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碳纤维轮毂听过吗?轮圈还用过这些材料

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  • TA的每日心情
    郁闷
    2018-2-22 13:59
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]初来乍到

    发表于 5 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式
    作者:本日头条

    从汽车诞生的那一刻起头,车轮是一台车最不成缺氨赡部分。而从1886年汽车诞生以来,汽车已经履历了133年的成长。而陪伴着汽车的成长,作为重要组成部分的轮圈也在履历着成长,除了工艺技术之外,材质也不竭在改变。而我们就挑选了汽车轮圈常用的制造材料,为大师窥测傍边隐藏着的轮圈进化史。

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    木制轮圈

    汽车轮圈初次出现之时,其首要结构设想均来历于马车的概念。加上晚年金属加工并不成熟,是以很多晚年的汽车车轮设想制造都和马车一样利用木制。木制轮圈的制造方式普遍分歧,都是利用木头零丁制造出辐条和内框,再用铁马将铁制的外框毗连起来成为一个轮圈的整体。而木制的轮圈和车轴连系首要靠金属的轴头将散开的木制辐条“夹紧”而成为一个整体。

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    图:木制轮圈最早的起源是马车上。

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    图:木制轮圈凡是会利用不异的木制辐条组分解放射状,安装在木制大概铁制的轮圈外圈上。

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    图:木制轮圈很洪流平上依靠野生制造,是以对徒弟的才能相当有考验。

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    图:木和铁之间只能用螺丝和桥码安装成整体。

    木制轮圈为汽车诞生早期的产物,不外木制轮圈有着极大的范围。首先制造相当复杂,而且很是依靠工人的技术。而木头的承载才能相当有限,并不能利用在重量较大的汽车上。而且轻易被腐蚀和损坏,耐久度差,维修也相当麻烦。所以在铁制工艺逐步成熟以后,很快木制轮圈就被铁制轮圈取代了。

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    图:早期的汽车还没进入内燃机时代,还有蒸汽机车的存在。由于重量较轻,是以利用负载才能欠佳的木制轮圈也没有题目。

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    图:木制轮圈的保存和保护相当讲求,而且很是轻易损坏。

    铁制轮圈在上世纪10年月左右就出现了。最早的形式类似于自行车的钢丝圈,均是利用大量的钢丝将轮圈外框和花鼓毗连起来。这类方式制造的轮圈,比木制轮圈有更强的刚性和韧性,性能连结也更好。不外,由于这类轮圈都必须利用野生编制,而且需要渐渐调剂,对工人的要求高之余,生产效力也相当低,本钱偏高,只能在代价较高的车款上利用,是以并不能作大范围的提高。不外同时由于这类轮圈外型文雅,逐步成为了一种“复古”的标识物,表过不提。

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    图:钢丝编制的轮圈和自行车摩托车上利用的轮圈很是类似,承载才能比木制轮圈更好了。

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    图:由于这类轮圈也是依靠人手制造,产量偏低,只会利用在中高端车上利用。不外这类表面的轮圈则成为了复古的标识。

    另一种铁质轮圈就是我们常见到的“钢圈”的鼻祖,就是用铁板冲压而成的轮辋部分和钢制外圈焊接一路而成的轮圈。这类轮圈制造方式对野生依靠水平低,能方便停止大范围生产,生产本钱较低,是以可以停止大范围提高。而对于铁制轮圈自己而言,其承重才能比力高,韧性较佳,当遭到外力碰撞后会变形,可以方便的停止修复而较少发生整体爆裂解体的情况,性价比力高,是以一向相沿至今。

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    图:另一种铁圈就是利用铁制的外圈和冲压而成的轮辋部分焊接而成的铁圈。这类轮圈承载性能好,而且合适机械大范围生产,代价昂贵,而敏捷成为铁制轮圈的支流。

    固然,铁制轮圈自己也有很多弱点,首先就是铁比重较大,所以铁制轮圈都比力重,对汽车行走性能来说很难有较大的进步。其次就是韧性大而刚性不敷,在磕碰时比力轻易发生肉眼很难观察到的变形,是以在高速行驶会发生发抖。再者,铁这类物资比力坚固,邃密加工难度大,是以很难制造出外形复杂的外型。而且铁的导热性比力差,对刹车散热上的帮助比力衰。是以铁制轮圈一向都只在低端市场上占主导职位。

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    图:可见早期的冲压轮辋部分,外型都比力简单。尔前期随着汽车重量的增加,轮辋部分做成磷泣复杂的外形而有更好的力学结果。

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    图:这类铁制轮圈首要利用在廉价车和工作车上,比方美国的警车现在都一向用这类铁制轮圈。

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    图:这类轮圈还有一个优点,就是不再需要利用编织轮圈那种铁制螺母,而是用了现代PCD的原型。

    铝合金轮圈就是我们常说的“铝圈”。其材质并不是纯铝,而是掺入了如铜、锰、镁、硅、锌、铁等其他物资的铝合金,是以相比原本较软的纯铝,其物理特征有很大的改变。铝合金轮圈的制造首要分铸造和铸造两种。前者是将铝合金融化以后倒入牢固的模具中,冷却后获得轮圈的样子,再经过修饰;后者铸造工艺首要分两种方式,一种是将铝胚用铸造的方式铸造出轮圈的雏形,再经过切削打磨等方式制造出辐条外型后获得轮圈的制品,而另一种就是间接用铸造机锻压出辐条的外型和轮圈的样子,再简单修饰后获得制品。这几种生产方式的孰优孰劣这里先不说,还是先说铝合金材质的题目。

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    图:天下上首个用于汽车上的铝合金轮圈就是在这台典范布加迪1924年 Type 358B赛车上利用的轮圈。而且利用铸造工艺制造,可以说是昔时汽车界的最顶尖科技。

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    图:德国Fuchs为保时捷901特制的铝制轮圈采用了铸造工艺。

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    图:作为德国著名的军工企业,Fuchs早期同时为奔驰、法拉利、兰博基尼等供给铝合金轮圈。

    一般而言,现今市道上最多见的轮圈就是铁轮圈和铝合金轮圈。和铁轮圈相比,铝合金轮圈最大的上风就是重量很是轻。铸造铝合金轮圈可以比不异尺寸的铁轮圈轻50%以上,优点也很明显,就是大幅下降簧下质量和轮上的阻力,在行车时有着较佳的操控性能及驾驶性,可以很好的削减刹车间隔,使平安系数增加。另一方面,铝合金轮圈的刚性比铁轮圈高3-5倍,是以在汽车行驶碰到坑洞时,其耐冲击性也更好,更能连结准圆的外形,保证汽车行驶的平稳。和铁轮圈相比,铝合金的导热率相当高,是以有用帮助汽车的刹车系统散热。而且由于这类材料生产方式灵活,可以很轻易的制造出复杂的外型,而且铸造铝合金轮圈在镂空水平极高的时辰仍然能连结极佳的刚性,是以成为现在支流的汽车轮圈制造材料之一。

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    图:随着铝制轮圈制造技术的成长,铸造铝圈已经可以做到轻量化和刚性的高度平衡。

    固然,弱点也是有的。和铁轮圈相比,铝合金轮圈刚性更高,是以脆性也更大。在遭到庞大冲击时,铁轮圈能够会发生大幅度的变形,而铝合金轮圈便能够会发生爆裂的状态,而且碎裂的部分是不成修复,只能整体更换。别的,铝合金轮圈的造价也比铁轮圈更贵,是以售价也比铁轮圈更贵。是以在更重视表面和性能的汽车中高端汽车上均利用铝合金轮圈,而铁轮圈则常见于入门级的廉价车上。

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    图:最高性能的铝合金轮圈甚至可以取代“轮胎”让WRC赛车撑到尽头。

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    图:由于铝合金的特征,铝制轮圈在严重损坏时凡是会爆裂而非大幅度变形,且没法修复。

    镁合金轮圈的说法实在并不正确,应当是镁铝合金轮圈。其合金的组成部分除了镁之外,铝合金也占了很大的一个部分。固然,镁铝合金比铝合金中镁的占比大了很多,也改变了这类合金的物理特征。和轮圈制造普遍利用的的铝合金相比,镁铝合金的密度更低,刚性更高,是以也比传统的铝合金制造的轮圈有更佳的机械特征,而且材料的本钱也仅仅比铝合金有稍微的增加。

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    图:量产车利用镁铝合金轮圈,可以追溯到BBS帮法拉利308定制的产物。

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    图:保时捷959这台神车也利用了镁铝合金轮圈。

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    图:Carrera GT可以说是量产车利用镁铝合金轮圈的高级作品。可见尺寸和镂空幅度已经相当大。

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    图:这款O.Z推出的Chrono HT轮圈可以说是改装市场上比力稀有的产物,同为镁铝合金制造,不外并没有益用铸造工艺,而是采用高压铸造技术。

    看似很完善的材料,现实上也有很大的弱点。镁元素相当活跃,是以很轻易和其他物资发生反应,比方在空气中很轻易氧化而变性致使物理特征改变。镁铝轮圈刚性大脆性也大,比铝合金轮圈更不耐冲击,是以在金属配比,铸造工艺上都很是讲求。1983年BBS就起头处置汽车用镁铝合金轮圈的开辟工作,但直至1992年,天下第一只铸造镁铝合金轮圈才利用到法拉利F1赛车上。而量产车原配镁铝合金轮圈就只要法拉利308、保时捷959和保时捷Carrera GT 等意义非凡的车上。虽然说镁铝合金轮圈在F1上利用已经相当做熟,而且也有很多摩托车利用铸造镁铝合金轮圈,BBS也推出过一款FZ-MG的天下首款量产单片式铸造镁铝轮圈(详情请点击《BBS天下首款量产单片锻镁轮圈FZ-MG》)。不外在民用汽车的范畴,镁铝合金轮圈还是相当不提高的产物,而且代价也很是高贵。

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    图:相比民用车的用品,镁铝轮圈还是在F1赛车上获得普遍的利用。

    碳纤维是一种早期用于航空产业中的材料,现在已经普遍利用于赛车和高性能汽车中。由于有密度低、刚性高、抗高温顺抗腐蚀才能好,已经有越来越多的汽车部件利用碳纤维制造,如碳纤维车架、悬挂构件、外壳空力套件,甚至刹车等。碳纤维有分干碳纤和湿碳纤,而碳纤维最新的利用,就是用于制造轮圈(湿碳纤由因而非性能产物不在会商之列,下面说的碳纤维均是干碳纤维)。

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    图:碳纤维轮圈最早的形式,应当就是Dymag这类半碳纤维轮圈,由镁铝合金制造的轮辋部分和碳纤维制造的外圈部分组合起来(或相反)。

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    图:天下上首个全碳纤维轮圈,应当就是这条出自日本Weds Sport之手的产物。

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    图:这款是福特GT选装的全碳纤维轮圈。

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    图:这款由Carbon revolution制造的全碳纤维轮圈,听说就是和福特GT350R选装的同款。

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    图:从剖面图可以清楚看到碳纤维轮圈的内部结构。除了中心的部分为金属材质,其他全为碳纤维高温热压而成。

    碳纤维是上述制造汽车轮圈中唯一的非金属物资,是以制造方式和传统金属的工艺完全分歧。碳纤维是利用碳纤维丝编织成碳纤维布,再制成预浸布,然后模具上经过真空高压高热的方式制形成轮圈制品。由于碳纤维这类编织制品密度并不均匀,而且其受力有指向性,是以对于制造工艺相当讲求。碳纤维利用了这么多年,直到2008年才出现第一款名为DYMAG CARBON的半碳纤维轮圈(轮圈为碳纤维,轮辋辐条为镁铝合金)。2009年,日本Weds Sport制造出天下第一款全碳纤维轮圈。而在量产范畴,只要科尼赛格、福特等供给全碳纤维轮圈作为选装件,代价也相当高贵。虽然说碳纤维轮圈不管在刚性、轻量化方面相比传统金属材质有诸多的上风,可是导热性差、工艺复杂、制造本钱高、产量低、良品率难控制等弱点,也障碍了碳纤维轮圈的提高。相信碳纤维轮圈要真的在高性能轮圈中占一席位,还需要假以光阴。

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    图:首款利用全碳纤维轮圈的“量产车款”,应当就来自于科尼赛格koenigsegg的Agera。

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    图:很多改装品牌和车厂都宣称要推出半碳纤维轮圈或全碳纤维轮圈,看似市场一片大好。不外在制造本钱和价格降下来,产量提上去之前,要提高还是有一段很长的时候。

    能够有朋友问,为什么没有提到钛合金轮圈?虽然说,钛合金相比铝和钢物理性质更佳,可是由于其刚性高韧性差的特点,很难用传统的金属工艺制造出轮圈这类讲求塑性的物件。虽然说,民用车上没有量产的钛合金轮圈,不外特种车上却有钛合金车轮的案例。

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    就是在我们的登月车“玉兔”上利用了钛合金编制网建造的车轮,能在月球低附出力的松软路面获得最大的抓地力。而民用范畴轮圈的制造,还需要依靠材料学的继续研讨。
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