CN109049760A - 复合材料汽车中通道加强板及其成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料汽车中通道加强板及其成型方法。所述复合材料汽车中通道加强板包括:中通道加强板本体;设置在中通道加强板本体上表面的上表面树脂凸台,用于定位中通道加强板本体的支架零件;以及设置在中通道加强板本体下表面的下表面树脂凸台,用于控制中通道加强板本体与中通道本体胶接连接的胶层厚度。该中通道加强板能够控制装配时的胶层厚度和对其他支架零件的定位,保证胶接强度,可以不使用装配工装就可以满足总成零件的精度要求;可以隔绝碳纤维铺层与金属件接触,杜绝了碳纤维复合材料与金属件产生电化学腐蚀;相比传统钢板,在重量上减重50%左右,进一步降低汽车的燃油消耗和污染物排放。
Description
技术领域
本发明是关于汽车中通道加强板技术领域,特别是关于一种复合材料汽车中通道加强板及其成型方法。
背景技术
随着汽车技术的发展,在汽车正碰时,为保护车内成员的安全,保持车内一定的安全空间,需要中通道加强板承受较大的碰撞载荷。
目前,中通道加强板普遍采用金属如高强钢制备,中通道加强板材料强度越高,零件厚度越厚,对成员安全保护越好。但是零件厚度增厚后,产品的重量也会提高,消耗的燃料也会相应增多,产生了较多的污染物排放。另外,现有金属中通道加强板不耐腐蚀,中通道加强板位于汽车的下部,周边环境潮湿,会对钢结构中通道加强板产生腐蚀。如何权衡产品安全性提高和污染物排放减少的矛盾,需要对中通道加强板采用新的解决方案。
碳纤维复合材料具有高比强度、比刚度的特性,密度较低,采用碳纤维复合材料代替传统钢结构中通道加强板,除了减重效果明显之外,也会提供非常高的强度,满足汽车安全性的要求。另外,复合材料具有较好的抗酸、碱、潮的特性,可以很好满足产品耐腐蚀的使用要求。
因此,需要设计一种新的复合材料汽车中通道加强板以解决金属中通道加强板存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合材料汽车中通道加强板,其能够解决现有复合材料汽车中通道加强板的中通道加强板本体不耐腐蚀、与中通道本体胶接时胶层厚度不好控制的问题。
为实现上述目的,本发明提供了复合材料汽车中通道加强板,包括:中通道加强板本体,其设置在中通道本体上;上表面树脂凸台,其设置在中通道加强板本体的上表面,用于定位中通道加强板本体的支架零件;以及下表面树脂凸台,其设置在中通道加强板本体的下表面,用于控制中通道加强板本体与中通道本体胶接连接的胶层厚度。
上述中通道本体是汽车地板总成中一个重要零件,通常位于地板的中间,前排驾驶员和乘客中间,沿车身前后方向布置;中通道本体的主要功能是:提供整车弯曲和扭转刚度,为副仪表台、变速箱换挡手柄等提供安装点,在车辆正碰时,承受车身前后方向的载荷,维持乘员舱的完整性;中通道本体的结构通常为几字形,下部水平翻边和竖直立面与座椅横梁连接,上部水平面和竖直立面与复合材料汽车中通道加强板胶接连接;中通道加强板本体和中通道本体胶接后,可以加强中通道本体,提高整车性能。
在一优选的实施方式中,上述复合材料汽车中通道加强板采用玻璃纤维和碳纤维制成。
在一优选的实施方式中,上述复合材料汽车中通道加强板包括:玻璃纤维上铺层、玻璃纤维下铺层和碳纤维铺层,其中所述玻璃纤维上铺层铺设在碳纤维铺层的上面,所述玻璃纤维下铺层铺设在碳纤维铺层的下面。
在一优选的实施方式中,上述玻璃纤维上铺层和玻璃纤维下铺层单层的铺层克重为80-120g/m2,优选为110g/m2。
在一优选的实施方式中,上述碳纤维铺层单层的铺层克重为150-400g/m2,优选为300g/m2。
在一优选的实施方式中,上述碳纤维铺层的层数为6层。
在一优选的实施方式中,上述碳纤维铺层的铺层顺序由上至下依次为0°铺层、90°铺层、0°铺层、0°铺层、90°铺层、0°铺层。
在一优选的实施方式中,上述下表面树脂凸台的高度为0.5-3.0mm,优选为1.5mm。
在一优选的实施方式中,上述复合材料汽车中通道加强板与中通道本体采用胶粘剂进行连接。
在一优选的实施方式中,上述胶粘剂为聚氨酯胶粘剂。
本发明的另一目的在于提供任意一项上述复合材料汽车中通道加强板的成型方法,包括如下步骤:在下料工作站铺贴玻璃纤维下铺层;然后,将碳纤维按0°铺层、90°铺层不同组合的顺序一层一层铺贴,得到由多层不同方向碳纤维薄层组成的碳纤维铺层;再将玻璃纤维上铺层铺贴在碳纤维铺层的上面;将铺设好的铺层进行切割下料,得到料层;最后,将所得料层放入模具内部,合模,模具抽真空,再在模腔内部注入树脂,树脂固化,在中通道加强板本体上下表面对应形成上表面树脂凸台和下表面树脂凸台,得到所述复合材料汽车中通道加强板。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
(1)本发明在中通道加强板本体的上下表面分别设置树脂凸台,能够控制装配时的中通道加强板本体与中通道本体等地板零件及其它支架的胶层厚度和对其他支架零件的定位,保证胶接强度,树脂凸台在模具上成型,其精度与模具加工精度一致,在装配时,由于树脂凸台精度较高,可以不使用装配工装就可以满足总成零件的精度要求,节省支架零件安装工装,避免了控制胶层厚度的胶接工装操作复杂的问题,简化胶接工序,进而降低装配成本。
(2)本发明中通道加强板本体采用玻璃纤维和碳纤维两种不同的材料制成,玻璃纤维铺层布设在碳纤维铺层的上下表面,因此玻璃纤维铺层可以隔绝碳纤维铺层与金属件接触,进而杜绝了碳纤维复合材料与金属件产生电化学腐蚀进而影响产品的性能的危害,保护了复合材料中通道加强板。
(3)本发明中采用的玻璃纤维铺层仅起到隔离作用,因此玻璃纤维铺层较薄即可,单层克重为80-120g/m2即可满足防止电化学腐蚀的要求,而且玻璃纤维铺层较薄,不对零件提供力学性能,因此对玻璃纤维铺层没有铺层方向要求。
(4)本发明中采用的碳纤维复合材料具有高比强度、比刚度、耐腐蚀的特性,能够提高产品的性能进而可提高整车的安全性,而且碳纤维复合材料具有各向异性的特性,可以满足正碰时中通道加强板轴向力较大的要求,并可以避免各向同性材料在受力较小方向上的材料浪费,进一步降低了碳纤维铺层的重量,与传统钢板相比,本发明中通道加强板在重量上减重50%左右,进一步降低汽车的燃油消耗和污染物排放,有利于大气环境的保护,而且碳纤维复合材料中通道加强板本体的刚性墙挤压性能是传统金属结构的6.9倍,在汽车受正碰时,复合材料中通道加强板本体可以承担更大的力,性能有很大提高,对整车安全性有较明显的提高。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的复合材料汽车中通道加强板的上表面结构图。
图2是根据本发明一实施方式的复合材料汽车中通道加强板的下表面结构图。
图3是根据本发明一实施方式的复合材料汽车中通道加强板本体的玻璃纤维铺层和碳纤维铺层的示意图。
主要附图标记说明:
1-中通道加强板本体;2-上表面树脂凸台;3-下表面树脂凸台;4-玻璃纤维上铺层;5-玻璃纤维下铺层;6-碳纤维铺层。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的具体实施方式进行详细描述,但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示,否则在整个说明书和权利要求书中,术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分,而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1至图3所示,根据本发明优选实施方式的一种复合材料汽车中通道加强板,包括:中通道加强板本体1、上表面树脂凸台2和下表面树脂凸台3;其中,中通道加强板本体1设置在中通道本体上;上表面树脂凸台2设置在中通道加强板本体1的上表面,用于定位中通道加强板本体1的支架零件;下表面树脂凸台3设置在中通道加强板本体1的下表面,用于控制中通道加强板本体1与中通道本体胶接连接的胶层厚度。
具体地,为了满足复合材料汽车中通道加强板的不同功能要求,所述复合材料汽车中通道加强板1采用玻璃纤维和碳纤维制成。
具体地,上述汽车中通道加强板1包括:玻璃纤维上铺层4、玻璃纤维下铺层5和碳纤维铺层6,其中所述玻璃纤维上铺层4铺设在碳纤维铺层6的上面,所述玻璃纤维下铺层5铺设在碳纤维铺层6的下面。
其中,碳纤维复合材料具有高比强度、比刚度、耐腐蚀的特性,能够提高产品的性能进而提高整车的安全性,采用碳纤维复合材料的中通道加强板本体与传统金属中通道加强板本体的性能对比如表1所示。由表1可知,碳纤维复合材料中通道加强板本体的刚性墙挤压性能是传统金属结构的6.9倍,在汽车受正碰时,碳纤维复合材料中通道加强板本体可以承担更大的力,对整车安全性有较明显的提高。
另外,采用带树脂凸台的复合材料中通道加强板本体组装中通道加强板总成,可以节省金属支架安装工装一套,成本约2万元。
表1为碳纤维复合材料中通道加强板本体与传统金属中通道加强板本体的性能对比
采用的玻璃纤维铺层仅起到隔离作用,能够将碳纤维铺层与金属件隔离,避免产生电化学腐蚀,影响产品的性能,因此玻璃纤维铺层较薄即可;具体地,上述玻璃纤维上铺层4和玻璃纤维下铺层5单层的铺层克重为90g/m2。
具体地,碳纤维复合材料具有各向异性的特性,可以满足正碰时中通道加强板轴向力较大的要求,所述碳纤维铺层6单层的铺层克重为300g/m2。
具体地,上述碳纤维铺层6的层数为6层。
具体地,铺层顺序由上至下依次为0°铺层、90°铺层、0°铺层、0°铺层、90°铺层、0°铺层。
胶接连接是复合材料连接较好的连接方式,连接应力分布均匀,疲劳减震效果好,优选的,上述中通道加强板本体1与中通道本体连接使用的胶粘剂为聚氨酯胶粘剂,当中通道加强板本体1的下表面树脂凸台3的高度为1.5mm时,可以精确控制胶层厚度为1.5mm,从而简化胶接工装,降低操作工序复杂度,进而降低装配成本。
根据本发明优选实施方式的一种复合材料汽车中通道加强板的成型方法,步骤包括:在下料工作站铺一层玻璃纤维下铺层5;然后,将碳纤维按0°铺层、90°铺层、0°铺层、0°铺层、90°铺层、0°铺层顺序一层一层铺贴,得到由6层不同方向碳纤维薄层组成的碳纤维铺层6;再将玻璃纤维上铺层4铺贴在碳纤维铺层6的上面;将铺设好的铺层进行切割下料,得到料层;最后,将所得料层放入模具内部,合模,模具抽真空,再在模腔内部注入树脂,树脂固化,在中通道加强板本体1上表面形成上表面树脂凸台2,在中通道加强板本体1下表面形成下表面树脂凸台3,得到所述复合材料汽车中通道加强板。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式,并且很显然,根据上述教导,可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用,从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (10)
1.一种复合材料汽车中通道加强板,其特征在于,所述复合材料汽车中通道加强板包括:
中通道加强板本体(1),其设置在中通道本体上;
上表面树脂凸台(2),其设置在中通道加强板本体(1)的上表面,用于定位中通道加强板本体(1)的支架零件;以及
下表面树脂凸台(3),其设置在中通道加强板本体(1)的下表面,用于控制中通道加强板本体(1)与中通道本体胶接连接的胶层厚度。
2.如权利要求1所述的复合材料汽车中通道加强板,其特征在于,所述中通道加强板本体(1)采用玻璃纤维和碳纤维制成。
3.如权利要求1所述的复合材料汽车中通道加强板,其特征在于,所述中通道加强板本体(1)包括:玻璃纤维上铺层(4)、玻璃纤维下铺层(5)和碳纤维铺层(6),其中所述玻璃纤维上铺层(4)铺设在碳纤维铺层(6)的上面,所述玻璃纤维下铺层(5)铺设在碳纤维铺层(6)的下面。
4.如权利要求3所述的复合材料汽车中通道加强板,其特征在于,所述玻璃纤维上铺层(4)和玻璃纤维下铺层(5)单层的铺层克重为80-120g/m2,优选为110g/m2。
5.如权利要求3所述的复合材料汽车中通道加强板,其特征在于,所述碳纤维铺层(6)的铺层克重为150-400g/m2,优选为300g/m2。
6.如权利要求3所述的复合材料汽车中通道加强板,其特征在于,所述碳纤维铺层(6)的层数为6层。
7.如权利要求6所述的复合材料汽车中通道加强板,其特征在于,所述碳纤维铺层(6)的铺层顺序由上至下依次为0°铺层、90°铺层、0°铺层、0°铺层、90°铺层、0°铺层。
8.如权利要求1所述的复合材料汽车中通道加强板,其特征在于,所述下表面树脂凸台(3)的高度为0.5-3.0mm,优选为1.5mm。
9.如权利要求1所述的复合材料汽车中通道加强板,其特征在于,中通道加强板本体(1)与中通道本体采用胶粘剂进行连接。
10.一种复合材料汽车中通道加强板的成型方法,所述复合材料汽车中通道加强板为权利要求1-9任一项所述的复合材料汽车中通道加强板,其特征在于,所述成型方法包括如下步骤:在下料工作站铺贴玻璃纤维下铺层(5);然后,将碳纤维按0°铺层、90°铺层不同组合的顺序一层一层铺贴,得到由多层不同方向碳纤维薄层组成的碳纤维铺层(6);再将玻璃纤维上铺层(4)铺贴在碳纤维铺层(6)的上面;将铺设好的铺层进行切割下料,得到料层;最后,将所得料层放入模具内部,合模,模具抽真空,再在模腔内部注入树脂,树脂固化,在中通道加强板本体(1)上下表面对应形成上表面树脂凸台(2)和下表面树脂凸台(3),得到所述复合材料汽车中通道加强板。
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CN111964631A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-11-20 | 中国航空工业集团公司济南特种结构研究所 | 一种航空复材产品胶接工装的快速数字化检测调试方法 |
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