碳纤维轮毂听过吗？轮圈还用过这些材料_技术,设计,原汁原味的德系SUV,手工艺,力学,自行车,法拉利汽车,保时捷,摩托车

从汽车诞生的那一刻开始，车轮是一台车最不可缺少的部分。而从1886年汽车诞生以来，汽车已经经历了133年的发展。而伴随着汽车的发展，作为重要组成部分的轮圈也在经历着发展，除了工艺技术以外，材质也不断在改变。而我们就挑选了汽车轮圈常用的制造材料，为大家窥探当中隐藏着的轮圈进化史。

木制轮圈

汽车轮圈首次出现之时，其主要结构设计均来源于马车的概念。加上早年金属加工并不成熟，因此很多早年的汽车车轮设计制造都和马车一样使用木制。木制轮圈的制造方法普遍一致，都是使用木头单独制造出辐条和内框，再用铁马将铁制的外框连接起来成为一个轮圈的整体。而木制的轮圈和车轴结合主要靠金属的轴头将散开的木制辐条“夹紧”而成为一个整体。

图：木制轮圈最早的起源是马车上。

图：木制轮圈通常会使用相同的木制辐条组合成放射状，安装在木制或者铁制的轮圈外圈上。

图：木制轮圈很大程度上依赖人工制造，因此对师傅的能力相当有考验。

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初期的产物，不过木制轮圈有着极大的局限。首先制造相当复杂，而且非常依赖工人的手艺。而木头的承载能力相当有限，并不能使用在重量较大的汽车上。而且容易被侵蚀和损坏，耐久度差，维修也相当麻烦。所以在铁制工艺逐渐成熟之后，很快木制轮圈就被铁制轮圈代替了。

图：早期的汽车还没进入内燃机时代，还有蒸汽机车的存在。因为重量较轻，因此使用负载能力欠佳的木制轮圈也没有问题。

图：木制轮圈的保存和维护相当讲究，而且非常容易损坏。

铁制轮圈在上世纪10年代左右就出现了。最早的形式类似于自行车的钢丝圈，均是使用大量的钢丝将轮圈外框和花鼓连接起来。这种方式制造的轮圈，比木制轮圈有更强的刚性和韧性，性能保持也更好。不过，因为这种轮圈都必须使用人工编制，而且需要慢慢调整，对工人的要求高之余，生产效率也相当低，成本偏高，只能在价钱较高的车款上使用，因此并不能作大规模的普及。不过同时因为这种轮圈造型优雅，逐渐成为了一种“复古”的标识物，表过不提。

图：钢丝编制的轮圈和自行车摩托车上使用的轮圈非常相似，承载能力比木制轮圈更好了。

图：因为这类轮圈也是依赖人手制造，产量偏低，只会使用在中高端车上使用。不过这种外观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”的始祖，就是用铁板冲压而成的轮辋部分和钢制外圈焊接一起而成的轮圈。这种轮圈制造方法对人工依赖程度低，能方便进行大规模生产，生产成本较低，因此可以进行大规模普及。而对于铁制轮圈本身而言，其承重能力比较高，韧性较佳，当受到外力碰撞后会变形，可以方便的进行修复而较少发生整体爆裂解体的情况，性价比较高，因此一直沿用至今。

图：另一种铁圈就是使用铁制的外圈和冲压而成的轮辋部分焊接而成的铁圈。这种轮圈承载性能好，而且适合机器大规模生产，价钱低廉，而迅速成为铁制轮圈的主流。

当然，铁制轮圈本身也有不少缺点，首先就是铁比重较大，所以铁制轮圈都比较重，对汽车行走性能来说很难有较大的提高。其次就是韧性大而刚性不足，在磕碰时比较容易产生肉眼很难观察到的变形，因此在高速行驶会发生抖动。再者，铁这种物质比较坚硬，精细加工难度大，因此很难制造出形状复杂的造型。而且铁的导热性比较差，对刹车散热上的帮助比较弱。因此铁制轮圈一直都只在低端市场上占主导地位。

图：可见早期的冲压轮辋部分，造型都比较简单。而后期随着汽车重量的增加，轮辋部分做成了更复杂的形状而有更好的力学效果。

图：这类铁制轮圈主要使用在廉价车和工作车上，譬如美国的警车现在都一直用这种铁制轮圈。

图：这类轮圈还有一个优点，就是不再需要使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、铁等其他物质的铝合金，因此相比本来较软的纯铝，其物理特性有很大的改变。铝合金轮圈的制造主要分铸造和锻造两种。前者是将铝合金融化之后倒入固定的模具中，冷却后得到轮圈的模样，再经过修饰；后者锻造工艺主要分两种方式，一种是将铝胚用锻造的方法锻造出轮圈的雏形，再通过切削打磨等方式制造出辐条造型后得到轮圈的成品，而另一种就是直接用锻造机锻压出辐条的造型和轮圈的模样，再简单修饰后获得成品。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问题。

图：世界上首个用于汽车上的铝合金轮圈就是在这台经典布加迪1924年 Type 358B赛车上使用的轮圈。而且使用锻造工艺制造，可以说是当年汽车界的最顶尖科技。

图：德国Fuchs为保时捷901特制的铝制轮圈采用了锻造工艺。

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

一般而言，现今市面上最常见的轮圈就是铁轮圈和铝合金轮圈。和铁轮圈相比，铝合金轮圈最大的优势就是重量非常轻。锻造铝合金轮圈能够比相同尺寸的铁轮圈轻50%以上，优点也很明显，就是大幅降低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，能够很好的减少刹车距离，使安全系数增加。另一方面，铝合金轮圈的刚性比铁轮圈高3-5倍，因此在汽车行驶遇到坑洞时，其耐冲击性也更好，更能保持准圆的外形，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，因此有效帮助汽车的刹车系统散热。而且因为这种材料生产方式灵活，能够很容易的制造出复杂的造型，而且锻造铝合金轮圈在镂空程度极高的时候依然能保持极佳的刚性，因此成为现在主流的汽车轮圈制造材料之一。

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

当然，缺点也是有的。和铁轮圈相比，铝合金轮圈刚性更高，因此脆性也更大。在受到巨大冲击时，铁轮圈可能会发生大幅度的变形，而铝合金轮圈就可能会产生爆裂的状况，而且碎裂的部分是不可修复，只能整体更换。另外，铝合金轮圈的造价也比铁轮圈更贵，因此售价也比铁轮圈更贵。因此在更注重外观和性能的汽车中高端汽车上均使用铝合金轮圈，而铁轮圈则常见于入门级的廉价车上。

图：最高性能的铝合金轮圈甚至可以代替“轮胎”让WRC赛车撑到终点。

图：因为铝合金的特性，铝制轮圈在严重损坏时通常会爆裂而非大幅度变形，且无法修复。

镁合金轮圈的说法其实并不准确，应该是镁铝合金轮圈。其合金的组成部分除了镁以外，铝合金也占了很大的一个部分。当然，镁铝合金比铝合金中镁的占比大了不少，也改变了这种合金的物理特性。和轮圈制造普遍使用的的铝合金相比，镁铝合金的密度更低，刚性更高，因此也比传统的铝合金制造的轮圈有更佳的机械特性，而且材料的成本也仅仅比铝合金有轻微的增加。

图：量产车使用镁铝合金轮圈，可以追溯到BBS帮法拉利308定制的产品。

图：保时捷959这台神车也使用了镁铝合金轮圈。

图：Carrera GT可以说是量产车使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。

图：这款O.Z推出的Chrono HT轮圈可以说是改装市场上比较稀有的产品，同为镁铝合金制造，不过并没有使用锻造工艺，而是采用低压铸造技术。

看似很完美的材料，实际上也有很大的缺点。镁元素相当活泼，因此很容易和其他物质发生反应，譬如在空气中很容易氧化而变性导致物理特性改变。镁铝轮圈刚性大脆性也大，比铝合金轮圈更不耐冲击，因此在金属配比，锻造工艺上都非常讲究。1983年BBS就开始从事汽车用镁铝合金轮圈的开发工作，但直至1992年，世界第一只锻造镁铝合金轮圈才应用到法拉利F1赛车上。而量产车原配镁铝合金轮圈就只有法拉利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上应用已经相当成熟，而且也有不少摩托车使用锻造镁铝合金轮圈，BBS也推出过一款FZ-MG的世界首款量产单片式锻造镁铝轮圈（详情请点击《BBS世界首款量产单片锻镁轮圈FZ-MG》）。不过在民用汽车的领域，镁铝合金轮圈还是相当不普及的产品，而且价钱也非常昂贵。

图：相比民用车的用品，镁铝轮圈还是在F1赛车上获得广泛的使用。

碳纤维是一种早期用于航空工业中的材料，现在已经广泛使用于赛车和高性能汽车中。因为有密度低、刚性高、抗高温和抗腐蚀能力好，已经有越来越多的汽车部件使用碳纤维制造，如碳纤维车架、悬挂构件、外壳空力套件，乃至刹车等。碳纤维有分干碳纤和湿碳纤，而碳纤维最新的应用，就是用于制造轮圈（湿碳纤因为是非性能产品不在讨论之列，下面说的碳纤维均是干碳纤维）。

图：碳纤维轮圈最早的形式，应该就是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）。

图：世界上首个全碳纤维轮圈，应该就是这条出自日本Weds Sport之手的产品。

图：这款是福特GT选装的全碳纤维轮圈。

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

图：从剖面图可以清楚看到碳纤维轮圈的内部结构。除了中间的部分为金属材质，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质，因此制造方法和传统金属的工艺完全不同。碳纤维是使用碳纤维丝编织成碳纤维布，再制成预浸布，然后模具上通过真空高压高热的方式制造成轮圈成品。因为碳纤维这类编织制品密度并不均匀，而且其受力有指向性，因此对于制造工艺相当考究。碳纤维使用了这么多年，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制造出世界第一款全碳纤维轮圈。而在量产领域，只有科尼赛格、福特等提供全碳纤维轮圈作为选装件，价钱也相当昂贵。虽然说碳纤维轮圈无论在刚性、轻量化方面相比传统金属材质有诸多的优势，但是导热性差、工艺复杂、制造成本高、产量低、良品率难控制等缺点，也阻碍了碳纤维轮圈的普及。相信碳纤维轮圈要真的在高性能轮圈中占一席位，还需要假以时日。