CN104723487A - 用于生产车体或车体模块的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生产车体或车体模块的方法，其包括以下步骤：生产至少一个夹层部件(1)，其包括第一金属片层(2)、由用基质预浸渍的未固化半成品形成的半成品层(3)，和第二金属片层(5)；将夹层部件(1)接合到车体部分(6)内以形成车体或车体模块，所述夹层部件(1)的半成品层(3)的基质未被固化；将所述车体或车体模块进行浸涂和干燥，所述夹层部件(1)的半成品层(3)的基质被固化。

Description

用于生产车体或车体模块的方法
技术领域
本发明涉及一种用于生产车体或车体模块的方法，所述车体模块可以特别是车辆的子组件。
背景技术
对于车体或车体模块的生产，使用夹层部件是已知的。所述夹层部件可以使用预浸渍的半成品，其特别被称为“预浸渍体(prepregs)”，在所述夹层部件被进一步使用之前，所述半成品的基质(matrix)被在炉中固化，特别是在高压釜中。然后，所述固化的夹层部件通过已知的接合方法被接合到另外的车体部分，所述方法诸如点焊、钉接(clinching)等。然后，所述成品车体或车体模块借助于例如阴极浸涂而被涂覆。
EP2529920 A2公开了一种用于生产混合部件的方法，所述混合部件用于机动车辆，其中金属基本轮廓设置有由纤维复合材料制成的加强元件，其在冲压工具中被压制在一起。在这个过程中，冲压工具被加热以实现所述纤维复合材料的固化。
DE 102011113319 A1描述了一种用于生产车体部件的方法，所述车体部件具有金属主体和由纤维加强塑料(FRP)制成的区域连接的加强件，所述加强件被喷涂到所述主体上。在FRP已经被施加之后，树脂的固化发生。
发明内容
本发明的目的是详细说明一种用于生产车体或车体模块的方法，所述方法可以容易地并且成本效益地执行。
所述目的是通过一种用于生产车体或车体模块的方法实现的，其包括以下步骤
-生产至少一个夹层部件，其包括第一金属片层、由用基质预浸渍的未固化半成品形成的半成品层，和第二金属片层，
-将夹层部件接合到车体部分以形成车体或车体模块，所述夹层部件的半成品层的基质未被固化，
-将所述车体或车体模块进行浸涂和干燥，所述夹层部件的半成品层的基质被固化。
根据本发明，车体模块，诸如车辆的子组件，或者基本上同样地车辆的整个车体，是用至少一个夹层部件生产的，其纤维复合基质尚未固化。因此，夹层部件或单个夹层部件的耗时且昂贵的固化被省去。本发明在此是基于一种概念，所述概念是：即使所述半成品层尚未固化，仍然可以处理包括中间预浸渍、未固化的半成品层和外部金属片层的夹层部件，并且因此，执行用于车体模块的浸涂和干燥的方法能够用于固化。这特别是由所用基质的粘度促进的。
本发明的改进在从属权利要求、说明书中并且也在附图中详细说明。
优选的是，所述车体模块是子组件。作为例子，车辆的子组件，或者同样地车辆的整个车体因此被生产和涂覆。
夹层部件优选地通过冲压半成品层到第一金属片层上并且通过冲压第二金属片层到半成品层上而生产。另外，也可以将多个半成品层一个堆叠在另一个之上，并且布置在各金属片之间。
特别优选的是，仅半成品层的基质被用作生产夹层部件的粘合剂。因而，可以省去另外的粘合剂的使用，所述粘合剂用于接合所述夹层部件的层。
特别优选的是，在夹层部件被生产之前，用于第一金属片层和第二金属片层的金属片被切割成一定尺寸、清洗并干燥。金属片层的表面处理对于借助于半成品的基质而牢固地接合各层是特别重要的。
所述夹层部件的金属片层中的至少一个可以由多个分离的金属片组成。同样如此的是，所述夹层部件的半成品层可以由多个分离的半成品组成，所述半成品可以被布置在共同的金属片层上。
优选的是，在夹层部件已经生产之后，并且在夹层部件被接合到车体部分之前，形成所述夹层部件，特别是在低于70℃的温度下，特别优选地是不加热或在大约60℃，使得所述基质尚未固化。成形可以特别是通过深拉而实现。
优选的是，所述夹层部件的第一金属片层和第二金属片层至少在所述夹层部件的边缘区域彼此接合，根据需要也在中心区域彼此接合。这可以特别地借助于点焊、摩擦搅拌焊接、铆接、钉接和/或粘接而实现。
优选的是，所述夹层部件通过焊接、铆接、钉接、螺纹连接和/或粘接而接合到车体部分内，以形成车体或车体模块。
优选的是，车体模块或车体的浸涂和干燥包括在高于100℃温度下至少持续10分钟的干燥阶段，所述温度优选地高于120℃，夹层部件的半成品层的基质在干燥阶段中基本上固化。在这里，“基本上”是指固化在此干燥阶段中被实现为至少80％的程度，更好地是至少90％的程度。
特别优选的是，所述干燥阶段在155℃至185℃的温度下发生至少15分钟。
所述干燥阶段之后可以是至少140℃的温度下的顶涂层施加，使得夹层部件的半成品层的基质被进一步固化。但是，优选的是，固化在干燥阶段中已经实现为大约100％的程度。
附图说明
本发明将在下文中以举例的方式参照附图描述。
图1以分解图示而示意性示出了适合于在根据本发明的方法中使用的半成品的结构。
图2示意性示出了用在根据本发明的方法中的夹层的各层。
图3-26示意性地示出了根据本发明的方法的方法步骤。
图27示出了用在根据本发明的方法中的夹层。
具体实施方式
图1示出半成品3，其被称为“预浸渍体”，其适合于在根据本发明的方法中使用。单个预浸渍体3由多个CFRP纤维层7组成，其被结合以形成单向各向异性的层压体(在图1中的左侧上)，或形成多向准各向同性的层压体(在右侧上)的。纤维层7被用基质浸渍，特别是用环氧树脂浸渍。
本发明不限于CFRP纤维层。也可以使用其它材料，诸如玻璃钢(GFRP)、芳族聚酰胺纤维、玄武岩纤维、纤维素纤维等。此外，也可以混合各种材料，另外，纤维的取向或各层的厚度可以变化。
所使用的预浸渍体具有胶粘状态，并保持此状态直到后面的工艺步骤而用于涂覆。树脂的粘度允许进一步处理。
如图2所示，由第一金属片2、预浸渍半成品3和第二金属片5构成的堆叠形成夹层部件1，其可以在根据本发明的方法中利用。
金属片2和预浸渍体3，优选地各自采用卷8的形式，是用于生产夹层部件以及随后的车体的原料物质(图3)。预浸渍体也能够已经以板的形式存在，或者其作为板坯存在而作为原料物质。
金属片2、5从卷8展开并借助于板坯切割压机或激光而切割(图4)。金属片可以使用来自同一卷8或多个卷8。可选地，所述金属片可以不同地切割。
半成品3的制备将在下文中更详细地描述。
如图1中所示，预浸渍体半成品3可以由一个或通常地由多个纤维层7组成，一个纤维层7对应于有树脂浸渍的纤维。预浸渍体3同样从卷8展开，取决于以后半成品层3的结构，这些卷可以每个由不同的材料组成，并且在这种情况下，纤维取向或各层的厚度也可以变化。如果这些预浸渍体设置有保护膜10，则在中间层中，这些膜在预浸渍体展开时被除去。如果有多个纤维层7，则其通过轧制和随后的切割而彼此接合。然后，所述接合的纤维层7借助于板坯切割压机或者借助于超声波切割而被切割。
可选地，也可以对单个纤维层7单独进行切割。单独地切割的织物层7必须通过手工或使用机器人堆叠到所希望的数目。
各个织物层7可具有相同的纤维取向(单向的、各向异性)，或不同的纤维方向(多向的、准各向同性)。
由于它们通常被覆盖在油中地供给，先前切割的金属片2、5必须用手或借助于喷射系统而被清洗或脱脂。
然后，所述金属片被干燥。为了树脂粘附，无瑕疵表面对后续接合工艺是重要的。
所述夹层部件1的生产将在图5至13的基础上进行描述。
第一金属片2被放置到定位装置、接收和夹持装置9内，其中它被借助于夹具而保持在限定的位置(图5)。底保护膜10被从先前生产的半成品层3(预浸渍体)除去(图6)，而这些半成品层通过施加压力(敲击)而接合到所述第一金属片2(图7)。这之后是预浸渍体的所有顶保护膜10的去除(图8)和第二金属片5的施加。可选地，第二金属片5可以用限定的力而被压制上。
如在图9至12中示出的，也可以将多个半成品层3放置在第一金属片2上以便形成半成品3的堆叠。
可选地，可以使用不同类型(树脂、纤维类型、方向等)和尺寸(长度、宽度、高度)的多个半成品3。
所述金属片层2、5借助于半成品3的基质而结合到半成品层3。可选地，也可以使用另外的粘合剂。
如图13所示，提供未布置有预浸渍体3的边缘区域对金属片2、5是有利的。这些边缘区域稍后可以利用以接合夹层1，并且使得能够观察连接处22与半成品3之间至少30mm的距离。
初步压制并成形的工艺可以随后生效。
所述夹层1从用于形成夹层堆叠的装置中取出，并插入到压机11。可选地，所述夹层半成品在外侧上可以覆盖在油中或润滑，并预加热到大约60℃。在它已经在压机11中被按住并可能在中间存储之后(图15)，夹层半成品1被深拉。在这里，因为它没有被固化，形成半成品3的基质的环氧树脂仍然可以进行处理。所述深拉工艺可以常规地执行(图16至图18)。
夹层部件1无热量供给地形成，或使用预热板坯而不是通过狭义上的热成形而形成。如图16所示，所述夹层1在底冲压部分12上被放置到拉冲头14上。所述夹层1可以借助于压紧装置15而被压住，并且可以通过模具13成形。
诸如进一步成形、穿孔或者套筒或衬套的压入的另外步骤可选地实现。对于衬套的压入，夹层部件1必须借助于压紧装置15而被压住。
这之后是从压机取出(图19)，并插入到用于借助激光或冲孔切割而切割和打孔的装置内，所述装置由切割工具底部17和切割工具顶部16示出。
夹层1从切割工具16、17取出。未固化的部件1在传送框架20中用模制容器被传送到接合站。
然后，夹层1的中心和边缘区域借助于点焊、摩擦搅拌焊接、铆接、钉接、粘接等而在模制容器中接合(图24)，以使所述部件保持固有地稳定，用于进一步处理直到最终固化。如果在接合过程中引入高温，例如通过焊接，则所述预浸渍体3必须在距接合点22最小距离大约30mm处，以免被损坏。
所述夹层1然后可以在传送架20中被传送并存储。
所述夹层1被接合到车体部分6以形成子组件或车体(图26)。所述接合可借助于焊接、铆接、钉接、螺纹连接、粘接等实现。例如在使用结构粘合剂粘接的情况下，接合表面的先前清洗可能是必要的。
这之后是对车体或车体模块的涂覆工艺(未示出)和所述夹层的固化。
车体或模块经历常规的涂覆工艺。涂覆工艺可以包括以下工艺步骤，例如在车体清洗机和预处理系统中：脱脂、活化、磷化、钝化。
这后面是实际的阴极浸渍涂覆(CDC)：车体穿过一个或多个用于CDC涂覆和清洗的浸渍池。最初高达60℃的普遍温度是不足以固化该部件的。在这些浸浴之后，CDC涂层借助于在155-185℃下干燥至少15分钟而烧入车体。在这个过程中，所述车体穿过有保热和冷却状态的干燥器。
不计加热和冷却时间，在155-185℃下至少15分钟的可利用时间和温度窗口足以固化所述树脂到至少95％的程度。直到涂覆过程的结束，在顶涂层施加过程中，再次施加至少140℃持续10分钟的高温，所述部件在所述高温下被进一步固化。
如图27所示，多个分离的半成品层3也可以被布置在共同的第一金属片层2上。特别在这种情况下，用多个分离的、相对小的金属片覆盖这些分离的半成品层3而不是用共同的第二金属片层5可以是有利的。由于半成品层3原本可能粘到深拉工具，用金属片层2、5在顶侧和底侧覆盖半成品层3在任何情况下也是有利的。
参考标记列表
1      夹层部件
2      第一金属片层
3      半成品层
5      第二金属片层
6      车体部分
7      纤维层
8      卷
9      接收和夹持装置
10     保护膜
11     压机
12     底冲压部分
13     模具
14      拉冲头、金属片保持器
15      压紧装置
16      切割工具顶部
17      切割工具底部
18      切割
19      打孔
20      传送架
21      接合工具
22      接合点
23      容器接合站

Claims (12)

1.一种用于生产车体或车体模块的方法，其包括以下步骤
-生产至少一个夹层部件(1)，其包括第一金属片层(2)、由用基质预浸渍的未固化半成品形成的半成品层(3)，和第二金属片层(5)，
-将夹层部件(1)接合到车体部分(6)以形成车体或车体模块，所述夹层部件(1)的半成品层(3)的基质未被固化，
-将所述车体或车体模块进行浸涂和干燥，所述夹层部件(1)的半成品层(3)的基质被固化。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，所述车体模块是子组件。
3.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，所述夹层部件(1)通过冲压半成品层(3)到第一金属片层(2)上并且通过冲压第二金属片层(5)到半成品层(3)上而生产。
4.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，仅所述半成品层(3)的基质被用作生产所述夹层部件(1)的粘合剂。
5.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，在所述夹层部件(1)被生产之前，用于第一金属片层和第二金属片层(2、5)的金属片被切割成一定尺寸、清洗和/或干燥。
6.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，在所述夹层部件(1)已经生产之后，并且在所述夹层部件(1)被接合到车体部分(6)之前，形成所述夹层部件(1)，特别是在低于70℃的温度下形成所述夹层部件(1)。
7.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，所述夹层部件(1)的第一金属片层和第二金属片层(2、5)至少在所述夹层部件(1)的边缘区域彼此接合，特别是借助于点焊、摩擦搅拌焊接、铆接、钉接和/或粘接彼此接合。
8.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，所述夹层部件(1)通过焊接、铆接、钉接、螺纹连接和/或粘接而接合到车体部分(6)内，以形成车体或车体模块。
9.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，所述车体或车体模块的浸涂和干燥包括在高于100℃的温度下持续至少10分钟的干燥阶段，所述夹层部件(1)的半成品层(3)的基质在所述干燥阶段基本上固化。
10.根据权利要求9所述的方法，
其特征在于，所述干燥阶段在155℃至185℃的温度下进行至少15分钟。
11.根据权利要求9所述的方法，
其特征在于，所述干燥阶段之后是在至少140℃的温度下的顶涂层施加，使得夹层部件(1)的半成品层(3)的基质被进一步固化。
12.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，所述金属片层(2、5)中的至少一个由多个分离的金属片组成，和/或所述夹层部件(1)的半成品层(3)由多个分离的半成品组成。
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