CN110834401A - 一种纤维局部增强塑料备胎仓及生产方法 - Google Patents

一种纤维局部增强塑料备胎仓及生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种纤维局部增强塑料备胎仓及生产方法，属于一种汽车用备胎仓。包括材料选择、设计规范、有限元分析指导设计及分析、连续纤维板热压成型、连续纤维板水切和预埋注塑。本发明通过连续纤维板局部增强成型方法，使用0.6mm及1.0mm连续纤维板叠加方式替代部分热压备胎仓3.0mm厚度的结构，通过有限元仿真分析优化数据，最终产品在满足性能的前提下，产品减重30％左右；连续纤维板局部增强成型备胎仓单件价格与热压成型备胎仓持平；较传统的金属冲压备胎仓、塑料热压备胎仓在满足等同性能前提下，产品重量更轻。更适用于现代及未来乘用车的应用和发展，随着未来汽车工业发展，将越来越多的应用在更多的汽车零部件上。

Description

一种纤维局部增强塑料备胎仓及生产方法
技术领域
本发明涉及一种汽车用备胎仓，尤其涉及一种纤维局部增强塑料备胎仓及生产方法。
背景技术
能源短缺及环境污染问题已成为制约我国汽车产业可持续发展的突出问题，无论是从社会效益还是经济效益来考虑，低油耗、低排放的汽车都是节约型社会发展的需要。中国是汽车生产大国，汽车工业发展、汽车产量增多、汽车保有量的加大带来了三大问题：油耗、环保、安全、维修成本，针对这三大问题，各国都制定了相应的法规,以使人们更加关注汽车轻量化。
传统燃油车：实验证明，若汽车整车重量降低10％，燃油效率可提高6％—8％；汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3—0.6升；汽车重量降低1％，油耗可降低0.7％。
新能源车：能源、环境的影响，新能源车必将得到飞速发展，然而限制新能源发展的主要因素就是续航问题，增航方式最直接、最快捷的方式便是车辆的减重、车辆的轻量化。
传统备胎仓主要为金属冲压或热压成型，为达到产品性能要求，热压产品整体壁厚一般采用3.0mm厚度，产品重量较重。
连续纤维板材材料的研发已经趋于成熟，国内外各大材料厂商均有不同型号、不同性能的板材供应，现阶段在产品表面模内注塑形式粘贴纤维板形式应用广泛，在塑料前端模块、塑料后防撞梁均有成熟应用。
发明内容
本发明提供一种纤维局部增强塑料备胎仓及生产方法，目的在于满足与热压备胎仓等同性能前提下，进一步减轻产品重量。
本发明采取的技术方案是：是由如下步骤制成的：
(一)材料选择：
模压材料选用厚0.6mm、玻纤含量为69％、各向异性4:1的聚丙烯(PP)基材连续纤维板及厚1.0mm、玻纤含量为69％、各向异性4:1的聚丙烯(PP)基材连续纤维板；注塑材料为玻纤增强聚丙烯(PP-GF50)，玻纤含量50％；
(二)、设计规范：
(1).连续纤维板圆角最小不得小5mm，便于模压成型；
(2).连续纤维板凸凹台高度与拔模角度需成正比，便于模压成型；
(3).连续纤维板部分与注塑材料部分需有不小于5mm结合有效长度，增加结合力；
(4).安装结构需要注塑材料聚丙烯(PP-GF50)注塑完成，满足安装厚度；
(5).加强筋起到性能增强及引胶作用；
(三)、有限元分析指导设计及分析结果：
(1).通过应用成型分析软件，完成连续纤维板模压成型的分析，经过分析对连续纤维板成型中的R角、拔模、翻边高度、凹凸台高度进行优化；
(2).通过应用性能分析软件，完成产品性能分析，经过分析对注塑材料聚丙烯(PP-GF50)注塑部分的料厚、加强筋数量、加强筋位置进行优化，经过分析对连续纤维板部分的薄弱处增强结构验证；
(四)、生产过程
(1).连续纤维板热压成型：选择规格为1300mm×300mm×0.6mm的连续纤维板一片，规格为960mm×440mm×1.0mm的连续纤维板另一片，设置加热炉温度220℃，加热时间120s，同时将两片连续纤维板分别放置于炉内加热，设置压机参数，压力120T，保压时间30s，待材料加热完毕后，将两块片材按十字交叉方式放置于热压模具中进行热压；
(2).连续纤维板水切：将热压好的连续纤维板放置于水切胎具上，对连续纤维板进行切边、切孔；
(3).预埋注塑：将切割好的连续板放入注塑模具中，调节注塑参数，设置注塑压力1000T，保压时间10s，冷却时间40s，注塑完成后，将产品取出。
本发明的优点是：
通过连续纤维板局部增强成型方法，使用0.6mm及1.0mm连续纤维板叠加方式替代部分热压备胎仓3.0mm厚度的结构，通过有限元仿真分析优化数据，最终产品在满足性能的前提下，产品减重30％左右；连续纤维板局部增强成型备胎仓单件价格与热压成型备胎仓持平；注塑材料不仅适用于玻纤连续纤维板，同时也适用于各类碳纤连续纤维板、各类的碳纤玻纤纤维布、各类的碳纤玻纤纤维丝、各种不同玻纤、碳纤含量的纤维材料；纤维板基材不仅仅适用于聚丙烯(PP)，同时也适用各种聚酰胺的各种合成纤维(尼龙、PA)、聚乙烯(PE)、盐酸苯丙醇胺(PPA)等热塑性材料。
本发明较传统的金属冲压备胎仓、塑料热压备胎仓在满足等同性能前提下，产品重量更轻。更适用于现代及未来乘用车的应用和发展，随着未来汽车工业发展，将越来越多的应用在更多的汽车零部件上。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，图中虚线是连续纤维板部分模压部分和聚丙烯(PP-GF50)玻纤粒子注塑部分的分界线；
图2是本发明连续纤维板的结构示意图；
图3是本发明注塑部分的结构示意图；
图4是本发明掌压刚度试验中施加掌压力的位置图；
图5本发明强度测试的示意图。
具体实施方式
是由如下步骤制成的：
(一)材料选择：
模压材料选用厚0.6mm、玻纤含量为69％、各向异性4:1的聚丙烯(PP)基材连续纤维板及厚1.0mm、玻纤含量为69％、各向异性4:1的聚丙烯(PP)基材连续纤维板；注塑材料为玻纤增强聚丙烯(PP-GF50)，玻纤含量50％；
(二)、设计规范：
(1).连续纤维板圆角最小不得小5mm，便于模压成型；
(2).连续纤维板凸凹台高度与拔模角度需成正比，便于模压成型；
(3).连续纤维板部分与注塑材料部分需有不小于5mm结合有效长度，增加结合力；
(4).安装结构需要注塑材料聚丙烯(PP-GF50)注塑完成，满足安装厚度；
(5).加强筋起到性能增强及引胶作用；
(三)、有限元分析指导设计及分析结果：
(1).通过应用成型分析软件moldflow，完成连续纤维板模压成型的分析，经过分析对连续纤维板成型中的R角、拔模、翻边高度、凹凸台高度进行优化；
(2).通过应用性能分析软件Hyperworks，完成产品性能分析，经过分析对注塑材料聚丙烯(PP-GF50)注塑部分的料厚、加强筋数量、加强筋位置进行优化，经过分析对连续纤维板部分的薄弱处增强结构验证；
(四)、生产过程
(1).连续纤维板热压成型：选择规格为1300mm×300mm×0.6mm的连续纤维板一片，规格为960mm×440mm×1.0mm的连续纤维板一片，设置加热炉温度220℃，加热时间120s，同时将两片连续纤维板分别放置于炉内加热，设置压机参数，压力120T，保压时间30s，待材料加热完毕后，将两块片材按十字交叉方式放置于热压模具中进行热压；
(2).连续纤维板水切：将热压好的连续纤维板放置于水切胎具上，对连续纤维板进行切边、切孔；
(3).预埋注塑：将切割好的连续板放入注塑模具中，调节注塑参数，设置注塑压力1000T，保压时间10s，冷却时间40s，注塑完成后，将产品取出。
下边通过性能分析结果来说明本发明的效果：
掌压刚度，按实车装配状态下进行产品约束，在产品上均布8个圆，如图4，并施加掌压力，位移需小于5mm，经Hyperworks模拟分析8个位置的位移均小于5mm,满足性能要求；
模态实验，按实车装配状态下进行产品约束，测试产品一阶固有频率，频率大于50Hz，经模拟分析满足性能要求；
强度测试，按实车装配状态下进行产品约束，模拟备胎从高度为500mm处，自由落下，如图5，备胎仓无破裂，经模拟分析满足性能要求。

Claims (8)

1.一种纤维局部增强塑料备胎仓，其特征在于：是由如下步骤制成的：
(一)材料选择：
模压材料选用厚0.6mm、玻纤含量为69％、各向异性4:1的聚丙烯基材连续纤维板及厚1.0mm、玻纤含量为69％、各向异性4:1的聚丙烯基材连续纤维板；注塑材料为玻纤增强聚丙烯，玻纤含量50％；
(二)、设计规范：
(1).连续纤维板角部采用圆角，便于模压成型；
(2).连续纤维板凸凹台高度与拔模角度需成正比，便于模压成型；
(3).连续纤维板部分与注塑材料部分需有结合有效长度，增加结合力；
(4).安装结构需要注塑材料聚丙烯注塑完成，满足安装厚度；
(5).加强筋起到性能增强及引胶作用；
(三)、有限元分析指导设计及分析结果：
(1).通过应用成型分析软件，完成连续纤维板模压成型的分析，经过分析对连续纤维板成型中的R角、拔模、翻边高度、凹凸台高度进行优化；
(2).通过应用性能分析软件，完成产品性能分析，经过分析对注塑材料聚丙烯注塑部分的料厚、加强筋数量、加强筋位置进行优化，经过分析对连续纤维板部分的薄弱处增强结构验证；
(四)、生产过程
(1).连续纤维板热压成型：设置加热炉温度220℃，加热时间120s，同时将两片连续纤维板分别放置于炉内加热，设置压机参数，压力120T，保压时间30s，待材料加热完毕后，将两块片材按十字交叉方式放置于热压模具中进行热压；
(2).连续纤维板水切：将热压好的连续纤维板放置于水切胎具上，对连续纤维板进行切边、切孔；
(3).预埋注塑：将切割好的连续板放入注塑模具中，调节注塑参数，设置注塑压力1000T，保压时间10s，冷却时间40s，注塑完成后，将产品取出。
2.根据权利要求1所述的一种纤维局部增强塑料备胎仓，其特征在于：步骤二的(1)中，连续纤维板圆角最小不得小5mm。
3.根据权利要求1所述的一种纤维局部增强塑料备胎仓，其特征在于：步骤二的(3)中，连续纤维板部分与注塑材料部分需有不小于5mm结合有效长度。
4.根据权利要求1所述的一种纤维局部增强塑料备胎仓，其特征在于：步骤四的(1)中，两片连续纤维板的规格分别为1300mm×300mm×0.6mm、960mm×440mm×1.0mm。
5.一种纤维局部增强塑料备胎仓的生产方法，其特征在于，包括下列步骤：
(一)材料选择：
模压材料选用厚0.6mm、玻纤含量为69％、各向异性4:1的聚丙烯基材连续纤维板及厚1.0mm、玻纤含量为69％、各向异性4:1的聚丙烯基材连续纤维板；注塑材料为玻纤增强聚丙烯，玻纤含量50％；
(二)、设计规范：
(1).连续纤维板角部采用圆角，便于模压成型；
(2).连续纤维板凸凹台高度与拔模角度需成正比，便于模压成型；
(3).连续纤维板部分与注塑材料部分需有结合有效长度，增加结合力；
(4).安装结构需要注塑材料聚丙烯注塑完成，满足安装厚度；
(5).加强筋起到性能增强及引胶作用；
(三)、有限元分析指导设计及分析结果：
(1).通过应用成型分析软件，完成连续纤维板模压成型的分析，经过分析对连续纤维板成型中的R角、拔模、翻边高度、凹凸台高度进行优化；
(2).通过应用性能分析软件，完成产品性能分析，经过分析对注塑材料聚丙烯注塑部分的料厚、加强筋数量、加强筋位置进行优化，经过分析对连续纤维板部分的薄弱处增强结构验证；
(四)、生产过程
(1).连续纤维板热压成型：设置加热炉温度220℃，加热时间120s，同时将两片连续纤维板分别放置于炉内加热，设置压机参数，压力120T，保压时间30s，待材料加热完毕后，将两块片材按十字交叉方式放置于热压模具中进行热压；
(2).连续纤维板水切：将热压好的连续纤维板放置于水切胎具上，对连续纤维板进行切边、切孔；
(3).预埋注塑：将切割好的连续板放入注塑模具中，调节注塑参数，设置注塑压力1000T，保压时间10s，冷却时间40s，注塑完成后，将产品取出。
6.根据权利要求5所述的一种纤维局部增强塑料备胎仓的生产方法，其特征在于：步骤二的(1)中，连续纤维板圆角最小不得小5mm。
7.根据权利要求5所述的一种纤维局部增强塑料备胎仓的生产方法，其特征在于：步骤二的(3)中，连续纤维板部分与注塑材料部分需有不小于5mm结合有效长度。
8.根据权利要求5所述的一种纤维局部增强塑料备胎仓的生产方法，其特征在于：步骤四的(1)中，两片连续纤维板的规格分别为1300mm×300mm×0.6mm、960mm×440mm×1.0mm。
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