腔内侧的密封圈10和型腔外侧的密封圈12进一步保证了型腔11的密封，如图5所示；进一步，复合材料a的连续纤维可采用连续玄武岩纤维，复合材料a的树脂可采用热固性树脂，以保证轮辋的强度；更进一步的，密封垫和密封圈可以用耐高温密封材料制成，具体的可为碳纤维充填聚四氟乙烯复合材料。
24.实施例一：一种复合材料轮毂及其模压成型方法，包括轮辋1、轮辐2、轮芯3和轮毂模具，其中轮辋1由复合材料a组成，轮辐2由材料b组成、轮芯3由材料c组成，轮辐2的一端有防脱板4，另一端与轮芯3相连，轮毂模具由上模5、下模6和定位模7组成，上模5和下模6中均含有与轮辐2相配合的轮辐槽13，轮辐槽13上安装有密封垫8，与分模面垂直的方向上的密封垫8的高度大于轮辐槽13的高度，定位模7上有与轮芯3配合的定位凸台9；其中材料b和材料c为同种材料，轮辐2和轮芯3可通过模具一体成型，然后将连续纤维缠绕在组合的轮辐2的防脱板4上，使连续纤维作为轮辋1的复合材料a的增强基体，再将缠绕有连续纤维的轮辐2放置在轮毂模具上，使轮辐2和轮辐槽13、定位凸台9与轮芯3相互配合，防脱板4置于型腔11中，然后合模、抽真空，用高压注射设备将复合材料a的树脂注射入型腔11，待固化后开模，取出复合材料轮毂。
25.由于轮辐2和轮芯3是一体成型的，为避免其连接处产生应力集中，轮辐2和轮芯3之间通过圆弧过渡，同样为了保证型腔11的密封，可在型腔11的内侧和外侧安防密封圈，进一步，复合材料a的连续纤维可采用连续玄武岩纤维，复合材料a的树脂可采用热固性树脂，以保证轮辋的强度；更进一步的，密封垫8和密封圈可以用耐高温密封材料制成，具体的可为碳纤维充填聚四氟乙烯复合材料。
26.实施例二：一种复合材料轮毂及其模压成型方法，包括轮辋1、轮辐2、轮芯3和轮毂模具，其中轮辋1由复合材料a组成，轮辐2由材料b组成、轮芯3由材料c组成，轮辐2的一端有防脱板4，另一端与轮芯3相连，轮毂模具由上模5、下模6和定位模7组成，上模5和下模6中均含有与轮辐2相配合的轮辐槽13，轮辐槽13上安装有密封垫8，与分模面垂直的方向上的密
封垫8的高度大于轮辐槽13的高度，定位模7上有与轮芯3配合的定位凸台9；其中材料b和材料c不是同种材料，成型时需先利用材料b预成型轮辐2、利用材料c预成型轮芯3，并将预成型后的轮辐2和轮芯3组合在一起，其中轮辐2中心有一通孔，可与轮芯3过盈配合在一起；轮辐2和轮芯3组合后，再将连续纤维缠绕在组合的轮辐2的防脱板4上，使连续纤维作为轮辋1的复合材料a的增强基体，再将缠绕有连续纤维的轮辐2放置在轮毂模具上，使轮辐2和轮辐槽13、定位凸台9与轮芯3相互配合，防脱板4置于型腔11中，然后合模、抽真空，用高压注射设备将复合材料a的树脂注射入型腔11，待固化后开模，即得到成品。
27.由于材料b和材料c不是同种材料，则可以根据具体的工况需要，利用所需材料制备相应的部件，生产灵活、节约成本、能够保证每个零部件性能完全达到工况要求；进一步的，材料b可为纤维增强树脂复合材料、材料c可为金属材料，根据实际应用的需要，也可以材料b为金属材料，材料c为纤维增强树脂复合材料；进一步，为了保证型腔11的密封，可在型腔11的内侧和外侧安防密封圈，进一步，复合材料a的连续纤维可采用连续玄武岩纤维，复合材料a的树脂可采用热固性树脂，以保证轮辋的强度；更进一步的，密封垫8和密封圈可以用耐高温密封材料制成，具体的可为碳纤维充填聚四氟乙烯复合材料。