CN104875790A - 一种车顶盖及车顶盖的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车顶盖及车顶盖的加工方法，该车顶盖包括：车顶盖本体和加强件，加强件压设在车顶盖本体内部；其中，车顶盖本体包括多个第一结构的单层连续碳纤维预浸布，多个第一结构的单层连续碳纤维预浸布依次叠加铺设，且相邻第一结构的单层连续碳纤维预浸布的径编方向不同；加强件包括多个第二结构的单层连续碳纤维预浸布，且多个第二结构的单层连续碳纤维预浸布依次叠加铺设，且相邻第二结构的单层连续碳纤维预浸布的径编方向不同。本发明的车顶盖，通过采用多个单层连续碳纤维预浸布的多角度铺设结构，满足了车顶盖的性能设计要求并实现了单价重量的优化。

Description

一种车顶盖及车顶盖的加工方法

技术领域

本发明涉及汽车车身技术领域，尤其涉及一种车顶盖及车顶盖的加工方法。

背景技术

随着汽车工业的发展，乘用车油耗限制值强制法规越来越严，第三阶段油耗的限制值标准将目标定于2015年实现6.9升/100公里，第四阶段油耗限制值标准将于2020年实现5.0升/100公里。然而，传统的钢质车顶盖是车身部件中重量较大的部件，普通不带天窗的A级车的重量一般在10千克(kg)左右，对于降低油耗具有一定的限制作用。此外，较重的重量也为车顶盖的制造和装配带来诸多不便。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种车顶盖及车顶盖的加工方法，采用多个单层连续碳纤维预浸布的多角度铺设结构，降低了车顶盖自身的重量，从而可在一定程度上降低汽车的油耗，并且该车顶盖具有高强度、高刚性、低密度及良好的抗腐蚀性能。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

依据本发明的一个方面，提供了一种车顶盖，包括：车顶盖本体和加强件，所述加强件压设在所述车顶盖本体内部；

其中，所述车顶盖本体包括多个第一结构的单层连续碳纤维预浸布，所述多个第一结构的单层连续碳纤维预浸布依次叠加铺设，且相邻第一结构的单层连续碳纤维预浸布的径编方向不同；

所述加强件包括多个第二结构的单层连续碳纤维预浸布，且所述多个第二结构的单层连续碳纤维预浸布依次叠加铺设，且相邻第二结构的单层连续碳纤维预浸布的径编方向不同。

其中，所述第一结构的单层连续碳纤维预浸布呈多边形平面状，所述第二结构的单层连续碳纤维预浸布呈十字交叉状。

其中，所述车顶盖本体包括八个第一结构的单层连续碳纤维预浸布，且八个所述第一结构的单层连续碳纤维预浸布以所述第一结构的单层连续碳纤维预浸布的幅宽方向为参照线，径编方向依次按照预设角度0度、90度、135度、45度、135度、45度、90度及0度铺设。

其中，所述加强件包括八个第二结构的单层连续碳纤维预浸布，且所述八个第二结构的单层连续碳纤维预浸布以所述第二结构的单层连续碳纤维预浸布的幅宽方向为参照线，径编方向依次按照预设角度0度、90度、135度、45度、135度、45度、90度及0度铺设。

其中，所述第一结构的单层连续碳纤维预浸布和第二结构的单层连续碳纤维预浸布的厚度均为0.2毫米。

依据本发明的另一个方面，还提供了一种车顶盖的加工方法，包括：

将碳纤维布浸入预设粘度的预浸溶液中，形成第三结构的单层连续碳纤维预浸布；

在第一模具中，对多个所述第三结构的单层连续碳纤维预浸布按照径编方向的预设角度依次进行叠加铺层及裁剪，形成包括多个第一结构的单层连续碳纤维预浸布的车顶盖本体；

在第二模具中，对多个所述第三结构的单层连续碳纤维预浸布按照径编方向的预设角度依次进行叠加铺层及裁剪，形成包括多个第二结构的单层连续碳纤维预浸布的加强件；

将所述车顶盖本体和所述加强件置于第三模具中，并在热压罐中的预设温度中进行预设时间的热固化，得到成品连续碳纤维复合材料车顶盖。

其中，所述第一结构的单层连续碳纤维预浸布呈多边形平面状，所述第二结构的单层连续碳纤维预浸布呈十字交叉状。

其中，所述预浸溶液为不饱和聚酯树脂溶液。

其中，所述在第一模具中，对多个所述第三结构的单层连续碳纤维预浸布按照径编方向的预设角度依次进行叠加铺层及裁剪，形成包括多个第一结构的单层连续碳纤维预浸布的车顶盖本体，具体为：

将八个所述第三结构的单层连续碳纤维预浸布，以所述第三结构的单层连续碳纤维预浸布的幅宽方向为参照线，径编方向依次按照八个预设角度进行铺层，并在每一层铺设完成后根据所述第一模具的尺寸进行裁剪，直到第八次裁剪完成，获得包括八个第一结构的单层连续碳纤维预浸布的车顶盖本体。

其中，所述在第二模具中，对多个所述第三结构的单层连续碳纤维预浸布按照径编方向的预设角度依次进行叠加铺层及裁剪，形成包括多个第二结构的单层连续碳纤维预浸布的加强件，具体包括：

将八个所述第三结构的单层连续碳纤维预浸布，以所述第三结构的单层连续碳纤维预浸布的幅宽方向为参照线，径编方向依次按照八个预设角度进行铺层，并在每一层铺设完成后根据所述第二模具的尺寸进行裁剪，直到第八次裁剪完成，获得包括八个第二结构的单层连续碳纤维预浸布的加强件。

其中，所述八个预设角度依次为：0度、90度、135度、45度、135度、45度、90度及0度。

本发明的有益效果是：

本发明实施例的车顶盖采用多个单层连续碳纤维预浸布进行多角度铺设的结构，满足了车顶盖X向和Y向强度要求，并通过增加压设在车顶盖本体内部的加强件满足了车顶盖Z向强度要求。此外，通过连续碳纤维复合材料的使用，满足了50％的轻量化目标，从而利于通过减轻车身重量来降低油耗，并为后续的汽车制造及装配提供了方便。

附图说明

图1表示本发明实施例的车顶盖的内侧示意图；

图2表示本发明实施例的车顶盖的外侧示意图；

图3表示本发明实施例的车顶盖本体的剖面图；

图4表示本发明实施例的车顶盖的加工方法流程示意图。

其中图中：1、车顶盖本体；2、加强件；3、单层连续碳纤维预浸布。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例一

依据本发明的一个方面，提供了一种车顶盖，如图1～3所示，该车顶盖包括：

车顶盖本体1和加强件2，所述加强件2压设在所述车顶盖本体1内部；

其中，所述车顶盖本体1包括多个第一结构的单层连续碳纤维预浸布3，所述多个第一结构的单层连续碳纤维预浸布3依次叠加铺设，且相邻第一结构的单层连续碳纤维预浸布3的径编方向不同；

所述加强件2包括多个第二结构的单层连续碳纤维预浸布3，且所述多个第二结构的单层连续碳纤维预浸布3依次叠加铺设，且相邻第二结构的单层连续碳纤维预浸布3的径编方向不同。

目前，碳纤维等轻质材料的选用作为最直接和最快速降低汽车燃油消耗比的手段之一，越来越受到各大汽车厂商的重视。因此，碳纤维及其复合材料以其独特的优势，获得了越来越广泛的研究开发。此外，连续碳纤维复合材料具有低密度、高强度、高模量、耐腐蚀、耐疲劳等优势，目前已广泛应用在航空航天、体育休闲用品、工业领域及交通领域等。在汽车领域，赛车及高端汽车制品，如单体乘员舱、发动机引擎盖、传动轴等越来越多地采用连续碳纤维复合材料。所以，随着碳纤维成本的进一步降低，它将会越来越广泛应用在普通汽车上。

本发明实施例的车顶盖中，车顶盖本体1以及压设在车顶盖本体1内部的加强件2，均采用多个单层连续碳纤维预浸布3进行多角度叠加铺设的结构，不仅满足了车顶盖在X向、Y向及Z向的强度要求，实现了单价重量的优化，而且保证了本发明实施例的车顶盖具有高刚性、低密度及良好的抗腐蚀性能。

在本发明的另一个实施例中，所述第一结构的单层连续碳纤维预浸布3呈多边形平面状，所述第二结构的单层连续碳纤维预浸布3呈十字交叉状，使得本发明实施例的车顶盖满足了车顶盖的设计要求，并通过十字交叉状的加强件2满足了车顶盖在Z向的强度要求。

在本发明的另一实施例中，所述车顶盖本体1包括八个第一结构的单层连续碳纤维预浸布3，且八个所述第一结构的单层连续碳纤维预浸布3以所述第一结构的单层连续碳纤维预浸布3的幅宽方向为参照线，径编方向依次按照预设角度0度、90度、135度、45度、135度、45度、90度及0度铺设。

其中，如图3所示，车顶盖本体1的剖面图，自下而上的每一个单层连续碳纤维预浸布3的径编方向依次为：0度、90度、135度、45度、135度、45度、90度及0度。

其中，对于车顶盖本体1包括的第一结构的单层连续碳纤维预浸布3的个数(即铺设层数)及每一个第一结构的单层连续碳纤维预浸布3的铺设角度，在本发明实施例的车顶盖中，并不限于此。此外，车顶盖本体1的铺设层数主要通过计算机辅助工程(Computer Aided Engineering，CAE)的强度和刚度分析及成熟经验得到，以保证本发明实施例的车顶盖同金属车顶盖具备同样的强度和刚度。

在本发明的另一实施例中，所述加强件2包括八个第二结构的单层连续碳纤维预浸布3，且所述八个第二结构的单层连续碳纤维预浸布3以所述第二结构的单层连续碳纤维预浸布3的幅宽方向为参照线，径编方向依次按照预设角度0度、90度、135度、45度、135度、45度、90度及0度铺设。

本发明实施例的车顶盖中，对于加强件2包括的第二结构的单层连续碳纤维预浸布3的个数(即铺设层数)及每一个第二结构的单层连续碳纤维预浸布3的铺设角度，在本发明实施例的车顶盖中，并不限于此。此外，加强件2的铺设层数主要通过CAE强度和刚度分析及成熟经验得到。

在本发明的另一实施例中，所述第一结构的单层连续碳纤维预浸布3和所述第二结构的单层连续碳纤维预浸布3的厚度均为0.2毫米。可以理解的是，在本发明实施例的车顶盖中，对于单层连续碳纤维预浸布3的厚度并不限于此。因此，可通过控制单层连续碳纤维预浸布3的厚度来控制本发明实施例的车顶盖的厚度及重量。

实施例二

依据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种车顶盖的加工方法，如图4所示，该方法包括：

步骤S41、将碳纤维布浸入预设粘度的预浸溶液中，形成第三结构的单层连续碳纤维预浸布3。

其中，可以将连续碳纤维丝束制成径编的碳纤维布，或者直接购买市场上出售的碳纤维编制布均可。此后，将碳纤维布浸入预浸溶液中，可形成具有最初形状的第三结构的单层连续碳纤维预浸布3。

可选地，预浸溶液为不饱和聚酯树脂溶液，因此，可以通过调整不饱和聚酯树脂溶液的粘度，将第三结构的单层碳纤维预浸布厚度控制在0.2毫米，以便于控制车顶盖的总厚度及重量。

步骤S43、在第一模具中，对多个所述第三结构的单层连续碳纤维预浸布3按照径编方向的预设角度依次进行叠加铺层及裁剪，形成包括多个第一结构的单层连续碳纤维预浸布3的车顶盖本体1。

其中，第一模具为一种由玻璃钢制成的，可用于碳纤维预浸布铺层设计及裁剪的模具，且经第一模具裁剪后形成呈多边形平面状的第一结构的单层连续碳纤维预浸布3。

优选地，步骤S43包括：

将八个所述第三结构的单层连续碳纤维预浸布3，以所述第三结构的单层连续碳纤维预浸布3的幅宽方向为参照线，径编方向依次按照八个预设角度进行铺层，并在每一层铺设完成后根据所述第一模具的尺寸进行裁剪，直到第八次裁剪完成，获得包括八个第一结构的单层连续碳纤维预浸布3的车顶盖本体1。

其中，所述八个预设角度依次为：0度、90度、135度、45度、135度、45度、90度及0度。

此外，对于步骤S43的加工过程，具体地可如下所述：

以第三结构的单层连续碳纤维预浸布3的幅宽方向为参照线，按照预先CAE分析与设计角度，首先，从0度(即单层连续碳纤维预浸布3的幅宽方向为0度方向)进行第一层碳纤维预浸布铺层，并在第一模具中制得连续碳纤维预浸车顶盖单层铺层，并根据第一模具尺寸进行裁剪获得第一结构的单层连续碳纤维预浸布3；接着，以第三结构的单层连续碳纤维预浸布3的幅宽方向为参照线，分别按照设计角度，依次从90度、135度、45度、135度、45度、90度、0度进行第2-8层碳纤维预浸布铺层、裁剪；最后，经过8次铺层及裁剪，得到包括八个第一结构的单层连续碳纤维预浸布3的车顶盖本体1。

步骤S45、在第二模具中，对多个所述第三结构的单层连续碳纤维预浸布3按照径编方向的预设角度依次进行叠加铺层及裁剪，形成包括多个第二结构的单层连续碳纤维预浸布3的加强件2。

其中，第二模具为一种由玻璃钢制成的，可用于碳纤维预浸布铺层设计及裁剪的模具，且经第二模具裁剪后形成呈十字交叉状的第二结构的单层连续碳纤维预浸布3。

具体地，步骤S45包括：

将八个所述第三结构的单层连续碳纤维预浸布3，以所述第三结构的单层连续碳纤维预浸布3的幅宽方向为参照线，径编方向依次按照八个预设角度进行铺层，并在每一层铺设完成后根据所述第二模具的尺寸进行裁剪，直到第八次裁剪完成，获得包括八个第一结构的碳纤维预浸布3的加强件2。

其中，铺设层数主要通过CAE强度和刚度分析及成熟经验得到，且所述八个预设角度可依次为：0度、90度、135度、45度、135度、45度、90度及0度。但是，对于加强件2的铺设层数和铺设角度均不限于此。

步骤S47、将所述车顶盖本体1和所述加强件2置于第三模具中，并在热压罐中的预设温度中进行预设时间的热固化，得到成品连续碳纤维复合材料车顶盖。

其中，第三模具为特殊钢铁制成的模具，且预设温度处于在80-130摄氏度范围内，预设时间处于20-60分钟范围内。因此，可以根据实际需要，将预设温度设为120摄氏度，将预设时间设为30分钟。

此时，具体地，步骤S47可如下所述：

将车顶盖本体1、加强件2分别从第一模具和第二模具中转移到由特殊钢铁制成的第三模具中，并将车顶盖本体1、加强件2及第三模具一起放入到热压罐中；当热压罐中的温度逐步升温至120摄氏度时，利用热压罐内的高热温度和低压力进行30分钟的热固化，即通过高温低压条件，使预浸料之间充分反应，去除气泡，进而获得成品件；此后，逐步冷却至室温，即可从热压罐中移出所获得的成品车顶盖。

此外，后续，可根据需要，对该成品车顶盖进行喷漆，或采用胶黏剂与白车身连接固定安装。

本发明实施例的车顶盖的加工方法，采用连续碳纤维复合材料，与不饱和聚酯树脂溶液形成预浸部件，并通过多层多角度铺层形成车顶盖预浸件，进而采用热压罐工艺，制造出连续碳纤维的车顶盖。将材料、工艺、一体化设计进行合理搭配，从而保证了车顶盖具有高强度、高刚性、低密度及良好的抗腐蚀性能，并使车顶盖整体上满足了性能设计要求，实现了单价重量的优化。

以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种车顶盖，其特征在于，包括：车顶盖本体和加强件，所述加强件压设在所述车顶盖本体内部；

其中，所述车顶盖本体包括多个第一结构的单层连续碳纤维预浸布，所述多个第一结构的单层连续碳纤维预浸布依次叠加铺设，且相邻第一结构的单层连续碳纤维预浸布的径编方向不同；

所述加强件包括多个第二结构的单层连续碳纤维预浸布，且所述多个第二结构的单层连续碳纤维预浸布依次叠加铺设，且相邻第二结构的单层连续碳纤维预浸布的径编方向不同。

2.如权利要求1所述的车顶盖，其特征在于，所述第一结构的单层连续碳纤维预浸布呈多边形平面状，所述第二结构的单层连续碳纤维预浸布呈十字交叉状。

3.如权利要求1所述的车顶盖，其特征在于，所述车顶盖本体包括八个第一结构的单层连续碳纤维预浸布，且八个所述第一结构的单层连续碳纤维预浸布以所述第一结构的单层连续碳纤维预浸布的幅宽方向为参照线，径编方向依次按照预设角度0度、90度、135度、45度、135度、45度、90度及0度铺设。

4.如权利要求1所述的车顶盖，其特征在于，所述加强件包括八个第二结构的单层连续碳纤维预浸布，且所述八个第二结构的单层连续碳纤维预浸布以所述第二结构的单层连续碳纤维预浸布的幅宽方向为参照线，径编方向依次按照预设角度0度、90度、135度、45度、135度、45度、90度及0度铺设。

5.如权利要求1所述的车顶盖，其特征在于，所述第一结构的单层连续碳纤维预浸布和所述第二结构的单层连续碳纤维预浸布的厚度均为0.2毫米。

6.一种车顶盖的加工方法，其特征在于，包括：

将碳纤维布浸入预设粘度的预浸溶液中，形成第三结构的单层连续碳纤维预浸布；

在第一模具中，对多个所述第三结构的单层连续碳纤维预浸布按照径编方向的预设角度依次进行叠加铺层及裁剪，形成包括多个第一结构的单层连续碳纤维预浸布的车顶盖本体；

在第二模具中，对多个所述第三结构的单层连续碳纤维预浸布按照径编方向的预设角度依次进行叠加铺层及裁剪，形成包括多个第二结构的单层连续碳纤维预浸布的加强件；

将所述车顶盖本体和所述加强件置于第三模具中，并在热压罐中的预设温度中进行预设时间的热固化，得到成品连续碳纤维复合材料车顶盖。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一结构的单层连续碳纤维预浸布呈多边形平面状，所述第二结构的单层连续碳纤维预浸布呈十字交叉状。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预浸溶液为不饱和聚酯树脂溶液。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在第一模具中，对多个所述第三结构的单层连续碳纤维预浸布按照径编方向的预设角度依次进行叠加铺层及裁剪，形成包括多个第一结构的单层连续碳纤维预浸布的车顶盖本体，具体为：

将八个所述第三结构的单层连续碳纤维预浸布，以所述第三结构的单层连续碳纤维预浸布的幅宽方向为参照线，径编方向依次按照八个预设角度进行铺层，并在每一层铺设完成后根据所述第一模具的尺寸进行裁剪，直到第八次裁剪完成，获得包括八个第一结构的单层连续碳纤维预浸布的车顶盖本体。

10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在第二模具中，对多个所述第三结构的单层连续碳纤维预浸布按照径编方向的预设角度依次进行叠加铺层及裁剪，形成包括多个第二结构的单层连续碳纤维预浸布的加强件，具体包括：

将八个所述第三结构的单层连续碳纤维预浸布，以所述第三结构的单层连续碳纤维预浸布的幅宽方向为参照线，径编方向依次按照八个预设角度进行铺层，并在每一层铺设完成后根据所述第二模具的尺寸进行裁剪，直到第八次裁剪完成，获得包括八个第二结构的单层连续碳纤维预浸布的加强件。

11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述八个预设角度依次为：0度、90度、135度、45度、135度、45度、90度及0度。