本实用新型涉及一种汽车轮毂，具体来讲是一种适用于树脂传递模塑工艺制造轮毂的增强纤维材料预成型体结构，属于汽车轮毂制造技术领域。
背景技术：
随着全球环保压力与日俱增，各国政府对汽车尾气排放要求日益严格，汽车工业正致力于：1、缩小发动机排量，提高升功率，提高燃油效率；2、发展混合动力或纯电动汽车；3、用更轻更好的材料代替原有材料，降低车辆自重。无论对于何种能量形式的汽车，减重总是行之有效的方案。
作为汽车主要簧下质量提供者及重要的转动部件，轮毂的轻量化对于车辆减重及提高能效有着立竿见影的作用。
目前复合材料轮毂有两种主要形式，一种是分体式，辐条面部分为铝合金，轮辋部分为复合材料，两者通过金属紧固件机械结合。在一个整体铝合金轮毂中，轮辋只占总重量的少半部分，将轮辋替换为复合材料，同时增加数十对用于紧固的金属螺丝螺母，减重效果大打折扣。
另一种是一体式，及辐条面与轮辋均为复合材料并一体成型，主要工艺又分为两种。一是采用预浸料工艺，即一层一层将裁剪过的预先浸润树脂的增强纤维织物贴合于单面模具表面，每贴一层要修剪一次边缘并逐处压实以驱赶层间气泡，费时费力。为实现较高的纤维含量比及降低孔隙率，预浸料铺贴完成后连同模具须用真空袋包覆放入热压罐进行终固化。使用该工艺制造的轮毂，生产周期较长、价格高昂，无法规模化应用。二是采用树脂传递模塑（RTM）工艺，通常步骤为：1、将不含树脂的增强纤维材料裁剪成特定形状，一层或多层堆叠后使用一套包含阴模和阳模的模具压制出三维立体结构，并修剪边缘，该步所得为增强纤维织物预成型体；2、将单个或多个预成型体组装后填充于闭合的终成型模具腔中，再灌注树脂体系浸润纤维，经固化得到终制品。
轮毂作为一个外形复杂的三维立体结构，无法仅使用一个预成型体就构造出整体，而使用多个预成型体拼接首先要考虑的是整体受力安全问题，所以设计轮毂预成型结构时应同时满足以下要求：1、在增强纤维材料允许的形变范围内尽量将受力关键部位安排在单个预成型体上；2、若受力关键部位在两个预成型体交界处，应采用搭接处理，搭接厚度符合设计尺寸；3、单个预成型体应与尽可能多的其他预成型体接合，提高整体性。
技术实现要素：
本实用新型所解决的技术问题在于提供一种复合材料轮毂，成为解决背景技术中存在问题的一种有效方法。
本实用新型通过以下技术方案实现的：一种复合材料轮毂，包括幅面预成型体与轮辋预成型体，所述幅面预成型体由4至6组相同的增强纤维材料预成型体绕轮毂中轴交错叠加后构成辐条及用于与车轴连接的毂部，所述轮辋预成型体包含4至6组相同的增强纤维材料预成型体，每组预成型体同时与两个相邻的辐条相连接。
进一步的，前述的复合材料轮毂，幅面预成型体由外而内依次包括辐条面层、物料填充层、辐条背层及毂部加强层；所述轮辋预成型体由辐条间连接加强层与轮辋圈构成。
进一步的，前述的复合材料轮毂，辐条面层包括辐条正面，所述辐条正面的端部沿径向具有径向延长部，所述辐条正面的两侧向内折弯形成辐条侧壁，所述两侧辐条侧壁的底部具有向外折弯的叠加区。
进一步的，前述的复合材料轮毂，叠加区呈扇形，且相邻两叠加区呈环形交错叠加，形成用于轮毂与车轴连接的毂部；所述叠加区内还设有轮毂螺栓打孔位。
进一步的，前述的复合材料轮毂，增强纤维材料为纤维束、纤维毡、单向布、编织布、经编多轴向织物中的一种或几种混合。
进一步的，前述的复合材料轮毂，辐条面层、物料填充层、辐条背层及毂部加强层均为纤维铺层，所述纤维铺层采用的纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、尼龙纤维中的一种或几种混合。
进一步的，前述的复合材料轮毂，辐条面层及辐条背层所用增强纤维材料包含至少两个方向排布的纤维，其中一个方向与轮毂径向重合，另外的方向呈径向对称分布。
进一步的，前述的复合材料轮毂，辐条间连接补强层包围置于两个相邻辐条之间，与辐条的侧壁截面及辐条背层相接触。
进一步的，前述的复合材料轮毂，辐条面层的径向延长部向辐条背面方向折弯，覆盖物料填充层使之与辐条背层相贴合，并与辐条间连接补强层构成一个整体曲面。
进一步的，前述的复合材料轮毂，毂部加强层为整体成形的、形状与毂部一致的预成型体，且与所述毂部紧密贴合。
进一步的，前述的复合材料轮毂，辐条间连接加强层为与辐条数量相同的弧形体，并绕轮毂的中轴均布，所述弧形体的两端将相邻的辐条在端部两两相接，并与辐条端部截面相接触。
进一步的，前述的复合材料轮毂，至少一个呈圆周连续的轮辋圈内侧与圆周分布的辐条连接加强层外侧贴合，二者共同构成轮辋结构。
本实用新型的有益效果为：1、每个辐条都可采用相同的经过计算优化的纤维排布方向，避免冗余纤维的使用，在满足轮毂性能的同时使重量更轻；2、中心毂盘与辐条结为一个整体，使用螺栓将轮毂与车轴连接紧固后进一步加强了幅面的整体性；3、辐条与轮辋间存在多重连接，安全可靠；4、每种规格的预成型体织物展开形状均设计成尽量小且规则，减少织物裁剪时产生的边角料，降低制造成本；5、采用模块化预成型体组合再施以真空辅助树脂传递模塑（VARTM）工艺，易于规模化生产，保证终产品的质量一致性；6、采用模具内预固化+模具外后固化的两步固化工艺，缩短模具占用周期，利于规模化生产时减少模具数量，提高单位时间产量。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型的轮毂预成型体结构的分解图。
图3为本实用新型的辐条面层预成型体制备详图，其中图3-1为主视图，图3-2为展开图，图3-3为立体图，图3-4为侧视图，图3-5为正视图，图3-6为仰视图。
图4~图11为本实用新型的预成型体装配步骤图。
图12本实用新型的辐条与轮辋连接部的横截面示意图。
具体实施方式
本实施例提供的一种复合材料轮毂，如图1至图12所示，包括幅面预成型体8与轮辋预成型体9。其中，幅面预成型体由4至6组相同的增强纤维材料预成型体绕轮毂中轴交错叠加后构的成辐条和用于与车轴连接的毂盘，本实施例中选用的为5组；由外而内依次包括辐条面层1、物料填充层2、辐条背层3及毂部加强层4。而轮辋预成型体同样包含4至6组相同的增强纤维材料预成型体，本实施例中选用的同样为5组；每组预成型体同时与两个相邻的辐条相连接，包括辐条间连接加强层6与轮辋圈7。
其中，增强纤维材料为纤维束、纤维毡、单向布、编织布、经编多轴向织物中的一种或几种混合。而辐条面层、物料填充层、辐条背层及毂部加强层均采用纤维铺层，该纤维铺层采用的纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、尼龙纤维中的一种或几种混合。
辐条面层包括辐条正面，辐条正面端部沿径向具有径向延长部，而辐条正面的两侧则向内折弯形成辐条侧壁，同时，辐条侧壁的底部具有向内折弯的叠加区。该叠加区呈扇形，且相邻两叠加区呈环形交错叠加，形成用于轮毂与车轴连接的毂部；同时，在叠加区内还设有轮毂螺栓打孔位。
而辐条背层与辐条面层绕轮毂中轴均布，并围合形成一个中空结构的辐条，以此提高辐面部分的抗弯和抗扭性能，在中空结构中内置物料填充层，该物料填充层由预制的与辐条内腔形状相符的热塑性泡沫材料制成。同时，在辐条填充层的外部包覆增强纤维材料，在与辐条面层、辐条背层接触的同时，其端面与轮辋部分接触，加强辐面与轮辋的连接。
辐条间连接补强层包围置于两个相邻辐条之间，与辐条的侧壁截面及辐条背层相接触。毂部加强层为整体成形的、形状与毂部一致的预成型体，且与毂部紧密贴合，增强毂部的整体性。且，毂部加强层在毂部外缘有多个连续的数量与辐条数量相同，方向与辐条方向一致的增强纤维材料延伸， 用于与辐条面层或辐条背层的贴合，加强毂部与辐条的连接。
辐条间连接加强层为与辐条数量相同的弧形体，并绕中轴均布。而弧形体的两端各有连续的一层或多层增强纤维材料延伸，使之与相邻的辐条在端部两两相接，并与辐条端部截面相接触，加强辐面与轮辋的连接。一个或多个呈圆周连续的轮辋圈内侧与圆周分布的辐条连接加强层外侧贴合，二者共同构成轮辋结构。
本实施例的制造过程为：
1.RTM模具准备：
清洁整体模具并将模具造型面抛光至光亮状态，将模具加热至60℃，在所有造型面上喷涂第一遍液态脱模剂，60℃保温15分钟，再喷涂一遍脱模剂，60℃保温15分钟，取出备用。
2.制备预成型体
以单个辐条面层预成型体，即图1为例，取出厂时就已单面施加织物定型剂的T700级别多轴向碳纤维经编织物，裁剪成外形略大于图3中辐条正面展开图样，裁剪时确保一个方向的纤维与辐条中线重合，另外的方向关于中线对称。多层叠加至设计厚度，使用包含阴模和阳模的辐条正面预成型模具压制成三维立体结构，整体在120℃保温10分钟，期间保持模具压紧。吹压缩空气强制冷却模具与预成型体至40℃以下，修剪毛边后取出预成型体备用。依次制备辐条背层、毂部加强层、辐条间连接加强层、近辐轮辋圈、远辐轮辋圈预成型体。
3.制备辐条填充物：
取硬度45度的EVA泡绵，修剪至外形与辐条内腔一致，包覆T700级别碳纤维编织布，利用喷胶粘合。
4.预成型体的组装：
如图4所示，依次将辐条面层预成型体放于模具型腔，预成型体两侧扇形延伸部位相互交叠，叠加处将用于形成与车轴连接的毂部。
如图5所示，将已包覆增强材料的辐条填充物压入辐条面层的空腔中，该填充物的三个主要面与辐条面层内腔接触。
如图6所示，放置辐条背层，其中一个面同时与辐条面层的两个侧立面截面和辐条填充物的一个大面接触；近轴端的扇形块嵌入辐条面层交错形成的凹槽中，限制独立辐条的绕轴位移倾向。
如图7所示，放置毂部加强层，将上步中形成的断续的毂部平面结合成一个整体，同时限制辐条面层和辐条背层的径向位移倾向。
如图8所示，沿模具表面铺设辐条间连接加强层，单个预成型体两端同时与相邻两个辐条端部截面接触，并将部分增强织物延伸塞入辐条填充物和辐条面层侧立面内壁的间隙中。图中未示该延伸，但不影响理解上述描述。
如图9所示，将辐条面层端部的增强织物延伸上翻贴合于辐条填充物的端面，同时与辐条背层的端部增强织物延伸接触，但不覆盖辐条背层的端部延伸。
如图10所示，将近辐轮辋圈套置于上步中形成的圆周外圆，内表面与上步圆周外圆面接触。
如图11所示，放置远辐轮辋圈，远辐轮辋圈下缘嵌入上步近辐轮辋圈上缘与上上步形成的圆周上缘间的间隙中。图12为该步的截面示意。
轮毂预成型体结构装配完毕，闭合模具，对系统抽真空，真空度为10Pa，同时对系统加热并在40℃恒温。
用RTM环氧树脂注胶机向模具中注入中温环氧树脂体系，环氧树脂与固化剂重量配比为100:30，注射压力0.5MPa。注射同时保持真空泵运作。
树脂注满后关闭真空端及树脂注入端阀门，将模具系统升温至80℃并恒温1小时，系统内的树脂体系在初期会由于温度的上升粘度进一步下降，并依据残余内压扩散浸润预成型体中可能存在的浸润不足，避免干斑的产生。
待模具自然冷却到60℃以下，拆开模具，取出复合材料轮毂。将复合材料轮毂在烘箱中加热至125℃并恒温2小时进行后固化处理。最终完成本实施例的制造过程。
利用本实用新型中提供的结构及方法制造的复合材料轮毂：1、每个辐条都可采用相同的经过计算优化的纤维排布方向，避免冗余纤维的使用，在满足轮毂性能的同时使重量更轻；2、中心毂盘与辐条结为一个整体，使用螺栓将轮毂与车轴连接紧固后进一步加强了幅面的整体性；3、辐条与轮辋间存在多重连接，安全可靠；4、每种规格的预成型体织物展开形状均设计成尽量小且规则，减少织物裁剪时产生的边角料，降低制造成本；5、采用模块化预成型体组合再施以真空辅助树脂传递模塑（RTM）工艺，易于规模化生产，保证终产品的质量一致性；6、采用模具内预固化+模具外后固化的两步固化工艺，缩短模具占用周期，利于规模化生产时减少模具数量，提高单位时间产量。