CN111038044A - 一种复合材料汽车前地板后本体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种复合材料汽车前地板后本体，涉及汽车零件技术领域，所述复合材料汽车前地板后本体包括补强区，以及设置于所述补强区两端，且与所述补强区相连的未补强区；其中所述补强区包括基底层和覆盖于所述基底层上的补强层；所述基底层的材质为短切玻纤热塑性材料；所述补强层的材质为碳纤维热固性材料。本发明提供的复合材料汽车前地板后本体，根据不同位置的具体受力情况对材质进行选择，在保证复合材料汽车前地板后本体力学性能满足需求，保证使用安全的基础上，降低复合材料汽车前地板后本体的重量，降低生产成本，同时提高汽车的燃油效率，减少CO2的排放。

Description

一种复合材料汽车前地板后本体
技术领域
本发明涉及汽车零件技术领域，具体而言，涉及一种复合材料汽车前地板后本体。
背景技术
汽车前地板后本体，即汽车前地板的后段，是汽车上重要的结构件，近年来，随着汽车行业的不断发展，节能、环保、安全已经成为当今汽车零件设计的主要趋势。研究表明，汽车整车质量降低10％,燃油效率可提高6％-8％；汽车质量减轻100Kg，CO2排放可减少6-8g/Km。目前汽车前地板后本体使用的多是铝合金材料，地板整体质量偏高。
发明内容
本发明解决的问题是汽车地板质量偏高。
为解决上述问题，本发明提供一种复合材料汽车前地板后本体，包括补强区，以及设置于所述补强区两端，且与所述补强区相连的未补强区；其中所述补强区包括基底层和覆盖于所述基底层上的补强层；所述基底层的材质为短切玻纤热塑性材料；所述补强层的材质为碳纤维热固性材料。
可选地，所述未补强区的材质为短切玻纤热塑性材料；所述未补强区的厚度为2.4mm。
可选地，所述基底层包括位于中部的第一基底层，以及位于所述第一基底层两侧的第二基底层；所述第一基底层的厚度为2mm，所述第二基底层的厚度为1.5mm；所述补强层的厚度为0.9mm。
可选地，所述补强层包括六层碳纤维热固性材料层。
可选地，相邻所述碳纤维热固性材料层的铺设方向不同；相邻所述碳纤维热固性材料层的铺设方向的夹角为90°。
可选地，所述补强区还包括第一加强筋，所述第一加强筋设置于所述补强区的底面；所述第一加强筋与所述基底层相连；所述未补强区包括第二加强筋，所述第二加强筋设置于所述未补强区的底面，与所述第一加强筋相邻。
可选地，所述第一加强筋包括第一十字加强筋。
可选地，所述第一加强筋还包括与所述第一十字加强筋夹角为45°的第一斜切加强筋；所述第一斜切加强筋分布于所述基底层的中部。
可选地，所述第二加强筋包括第二十字加强筋，以及与所述第二十字加强筋夹角为45°的第二斜切加强筋。
与现有技术相比，本发明提供的复合材料汽车前地板后本体具有如下优势：
本发明提供的复合材料汽车前地板后本体，根据不同位置的具体受力情况对材质进行选择，在保证复合材料汽车前地板后本体力学性能满足需求，保证使用安全的基础上，降低复合材料汽车前地板后本体的重量，降低生产成本，同时提高汽车的燃油效率，减少CO2的排放。
附图说明
图1为本发明所述的前地板后本体的铺层结构示意图；
图2为本发明所述的前地板后本体的正面结构示意图；
图3为本发明所述的补强层的铺层结构示意图；
图4为本发明所述的前地板后本体的背面结构示意图。
附图标记说明：
1-补强区；11-基底层；111-第一基底层；112-第二基底层；12补强层；121-第一补强层；122-第二补强层；123-第三补强层；124-第四补强层；125-第五补强层；126-第六补强层；13-第一加强筋；131-第一十字加强筋；132-第一斜切加强筋；2-未补强区；21-第二加强筋；211-第二十字加强筋；212-第二斜切加强筋；22-翻边结构；3-手刹区；4-脚踩区。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
实施例一
为解决目前汽车地板质量偏高的问题，本实施例提供一种复合材料汽车前地板后本体，参见图1、图2所示，该复合材料汽车前地板后本体包括补强区1，以及设置于补强区1两端，且与补强区1相连的未补强区2；其中补强区1包括基底层11和覆盖于基底层11上的补强层12；基底层的材质为短切玻纤热塑性材料；补强层12的材质为碳纤维热固性材料。
汽车前地板后本体具体是指汽车前地板本体的后段，将该复合材料汽车前地板后本体安装于汽车内时，根据复合材料汽车前地板后本体在汽车内所处的位置以及功能，可对该复合材料汽车前地板后本体进行分区，具体的，参见图2所示，本实施例将前地板后本体划分为位于中部的手刹区3，以及位于手刹区3两侧，且与手刹区3相连的脚踩区4。
由于使用过程中，手刹区3以及脚踩区4均为受力区域，为使得复合材料汽车前地板后本体在受力区域的性能满足力学需求，本实施例对位于手刹区3以及脚踩区4的复合材料汽车前地板后本体部分进行补强，形成补强区1。
位于补强区1周围的未补强区2主要用于与其他相邻构件相连，不是主要受力区域，为避免因不必要的补强造成前地板后本体重量的增加以及材料的浪费，本实施例不对该区域进行补强，形成未补强区2；同时，为便于将前地板后本体与其他构件相连，本实施例进一步在该未补强区2处设置翻边结构22，通过该翻边结构22来与其他构件相连，以降低连接难度，提高连接结构的稳定性。
具体的，为在保证补强区力学性能的基础上，降低复合材料汽车前地板后本体的重量，本实施例中补强区1设置为包括基底层11和补强层12的结构，其中基底层11位于汽车前底板后本体的底部，即在使用状态时朝向汽车底部的一侧；基底层11的材质为短切玻纤热塑性材料，利用玻璃纤维热塑性材料可设计性强，质量较轻，且价格低廉的特性，在满足复合材料汽车前地板后本体力学性能，降低前地板重量的同时，还有利于降低汽车前地板的成本。
为进一步提高位于补强区1内的前地板后本体的力学性能，进一步在基底层11上铺设补强层12；复合材料汽车前地板后本体处于使用状态时，补强层12位于汽车内部一侧；补强层12的材质为碳纤维热固性材料，利用碳纤维热固性材料力学性能好，质量较轻的特性，进一步在提高复合材料汽车前地板后本体力学性能的基础上，降低重量。
本实施例提供的复合材料汽车前地板后本体，根据不同位置的具体受力情况对材质进行选择，在保证复合材料汽车前地板后本体力学性能满足需求，保证使用安全的基础上，降低复合材料汽车前地板后本体的重量，降低成产成本，同时提高汽车的燃油效率，减少CO2的排放。
实施例二
在实施例一的基础上，本实施例提供的复合材料汽车前地板后本体，未补强区2的材质为短切玻纤热塑性材料。
与碳纤维复合材料相比，玻璃纤维热塑性材料价格更为低廉，本实施例通过选用未补强区2的材质为短切玻纤热塑性材料，在保证未补强区2的力学性能满足力学需求的同时，能够减轻复合材料汽车前地板后本体的重量，降低成本。
一方面为保证未补强区2的力学性能满足复合材料汽车前地板后本体的使用需求，另一方面又避免造成浪费，本实施例优选未补强区2的厚度为2.4mm。
参见图1所示，根据前地板后本体上的受力情况，进一步对基底层11的结构进行划分，具体的，基底层11包括位于中部的第一基底层111，以及位于第一基底层111两侧的第二基底层112；第一基底层111的厚度为2mm，第二基底层112的厚度为1.5mm；补强层12的厚度为0.9mm。
结合图1、图2可知，第一基底层111对应于手刹区3部分，第二基底层112对应于脚踩区4部分；由于手刹区3受力相对较大，因此，本实施例中第一基底层111处的厚度大于第二基底层112处的厚度，以便于在基底层11各处的力学性能均满足使用需求的基础上，最大限度的减轻复合材料汽车前地板后本体的重量，降低生产成本。
此外，由于未补强区2与补强区1相连，为使得二者的连接处为平滑的平面结构，本实施例优选第二基底层112的厚度为1.5mm,补强层12的厚度为0.9mm，从而使得与未补强区2相连处的补强区1的厚度为2.4mm，与未补强区2的厚度相同，以在保证补强区1与未补强区2连接强度的同时，提高复合材料汽车前地板后本体的美观度。
实施例三
在实施例二的基础上，本实施例中补强层12包括至少两层碳纤维热固性材料层，具体的，本实施例优选补强层12包括六层碳纤维热固性材料层，每层碳纤维热固性材料层的厚度为0.15mm。
为进一步提高补强层12的力学性能，本实施例中相邻碳纤维热固性材料层的铺设方向不同；本实施例优选相邻碳纤维热固性材料层的铺设方向的夹角为90°。
其中本文中碳纤维热固性材料层的铺设方向是指碳纤维的走向；具体的，参见图3所示，补强层12中的六层碳纤维热固性材料层分别为第一补强层121，第二补强层122，第三补强层123，第四补强层124，第五补强层125，第六补强层126；按照碳纤维层的走向，定义第一补强层121的铺设方向为0°，则与之相邻的第二补强层122的铺设方向为90°，第三补强层123的铺设方向为0°，第四补强层124的铺设方向为90°，第五补强层125的铺设方向为0°，第六补强层126的铺设方向为90°，如此，六层依次相邻铺设的补强层共同构成一多轴向碳纤维热固性材料层，使得补强层12各处的力学性能均一，提高复合材料汽车前地板后本体力学性能的稳定性。
实施例四
在上述实施例的基础上，为进一步提高复合材料汽车前地板后本体的力学性能，参见图4所示，本实施例中补强区1还包括第一加强筋13，该加第一强筋13设置于补强区1的底面；第一加强筋13与基底层11相连；未补强区2包括第二加强筋21，第二加强筋21设置于未补强区2的底面，与第一加强筋(13)相邻。
由于补强区1是复合材料汽车前地板后本体的主要受力区域，本实施例进一步通过在补强区1的底面，即复合材料汽车前地板后本体处于使用状态时位于汽车下方的一侧，来进一步保证前地板后本体的整体力学性能。
经静力分析发现，本实施例提供的复合材料汽车前地板后本体中未补强区2与补强区1相连接处的变形偏大，为提高复合材料汽车前地板后本体整体的力学性能，延长其使用寿命，本实施例进一步在未补强区2上与补强区1相连接的位置设置第二加强筋21。
第一加强筋13、第二加强筋21的形状、厚度等参数均可根据具体的汽车车型等进行设置，本实施例优选第一加强筋13、第二加强筋21的厚度均为1.5mm，高度均为7.4mm；其中第一加强筋13的高度是指第一加强筋13远离基底层11的一端，与基底层11之间的垂直距离；同样，第二加强筋21的高度是指第二加强筋21远离未补强区2底面的一端与未补强区2底面之间的垂直距离。
本实施例进一步优选第一加强筋13包括第一十字加强筋131，即第一十字加强筋131呈十字交错状进行排布。通过将第一十字加强筋131设置为十字交错状结构，有助于从多个方向来对补强区1处的力学性能进行提高，从而在减轻复合材料汽车前地板后本体重量的同时，保证其力学性能满足需求。
由于手刹区3处的受力较大，本实施例进一步在该区域增加与第一十字加强筋131倾斜设置的第一斜切加强筋132；其中第一斜切加强筋132与第一十字加强筋131之间的夹角可以为0～90°内的任意角度，本实施例优选第一斜切加强筋132与第一十字加强筋131之间的夹角为45°；该45°可以为顺时针方向的45°，也可以是指逆时针方向的45°；为进一步增加强度，在某些区域内，还可以同时存在顺时针方向45°的第一斜切加强筋132和逆时针方向45°的第一斜切加强筋132，本文不作具体限定。
同样，本实施例进一步优选第二加强筋21包括第二十字加强筋211，即第二十字加强筋211呈十字交错状进行排布。通过将第二十字加强筋211设置为十字交错状结构，有助于从多个方向来对未补强区2与补强区1连接处的力学性能进行提高，从而在减轻复合材料汽车前地板后本体重量的同时，保证其力学性能满足需求。
本实施例进一步在该区域增加与第二十字加强筋211倾斜设置的第二斜切加强筋212；其中第二斜切加强筋212与第二十字加强筋211之间的夹角可以为0～90°内的任意角度，本实施例优选第二斜切加强筋212与第二十字加强筋211之间的夹角为45°；该45°可以为顺时针方向的45°，也可以是指逆时针方向的45°；为进一步增加强度，在某些区域内，还可以同时存在顺时针方向45°的第二斜切加强筋212和逆时针方向45°的第二斜切加强筋212，本文不作具体限定。
本实施例提供的复合材料汽车前地板后本体，通过采用复合材料代替传统的铝合金材料，并对前地板后本体的结构进行设计优化，在保证复合材料汽车前地板后本体使用的力学性能的同时，有效降低了复合材料汽车前地板后本体重量达10.5％，轻量化效果明显。
实施例五
本实施例提供一种上述实施例中复合材料汽车前地板后本体的制备方法，该方法包括：
S1：准备工作：将碳纤维增强材料按照设计角度和铺层顺序织成所需要的多轴向经编织物；检查模具有无破损，内部是否有杂物；准备RTM注胶设备、固化剂、脱模剂、空压机等相关配件；
S2：模具前处理：在模具内表面用脱模剂擦拭2遍以上，按照一个方向轻轻湿润模具。
S3：织物铺放：将多轴向经编织物按照铺层角度平整的铺放在模腔内，不让其褶皱，并修掉多余的边角料，再将玻纤热塑性材料置于其上；
S4：合模：将上、下模合拢，周边利用螺栓进行密封紧固；
S5：树脂注射：将环氧树脂与固化剂按照1:0.05的比例调配，在室温下搅拌均匀，设置空压机注胶压力为0.15Mpa，将树脂从注胶口注入模具，直至注胶口无气泡出现，停止注胶；
S6：固化：将模具置于加热炉中进行温控固化，固化温度为40℃，时间为2h；
S7：脱模：模具冷却后分离上下模，将前地板后本体从模具中脱离出来，并检查产品有无缺陷；
S8：后处理：用丙酮清洗模具和RTM注胶设备。
本实施例提供的制备方法，设备简单，易于操作，制备的复合材料汽车前地板后本体通过采用复合材料代替传统的铝合金材料，在保证复合材料汽车前地板后本体力学性能的基础上，减轻了复合材料汽车前地板后本体的重量，降低了生产成本。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种复合材料汽车前地板后本体，其特征在于，包括补强区(1)，以及设置于所述补强区(1)两端，且与所述补强区(1)相连的未补强区(2)；其中所述补强区(1)包括基底层(11)和覆盖于所述基底层(11)上的补强层(12)；所述基底层(11)的材质为短切玻纤热塑性材料；所述补强层(12)的材质为碳纤维热固性材料。
2.如权利要求1所述的复合材料汽车前地板后本体，其特征在于，所述未补强区(2)的材质为短切玻纤热塑性材料；所述未补强区(2)的厚度为2.4mm。
3.如权利要求1所述的复合材料汽车前地板后本体，其特征在于，所述基底层(11)包括位于中部的第一基底层(111)，以及位于所述第一基底层(111)两侧的第二基底层(112)；所述第一基底层(111)的厚度为2mm，所述第二基底层(112)的厚度为1.5mm；所述补强层(12)的厚度为0.9mm。
4.如权利要求3所述的复合材料汽车前地板后本体，其特征在于，所述补强层(12)包括六层碳纤维热固性材料层。
5.如权利要求4所述的复合材料汽车前地板后本体，其特征在于，相邻所述碳纤维热固性材料层的铺设方向不同；相邻所述碳纤维热固性材料层的铺设方向的夹角为90°。
6.如权利要求1～5任一项所述的复合材料汽车前地板后本体，其特征在于，所述补强区(1)还包括第一加强筋(13)，所述第一加强筋(13)设置于所述补强区(1)的底面；所述第一加强筋(13)与所述基底层(11)相连；所述未补强区(2)包括第二加强筋(21)，所述第二加强筋(21)设置于所述未补强区(2)的底面，与所述第一加强筋(13)相邻。
7.如权利要求6所述的复合材料汽车前地板后本体，其特征在于，所述第一加强筋(13)包括第一十字加强筋(131)。
8.如权利要求8所述的复合材料汽车前地板后本体，其特征在于，所述第一加强筋(13)还包括与所述第一十字加强筋(131)夹角为45°的第一斜切加强筋(132)；所述第一斜切加强筋(132)分布于所述基底层(11)的中部。
9.如权利要求6所述的复合材料汽车前地板后本体，其特征在于，所述第二加强筋(21)包括第二十字加强筋(211)，以及与所述第二十字加强筋(211)夹角为45°的第二斜切加强筋(212)。
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