CN110001089A - 摩托车一体化车身及其制作方法 - Google Patents

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刘金龙
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Abstract

本发明公开了一种摩托车一体化车身及其制作方法，摩托车一体化车身，包括聚氨酯发泡填充物、碳纤维表层和铝合金预埋件,所述聚氨酯发泡填充物是车身形状芯体，所述碳纤维表层是在车身形状聚氨酯发泡填充物芯体表面形成的外表面壳体层，所述碳纤维表层经过环氧树脂与固化剂浸润形成增强体，在所述聚氨酯发泡填充物的受力点设置铝合金预埋件。按体积百分比，包含铝合金预埋件的聚氨酯发泡填充物占75‑90％，经环氧树脂与固化剂浸润的碳纤维表层占10‑25％。采用如下步骤制作：制备芯体、埋置铝合金预埋件、裁剪碳纤维片体、制作预成型体、模具加温、RTM注射成型、喷漆。

Description

摩托车一体化车身及其制作方法
技术领域
本发明涉及各种动力驱动的机动车技术领域，特别是涉及以电力驱动或者以燃油为驱动动力的、以承载运输人和物快速移动为目的的摩托车类机动车的一体化车身、车架及其制作方法。
背景技术
传统的以电力或者以燃油为驱动动力形式的车辆，无论其动力传动方式如何，所使用的用以承载人、物及动力部分的车辆骨架一般均使用金属材料焊接制作而成。其中汽车或者摩托车的车架需要使用大量的金属材料(钢材、铝材等)焊接而成。
车辆骨架由于需要承载金属外壳、乘员、货物以及动力部分，所以对承载车身的牢固程度要求非常的高，以保证乘员及货物的安全。这样金属焊接的车辆骨架就需要使用大量的型材以及板材进行焊接，满足牢固性要求的重量当然就会非常大。由于金属材料的车辆骨架还具有明显的震动传导能力，所以在车辆运行时，车辆的决大部分震动会经金属车辆骨架传导给驾乘车辆的乘员及货物，降低了的驾驶舒适性和安全性，产生一系列噪音。
此外，由于焊接时金属材料的热变形，金属焊接工艺必须包括应对热变形的措施。为保证车辆骨架在焊接时能够达到车辆骨架设计的尺寸及要求，需要应用防止金属材料焊接时热变形的工装或者胎具，设计并制作这些工装或者胎具会增加金属车辆骨架的制作成本。并且金属车辆骨架本身由成千上百个挤压成型的型材、冲压成型的板材或者各式各样机械切割的零部件拼接焊接而成，这些零部件中任何一种加工方式都需要专用的加工设备、人员、模具以及胎具，这些都会增加车辆骨架加工成本及时间。
再者，由于车辆骨架是经由后期金属焊接而成的，金属材料本身存在着弹性变形的问题，在长期受力变形的影响下，车辆骨架会发生整体的变形甚至扭曲，当乘员驾驶或乘坐车辆骨架发生扭曲或者变形的车辆时，不管是驾乘的舒适性还是安全性都会大打折扣。
同时，由金属材料制作而成的车辆骨架的型材、板材以及有关零部件，都面临着氧化腐蚀的威胁，为了应对金属材料的氧化腐蚀问题，生产者需要对金属材料进行一系列的防氧化处理，此工艺步骤会造成严重的环境污染、如缺乏正规防护措施将严重损害操作人员身体健康，也会增加车辆骨架的成本。
另外，由于金属骨架和各种表面塑料覆盖件的工艺结构，在装配的过程中需要更加繁琐的装配工艺流程以及所对应的人工成本。
最后，金属车辆骨架的零部件一般会在不同的地方生产，通过长时间的运输汇聚到最终生产地，运输本身以及运输的过程引起的损耗也会增加整辆机动车辆的成本、造成一定的环境负担。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种强度高、重量轻、减震性和驾乘舒适性好、耐蚀性强、生产工艺简便的摩托车一体化车身以及这种车身的制作方法。
本发明摩托车一体化车身一种实施方式的技术方案是：一种摩托车一体化车身，包括聚氨酯发泡填充物、碳纤维表层和铝合金预埋件,所述聚氨酯发泡填充物是车身形状芯体，所述碳纤维表层是在车身形状聚氨酯发泡填充物芯体表面形成的外表面壳体层，所述碳纤维表层经过环氧树脂与固化剂浸润形成增强体，在所述聚氨酯发泡填充物的受力点设置铝合金预埋件。
在本发明提供的摩托车一体化车身的一种较佳实施例中，按体积百分比，包含铝合金预埋件的聚氨酯发泡填充物占75-90％，经环氧树脂与固化剂浸润的碳纤维表层占10-25％。
在本发明提供的摩托车一体化车身的一种较佳实施例中，所述铝合金预埋件包括设置在车身前部的2个前悬挂连板、设置在车身底部的4个电池仓连板、设置在车身中部横梁右侧的后悬挂减震连板、设置在车身左右两侧上部和后部的4个导轨连板以及设置在车身左右两侧顶部和后部的4个扶手连板(5)。
在本发明提供的摩托车一体化车身的一种较佳实施例中，经环氧树脂与固化剂浸润的所述碳纤维表层的厚度为1.2-3.0mm。
在本发明提供的摩托车一体化车身的一种较佳实施例中，所述聚氨酯发泡填充物的厚度为15-20mm。
在本发明提供的摩托车一体化车身的一种较佳实施例中，所述聚氨酯发泡填充物的密度为80-100kg/m3,闭孔率为90％-96％。
在本发明提供的摩托车一体化车身的一种较佳实施例中，所述树脂密度为1.1-1.2g/cm3，所述固化剂密度为0.9-1.0g/cm3。
本发明摩托车一体化车身一种实施方式制作方法的技术方案是：采用如下步骤制作：
A.制备芯体，在模具中制备聚氨酯发泡体填充物芯体；
B.埋置铝合金预埋件，将加工完成的铝合金预埋件放置于聚氨酯发泡填充物上对应的应力集中和受力部位，获得完整的芯体；
C.裁剪碳纤维片体，根据碳纤维表层所需包覆图样裁剪碳纤维片体，并对裁剪图样进行优化排列；
D.制作预成型体，把裁剪和优化后的碳纤维片体粘接在上述完整的芯体表层对应位置，并使用少量预定型粘结剂进行固定，获得碳纤维预成型体；
E.模具加温，将碳纤维预成型体放入RTM成型模具中并将模具闭合后锁紧，将模具加温到50～60℃；
F.RTM注射成型，保持RTM成型模具密封，对模具进行抽真空至真空度达到-0.095～-0.1MPa，通过RTM注射设备控制树脂和固化剂比例的计量泵，按照10：3比例将树脂与固化剂进行混合，将混合均匀的树脂和固化剂迅速注入模腔之中，模腔内碳纤维预成型体充分浸润树脂固化剂混合物后注射结束对模具继续闭合并加温到110～130℃固化，固化时间2小时；
G.表面处理，将固化后的产品取出，进行局部边角去毛刺、钻孔、以及表面简易清洁处理；
H.喷漆，对表面处理完成的碳纤维一体化车身进行喷漆后获得最终成品，并移交后道检验合格后入库。
在本发明摩托车一体化车身制作方法的一种较佳实施例中，碳纤维片体的拉伸强度为3530MPa，含碳量大于95％，伸长率小于1.5％，密度为1.76g/cm3，纤维直径7μm。
本发明的有益效果是，使用碳纤维、环氧树脂、聚氨酯发泡填充物以及少量铝合金预埋件等材料复合成型，制作能够达到承载较大重量结构的碳纤维车辆骨架，通过RTM注射技术在模具腔内将碳纤维与聚氨酯发泡填充物、铝合金预埋件以及环氧树脂紧密的结合在一起，制作不需要后期拼接安装的复合型碳纤维一体化车身。主要体现在以下几个方面：
1.碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特性，拉伸强度是钢的7到9倍，比重比铝还要轻1/3、不到钢的1/4，比强度是铁的20倍。表层为碳纤维、芯部为聚氨酯发泡填充物的一体化车身既替代了金属骨架加塑料覆盖件的传统结构，又减轻了重量、提高了强度，大大降低了达到同等强度和性能所需的整体重量。与金属骨架车身相比，同等性能结构减重可达60％。
2.通过改进传统车体结构，显著提高了车体的强度、极大降低了传统车体结构带来的不良震动反馈，进而提高了车体的安全性、舒适性及解决了金属骨架引起噪音的问题，获得良好的耐疲劳性能。一体化车身是在模具内与碳纤维、聚氨酯发泡填充物、铝合金预埋件一体注射成型,车身在发挥承载作用时不会发生较大或只是轻微的弹性变形，可以降低90％以上的车身震动和噪音；
3.在制作碳纤维一体化车身时根据车辆的动力组件、车辆支撑组件、车辆减震缓冲以及少量车辆安装外部组件的位置要求，将铝合金预埋件安装在碳纤维一体化车身内部与车辆的动力组件、车辆支撑组件、车辆减震缓冲、车辆外部组件安装的连接位置，达到少量车辆牢固连接、安装外部零组件的目的；
4.碳纤维复合材料具有良好的抗氧化腐蚀能力，无需再经过特殊的防氧化处理，节省了金属车辆骨架需要进行防氧化处理以及造成的环境污染和一系列的工艺处理开支。摒弃了对环境不友好的传统工艺流程(酸洗、喷涂等)，有利于环保节能。
5.由于车辆的覆盖件、金属焊接部件等部件被设计整合为碳纤维一体化车身，不再要求分布在各地的部件生产商经过长途的运输将各类零部件运输汇合到车辆最终的组装地，减少了运输过程中的费用，简化了56％传统车体结构的工艺流程和69％的后道装配工序，节约了52％的装配成本；
6.碳纤维与聚氨酯发泡填充物通过特殊的结构设计，复合成为满足承载运输乘员及货物能力的车辆骨架，由于聚氨酯发泡填充物在遇到冲击溃缩吸能的特性，碳纤维一体化车身在遇到外在事故的冲击时，可通过聚氨酯发泡填充物溃缩吸能特性有效的减少碰撞对碰撞物体及行人的73％以上的伤害，从而达到保护行人及车辆的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本发明一体化车身一种实施方式的整体车身示意图；
图2为碳纤维表层剖面示意图；
图3为聚氨酯发泡体填充物芯体的整体示意图；
图4为车身去除右半部分碳纤维表层的示意图；
图5为图4中铝合金预埋件位置示意图。
图中标号表示：1-碳纤维表层、2-聚氨酯发泡填充物、3-前悬挂连板、4-后悬挂减震连板、5-扶手连板、6-导轨连板、7-电池仓连板、10-一体化车身
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，摩托车一体化车身10包括聚氨酯发泡填充物2、碳纤维表层1和铝合金预埋件,所述聚氨酯发泡填充物2是车身形状芯体，所述碳纤维表层1是在车身形状聚氨酯发泡填充物芯体表面形成的外表面壳体层，所述碳纤维表层经过环氧树脂与固化剂浸润形成增强体，在所述聚氨酯发泡填充物的受力点设置铝合金预埋件。
请参阅图2和图3所示，图2为仅表示碳纤维表层1外表面壳体层的剖面，图3是去除碳纤维表层1外表面壳体层的的聚氨酯发泡填充物2和预埋在聚氨酯发泡填充物2之上的铝合金预埋件。按体积百分比，包含铝合金预埋件的聚氨酯发泡填充物占75-90％，经环氧树脂与固化剂浸润的碳纤维表层占10-25％。经环氧树脂与固化剂浸润的所述碳纤维表层的厚度为1.2-3.0mm。聚氨酯发泡填充物的厚度为15-20mm，所述聚氨酯发泡填充物的密度为80-100kg/m3,闭孔率为90％-96％。树脂密度为1.1-1.2g/cm3、固化剂密度为0.9-1.0g/cm3。
请参阅图4和图5所示，图4为一体化车身10去除右半部分碳纤维表层之后的车身，车身之上表示了铝合金预埋件3-7的埋置位置。图5为铝合金预埋件3-7在聚氨酯发泡填充物2上的分布，所述铝合金预埋件包括设置在车身前部的2个前悬挂连板3、设置在车身底部的4个电池仓连板7、设置在车身中部横梁右侧的后悬挂减震连板4、设置在车身左右两侧上部和后部的4个导轨连板6以及设置在车身左右两侧顶部和后部的4个扶手连板5。
本发明摩托车一体化车身采用如下步骤制作：
A.制备芯体，在模具中制备聚氨酯发泡体填充物芯体；
B.埋置铝合金预埋件，将加工完成的铝合金预埋件放置于聚氨酯发泡填充物上对应的应力集中和受力部位，获得完整的芯体；
C.裁剪碳纤维片体，根据碳纤维表层所需包覆图样裁剪碳纤维片体，并对裁剪图样进行优化排列；
D.制作预成型体，把裁剪和优化后的碳纤维片体粘接在上述完整的芯体表层对应位置，并使用少量预定型粘结剂进行固定，获得碳纤维预成型体；
E.模具加温，将碳纤维预成型体放入RTM成型模具中并将模具闭合后锁紧，将模具加温到50～60℃；
F.RTM注射成型，保持RTM成型模具密封，对模具进行抽真空至真空度达到-0.095～-0.1MPa，通过RTM注射设备控制树脂和固化剂比例的计量泵，按照10：3比例将树脂与固化剂进行混合，将混合均匀的树脂和固化剂迅速注入模腔之中，模腔内碳纤维预成型体充分浸润树脂固化剂混合物后注射结束对模具继续闭合并加温到110～130℃固化，固化时间2小时；
G.表面处理，将固化后的产品取出，进行局部边角去毛刺、钻孔、以及表面简易清洁处理；
H.喷漆，对表面处理完成的碳纤维一体化车身进行喷漆后获得最终成品，并移交后道检验合格后入库。
碳纤维片体的拉伸强度为3530MPa，含碳量大于95％，伸长率小于1.5％，密度为1.76g/cm3，纤维直径7μm。
步骤A中的聚氨酯发泡填充物芯体，采用密度80-100kg/m3、闭孔率在90％以上的聚氨酯发泡材料，尺寸稳定性<1.5％、抗压强度2.0-2.7kg/cm2，不易开裂且抗压强度大。在整个一体化车身中，聚氨酯发泡填充物经过树脂和固化剂增强的碳纤维复合材料包覆后，被包覆在内部的聚氨酯填充物作用类似于工字钢腹板承受剪切载荷。随着聚氨酯发泡填充物厚度的增加，车身结构能够获得更大的刚性，同时整体重量比降低。
步骤B中的铝合金预埋件采用T6061锻造铝合金金属件预埋于各个受力点作为抗拉增强件。T6061锻造铝合金主要合金元素为镁和硅，密度2.7g/cm3，泊松比0.33，拉伸强度310MPa、屈服强度276MPa，良好的抗腐蚀性。
步骤C中碳纤维片体采用T300级碳纤维材料，拉伸强度为3530MPa、含碳量大于95％、伸长率小于1.5％、密度为1.76g/cm3、纤维直径7μm。在碳纤维增强复合材料结构中碳纤维材料提供连续相基体，能够将增强体固结在一起并在增强体之间传递载荷。一体化车身在承受弯曲载荷时，碳纤维表层类似于工字钢翼板承载平面压缩和拉伸荷载。
步骤F中的树脂和固化剂采用快速固化型环氧树脂作为增强体，树脂密度1.1-1.2g/cm3、固化剂密度0.9-1g/cm3，其浇铸体弯曲强度为100-110Mpa、拉伸强度65-75Mpa、断裂伸长率3％-7％、玻璃化转移温度大于110℃，外观为无色透明液体。环氧树脂具有优良的物理机械和电绝缘性能、附着力强，能将碳纤维很好的粘接在一起。按一定配比通过RTM注射设备注入到碳纤维表层浸润到碳纤维之中，树脂和固化剂产生化学反应，固结成以碳纤维为基体的复合材料中的受力主体。
实施例1
按体积百分比，包含铝合金预埋件的聚氨酯发泡填充物占75％，经环氧树脂与固化剂浸润的碳纤维表层占10％。经环氧树脂与固化剂浸润的所述碳纤维表层的厚度为1.2mm。聚氨酯发泡填充物的厚度为15mm、密度为80kg/m3、闭孔率为90％。树脂密度为1.1g/cm3、固化剂密度为0.9g/cm3。
采用如下步骤制作：
A.制备芯体，在模具中制备聚氨酯发泡体填充物芯体；
B.埋置铝合金预埋件，将加工完成的铝合金预埋件放置于聚氨酯发泡填充物上对应的应力集中和受力部位，获得完整的芯体；
C.裁剪碳纤维片体，根据碳纤维表层所需包覆图样裁剪碳纤维片体，并对裁剪图样进行优化排列；
D.制作预成型体，把裁剪和优化后的碳纤维片体粘接在上述完整的芯体表层对应位置，并使用少量预定型粘结剂进行固定，获得碳纤维预成型体；
E.模具加温，将碳纤维预成型体放入RTM成型模具中并将模具闭合后锁紧，将模具加温到50℃；
F.RTM注射成型，保持RTM成型模具密封，对模具进行抽真空至真空度达到-0.095MPa，通过RTM注射设备控制树脂和固化剂比例的计量泵，按照10：3比例将树脂与固化剂进行混合，将混合均匀的树脂和固化剂迅速注入模腔之中，模腔内碳纤维预成型体充分浸润树脂固化剂混合物后注射结束对模具继续闭合并加温到110℃固化，固化时间2小时；
G.表面处理，将固化后的产品取出，进行局部边角去毛刺、钻孔、以及表面简易清洁处理；
H.喷漆，对表面处理完成的碳纤维一体化车身喷水性清漆后获得最终成品，并移交后道检验合格后入库。
实施例2
按体积百分比，包含铝合金预埋件的聚氨酯发泡填充物占80％，经环氧树脂与固化剂浸润的碳纤维表层占20％。经环氧树脂与固化剂浸润的所述碳纤维表层的厚度为2mm。聚氨酯发泡填充物的厚度为17mm，所述聚氨酯发泡填充物的密度为90kg/m3,闭孔率为93％。树脂密度为1.15g/cm3、固化剂密度为0.95g/cm3。
采用如下步骤制作：
E.模具加温，将碳纤维预成型体放入RTM成型模具中并将模具闭合后锁紧，将模具加温到55℃；
F.RTM注射成型，保持RTM成型模具密封，对模具进行抽真空至真空度达到-0.097MPa，通过RTM注射设备控制树脂和固化剂比例的计量泵，按照10：3比例将树脂与固化剂进行混合，将混合均匀的树脂和固化剂迅速注入模腔之中，模腔内碳纤维预成型体充分浸润树脂固化剂混合物后注射结束对模具继续闭合并加温到120℃固化，固化时间2小时；
其他步骤与实施例1相同。
实施例3
按体积百分比，包含铝合金预埋件的聚氨酯发泡填充物占90％，经环氧树脂与固化剂浸润的碳纤维表层占25％。经环氧树脂与固化剂浸润的所述碳纤维表层的厚度为3.0mm。聚氨酯发泡填充物的厚度为20mm，所述聚氨酯发泡填充物的密度为100kg/m3,闭孔率为96％。树脂密度为1.2g/cm3、固化剂密度1.0g/cm3。
采用如下步骤制作：
E.模具加温，将碳纤维预成型体放入RTM成型模具中并将模具闭合后锁紧，将模具加温到60℃；
F.RTM注射成型，保持RTM成型模具密封，对模具进行抽真空至真空度达到-0.1MPa，通过RTM注射设备控制树脂和固化剂比例的计量泵，按照10：3比例将树脂与固化剂进行混合，将混合均匀的树脂和固化剂迅速注入模腔之中，模腔内碳纤维预成型体充分浸润树脂固化剂混合物后注射结束对模具继续闭合并加温到130℃固化，固化时间2小时；
其他步骤与实施例1相同。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种摩托车一体化车身，包括聚氨酯发泡填充物(2)、碳纤维表层(1)和铝合金预埋件,其特征在于，所述聚氨酯发泡填充物(2)是车身形状芯体，所述碳纤维表层(1)是在车身形状聚氨酯发泡填充物芯体表面形成的外表面壳体层，所述碳纤维表层(1)经过环氧树脂与固化剂浸润形成增强体，在所述聚氨酯发泡填充物(2)的受力点设置铝合金预埋件。
2.根据权利要求1所述的摩托车一体化车身，其特征在于，按体积百分比，包含铝合金预埋件的聚氨酯发泡填充物(2)占75-90％，经环氧树脂与固化剂浸润的碳纤维表层(1)占10-25％。
3.根据权利要求1所述的摩托车一体化车身，其特征在于，所述铝合金预埋件包括设置在车身前部的2个前悬挂连板(3)、设置在车身底部的4个电池仓连板(7)、设置在车身中部横梁右侧的后悬挂减震连板(4)、设置在车身左右两侧上部和后部的4个导轨连板(6)以及设置在车身左右两侧顶部和后部的4个扶手连板(5)。
4.根据权利要求1所述的摩托车一体化车身，其特征在于，经环氧树脂与固化剂浸润的所述碳纤维表层(1)的厚度为1.2-3.0mm。
5.根据权利要求1所述的摩托车一体化车身，其特征在于，所述聚氨酯发泡填充物(2)的厚度为15-20mm。
6.根据权利要求1所述的摩托车一体化车身，其特征在于，所述聚氨酯发泡填充物(2)的密度为80-100kg/m3,闭孔率为90％-96％。
7.根据权利要求1所述的摩托车一体化车身，其特征在于，所述树脂密度为1.1-1.2g/cm3，所述固化剂密度为0.9-1.0g/cm3。
8.权利要求1-7所述任意一种摩托车一体化车身的制作方法，其特征在于，采用如下步骤制作：
A.制备芯体，在模具中制备聚氨酯发泡体填充物芯体；
B.埋置铝合金预埋件，将加工完成的铝合金预埋件放置于聚氨酯发泡填充物上对应的应力集中和受力部位，获得完整的芯体；
C.裁剪碳纤维片体，根据碳纤维表层所需包覆图样裁剪碳纤维片体，并对裁剪图样进行优化排列；
D.制作预成型体，把裁剪和优化后的碳纤维片体粘接在上述完整的芯体表层对应位置，并使用少量预定型粘结剂进行固定，获得碳纤维预成型体；
E.模具加温，将碳纤维预成型体放入RTM成型模具中并将模具闭合后锁紧，将模具加温到50～60℃；
F.RTM注射成型，保持RTM成型模具密封，对模具进行抽真空至真空度达到-0.095～-0.1MPa，通过RTM注射设备控制树脂和固化剂比例的计量泵，按照10：3比例将树脂与固化剂进行混合，将混合均匀的树脂和固化剂迅速注入模腔之中，模腔内碳纤维预成型体充分浸润树脂固化剂混合物后注射结束对模具继续闭合并加温到110～130℃固化，固化时间2小时；
G.表面处理，将固化后的产品取出，进行局部边角去毛刺、钻孔、以及表面简易清洁处理；
H.喷漆，对表面处理完成的碳纤维一体化车身进行喷漆后获得最终成品，并移交后道检验合格后入库。
9.根据权利要求8所述的摩托车一体化车身制作方法，其特征在于，碳纤维片体的拉伸强度为3530MPa，含碳量大于95％，伸长率小于1.5％，密度为1.76g/cm3，纤维直径7μm。
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