CN107471680A - 一种汽车用复合材料板簧预制体的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车用复合材料板簧预制体的制造方法，其特征在于：首先进行开卷，即将成卷的纤维织物，先进行放卷；而后施加定型粉，即在织物传送带上，用筛子均匀筛撒一定量的定型粉至纤维织物上，然后加热织物，使定型粉融化，附着于织物上，然后冷却，使定型粉凝固在纤维织物上；再后将织物堆叠，即在平台上根据板簧设计要求裁切不同长度的已添加定型粉的单层纤维织物，按设计的铺层顺序依次手工或自动进行堆叠；再后是预成型，最后将单件预制体裁切，即将预成型好的大预制体，通过立式铡刀裁切成单个板簧的预制体。

Description

一种汽车用复合材料板簧预制体的制造方法
技术领域
本发明涉及一种汽车用复合材料板簧预制体的制造方法。
背景技术
当前，能源日趋紧张、环境压力加剧，汽车行业的可持续发展遭遇挑战，作为有效的节能手段，汽车轻量化技术已经成为汽车工业发展中的重要研究课题之一。有关研究数据表明，若汽车整车重量降低10％，燃油效率可提高6％～8％；同时，轻量化还将在一定程度上带来车辆操控稳定性和一定意义上碰撞安全性的提升。由此可见，车身的轻量化对减轻汽车自重，提高整车燃料经济性至关重。
目前汽车轻量化已成为汽车产业发展中的一项关键性研究课题。实现汽车轻量化主要有三种途径：一是对汽车底盘、发动机等零部件进行结构优化，在结构设计上主要采用前轮驱动、高刚性结构和超轻悬架结构等方法；二是在使用材料方面通过材料替代使汽车轻量化。在替代材料方面，可使用增强型塑料聚合物材料、铝镁轻合金等有色金属材料、陶瓷材料等密度小、强度高的轻质材料，或者使用同密度、同弹性模量而且工艺性能好的截面厚度较薄的高强度钢；三是采用先进的制造工艺，使用基于新材料加工技术而成的轻量化结构用材，如连续挤压变截面型材、金属基复合材料板、激光焊接板材等，也可以达到轻量化目的。
目前国内外汽车轻量化技术发展迅速，聚合物材料作为重要的轻量化手段之一，在汽车中的使用比重越来越大。在欧洲，车用塑料的重量占汽车自重的20％，平均每辆德国车使用塑料近300千克，占汽车总重量的22％。国产车的单车塑料平均使用量为78千克，塑料用量仅占汽车自重的5％-10％。与国外相比，国产车的非金属材料用量仍然偏少，纤维增强复合材料在汽车行业的应用尚处于初级阶段。
钢板弹簧因其承载性，减振性，在各种类型汽车悬架中都有广泛应用，包括卡车，箱式货车，客车，SUV，轿车等。钢板弹簧属于簧下质量，其自身重量比较重，对其进行轻量化设计，具有重要意义。目前主要通过以下手段进行轻量化设计，一是由多片簧更改为少片簧设计，二是采用树脂增强纤维复合材料板簧。
目前复合材料板簧在汽车行业也有少量的应用，主要采用拉挤工艺、缠绕成型工艺等制作，最新的制作工艺为中低压树脂传递成型RTM或高压树脂传递成型工艺HP-RTM，此工艺属于液体成型工艺，此工艺对于增强织物在模具中的状态一致性要求很高，另一方面HP-RTM工艺，属于国际上最新开发的复合材料快速成型工艺，每模时间根据树脂类型及产品结构在3～10分钟之间，对于板簧类产品每模时间可做到10分钟之内，因此前序工艺的质量及效率将成为HP-RTM工艺生产板簧的关键因素。
目前国内已有相关专利，专利号为201310525224.X的发明专利，为一种适用于碳纤维汽车零部件的快速成型高压RTM工艺，此项工艺属于宁波华翔汽车纤维研发有限公司开发，讲述了一种HP-RTM工艺。
还有专利号为201310719482.1的发明专利，为碳纤维汽车零部件的聚氨酯快速成型HP-RTM工艺，此项工艺属于宁波华翔汽车纤维研发有限公司开发，讲述了一种HP-RTM工艺。
最后专利号为201310719483.6的发明专利，为一种碳纤维汽车零部件的RTM工艺，此项工艺属于宁波华翔汽车纤维研发有限公司开发，讲述了一种HP-RTM工艺。
所以使用HP-RTM工艺可以加快效率。
但是目前复合材料板簧的生产一直以来依赖于人工操作，手工进行铺覆堆叠，生产效率低，质量不易控制，严重影响了复合材料板簧的大批量生产的问题。
发明内容
本发明所要解决的是，目前复合材料板簧的生产一直以来依赖于人工操作，手工进行铺覆堆叠，生产效率低，质量不易控制，严重影响了复合材料板簧的大批量生产的问题。
本发明的技术方案是：一种汽车用复合材料板簧预制体的制造方法，其特征在于：首先进行开卷，即将成卷的纤维织物，先进行放卷，可由人工或自动进行牵引；而后施加定型粉，即在织物传送带上，用筛子均匀筛撒一定量的定型粉至纤维织物上，然后加热织物，使定型粉融化，附着于织物上，然后冷却，使定型粉凝固在纤维织物上；再后将织物堆叠，即在平台上根据板簧设计要求裁切不同长度的已添加定型粉的单层纤维织物，按设计的铺层顺序依次手工或自动进行堆叠；再后是预成型，即可以采用非反应性定型粉，则先通过烘道对堆叠好的织物进行加热，使织物上的定型粉软化，然后迅速转移至冷的预成型模具上进行压制；或者采用反应性定型粉，则将堆叠好的织物转移至热的预成型模具上，合模压制一定时间，带定型粉化学反应完全后，开模，取出成型好的大预制体；最后将单件预制体裁切，即将预成型好的大预制体，通过立式铡刀裁切成单个板簧的预制体。
其中，所述的纤维织物的纤维可以为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维等类似纤维。
其中，所述的织物优选为面密度在150～1200gsm之间的单向或多轴向NCF(即Non-Crimp fabric中文为针刺无皱折织物)织物。
其中，所述的定型粉为反应性或非反应性单组分固体双酚A型环氧树脂。
其中，所述的定型粉在每平方米纤维织物上的用量为5～30g。
其中，所述的定型织物的工艺条件为，采用的非反应性定型粉织物加热温度150～200℃，采用的反应性定型粉织物加热温度70～120℃，加热时间均为5～60s，后冷却至室温。
其中，所述的织物堆叠可采用手工方式或机械臂自动方式。
其中，所述的非反应性定型粉预成型工艺条件为在150～200℃下加热60s～60min，快速转移至冷模，合模压制60s～60min。
其中，所述的反应性定型粉预成型工艺条件为将堆叠织物放入100～150℃的热模中，合模压制60s～60min后，取出。
其中，所述的大预制体的裁切采用立式铡刀进行。
本发明的有益效果是，采用反应性或非反应性定型粉定型纤维织物层，制作复合材料板簧预制体，生产效率高，质量可靠；采用先预成型大预制体，然后切割成单根板簧预制体的方案，简化了预成型工序，提供了生产效率；使用本产品后可以减轻汽车零部件重量，生产工艺的工业化生产效率大大提高，相对于传统工艺更加环保无污染。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实例进一步阐述本发明。
纤维增强树脂基复合材料板簧预制体制作方法，以下实施例是对本发明的进一步说明：
(1)实施例中选用的零件为某轻型卡车用前板簧，板簧宽度为70mm。
(2)实施例中的纤维选用了无碱玻璃纤维；
(3)实施例中的织物为1200gsm的单向NCF织物，织物幅宽为1270mm；
(4)实施例中的定型粉为反应性单组分固体环氧树脂；
(5)实施例中每平方织物上筛撒的定型粉量为8g；
(6)实施例中定型织物的工艺条件：织物加热80℃，30s，然后冷却至室温；
(7)实施例中预成型工艺条件为120℃，45min；
(8)实施例中的大预制体可裁切17根板簧预制体，采用了立式铡刀裁切；
实施例的制作工艺描述如下：
(1)将1270mm宽的1200gsm的玻璃纤维单向织物放卷，然后用振动筛将反应性定型粉均匀的撒到玻璃纤维织物上，平均每平方撒8g；然后将织物在80℃下加热30s时间，最后通过吹风，使织物冷却到室温，定型织物制作完成。
(2)在切割平台上，根据板簧设计要求裁切54层不同长度的已添加定型粉的单层纤维织物，按设计的铺层顺序依次手工进行堆叠。
(3)将堆叠好的54层织物，转移至预加热到120℃的预成型模具上，合模保压45min，然后取出大预制体。
(4)预成型好的大预制体，通过立式铡刀裁切成17根单个板簧的预制体，切割的两个边缘部分做报废处理。
本实施例，生产单根板簧的大致时间2.6分钟，可满足批量的复合材料板簧HP-RTM成型生产节拍。大幅提高了复合材料板簧的生产效率，满足了汽车行业大批量，高效率，严质量的要求。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种汽车用复合材料板簧预制体的制造方法，其特征在于：首先进行开卷，即将成卷的纤维织物，先进行放卷，可由人工或自动进行牵引；而后施加定型粉，即在织物传送带上，用筛子均匀筛撒一定量的定型粉至纤维织物上，然后加热织物，使定型粉融化，附着于织物上，然后冷却，使定型粉凝固在纤维织物上；再后将织物堆叠，即在平台上根据板簧设计要求裁切不同长度的已添加定型粉的单层纤维织物，按设计的铺层顺序依次手工或自动进行堆叠；再后是预成型，即可以采用非反应性定型粉，则先通过烘道对堆叠好的织物进行加热，使织物上的定型粉软化，然后迅速转移至冷的预成型模具上进行压制；或者采用反应性定型粉，则将堆叠好的织物转移至热的预成型模具上，合模压制一定时间，带定型粉化学反应完全后，开模，取出成型好的大预制体；最后将单件预制体裁切，即将预成型好的大预制体，通过立式铡刀裁切成单个板簧的预制体。
2.根据权利要求1所述的一种汽车用复合材料板簧预制体的制造方法，其特征在于：所述的纤维织物的纤维可以为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维等类似纤维。
3.根据权利要求1所述的一种汽车用复合材料板簧预制体的制造方法，其特征在于：所述的织物优选为面密度在150～1200gsm之间的单向或多轴向NCF(即Non-Crimp fabric中文为针刺无皱折织物)织物。
4.根据权利要求1所述的一种汽车用复合材料板簧预制体的制造方法，其特征在于：所述的定型粉为反应性或非反应性单组分固体双酚A型环氧树脂。
5.根据权利要求1所述的一种汽车用复合材料板簧预制体的制造方法，其特征在于：所述的定型粉在每平方米纤维织物上的用量为5～30g。
6.根据权利要求1所述的一种汽车用复合材料板簧预制体的制造方法，其特征在于：所述的定型织物的工艺条件为，采用的非反应性定型粉织物加热温度150～200℃，采用的反应性定型粉织物加热温度70～120℃，加热时间均为5～60s，后冷却至室温。
7.根据权利要求1所述的一种汽车用复合材料板簧预制体的制造方法，其特征在于：所述的织物堆叠可采用手工方式或机械臂自动方式。
8.根据权利要求1所述的一种汽车用复合材料板簧预制体的制造方法，其特征在于：所述的非反应性定型粉预成型工艺条件为在150～200℃下加热60s～60min，快速转移至冷模，合模压制60s～60min。
9.根据权利要求1所述的一种汽车用复合材料板簧预制体的制造方法，其特征在于：所述的反应性定型粉预成型工艺条件为将堆叠织物放入100～150℃的热模中，合模压制60s～60min后，取出。
10.根据权利要求1所述的一种汽车用复合材料板簧预制体的制造方法，其特征在于：所述的大预制体的裁切采用立式铡刀进行。
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