Підсумок: чи підвищують карбонові колеса ефективність електромобілів?

- Advertisement -

OEM-виробники завжди хочуть, щоб зменшити вагу своїх електромобілів, але я більше чую про колеса.

Після дальності та часу зарядки фактором електромобілів, таких як BMW iX 2022 року, є вага. Для автомобіля такого розміру електрокар буде важливим за його аналог ICE через вагу акумуляторної батареї. Незважаючи на те, що вуглецеве волокно широко використовувалося в автомобілях, таких як i3, i8, що випускаються, і буде використовуватися в кузовах та панелях кузова iX M60, він ніколи не використовувався широко як матеріал для коліс, для винятку деяких застосувань для продуктивності. Зараз Carbon Revolution — виробники коліс з вуглецевого волокна Z06 Z07 — намагаються змінити це.

Чому це ніколи не було раніше

Ще кілька років тому виробництво чого-небудь з вуглецевого волокна було трудомістким завданням. Ткані листи потрібно було вручну покласти, запаяти у вакуумі та нагріти в автоклаві, щоб створити їх частини. Саме цього разу інтенсивний процес зробив матеріал дорогим у роботі. Виробникам коліс потрібно було знайти спосіб виготовляти свою продукцію з тканого матеріалу без цього дорогого людського фактору — як часу, так і праці — шляхом впровадження автоматизації.

Саме ця мета автоматизованої роботи з вуглецевого волокна є серцем Carbon Revolution з моменту її заснування ще в 2007 році. Те, що почалося 10 років тому як індивідуальний процес, в результаті якого було лише кілька коліс на рік, тепер майже повністю здійснюється автоматизацією та дозволяє Carbon Revolution виробляти до 25 000 коліс на рік. Ось чому OEM-виробники, такі як Ford і GM, почали покладатися на компанію з виробництва вуглецевого колеса, щоб виробляти повністю вуглецеві колеса для своїх спортивних автомобілів. Тепер Carbon Revolution націлена на ринок електромобілів і використовує економію масштабу, щоб ще більше знизити витрати на виробництво вуглецевих коліс.

Як колеса з вуглецевого волокна в порівнянні з алюмінієвими сплавами

Ми поговорили з Ешем Денмідом, директором з інженерії та дизайну Carbon Revolution, про деякі переваги використання вуглецевого волокна як матеріалу для виготовлення коліс. Виявляється, це не просто зменшена маса цього легкого суперматеріалу, а й те, як він може бути сформований і розміром у порівнянні зі стандартним литим і кованим виготовленням легких алюмінієвих коліс. По-перше, ми збираємося розповісти вам про те, як виготовляються алюмінієві колеса, оскільки це важливо знати, перш ніж ми розглянемо, чому карбон може бути кращим.

На момент написання цієї статті алюмінієві колеса виготовляються одним із трьох способів . Спочатку відбувається лиття, потім кування, і, нарешті, є процес, який використовує трохи лиття та кування, який називається потоковим формуванням. Спільним для всіх трьох є те, що обробні роботи, такі як отвори для болтів, центральне отвір і контакти деталей, потім вирізаються або шліфуються на верстатах з ЧПУ, включаючи «оброблену грань», яку сьогодні люблять використовувати багато OEM-виробників.

Виробництво литих коліс

Лиття — це все одно, що класти торт у форму, щоб отримати форму, але замість борошна, яєць, цукру та щіпки солі ви вливаєте розплавлений алюмінієвий сплав. Деякі виробники також крутять цю форму, щоб гарантувати, що сплав розподіляється рівномірно, щоб запобігти пустотам в металі, і намагаються отримати деяку послідовну структуру зерен металу, але її зернистість зазвичай ніколи не є ідеальною. У цьому і є недолік і слабкість кастингу.

Кування — це процес, з яким ви будете знайомі, якщо дивилися такі шоу, як «Майстер зброї» або «Великі гігантські мечі», де ви бачили, як люди б’ють молотками по металу, тримається на ковадлі. Замість молотків і ковадла, алюмінієві заготовки пресують і забивають у форму за допомогою машин. Така кування дозволяє зберігати природну зернисту структуру металу, але бути ущільненою, оскільки вона набуває форму, і це міцність кованого колеса. Він залишається жорстким і міцним, не стаючи крихким, оскільки це зерно зберігається.

Маленька частина колонки А, маленька колонка B
Формування потоком є ​​сумішшю як лиття, так і кування, як згадувалося раніше. Спочатку колесо відливають у його попередньо сформованій формі, де кінцева форма поверхні колеса створюється шляхом відливання, але барабан колеса не повністю сформований. Після охолодження до достатньої температури відливок обертається на машині, коли формуючий дишло, яким керує робот, утворює утримуючі горби для борта шини, колодязь, що дозволяє встановити шину, і кінцеву ширину стовбура. . Це призводить до того, що випадкова зерниста структура литого колеса стає більш однорідною в стовбурі. Це забезпечує низьку вартість лиття з додатковою жорсткістю, яка забезпечується витягуванням металу для стовбура. Він все ще не такий міцний і жорсткий, як повністю ковані колеса, але він перевершує повністю литі колеса.

Що робить вуглецеве волокно кращим у формуванні колеса?

Ви, напевно, помітили загальну тему «жорсткості» через те, що просто кажуть, що колесо міцніше і може витримувати більшу вагу. Здебільшого це пов’язано з тим, що «сильніше» – це не зовсім те, що ви шукаєте в колесі. Коли справа доходить до цього, вам потрібно колесо, яке може згинатися під час удару, не розбиваючись — його жорсткість — і водночас витримує постійне навантаження, на яке воно розраховане — його жорсткість. У повсякденному житті ви не бачите того, наскільки ваше колесо згинається і рухається, коли шини стикаються з вибоїнами, зіткненнями, бордюрами та іншими щоденними ударами. Якщо це не так, ваше колесо зламалося б через стрес, оскільки деякі «сильні» колеса, виготовлені недорого, схильні до утворення мікротріщин або, що ще більш драматично, повністю виходять з ладу.

Висока жорсткість і міцність, не стаючи твердими і крихкими, є ключовою «сильністю» вуглецевого волокна. Це відбувається завдяки тому, що нитки переплетення вуглецевого волокна впливають на те, як удари передаються через колесо і наскільки воно жорстке під час тривалого навантаження. Це дозволяє виробнику вуглецевого волокна використовувати менше матеріалу для такої ж жорсткості та навантажувальної здатності еквівалентного металу, тому частина з вуглецевого волокна важить набагато менше, ніж металева.

Як зазначає Денмід, «чудова риса вуглецевого волокна — це його міцність — воно набагато легше алюмінію при такій же міцності — і той факт, що це анізотропний матеріал». Він має на увазі, що вуглець найміцніший у напрямку його волокна, а не ізотропний, коли матеріал байдужий до напрямку, у якому ви вимірюєте. Сталь і алюміній є ізотропними матеріалами за певними критеріями.

Денмід продовжує: «Це означає, що ми маємо велику свободу в розробці коліс з різними характеристиками — ми можемо додавати або видаляти матеріал у певних місцях, щоб зробити колесо легшим, міцнішим чи тихим. Ми можемо зробити колесо на 45 відсотків легше, ніж алюмінієвий еквівалент, відповідаючи тим самим критеріям довговічності, встановленим OEM. Крім того, ми можемо підкріпити його додатковим матеріалом і зробити його на 35 відсотків легшим, але на 50 відсотків міцнішим, ніж алюмінієвий еквівалент».

- Advertisement -
- Advertisement -