CN104797407A - 金属/cfrp复合结构及其制造方法和制造设备 - Google Patents

金属/cfrp复合结构及其制造方法和制造设备 Download PDF

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Abstract

提供了一种通过将热压金属材料与碳纤维增强塑料(CFRP)材料组合而具有轻重量和高强度的金属/CFRP复合结构及其制造方法和制造设备。将金属坯料加热至可以进行淬火的温度以获得通过热压进行淬火的第一中间产品。将第一中间产品和包含碳纤维和未固化的热固性塑料的碳纤维增强塑料(CFRP)预浸料设置在CFRP成型模具中，接着对所述预浸料进行加压成型，以获得CFRP紧密接触第一中间产品的表面的第二中间产品。通过对第二中间产品保温和加压预定的时间段，使包含在CFRP预浸料中的热固性塑料经受热固化、使位于CFRP与第一中间产品的边界中的热固性塑料热固化，来使CFRP和第一中间产品牢固地附接在一起。

Description

金属/CFRP复合结构及其制造方法和制造设备
技术领域
(相关申请的交叉引用)
本申请要求于2012年11月19日在日本提交的日本专利申请2012-253228的优先权，在此其全部公开内容通过引用被并入本文中。
本发明涉及包括金属材料与碳纤维增强塑料(CFRP)材料的组合的金属/CFRP复合结构及其制造方法和制造设备。
背景技术
从改善燃料消耗和环境保护的观点出发，要求汽车零件轻量化(weight savings)，常规的做法是，通过对钢板进行热压(也被称为“模压淬火”，原因是压制成型(压制模制)和淬火同时进行)来处理零件的轻量化(使板的厚度减薄)并且同时增强零件的强度。为了进一步使零件轻量化并增强零件的强度，首选的是，替换为重量轻且强度高的材料而不是钢板(钢材)，并且还考虑应用铝、由纤维和塑料组合的复合材料。特别地，碳纤维增强塑料(CFRP)为重量轻且强度高的材料，并期望将来将该材料应用到车身(底盘)以及车身零件。然而，对于CFRP，目前其材料成本昂贵，并且问题是，零件成型时的周期需要时间长(因此，制造成本昂贵)。
在专利文献1(JP06-101732A)中公开了“一种用于复合结构的冲击吸收的材料(a material for impact absorption of the compositestructure)”，其中铝合金(减振器)和纤维增强塑料(重量轻和强度高的材料)通过螺栓附接(接合)，然而，专利文献1的技术是由铝合金制成的基材的实例。
在专利文献2(WO99/10168A)中公开了一种结构材料(轻金属/由CFRP制成的结构构件)，该结构材料通过碳纤维增强树脂(CFRP)与轻金属材料之间的粘合层将碳纤维增强树脂(CFRP)材料附接(接合)在轻金属材料的表面上。然而，在专利文献2中公开的轻金属主要是铝。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP06-101732A(0017段至0022段，等)
专利文献2：WO99/10168A(Toray Industries,Inc.)
发明内容
技术问题
认为以上各专利文献的全部公开内容通过引用被并入本文中。
本发明给出如下分析。
在专利文献1中，铝基材的成型(模制)步骤、作为具有高强度的重量轻的材料的纤维增强塑料的成型步骤、以及成型之后铝基材与纤维增强塑料的附接步骤是相互分离的独立步骤，并且由于必需采用许多步骤，所以制造成本昂贵。此外，由于铝基材与纤维增强塑料的连接为经由螺栓的连接，即，点连接，所以不能否认的是，与整个表面被附接的情况(面附接结构)相比，该复合结构的强度和刚度较差。
在专利文献2中，轻金属的成型步骤、包含碳纤维和塑料(热固性树脂或热塑性树脂)的CFRP的成型步骤以及成型之后轻金属与CFRP的附接步骤是相互分离的独立步骤，并且由于必需采用许多步骤，所以制造成本昂贵。此外，由于需要向CFRP添加粘合剂，所以需要向CFRP添加粘合剂的材料成本以及施加粘合剂和接合在一起的加工成本，这点也造成成本的增加。此外，在专利文献2的实例中，使用固化型(在室温下)粘合剂作为粘合剂，存在由于需要粘合剂的固化时间而使制造过程的周期也变长的趋势。
本发明的目的是提供：一种通过将经热压的金属材料和碳纤维增强塑料(CFRP)材料组合而具有轻重量和高强度的金属/CFRP复合结构；一种金属/CFRP复合结构的制造方法，在该方法中能够以低能量消耗和低成本制造这样的金属/CFRP复合结构；以及一种适于执行该制造方法的金属/CFRP复合结构的制造设备。
问题的解决方案
本申请包括制造方法、产品及制造设备三方面的发明。
<金属/CFRP复合结构的制造方法>
在第一方面，提供了一种金属/CFRP复合结构的制造方法。所述制造方法包括：
加热步骤，将金属坯料加热至能够进行淬火的温度；
热压步骤，对所述坯料进行热压以获得通过热压而淬火的第一中间产品；以及
制备步骤，制备由碳纤维和未固化的热固性塑料形成的碳纤维增强塑料(CFRP)预浸料。
所述制造方法还包括：
CFRP成型步骤，其中，通过将经热压的第一中间产品和CFRP预浸料设置在CFRP成型模具中、接着通过加压成型，来对CFRP预浸料进行加压成型以获得CFRP预浸料紧密接触第一中间产品的表面的第二中间产品；以及
热固化接合步骤，通过对由CFRP成型步骤获得的第二中间产品保温和加压预定时间段，使包括在CFRP预浸料中的所述热固性塑料热固化同时使位于CFRP预浸料和第一中间产品的边界中的热固性塑料热固化，牢固地接合所述CFRP预浸料与所述第一中间产品。
更优选地，所述金属为铁基金属。
更优选地，进行CFRP预浸料的成型(模制)使得CFRP预浸料重叠在经热压的第一中间产品上。
根据所述制造方法，因为热压(模压淬火)中的余热被有效地利用以使得CFRP预浸料能够成型，所以能够实现制造成本的降低和节能。因为CFRP成型和热固化附接可以通过第一中间产品和CFRP预浸料的叠合来进行，所以CFRP成型模具和用于固化/附接的保持模具的结构可以简化，并且可以降低制造成本。
<铁基金属/CFRP复合结构>
在第二方面，提供了一种铁基金属/CFRP复合结构。
所述复合结构包括：
能够通过热压铁基金属坯料而获得的经淬火的金属基体；和
紧密地安置在金属基结构的表面的至少一部分上的碳纤维增强塑料(CFRP)。
碳纤维增强塑料包含碳纤维和热固性塑料。
金属基体和碳纤维增强塑料通过热固性塑料的位于金属基体与碳纤维增强塑料的边界中的部分的热固化而牢固地接合，所述部分由碳纤维增强塑料提供。
根据所述复合结构，通过组合可通过热压获得的经淬火的金属基体和碳纤维增强塑料(CFRP)可以相对以低成本制造重量轻和强度高的一个或多个部件和零件(复合结构)。此外，因为所使用的CFRP的量可以被降低至必需的最小量，所以容易实现低成本。
<金属/CFRP复合结构的制造设备>
在第三方面，提供了一种金属/CFRP复合结构的制造设备。
所述制造设备包括：
加热室和压力机；
加热室包括第一加热腔和第二加热腔，第一加热腔用于将金属坯料加热至能够进行淬火的温度；
压力机包括：
热压装置，其用于通过热压所述坯料而获得第一中间产品；和
CFRP成型(模制)装置，其用于通过将经热压的第一中间产品和包含碳纤维和未固化的热固性塑料的CFRP预浸料设置在CFRP成型模具中来对CFRP预浸料进行加压成型以获得第二中间产品，在第二中间产品中CFRP预浸料紧密接触第一中间产品的表面；
所述第二加热腔适于：通过在所述第二中间产品保持在用于固化/附接的保持模具中预定时间段时对所述第二中间产品保温和加压，使包含在所述CFRP预浸料中的所述热固性塑料经受热固化同时使所述热固性塑料的位于所述CFRP预浸料与所述第一中间产品的边界中的部分热固化，牢固地接合所述CFRP预浸料与所述第一中间产品；
第二加热腔设置在第一加热腔的正上方，适于接受来自第一加热腔的余热作为热源。
在金属/CFRP复合结构的制造设备中，优选的是，加热室还包括用于在保持第二中间产品之前预热一个或多个用于固化/附接的保持模具的第三加热腔，第三加热腔设置在第二加热腔正上方，适于接受来自第一加热腔和第二加热腔的余热作为热源；
所述用于固化/附接的保持模具被制备成复数对；
加热室还包括用于在第二加热腔和第三加热腔内、循环地传送复数对保持模具的传送系统。
根据所述制造设备，因为第二加热腔设置在第一加热腔正上方，适于接受来自第一加热腔的余热作为热源，所以可以实现节能和制造成本的降低，以及用于第二中间产品固化/附接的装置的成本的降低。另外，因为可以利用复数对的用于固化/附接的保持模具(或模具)来同时加工许多工件(第二中间产品)，所以即使在热固性塑料的热固化需要长时间的情况下，也能总体上缩短每个产品的周期时间，并且可以实现高生产率。发明的有益效果
根据第一方面至第三方面，通过对经热压的金属材料与碳纤维增强塑料(CFRP)材料进行组合可以提供重量轻且强度高的金属/CFRP复合结构。另外，根据所述制造方法和所述制造设备，可以以低能量消耗和低成本制造重量轻且强度高的金属/CFRP复合结构。
附图说明
[图1]图1是金属/CFRP复合结构的制造设备的实例的示意图；
[图2]图2是CFRP成型模具在模具打开的情况下的示意性截面视图；
[图3]图3是CFRP成型模具在模具闭合的情况下的示意性截面视图；
[图4]图4是用于固化/附接的保持模具在保持模具打开的情况下的示意性截面视图；
[图5]图5是用于固化/附接的保持模具在保持模具闭合并且被传送的情况下的示意性截面视图；
[图6]图6是CFRP成型模具和用于固化/附接的保持模具的底部模具的平面视图；
[图7]图7是CFRP成型模具和用于固化/附接的保持模具的全侧视图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的示例性实施方案和优选的替代方案进行说明。
图1示出了根据本公开内容的示例性实施方案的适合的金属/CFRP复合结构的制造设备。该制造设备提供了在图1的左侧所描绘的加热室2和在图1的右侧所描绘的压力机8。特别地，加热室2具有三层(阶)结构(多级结构)，并且第一加热腔4被放置在第一阶(级)部分(底层)，第二加热腔20被放置在第二阶(级)部分(中层)，第三加热腔26被放置在第三阶(级)部分(顶层)。稍后将对加热室2的其他附加装置进行说明。模压淬火(DQ)成型模具(9、10)和CFRP成型模具(12、13)被一起设置在压力机8中。
在本示例性实施方案中，使用板状金属坯料1和片状碳纤维增强塑料(CFRP)预浸料11作为起始材料。
坯料1是由金属板材料制成的可以淬火的坯料，例如：通过用于冲裁的压力机将高张力钢板(厚度：1mm至3mm)冲裁成预定的平面形状并且加工成板状。通常，高张力钢是指通过向低碳钢添加少量合金元素实现约400MPa(兆帕斯卡)至1200MPa的拉伸强度的韧性钢，并且是可以自奥氏体范围的温度进行淬火的铁基金属。在本示例性实施方案中，使用厚度为约2mm且拉伸强度为500MPa至1000MPa的高张力钢板作为坯料1。另外，使用施加镀铝或镀Zn的钢板作为坯料1，使得在第一加热腔4中高温加热时坯料表面上不会生成氧化皮。
另一方面，CFRP预浸料11是其中碳纤维被未固化的热固性塑料(例如，环氧树脂)浸渍的CFRP预浸料，并且可以通过对商售预浸料增加一些处理而获得CFRP预浸料11。也就是说，虽然市售的许多CFRP预浸料的厚度一般为0.1mm至0.5mm，但是在本示例性实施方案中使用由多个商售预浸料互相堆积而制成并且调整的厚度为1mm至3mm的CFRP预浸料11。
<制造过程>
下面说明使用图1的制造设备的制造过程。
利用进料装置3将作为热压(也称作模压淬火(DQ))的对象的坯料1送进加热室2中的第一加热腔4中。在第一加热腔4中，利用多个传送辊5来设置水平传送路径，并且设置电加热装置或气体加热装置(在此未示出)。在传送辊5上将坯料1从图1的左边传送到右边，并且在该传送时间(约1分钟至10分钟)期间将坯料1加热到800度至1050度的温度范围。因此，通过第一加热腔4将坯料1加热至高达可以进行淬火的温度(范围)。
将穿过第一加热腔4的坯料(处于高温状态的坯料6)取出放置至传送装置7上，并运送至压力机8。将高温状态的坯料6置于DQ成型模具的下模具9上，然后在DQ成型模具的下模具(模子)9与上模具(模子)10之间进行热压，并且对坯料6同时进行压制成形(成型)和淬火。因此，获得了作为第一中间产品的经淬火的金属基体14。由于热压(模压淬火)，金属基物质14的拉伸强度升高到1400MPa至1800MPa。另外，为了增强淬火的效果，优选的是，在DQ成型模具(9、10)的内部中设置冷却通道。
经淬火的金属基体14在紧接热压之后的温度为约100度至250度，并且该温度几乎与上述预浸料的热固化温度相同。将从DQ成型模具(9、10)取出的金属基体14置于CFRP成型模具的下模具(模子)12上，并且将CFRP预浸料置于金属基体14上(参见图1和图2)。然后，通过与热压同步的加压冲程(press stroke)迫使CFRP成型模具的上模具(模子)13压在下模具12上，并且使CFRP预浸料11形成为与金属基体14的形状相符(即，互补)并且迫使CFRP预浸料11粘附在金属基体14上(参见图3)。以这种方式，获得了作为第二中间产品的临时粘附复合工件15，所述临时粘附复合工件15具有与作为第一中间产品的金属基体14的表面紧密接触的CFRP预浸料11。另外，因为CFRP成型模具(12、13)在结构上与稍后提到的用于固化/附接的保持模具(16、17)类似，所以CFRP成型模具(12、13)和用于固化/附接的保持模具(16、17)的详细结构将稍后总体说明。
将从压力机8取出的临时粘附复合工件15置于用于固化/附接的保持模具(16、17)上，保持模具(16、17)可在加热室2的第二阶(级)部分和第三阶(级)部分循环移动(参见图1和图4)。具体地，将临时粘结复合工件15置于在第一保持运送装置19上准备好的用于固化/附接的保持模具的下模具16上，紧接着，通过用于提升上模具的装置18叠起用于固化/附接的保持模具的上模具17。然后，在处于被夹在和固定在上模具16与下模具17之间的状态下，将临时粘附复合工件15送到第二加热腔20中(参见图5)。另外，准备复数对用于固化/附接的保持模具的下模具16和上模具17以用于本示例性实施方案的制造设备(参见图1)。
如图1和图5所示，在第二加热腔20中，设置有具有复数个传送辊21的水平传送路径。在传送辊21(即，辊传送器)上将临时粘附复合工件15与保持模具(16、17)一起从图1的右方传送至左方，并且在该传送时间(约1分钟至10分钟)期间将临时粘附复合工件15加热(加温)到高达100度至250度的温度(范围)并保持该温度。另外，在第二加热腔20中未设置专门的加热装置，但是利用了从下侧的第一加热腔4传递的余热(传导热和废热)作为将加热腔20加热或保温在100度至250度的热量。另外，在第二加热腔20中，可以使用辅助(电式或气体式)加热装置以用于温度控制。此外，在第二加热腔20的顶板处布置和设置有与传送辊21相对的复数个压合辊22(参见图1和图5)，并且保持在用于固化/附接的保持模具(16、17)内的临时粘附复合工件15在第二加热腔20中(穿过第二加热腔20)传送，同时接受到一组压合辊22的加压力。另外，可以对一组压接辊子22进行竖直位置控制以使得能够根据待受压的对象来改变(调整)相对于传送辊21的间隔(即，加压力)。
CFRP预浸料与金属基体(11，14)两者通过在CFRP预浸料与金属基体14之间的边界区中的热固性塑料渗出物的热固化而牢固地接合，同时CFRP预浸料11中所包含的热固性塑料被热固化，原因是临时粘附复合工件15穿过第二加热腔20(即，在受到固定加压力的情况下，在预定温度下保持预定的时间段)。因此，获得了目标金属/CFRP复合结构(成品25)。
另外，在本示例性实施方案中，因为在第一加热腔4中坯料1的加热时间为1分钟至10分钟并且在第二加热室20中临时粘附复合工件15的加热时间也为1分钟至10分钟，所以通过调节传送辊5和21的传送速度而使坯料1的加热步骤的周期时间与临时粘附复合工件15的热固化接合步骤的周期时间相同，使得第一加热腔4的通过时间(停留时间)与第二加热腔20的通过时间同步，由此可以实现理想的连续生产。
如图1所示，将穿过第二加热腔20的用于固化/附接的保持模具(16、17)取出放置至第二保持模具传送装置23上。通过用于提升上模具的装置24仅将用于固化/附接的保持模具的上模具17升高，并将金属/CFRP复合结构的成品25取出。然后，在用于固化/附接的保持模具的下模具16被放置在第二保持模具传送装置23上的状态下，保持模具传送装置23上升至第三阶部分中(第三加热腔26的高度)。而且，将通过用于提升上模具的装置24而预先升高的上模具17与下模具16组合，并且将合并形式的模具16和模具17发送至第三加热腔26中。
在第三加热腔26中，设置有具有复数个传送辊27的水平传送路径。在传送辊27上用于固化/附接的保持模具(16、17)从图1的左方传送至右方，并且到达第一保持模具传送装置19的位置。将使用于固化/附接的保持模具(16、17)穿过第三加热腔26所需要的时间设置成与用于使临时粘附复合工件15穿过第二加热腔20的时间(即，约1分钟至10分钟)相同。在该传送时间期间将用于固化/附接的保持模具(16、17)加热或保温在100度至250度。另外，在第三加热腔26中未设置专门的加热装置，但是利用了从下侧的第一加热腔4和第二加热腔20传递的余热(传导热和废热)作为将加热腔20加热或保温在100度至250度的热量。另外，在第三加热腔26中，可以使用辅助(电式或气体式)加热装置以用于温度控制。
在100度至250度下预热之后，对于被取出放置到第一保持模具传送装置19上的用于固化/附接的保持模具，通过用于提升上模具的装置18将上模具17升高并与下模具16分离。然后，在保持模具传送器19上放置有仅下模具16的状态下，将保持模具传送器19下降至第二阶部分(第二加热腔20的高度)。再一次，重复循环传送操作，使得临时粘附复合工件15被设置在保持模具传送器19上并进入第二加热腔20中，穿过第三加热腔26并返回保持模具传送装置19的位置。因此，在本示例性实施方案中，“用于在第二加热腔20和第三加热腔26内循环传送复数对用于固化/附接的保持模具(16、17)的传送机构”由装置18和19、辊21和22、装置23和24以及辊27形成。
<CFRP成型模具和用于固化/附接的保持模具>
因为CFRP成型模具(12、13)与用于固化/附接的保持模具(16、17)具有几乎相同的结构，所以下面一起给出说明。另外，图7示出了CFRP成型模具(12、13)或保持有临时粘附复合工件15的用于固化/附接的保持模具(16、17)的全侧视图，图6示出了在上模具(13、17)从CFRP成型模具或保持有临时粘附复合工件15的用于固化/附接的保持模具移除的情况下的平面图(俯视图)。图4和图2对应于沿着图6的A-A线的截面图。
如图2和图4所示，CFRP成型模具的下模具12与用于固化/附接的保持模具的下模具16具有几乎相同的结构。如图6和图7所示，这些下模具(12、16)具有等间隔地布置在下模具基板28上的具有多个排的工件支承部30(图6示出了四排)，并且通过在各排的工件支承部30的两侧处竖放来设置端块29。成多排的工件支承部30通过与经淬火的金属基体14的整个表面之中的附着有CFRP预浸料11的表面部分的一部分对应的方式布置。虽然成多排的工件支承部30专门支承工件的仅对应于预浸料的部分，但是这些工件支承部配合在一起来提供用于保持与成型(模制)之后的金属基体14的形状相符(相配)的下侧的形状(框架)。因此，金属基体14的未粘附CFRP预浸料11的剩余部分基本上处于无支承(没有支承)状态。这些下模具(12、16)设置有用于定位金属基体14并且还用于固定金属基体14的适用于工件支承的底部夹具36和38。
如图2和图4所示，CFRP成型模具的上模具(模子)13与用于固化/附接的保持模具的上模具17具有几乎相同的结构。如图6和图7所示，这些上模具(13、17)经由上模具基板33下方的固定件(mount)32设置有加压部31。该加压部31通过与经淬火的金属基体14的整个表面之中的附着有CFRP预浸料11的表面部分的一部分对应的方式设置。这些上模具(13、17)设置有用于定位金属基体14并且还固定金属基体14的用于工件支承物的顶夹具37和39(参见图7)。如图6和图7所示，作为下夹具36和38与上夹具37和39之间的工件，金属基体14通过将金属基体14(在图6和图7中，被描绘为假定为车辆的B柱的情况下的形状)的两端轴取向放置而固定。
根据本示例性实施方案，因为热固性塑料(例如包含在CFRP预浸料11中的环氧树脂)本身存在粘附强度，所以，通过将金属坯料1和CFRP预浸料11保持至用于固化/附接的保持模具(16、17)中并且对其进行加热(保温)和加压，金属坯料1和CFRP预浸料11可以牢固地附接。由于CFRP预浸料成型和附着所需要的加压力为0.1kgf/cm2至5kgf/cm2(0.98N/cm2至49.0N/cm2)并是相对低的压力，所以耐热氨酯或耐热橡胶足以用于上模具(13、17)的加压部31的构成材料。该加压部31的尺寸设置比成型的目标尺寸大了约最大5mm，并且CFRP预浸料11基于加压部31的变形(弹性形变)而被压到坯料1上。附带地，端块29的高度可以被调整，或者加压部31可以由软金属材料例如ZAS(一种锌合金)和金属模制材料例如SKD形成，使得加压部31的加压强度不会变得过大。
经淬火的金属基体14具有高强度，也具有高刚性性质(high-regidform)，并且不因诸如通过加压部31施加的上述加压力的外力而变形。因此，即使采用在下模具(12、16)中断续布置多排薄壁状工件支承部30的简单支承结构，也不会在成型(模制)和保持CFRP预浸料11时引起任何问题，原因是这样的结构能够完全承受抵抗加压力。
<示例性实施方案的效果>
下面说明本示例性实施方案的优点等。
在常规技术(专利文献1和2)中，铝基材的成型步骤、纤维增强塑料的成型步骤以及成型之后铝基材与纤维增强塑料的接合或附接步骤是相互分离的独立的步骤，并且存在由于必需采用许多步骤所以制造成本昂贵的缺点。另一方面，在本示例性实施方案中，因为CFRP预浸料11的成型和与金属基体14的附接可以使用图1所示的通过稍加修改用于钢板热压的设备而可获得的设备连续地执行，所以与常规成本相比可以降低制造成本。
在常规技术(专利文献2)中，为了确保固化热固性塑料材料所需要的温度，可能需要专门的加热装置。另一方面，在本示例性实施方案中，因为使用来自实现热压步骤的第一加热腔4的余热作为实现热固化附接步骤的第二加热腔20的热源，所以对第二加热腔20而言不需要另外的加热装置，并且可以降低设备成本。此外，由于使用来自第一加热腔4的余热，所以热效率优异并且能够实现节能，即制造成本可降低。
热压之后的金属基体14随即被冷却至100度至250度的温度水平，幸运的是，这时的温度与热固性塑料的成型和固化温度在同一水平。因而，淬火之后金属基体14所保有的热量可以有效地用于热固性树脂的成型和固化。因此，可以实现制造步骤的简化、成本降低和节能。
根据本示例性实施方案的加压装置8，因为处于高温状态的坯料6的热压和CFRP预浸料11的成型和叠合可以通过同一加压冲程来执行，所以可以实现设备成本的降低和节能。
在本示例性实施方案中，因为CFRP预浸料11置于至金属基体14上的形式，CFRP成型模具的模具侧(凹入侧)的模具(即，下模具12)的结构可以制成简易的，并且可以降低模制成本。
在本示例性实施方案中，因为CFRP预浸料11置于金属基体14上、接着在加热和加压的状态下使用保持模具(16、17)保持其叠加状态预定的时间段的形式，在CFRP预浸料11与金属基体14紧密地配合(相配)的状态下可以形成精确整合的模制品(产品)。此外，在那种情况下，浸渍在CFRP预浸料11中的热固性塑料漏出以参与粘附接合，无须再施加粘合剂的另外的步骤，并且制造效率非常优异。
通常，因为热固性塑料需要1分钟或更多时间来热固化，所以如果在CFRP成型模具(12、13)内热固化，则周期时间将变长。另一方面，在本示例性实施方案中，除了CFRP成型模具(12、13)之外，因为简单且成本低的用于固化/附接的保持模具(16、17)被制备成循环重复使用的多对，所以在所有步骤中周期时间可以显著缩短。
在本示例性实施方案中，如图1所示，通过将加热室2安装成多级结构，即使在设备的有限空间内，也可确保使多对用于固化/附接的保持模具(16、17)通过的空间。
<替代实施例>
在图1的制造设备中，可以设置用于在将CFRP预浸料11设置到CFRP成型模具(12、13)之前对CFRP预浸料11进行预热的预热室50作为附件。
上面的专利文献的全部公开内容通过引用被并入本文中。在本发明的全部公开内容(包括权利要求)的范围内且基于本发明的基本技术概念，可以对示例性实施方案进行修改和调整。在本发明的权利要求的范围内，可以对各种所公开的要素(包括每项权利要求的每个要素、每个示例性实施方案的每个要素、每幅附图的每个要素等)进行组合和选择。也就是说，本发明当然包括可以由本领域技术人员根据包括权利要求的全部公开内容和技术概念作出的各种变形方案和修改方案。特别地，本文中所公开的任何数值范围应该理解为：落入所公开的范围内的任何中间值或子范围即使在没有其具体记载的情况下也被具体地公开。
[附图标记列表]
1、6：坯料
2：加热室
4：第一加热腔
8：压力机
9、10：模压淬火成型模具(热压装置)
11：CFRP预浸料
12、13：CFRP成型模具(CFRP成型装置)
14：经淬火的金属基体(第一中间产品)
15：临时粘附复合工件(第二次中间产品)
16、17：用于固化/附接的保持模具
20：第二加热腔
26：第三加热腔
18、19、21-24、27：用于循环传送用于固化/附接的保持模具的传送机构

Claims (6)

1.一种金属/CFRP复合结构的制造方法，所述制造方法包括：
加热步骤，将金属坯料加热至能够进行淬火的温度；
热压步骤，对所述坯料进行热压以获得通过所述热压而淬火的第一中间产品；
制备步骤，制备由碳纤维和未固化的热固性塑料形成的碳纤维增强塑料(CFRP)预浸料；
CFRP成型步骤，其中通过将经热压的第一中间产品和所述CFRP预浸料设置在CFRP成型模具中、接着通过进行加压成型，来对所述CFRP预浸料进行加压成型以获得所述CFRP预浸料紧密接触所述第一中间产品的表面的第二中间产品；
热固化接合步骤，通过对由所述CFRP成型步骤获得的所述第二中间产品保温和加压预定时间段，使包括在所述CFRP预浸料中的所述热固性塑料热固化同时使位于所述CFRP预浸料和所述第一中间产品的边界中的热固性塑料热固化，牢固地接合所述CFRP预浸料与所述第一中间产品。
2.根据权利要求1所述的金属/CFRP复合结构的制造方法，其中所述金属为铁基金属。
3.根据权利要求1或2所述的金属/CFRP复合结构的制造方法，其中进行所述CFRP预浸料的成型(模制)使得所述CFRP预浸料重叠在经热压的第一中间产品上。
4.一种铁基金属/CFRP复合结构，包括：
可通过热压铁基金属坯料获得的经淬火的金属基体；和
紧密地放置在所述金属基结构的表面的至少一部分上的碳纤维增强塑料(CFRP)，
其中所述碳纤维增强塑料包含碳纤维和热固性塑料；
所述金属基体和所述碳纤维增强塑料通过所述热固性塑料的位于所述金属基体与所述碳纤维增强塑料的边界中的部分的热固化而牢固地接合，所述部分由所述碳纤维增强塑料提供。
5.一种用于制造金属/CFRP复合结构的设备，包括：
加热室和压力机，
其中，所述加热室包括第一加热腔和第二加热腔，所述第一加热腔用于将金属坯料加热至能够进行淬火的温度；
所述压力机包括：
热压装置，其用于通过热压所述坯料而获得第一中间产品；和
CFRP成型(模制)装置，其用于通过将经热压的第一中间产品以及包含碳纤维和未固化的热固性塑料的CFRP预浸料设置在CFRP成型模具中，对所述CFRP预浸料进行加压成型以获得第二中间产品，在所述第二中间产品中所述CFRP预浸料紧密接触所述第一中间产品的表面，
其中，所述第二加热腔适于：通过在所述第二中间产品保持在用于固化/附接的保持模具中预定时间段时对所述第二中间产品保温和加压，使包含在所述CFRP预浸料中的所述热固性塑料经受热固化同时使所述热固性塑料的位于所述CFRP预浸料与所述第一中间产品的边界中的部分热固化，牢固地接合所述CFRP预浸料与所述第一中间产品；
所述第二加热腔设置在所述第一加热腔的正上方，所述第二加热腔适于接受来自所述第一加热腔的余热作为热源。
6.根据权利要求5所述的用于制造金属/CFRP复合结构的设备，其中
所述加热室还包括用于在保持所述第二中间产品之前预热所述用于固化/附接的保持模具的第三加热腔，所述第三加热腔设置在所述第二加热腔正上方，所述第三加热腔适于接受来自所述第一加热腔和所述第二加热腔的余热作为热源；
所述用于固化/附接的保持模具被制备成复数对；
所述加热室还包括用于在所述第二加热腔和所述第三加热腔内、循环地传送所述复数对保持模具的传送系统。
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