CN111516761B - 一种碳纤维复合材料汽车前地板、制造方法及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤维复合材料汽车前地板,包括由碳纤维复合材料一体制成的前地板本体,前地板本体为整体铺层,且在中央通道区域对应的整体铺层内夹设有多个加强铺层,多个加强铺层在车体宽度方向上的边缘呈阶梯式过渡;整体铺层采用碳纤维织物,所述加强铺层采用碳纤维单向布,其能够协调碳纤维复合材料的工艺铺覆性和汽车前地板轻量化,在保证性能的前提下,使减重效果更明显。还公开了一种碳纤维复合材料汽车前地板的制造方法,包括如下步骤:S1,裁切碳纤维织物和碳纤维单向布;S2,按照设计铺层区域和铺层角度铺覆于模具中;S3,合模,加压,然后升温固化;S4,固化完成后,脱模。还公开了一种包括上述的碳纤维复合材料汽车前地板的车辆。
Description
技术领域
本发明涉及汽车轻量化,具体涉及一种碳纤维复合材料汽车前地板、制造方法及车辆。
背景技术
传统燃油车对油耗法规及新能源车对续航里程的需求日益迫切,汽车轻量化随之迎来新一轮的发展机遇。汽车轻量化可以降低整车质量,提高燃油效率/续航里程,从而降低汽车使用成本。
汽车前地板是车身结构的重要部件之一,是正面碰撞、侧面碰撞的传力路径之一。传统汽车前地板一般由钢材通过冲压和焊接工艺制成,零部件数量多达十几个,不仅重量大、而且装配工序多,不利于汽车轻量化。而碳纤维复合材料密度仅1.5~1.6g/cm3,仅为钢的五分之一,且具有拉伸强度高、阻尼、碰撞和抗疲劳性能优异等特点,同时可实现一体化集成式设计,大大减少装配工序,因而在汽车轻量化领域备受关注。
铺层是碳纤维复合材料制件的基本单元,由两层或多层铺层进行铺叠固化制得复合材料零件。碳纤维前地板进行一体化集成设计后,铺层方式及工艺可操作性受到很大限制,采用碳纤维单向布的铺层方式的工艺铺覆性差,工艺难度大,而采用碳纤维织物的铺层方式,材料性能较低,需要很厚的零件厚度才能满足性能要求,无法达到理想的减重效果。同时,对性能要求高的局部区域,通常需要通过加强铺层的方式,实现局部性能的增强,而如果加强铺层如果设计不合理,可能导致零件变形、层间失效、层间剥离等。因此,如何合理布局碳纤维零部件的铺层成为行业急需解决的问题。
CN207579973U公开了一种碳纤维汽车地板结构及其电动汽车,汽车地板结构包括:由碳纤维材料制成的板体。虽然能够在一定程度上减轻地板结构的整体重量,但前地板的中央通道区域的碰撞性能无法得到保障,若采用增加碳纤维材料铺层数量来提高中央通道力学性能,则会增加制造成本和产品重量。
CN107032658A公开了一种碳纤维复合材料,包括碳纤维织物层和碳纤维预浸料层,碳纤维预浸料层以对称形式穿插于若干碳纤维织物层中。通过引入碳纤维预浸料,可有效保证铺层定位精度,且有效提高灌注速度和灌注质量,使制得的碳纤维复合材料可设计性强、通用性强且性能优异。但是没有提及整体铺层与加强铺层的设计,不能支撑前地板的零件性能要求和铺覆性要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳纤维复合材料汽车前地板、制造方法及车辆,其能够协调碳纤维复合材料的工艺铺覆性和汽车前地板轻量化,在保证性能的前提下,使减重效果更明显。
本发明所述的碳纤维复合材料汽车前地板,包括由碳纤维复合材料一体制成的前地板本体,所述前地板本体为整体铺层,且在中央通道区域对应的整体铺层内夹设有多个加强铺层,所述多个加强铺层在车体宽度方向上的边缘呈阶梯式过渡;所述整体铺层采用碳纤维织物,所述加强铺层采用碳纤维单向布。
进一步,所述前地板本体采用对称铺层的方式进行铺层,中央通道区域的加强铺层以对称形式穿插于整体铺层中。
进一步,所述碳纤维单向布与碳纤维织物的铺层方式为:单层间形式交替铺设、多层间形式交替铺设,或者中间为多层碳纤维单向布、所述碳纤维织物以对称和多层的形式铺设在多层碳纤维单向布的两侧。
进一步,从中心向表面的加强铺层在车体宽度方向上的边缘长度逐渐增加。
进一步,相邻加强铺层在车体宽度方向上的边缘距离为1~10mm。
进一步,所述前地板本体的整体铺层角度为[(0/90)/(±45)/(±45)/ (±45)/(±45) /(0/90)],所述中央通道所在区域的铺层角度为[(0/90)/(±45)/(±45)/ 90/-45/45/45/-45/90/(±45)/(±45) /(0/90)];
或所述前地板本体的整体铺层角度为[(±45)/(0/90)/(0/90) /(0/90)/(0/90)/(±45)],所述中央通道所在区域的铺层角度为[(±45)/-45/(0/90)/0/(0/90)/45 /45/(0/90) /0 /(0/90)/-45 /(±45)]。
一种碳纤维复合材料汽车前地板的制造方法,其包括如下步骤:
S1,根据汽车前地板形状及不同铺层区域裁切碳纤维织物和碳纤维单向布,其中前地板本体为整体铺层,且在中央通道区域对应的整体铺层内夹设有多个加强铺层,所述多个加强铺层在车体宽度方向上的边缘呈阶梯式过渡;所述整体铺层采用碳纤维织物,所述加强铺层采用碳纤维单向布;
S2,将裁切好的碳纤维织物和碳纤维单向布按照设计铺层区域和铺层角度铺覆于模具中;
S3,合模,加压,然后升温固化;
S4,固化完成后,脱模得到碳纤维复合材料汽车前地板。
进一步,所述S3中的固化温度为80~120℃,固化时间为10~60min。
一种车辆,包括上述的碳纤维复合材料汽车前地板或由上述制造方法制得的碳纤维复合材料汽车前地板。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果。
1、本发明在中央通道区域对应的整体铺层内夹设有多个加强铺层,通过加强铺层来达到原钢制加强件的性能效果,实现了零件的一体化集成设计,使得汽车前地板精度更容易保证,有效避免了现有钢制零部件拼焊导致的公差积累,同时有效保证了车身密封性,省去了涂胶的过程,提高了生产效率,并且一体化集成效果较好,由现有钢制前地板的多个零部件集成为一体结构,减少了模具、夹具和检具开发,节约了开发成本。
2、本发明所述整体铺层采用铺覆性较好的碳纤维织物,所述加强铺层采用力学性能较好的碳纤维单向布,即采用碳纤维织物与碳纤维单向布混合铺层的方式,碳纤维单向布指的在一个方向具有大量碳纤维丝导致其性能主要集中在同一方向的碳纤维布;碳纤维织物指的是在两个或多个方向上有碳纤维丝,主要包括平纹织物、斜纹织物或缎纹织物。前地板本体采用碳纤维织物进行整体铺层,改善了复杂结构前地板本体的工艺铺覆性,中央通道区域的加强铺层采用碳纤维单向布夹设于整体铺层内,既保证了工艺铺覆性,同时由于碳纤维单向布力学性能优于碳纤维织物,因此无需设置过厚的碳纤维织物就能满足前地板本体的性能要求,使得中央通道加强区域厚度减小,进而使减重效果更明显。
3、本发明所述多个加强铺层在车体宽度方向上的边缘呈阶梯式过渡,有效避免了中央通道左、右边缘厚度突变,保证了中央通道左、右边缘厚度变化区域的性能稳定性和外观一致性。
4、本发明通过合理限定整体铺层和加强铺层的铺层方式及铺层角度,使得前地板本体和中央通道的力学性能满足使用要求。
附图说明
图1是本发明前地板本体的正视图;
图2是本发明前地板本体的侧视图;
图3是本发明中央通道的铺层示意图之一;
图4是本发明中央通道的铺层示意图之二。
图中,1—前地板本体,2—中央通道,3—厚度变化区域。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
实施例一,一种碳纤维复合材料汽车前地板的制造方法,其包括如下步骤:
S1,根据汽车前地板形状及不同铺层区域裁切碳纤维织物和碳纤维单向布,其中前地板本体1为整体铺层,且在中央通道2区域对应的整体铺层内夹设有多个加强铺层,所述多个加强铺层在车体宽度方向上的边缘呈阶梯式过渡。以汽车车头方向为0°方向,所述整体铺层采用碳纤维织物,铺层角度为[(0/90)/(±45)/(±45)/ (±45)/(±45) /(0/90)]。所述加强铺层采用碳纤维单向布,铺层角度为[90/-45/45/45/-45/90]。
S2,将裁切好的碳纤维织物和碳纤维单向布按照设计铺层区域和铺层角度铺覆于模具中,参见图1至图3,具体为:中间为多层碳纤维单向布、所述碳纤维织物以对称和多层的形式铺设在多层碳纤维单向布的两侧。在模具上依次铺覆三层整体铺层(0/90)、(±45)、(±45),然后在中央通道对应的位置铺覆加强铺层[90/-45/45/45/-45/90],加强铺层在车体宽度方向上的边缘呈阶梯式过渡,即在中央通道左、右边缘形成厚度逐渐减小的厚度变化区域3,从中心向表面的加强铺层在车体宽度方向上的边缘长度逐渐增加,相邻加强铺层在车体宽度方向上的边缘距离即层阶梯宽度为2mm。加强铺层铺覆完成后继续依次铺覆三层整体铺层(±45)、(±45)、(0/90)。
所述整体铺层采用铺覆性较好的碳纤维织物,所述加强铺层采用力学性能较好的碳纤维单向布,即采用碳纤维织物与碳纤维单向布混合铺层的方式,前地板本体采用碳纤维织物进行整体铺层,改善了复杂结构前地板本体的工艺铺覆性,中央通道区域的加强铺层采用碳纤维单向布夹设于整体铺层内,既保证了工艺铺覆性,同时由于碳纤维单向布力学性能优于碳纤维织物,因此无需设置过厚的碳纤维织物就能满足前地板本体的性能要求,使得中央通道加强区域厚度较小,进而使减重效果更明显。
S3,合模,采用真空树脂灌注成型工艺进行加压,然后升温固化,固化温度为80℃,固化时间为10min。
S4,固化完成后,脱模得到碳纤维复合材料汽车前地板。
实施例二,一种碳纤维复合材料汽车前地板的制造方法,其包括如下步骤:
S1,根据汽车前地板形状及不同铺层区域裁切碳纤维织物和碳纤维单向布,其中前地板本体1为整体铺层,且在中央通道2区域对应的整体铺层内夹设有多个加强铺层,所述多个加强铺层在车体宽度方向上的边缘呈阶梯式过渡。以汽车车头方向为0°方向,所述整体铺层采用碳纤维织物,铺层角度为[(±45)/(0/90)/(0/90) /(0/90)/(0/90)/(±45)]。所述加强铺层采用碳纤维单向布,铺层角度为[-45/0/45/45/0/-45]。
S2,将裁切好的碳纤维织物和碳纤维单向布按照设计铺层区域和铺层角度铺覆于模具中,参见图4,具体为:中央通道区域的碳纤维织物和碳纤维单向布交替铺设。在模具上铺覆第一层整体铺层(±45),采用加强铺层和整体铺层交替出现的方式,按照铺层角度设计进行铺覆,加强铺层在车体宽度方向上的边缘呈阶梯式过渡,即在中央通道左、右边缘形成厚度逐渐减小的厚度变化区域3,从中心向表面的加强铺层在车体宽度方向上的边缘长度逐渐增加,相邻加强铺层在车体宽度方向上的边缘距离即层阶梯宽度为5mm。
S3,合模,采用热压罐成型工艺进行加压,抽真空、升温、固化,固化温度为120℃,固化时间为30min。
S4,固化完成后,脱模得到碳纤维复合材料汽车前地板。
一种车辆,包括上述的碳纤维复合材料汽车前地板。
上述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明。凡在本发明的基础和原则之上,所做的任何修改、替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种碳纤维复合材料汽车前地板,包括由碳纤维复合材料一体制成的前地板本体,其特征在于:所述前地板本体为整体铺层,且在中央通道区域对应的整体铺层内夹设有多个加强铺层,所述多个加强铺层在车体宽度方向上的边缘呈阶梯式过渡;
所述整体铺层采用碳纤维织物,所述加强铺层采用碳纤维单向布。
2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料汽车前地板,其特征在于:所述前地板本体采用对称铺层的方式进行铺层,中央通道区域的加强铺层以对称形式穿插于整体铺层中。
3.根据权利要求2所述的碳纤维复合材料汽车前地板,其特征在于,所述碳纤维单向布与碳纤维织物的铺层方式为:单层间形式交替铺设、多层间形式交替铺设,或者中间为多层碳纤维单向布、所述碳纤维织物以对称和多层的形式铺设在多层碳纤维单向布的两侧。
4.根据权利要求1或2所述的碳纤维复合材料汽车前地板,其特征在于:从中心向表面的加强铺层在车体宽度方向上的边缘长度逐渐增加。
5.根据权利要求4所述的碳纤维复合材料汽车前地板,其特征在于:相邻加强铺层在车体宽度方向上的边缘距离为1~10mm。
6.根据权利要求1或2所述的碳纤维复合材料汽车前地板,其特征在于:所述前地板本体的整体铺层角度为[(0/90)/(±45)/(±45)/ (±45)/(±45) /(0/90)],所述中央通道所在区域的铺层角度为[(0/90)/(±45)/(±45)/ 90/-45/45/45/-45/90/(±45)/(±45)/(0/90)];
或所述前地板本体的整体铺层角度为[(±45)/(0/90)/(0/90) /(0/90)/(0/90)/(±45)],所述中央通道所在区域的铺层角度为[(±45)/-45/(0/90)/0/(0/90)/45 /45/(0/90) /0 /(0/90)/-45 /(±45)]。
7.一种碳纤维复合材料汽车前地板的制造方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1,根据汽车前地板形状及不同铺层区域裁切碳纤维织物和碳纤维单向布,其中前地板本体为整体铺层,且在中央通道区域对应的整体铺层内夹设有多个加强铺层,所述多个加强铺层在车体宽度方向上的边缘呈阶梯式过渡;所述整体铺层采用碳纤维织物,所述加强铺层采用碳纤维单向布;
S2,将裁切好的碳纤维织物和碳纤维单向布按照设计铺层区域和铺层角度铺覆于模具中;
S3,合模,加压,然后升温固化;
S4,固化完成后,脱模得到碳纤维复合材料汽车前地板。
8.根据权利要求7所述的碳纤维复合材料汽车前地板的制造方法,其特征在于:所述S3中的固化温度为80~120℃,固化时间为10~60min。
9.一种车辆,其特征在于:包括权利要求1~6任一项所述的碳纤维复合材料汽车前地板或由权利要求7~8任一项所述的制造方法制得的碳纤维复合材料汽车前地板。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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