位于意大利Faenza的RIBA復合材料公司開發了一款全碳纖維的車輪轂，這款產品在很多方面都有著顯著優勢，其采用了工業化模塑成型的生產工藝，而且產品已經通過了全部測試。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、航空航天和工業應用領域提供高級復合材料（使用碳纖維、玻璃纖維和芳綸纖維等）結構部件的設計、原型開發和生產的領導企業。

 

這家位于意大利Faenza的公司創建于1988年，現有兩個生產基地，每年生產超過20萬個部件。

 

RIBA專注于多種生產技術，包括手糊和熱壓罐成型、手糊和固化爐成型（OOA）、負壓樹脂灌注、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。

 

現在，該公司投入了大量資源用于開發長、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。

 

正是得益于對這些技術不斷的投入，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提供特制的復合材料零部件。

 

最近，RIBA又投資了一整套康隆（Cannon）模塑成型復合材料的島站，產能實現了大幅提升，這套島站包括：

 

? 一臺三組分E-System環氧樹脂高壓計量設備，帶有一個LN 10三組分混合頭，可以閉環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，可以保證模塑部件的平面度。

 

目前，RIBA利用這臺設備、通過模塑工藝生產一款形狀復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。

 

一個歐洲聯合項目

 

CARIM項目聯合了歐洲最頂尖的模具、化學原料、測試和認證方面的專家，以為汽車行業開發一種可商業化的大批量自動化生產全碳纖維車輪轂的制造工藝。

 

采用自動化碳纖維復合材料生產技術制造出的輪轂，不僅有優異的機械性能，而且還比最頂級的鋁質輪轂輕35%。

 

輪轂的生產采用了自動化預成型和創新的HP-RTM工藝，縮短了生產節拍時間，而且具有比傳統復合材料工藝更低的生產成本，同時還能實現大規模連續生產，這樣才能保證CARIM輪轂相比現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世界復合材料展會上，CARIM聯合機構為復合材料行業的觀眾們展示了其最新的項目成果。

 

于2018年底啟動后，FTI（創新快速通道）歐洲項目即開啟了模塑成型復雜結構部件的工業化生產的新模式。

 

一輛汽車要經受最嚴苛的考驗：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制造商開發一款客戶設計的直徑22in（約 56cm）十輻式的全碳纖維車輪轂，適用285 mm的寬胎，而且要達到工業化生產的產量：每年要供應20000件產品，如果SUV車型取得了商業上的成功，輪轂的年產量還可以再增加。

 

目前生產這種工業產品的技術最先進的HP-RTM工藝鏈包括：干纖維增強材料全套疊材自動預成型，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行預成型：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成型件。

 

預成型件經修剪后，經過一道插入工序被放入RTM模具內，然后將高壓混合的環氧樹脂注入模具，浸潤增強纖維織物。

 

一旦模具關閉，樹脂和固化劑混合物在1min內即注入模腔，透過纖維浸透預成型件。

 

樹脂注入完畢后開始固化反應，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%為環氧樹脂，玻璃化轉變溫度（TG）超過200℃。

 

部件最后的機械加工是通過傳統的銑削/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，所以可以重新設計整個懸架系統，后續還可以為懸架系統減重。

 

? 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。

 

? 在輪輻的數量和樣式方面，這種制造工藝提供了最高的設計自由度。

 

? 經工業化生產證明，這套生產系統適用于中高端零部件的生產。

 

? 與傳統的生產方法（熱壓罐和固化爐）相比，大尺寸結構件的生產節拍時間已大幅縮短。

 

預成型時，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行固定，確保高轉速時沒有任何扭矩損失。

 

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700℃。

 

? 150萬次循環疲勞測試，只有一根輪輻嚴重彎曲。

 

? 橫向和徑向的大沖擊長循環測試，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。

 

在介紹這個創新項目的現行階段時，RIBA的總經理Andrea Bedeschi先生表示：“我們將在2020年的巴黎JEC復合材料展會上展示這款車輪轂。我們已經準備好開始生產這款輪轂，同時我們也已經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自己設計的產品。我們與康隆（Cannon）公司合作，找到了最適合的生產工藝，康隆（Cannon）也提供了最卓越的生產設備：壓機和計量設備都完全適合高品質部件的快速生產。我們期待相互合作，繼續進一步的開發。”

 

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