CN105383070A - 一种碳纤维复合材料汽车发动机罩的制造方法 - Google Patents

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孟正华
郭巍
王辉
张勇
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    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
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Abstract

本发明涉及碳纤维复合材料汽车零件加工制造的技术，具体为一种碳纤维复合材料发动机罩的制造方法，主要应用于不等厚的碳纤维复合材料发动机罩的加工制造。其工艺流程是：碳纤维布裁剪--碳纤维布铺层--多层碳纤维布置于模具中--真空灌注树脂--真空加热保温--脱模取件--修边。其特点是通过碳纤维布的裁剪设计，将不同外形的碳纤维布铺层放入模具后一起进行树脂灌注，复合成型后的碳纤维复合材料发动机罩由于厚度不等，既满足了发动机罩的强度刚度要求，又可以减轻重量。

Description

一种碳纤维复合材料汽车发动机罩的制造方法
技术领域
本发明涉及合碳纤维复合材料汽车零件制造技术，具体为一种碳纤维复合材料发动机罩的制造方法，主要应用于不等厚的碳纤维复合材料发动机罩的加工制造。
技术背景
近年来，环境污染问题和资源耗费问题日益严峻。随着汽车工业的快速发展，汽车尾气排放和燃油利用率日益受到社会关注，汽车轻量化成为汽车工业的发展趋势，以高强钢、铝合金及碳纤维复合材料为代表的轻质材料在汽车零部件先进制造领域的应用日益增加。
由于碳纤维材料的高强度、高模量、低密度特点，采用碳纤维复合材料的汽车部件是同时实现轻量化，又能够保证安全性与乘用舒适性等特点的首选材料。碳纤维复合材料用于汽车工业有很多优势，如减轻汽车质量、提高燃油经济性；可设计性强；零部件一体化，从而降低制造成本、缩短开发周期；提高耐冲击和安全性；优良的耐腐蚀性和耐化学药品性等。英国材料系统实验室(MSL)的研究表明，碳纤维复合材料车身相比钢结构车身减重53％以上，相比全铝结构车身减重30％。因此，采用碳纤维复合材料可以使汽车的轻量化取得突破性进展，并带来节能效益。
汽车发动机罩是汽车车身的重要零件之一。目前由于成形技术的限制，一般均采用碳钢或普通高强钢制成，一般制造工艺为：发动机罩外板冲压成形-发动机罩加强板冲压成形-内外板包边连接三道工序。由于其本身厚度较薄，采用高强钢成形制造已无轻量化空间。如能采用碳纤维复合材料制造，可进一步减轻其重量，从而为车身轻量化做出贡献。
基于此，本发明提出一种新型碳纤维复合材料发动机罩制造工艺。
发明内容
本发明目的是提供一种碳纤维复合材料汽车发动机罩的制造方法。
碳纤维复合材料汽车发动机罩制造方法步骤如下：
(1)将碳纤维编织布裁剪成一定形状，其中2～3层碳纤维布裁剪成内板展开外形，3～5层碳纤维布裁剪成发动机罩外板展开外形；
(2)在模具中预先铺好脱模布，然后将各层碳纤维布按次序叠放好后放入模具中；
(3)闭合模具，对模具模腔抽真空，同时在模具浇口处注入环氧树脂；
(4)待树脂完全浸润碳纤维布后，关闭模具浇口，继续保持模腔抽真空状态。
(5)通过模具内置加热棒对模具进行恒温加热30～60分钟；
(6)打开模具，取出制件；
(7)将制件放入修边模具，通过砂轮进行修边，得到最终零件。
其中，所述的碳纤维布单层厚度0.25～0.3mm；
所述的加热温度为150～200℃。
本发明所述的碳纤维复合材料汽车发动机罩的制造方法，其特征在于：
每层碳纤维布根据发动机罩强度刚度要求裁剪成不同形状，然后将不同形状的碳纤维布进行铺层后，将脱模布、多层碳纤维布5、导流网3置入成型下模2中，闭合成型上模1和成型下模2，对模腔用真空泵1进行抽真空，当真空表8显示模腔真空度达0.01MPa时，启动树脂浇注罐7通过树脂灌注管4将树脂注入模具，在真空负压力的作用下多层碳纤维布5贴模并与树脂复合成型，通过加热棒9对模具进行加热，使碳纤维布与树脂在一定的温度条件下固化复合，最终得到制品。由于只需一次灌注成型，减少了原来发动机罩需内外板分别成形后的连接工序。所得到的碳纤维复合材料发动机罩具有不等厚、质量轻、强度刚度好的特点。
附图说明
图1：碳纤维复合材料发动机罩工艺示意图
图中：
1-真空泵
2-成型上模
3-导流网
4-树脂灌注管
5-多层碳纤维布
6-密封圈
7-树脂浇注罐
8-真空表
9-加热棒
10-成型下模
11-脱模布
图2：刚度对比分析
图3：重量对比分析
具体实施方法
实施例1某发动机罩的制造加工
1.材料准备：
实验所用碳纤维布为连云港鹰游集团提供的3K220g碳纤维平纹布，实验树脂为厦门维曼材料科技有限公司提供的R-3895环氧树脂。
2.零件制造过程
通过发动机罩的强度和刚度CAE分析，设计发动机罩的加强区域，将3层碳纤维布裁剪成加强部位形状。
将3～5层碳纤维布裁剪成发动机罩外形展开尺寸。
将多层碳纤维布按秩序和尺寸叠放好，两层碳纤维布中采用少量喷胶进行粘结固定。
在模具铺放一层导流网、一层脱模布，然后将叠放好的多层碳纤维布放入模具中固定。
在多层碳纤维布上铺放脱模布与导流网。
合模并对模腔抽真空，待真空度达到0.02MPa后开启模具浇口，注入树脂。
待树脂完全浸润碳纤维布后保持抽真空，关闭浇口。
开启模具加热系统，将模具加热到150℃保持60分钟。
打开模具，取出制件。
将成型完成的制件放入修边模具，通过砂轮进行修边后得到最终零件。
对比分析
对同种外形尺寸的冲压成形制成的高强钢发动机罩与本方法制成的碳纤维复合材料发动机罩进行刚度、质量对比。(见图2、图3)
通过刚度和质量对比可知，相比于钢制发动机罩，6层碳纤维布制成的发动机罩在扭转刚度性能基本一致的情况下，重量降低45％；7层碳纤维布制成的发动机罩重量降低40％，刚度性能较优；8层碳纤维布制成的发动机罩重量降低30％，刚度性能大幅提升。

Claims (7)

1.一种碳纤维复合材料汽车发动机罩的制造方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)将碳纤维编织布裁剪成一定形状，其中2～3层碳纤维布裁剪成内板展开外形，3～5层碳纤维布裁剪成发动机罩外板展开外形；
(2)在模具中预先铺好脱模布，然后将各层碳纤维布按次序叠放好后放入模具中；
(3)闭合模具，对模具模腔抽真空，同时在模具浇口处注入树脂；
(4)待树脂完全浸润碳纤维布后，关闭模具浇口，继续保持模腔抽真空状态。
(5)通过模具内置加热棒对模具进行恒温加热30～60分钟；
(6)打开模具，取出制件；
(7)将制件放入修边模具，通过砂轮进行修边，得到最终零件。
2.按照权利要求1所述的制造方法，其特征在于：步骤(1)中的碳纤维布采用市售正交编织碳纤维布，单层厚度0.25～0.3mm。
3.按照权利要求1所述的制造方法，其特征在于：步骤(1)中的碳纤维布先根据发动机罩外形尺寸进行裁减，2～3层碳纤维布裁剪成内板展开外形，3～5层碳纤维布裁剪成发动机罩外板展开外形。
4.按照权利要求1所述的制造方法，其特征在于：步骤(2)中所有碳纤维布均铺好后放入模具。
5.按照权利要求1所述的制造方法，其特征在于：步骤(3)中树脂材料为环氧树脂和固化剂，环氧树脂和固化剂配质量比为4∶1。
6.按照权利要求1所述的制造方法，其特征在于：步骤(4)中采用真空泵对闭合模具内抽真空，真空度为0.01MPa。
7.按照权利要求1所述的制造方法，其特征在于：步骤(5)中所述的加热温度为150～200℃。
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