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碳纤维车架是如何制成的,读完这一篇你就明白了

文章作者:照明工业 上传时间:2020-05-07

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日内瓦车展即将开幕了,而在日内瓦车展上即将亮相的兰博基尼新旗舰Aventador LP700-4又有了新消息。日前,据海外媒体报道,一个来自克罗地亚的媒体公布了他们获得的一张LP700-4的泄露图片,这也让我们第一次没有伪装的看到这款新车。而除了新的无伪图片,我们还收到了有关新车碳纤维车体制造过程的图片,下面我们就一同来看一下吧。

骑车的老鸟,都知道碳车架的水很深,国产碳和国外碳,低模和高模,有关碳纤维的一切向来是自行车谣言的重灾区,而众多自行车大厂却对碳纤维技术守口如瓶,更让这事添了一份神秘。

Aventador LP700-4无伪泄露图

昨天,终于有一家厂商决定不再传统下去。美国单车厂商allied cycle works联合碳修复专家raoul luescher合作撰写了一篇可能是有史以来最详细的碳纤维车架揭秘文章,发布在澳洲自行车媒体cyclingtips的网站上。

照片上的兰博基尼Aventador LP700-4采用漂亮的红色喷漆,车灯、前唇等采用黑色配色;内饰也为红、黑两种颜色。整个外形设计和已经停产的Reventon还是有些相似的。我们此回只看到该车的俯视图,如果有正面或45度的照片,那么会给大家带来更多的信息。

什么是碳纤维?

除了上面这张无伪的泄露图片之外,日前,兰博基尼官方还公布了有关新车底盘系统和其碳纤维增强塑料CFRP的生产过程照片,这次公布更像是一次碳纤维制造的宣言。有关底盘和悬挂的具体情况我们此前曾经报道过,兰博基尼将为Aventador配备自动调节减震器,收集路面及车体信息来调节减震器,使得四个车轮始终可以紧贴地面。

碳纤维是一种聚合物,准确的说,是经过多种加热步骤而定型为丝线状的碳原子。 这些长丝每根直径约5-10微米,比一般人发细10-20倍。

制造工艺方面,兰博基尼开发团队针对车身碳纤维材料的不同需要采取三种制造工艺。分别为树脂传递模塑法;预浸料;以及编织法。三种方法分别适用于模制品、汽车外露部位、车顶结构性支柱以及车门槛板的空心部件,并严格要求生产误差在0.1mm以内。

碳纤维细丝看起来就像人的头发。

兰博基尼汽车CEO Stephan Winkelmann曾说,轻量化的发动机和最适宜的动力重量比是一辆超跑的决定性因素,在提供充足的驾驶乐趣同时,还能实现较低的排放。兰博基尼投入了很大的精力在新的CFRP材料应用上,并实现在业内的领先地位。而采用了新材料的Aventador LP700-4,也将书写兰博基尼的新篇章。”

这些单丝聚集在一起形成丝束,就像将几股线搓成一根绳子那样,一起工作的碳纤维,拥有了人们印象中的特质——轻巧、坚固。

兰博基尼开发团队对其技术工具组合中的下列三种主要碳纤维强化材料制造方法进行了细致筛选。分别为树脂传递模塑法;预浸料;以及编织法。

单根碳丝束使用的细丝数量,或用大家熟悉的叫法,模量,就成了碳纤维的最常见的度量标准。例如,具有3,000根长丝的碳丝束通常被命名为3k,6000丝是6k,依此类推。模量并非越高越好,因为较高的模量意味着较高的脆性。

树脂传递模塑法:这种工艺是对碳纤维毡进行预成型加工,并以精确用量的树脂加以浸渍。然后,碳纤维毡需在高温下固化,部件随即模塑成型。在进一步完善此种方法的过程中,兰博基尼实现了重大突破。采用“RTM-Lambo”专利工艺之后,最终的模制品不再是笨重、复杂的金属件,而是以轻质碳纤维零部件打造而成,令制造过程更加快速、灵活、高效。“RTM-Lambo”工艺的另一项优势就是喷注压力较低,因而无需使用昂贵的设备。

关键一点,至少在自行车行业内,描述模量的方法并不是标准化的:一个品牌声称的“超高模量”材料实际上可能比另一个品牌的“低模量”碳更“软”。和单纯的模量高低相比,这些不同刚度的碳是如何应用、应用在车架的哪些部位是更重要的事情,最好的车架都会采用多种模量的碳来制造不同位置。

预浸料:以此种方法处理过的碳纤维毡通常称为“预浸料”,也就是由供应商使用热固性液体树脂进行预注处理,并须在低温环境下保存。然后,碳纤维毡要在模具中经过层压处理,并在压热器内进行热压固化。预浸料部件的制作工序十分复杂,但表面光洁度极佳,所以是打造汽车外露部位的上选。

环氧树脂是车架质量高低的关键

编织:这种碳纤维编织技术来源于纺织业,用于制造车顶结构性支柱以及车门槛板等特殊用途的空心部件。编织部件是将纤维按对角方向分若干层交错编织而成。所有部件均是采用RTM技术制造而成。

碳丝束在加入环氧树脂前,还是很软,几乎毫无用处。向碳纤维添加树脂可将材料转变为复合材料,更准确的工程术语叫,碳纤维增强聚合物。 由于复合材料通常也是分层的,也被称为层压材料。

上述技术应用于一系列特殊工序之中,从而造就了新款V12超级跑车的硬壳式车体。兰博基尼取得的一项重大进步就是将组装完成的硬壳式车体元件作为模具成功运用到了下一步工序之中。与传统方法相比,这一创举大大简化了制造过程。

相比轻巧的碳纤维,树脂相对笨重。 厂商在生产这类复合材料时,都希望尽可能少使用树脂来固定碳纤维。 这里还有教给大家一个通过树脂含量分辨碳纤维模度的方法,较高模量的碳会发光,因为高模碳的丝束间隙小,所需填充的树脂少,反之,低模碳因为丝束间隔大,填充树脂多,所以光泽相对暗淡。

此外,环氧泡沫部件也运用到了硬壳式车体中。此类部件均位于关键位置,能够在各层复合材料之间发挥间隔作用,以增强硬壳式车体的刚度。此外,其前后表面均为铝质嵌板层压而成,以便连接前、后副车架铝质元件。

图片中的碳纤维管材都使用了一种叫innegra的增强材料,但原文图注中没有说明是几k碳。

一些制造商会通过使用其他纤维类型和改性树脂来改变最终的性能特征。 allied使用了被称为innegra的增强材料,而另一些已知包括芳族聚酰胺之类的材料以增加层压板的抗冲击性。

为了融合碳纤维和树脂,大多数车架厂商会将碳纤维布预浸渍在未固化的树脂中,并冷冻储存。这样做有助于确保树脂覆盖每一个碳丝束的缝隙。

厂商在编制碳布时,有两种方式,一种是单向编织法,所有的纤维都在一个平行的方向上运行。这种方式的优点是,在一个方向上提供了最大的强度和刚度,缺点是,其正交方向上的强度和刚度都很弱,五通、头管、有线管钻孔的地方都会选用单向编织的碳布。

另一种方式是交叉编织法,丝束可以以各种角度编织在一起,通常以十字交叉的方式编织在一起,使得材料可以在多个方向上同样强壮。

巨大的平板预浸碳纤维成卷的运输到车架工厂,在这里被切成小块,然后才能放入模具中。

车架设计师需要权衡广泛的参数,如刚度与脆性,重量与耐久性,耐冲击性,当然还有成本,确保能在最合适的部位使用最合适的碳纤维类型。

一般来说,碳车架的设计可能性是无限的,如果做得好,碳车架的寿命几乎是无限的。

持续的改进 >; 大幅的创新

设计一个碳纤维车架是个艰难、缓慢而复杂的过程。无论是材料、受力还是外观,这些过程都很缓慢,不同的品牌之间差异也非常巨大。

这就是为什么每隔几年你才会看到一个品牌通过迭代和渐进式的改进来更新现有的模型,而不是重新设计已经相当精致的产品。

luescher解释说,碳纤维车架的进步大部分归结为更精益的过程控制。

“相比不断变革的碳纤维材料科技,提升树脂和碳纤维的融合率,仍是收益更高的做法。”

“树脂与碳纤维结合越均匀,缺陷越少,车架结构性能越强。通过生产更加一致的复合碳纤维,才能放开设计人员的手脚,从而设计出更轻,更坚固,更耐疲劳的车架,而不需要像之前要求的那么大的安全系数。”

有限元分析允许能对车架进行虚拟测试。这个测试过程通常需要一年的时间。

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