CN109109345A - 一种汽车用复合材料前板簧hp-rtm制造工艺 - Google Patents

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周晓峰
李武成
朱正平
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Abstract

本发明公开了一一种汽车用复合材料前板簧HP‑RTM制造工艺，其特征在于：首先根据板簧需要裁切不同类型及不同长度的纤维织物，然后在一特制工装上按设计的铺层表进行铺覆叠放，接着将叠放好的纤维织物整体放入HP‑RTM成型模具，采用高压注胶机注射树脂，成型复合材料板簧本体，复合材料本体再经过后固化、修边等工序的后处理，最后根据板簧应用需要，选择完成与金属接头或夹板的装配，得到最终的复合材料板簧产品。

Description

一种汽车用复合材料前板簧HP-RTM制造工艺
技术领域
本发明涉及一种汽车用复合材料前板簧HP-RTM制造工艺。
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。
当前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两种方式。前者主要是精华结构设计，后者是在材料上完全取代金属取得轻量化的结果。
但是目前复合材料板簧在汽车行业只有少量的应用，其主要采用拉挤工艺、缠绕成型工艺等传统技术制作，其在结构限制性较金属高、生产效率低、产品成本高等等局限性严重影响了纤维增强复合材料板簧在汽车行业中的大批量应用的问题。
发明内容
本发明所要解决的是，目前复合材料板簧在汽车行业只有少量的应用，其主要采用拉挤工艺、缠绕成型工艺等传统技术制作，其在结构限制性较金属高、生产效率低、产品成本高等等局限性严重影响了纤维增强复合材料板簧在汽车行业中的大批量应用的问题。
本发明的技术方案是：一种汽车用复合材料前板簧HP-RTM制造工艺，其特征在于：首先根据板簧需要裁切不同类型及不同长度的纤维织物，然后在一特制工装上按设计的铺层表进行铺覆叠放，接着将叠放好的纤维织物整体放入HP-RTM成型模具，采用高压注胶机注射树脂，成型复合材料板簧本体，复合材料本体再经过后固化、修边等工序的后处理，最后根据板簧应用需要，选择完成与金属接头或夹板的装配，得到最终的复合材料板簧产品。
其中，所述的复合材料前板簧产品制作为首先将200gsm的玻璃纤维单向织物及1200gsm±45°双轴向NCF(即Non-Crimp fabric中文为针刺无皱折织物)织物，织物按铺层表要求裁切出54片不同长度的70mm宽的织物带；然后根据铺层表标明的次序依次在工装中进行手工铺覆，铺覆完成后，采用插针式夹具进行整体固定，形成一个预成型体，依次制作四个预成型体；其次将四个预成型体放入HP-RTM成型模具，然后根据上述的成型工艺条件依次完成抽真空、树脂注射、固化工序，得到板簧簧身，从模具中取出簧身放入温度设定为80℃的后固化高温环境箱，后固化2小时后取出；再次将后固化后的产品通过CNC(数控机床加工)进行修边处理，去除流道并钻螺栓孔；最后用聚丙烯酸酯胶粘剂簧身与粘接金属接头和金属夹板，并用螺栓紧固金属接头与复合材料簧身，完成纤维增强树脂基复合材料板簧总成的装配。
其中，所述的复合材料为200gsm的玻璃纤维单向织物。
其中，所述的另一种纤维织物为1200gsm±45°双轴向NCF(即Non-Crimp fabric中文为针刺无皱折织物)织物。
其中，所述的树脂材料为聚氨酯树脂。
其中，所述的双轴向NCF(即Non-Crimp fabric中文为针刺无皱折织物)织物，织物按铺层表要求裁切出54片不同长度的70mm宽的织物带。
其中，所述的成型工艺条件为，一模4腔，模具温度80℃，混合压力120Bar，注射速率为25g/s，注射量为1500g，固化时间为10min；后固化条件为温度80℃，时间2h。
其中，所述的复合材料材料板簧有两端有金属接头，中间有金属夹板，采用了螺栓连接及粘接。
其中，所述的胶粘剂采用了聚丙烯酸酯胶粘剂。
本发明的有益效果是，采用新型的高压树脂传递成型工艺制作了板簧，将单件产品的成型时间减小到5分钟以内，可满足汽车工业大批量生产的特点，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。
实施例中选用的零件为某轻型卡车用前板簧，其原钢板弹簧结构为主体加金属附件结合而成，纤维选用为无碱玻璃纤维；织物为1200gsm的单向织物及1200gsm±45°双轴向NCF(即Non-Crimp fabric中文为针刺无皱折织物)织物；树脂采用了聚氨酯树脂；成型工艺条件为，一模4腔，模具温度80℃，混合压力120Bar，注射速率为25g/s，注射量为1500g，固化时间为10min；后固化条件为80℃，2h；复合材料材料板簧有两端有金属接头，中间有金属夹板，采用了螺栓连接及粘接；胶粘剂采用了聚丙烯酸酯胶粘剂。
实施例的制作工艺描述如下：
首先将200gsm的玻璃纤维单向织物及1200gsm±45°双轴向NCF(即Non-Crimpfabric中文为针刺无皱折织物)织物，织物按铺层表要求裁切出54片不同长度的70mm宽的织物带；然后根据铺层表标明的次序依次在工装中进行手工铺覆，铺覆完成后，采用插针式夹具进行整体固定，形成一个预成型体，依次制作四个预成型体。
其次将四个预成型体放入HP-RTM成型模具，然后根据上述的成型工艺条件依次完成抽真空、树脂注射、固化工序，得到板簧簧身，从模具中取出簧身放入温度设定为80℃的后固化高温环境箱，后固化2小时后取出。
再次将后固化后的产品通过CNC(数控机床加工)进行修边处理，去除流道并钻螺栓孔。
最后用聚丙烯酸酯胶粘剂簧身与粘接金属接头和金属夹板，并用螺栓紧固金属接头与复合材料簧身，完成纤维增强树脂基复合材料板簧总成的装配。
本实施例开发成功的纤维增强树脂基复合材料板簧，总体重量为10kg，仅为原来钢板弹簧的40％，刚度与钢板弹簧相当，台架疲劳试验达到100w次以上，是原钢板弹簧疲劳寿命的5倍以上，并通过了整车厂的道路试验，采用新型的高压树脂传递成型工艺制作了板簧，将单件产品的成型时间减小到5分钟以内，可满足汽车工业大批量生产的特点，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。
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 (9)

1.一种汽车用复合材料前板簧HP-RTM制造工艺，其特征在于：首先根据板簧需要裁切不同类型及不同长度的纤维织物，然后在一特制工装上按设计的铺层表进行铺覆叠放，接着将叠放好的纤维织物整体放入HP-RTM成型模具，采用高压注胶机注射树脂，成型复合材料板簧本体，复合材料本体再经过后固化、修边等工序的后处理，最后根据板簧应用需要，选择完成与金属接头或夹板的装配，得到最终的复合材料板簧产品。
2.根据权利要求1所述的一种汽车用复合材料前板簧HP-RTM制造工艺，其特征在于：所述的复合材料前板簧产品制作为首先将200gsm的玻璃纤维单向织物及1200gsm±45°双轴向NCF(即Non-Crimp fabric中文为针刺无皱折织物)织物，织物按铺层表要求裁切出54片不同长度的70mm宽的织物带；然后根据铺层表标明的次序依次在工装中进行手工铺覆，铺覆完成后，采用插针式夹具进行整体固定，形成一个预成型体，依次制作四个预成型体；其次将四个预成型体放入HP-RTM成型模具，然后根据上述的成型工艺条件依次完成抽真空、树脂注射、固化工序，得到板簧簧身，从模具中取出簧身放入温度设定为80℃的后固化高温环境箱，后固化2小时后取出；再次将后固化后的产品通过CNC(数控机床加工)进行修边处理，去除流道并钻螺栓孔；最后用聚丙烯酸酯胶粘剂簧身与粘接金属接头和金属夹板，并用螺栓紧固金属接头与复合材料簧身，完成纤维增强树脂基复合材料板簧总成的装配。
3.根据权利要求2所述的复合材料前板簧产品制作，其特征在于：所述的复合材料为200gsm的玻璃纤维单向织物。
4.根据权利要求2所述的复合材料前板簧产品制作，其特征在于：所述的另一种纤维织物为1200gsm±45°双轴向NCF(即Non-Crimp fabric中文为针刺无皱折织物)织物。
5.根据权利要求2所述的复合材料前板簧产品制作，其特征在于：所述的树脂材料为聚氨酯树脂。
6.根据权利要求2所述的复合材料前板簧产品制作，其特征在于：所述的双轴向NCF(即Non-Crimp fabric中文为针刺无皱折织物)织物，织物按铺层表要求裁切出54片不同长度的70mm宽的织物带。
7.根据权利要求2所述的复合材料前板簧产品制作，其特征在于：所述的成型工艺条件为，一模4腔，模具温度80℃，混合压力120Bar，注射速率为25g/s，注射量为1500g，固化时间为10min；后固化条件为温度80℃，时间2h。
8.根据权利要求2所述的一复合材料前板簧产品制作，其特征在于：所述的复合材料材料板簧有两端有金属接头，中间有金属夹板，采用了螺栓连接及粘接。
9.根据权利要求2所述的复合材料前板簧产品制作，其特征在于：所述的胶粘剂采用了聚丙烯酸酯胶粘剂。
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CN112757853A (zh) * 2021-01-29 2021-05-07 东风银轮(十堰)非金属部件有限公司 一种复合材料板簧及其制造工艺
CN113478868A (zh) * 2021-05-25 2021-10-08 杨维武 一种层切式复合材料板簧生产装置

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