CN113427797A - 一种基于东方龙虱鞘翅仿生结构复合b柱的成型工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于东方龙虱鞘翅仿生结构复合B柱的成型工艺，包括以下步骤：步骤一，制备基体；步骤二，制备碳纤维层合板；步骤三，碳纤维层合板预固化；步骤四，复合B柱半固化；步骤五，复合B柱最终固化；步骤六，复合B柱后处理；本发明的结构部分设计为一种东方龙虱鞘翅仿生结构，该结构的增强体设计为反螺旋结构，具有很强的能量吸收能力，能够很好的保护基体，材料部分采用金属与碳纤维复合材料，具备良好的比强度和断裂韧性能，工艺部分对基体表面采用激光处理，采用分级固化方法对材料进行复合，该方法保证了金属与纤维之间的紧密结合，成产成本小，生产周期较短，适合于大批量的生产工作。

Description

一种基于东方龙虱鞘翅仿生结构复合B柱的成型工艺
技术领域
本发明涉及仿生结构技术领域，具体为一种基于东方龙虱鞘翅仿生结构复合B柱的成型工艺。
背景技术
在汽车行业，汽车轻量化成为当今时代车辆行业发展的趋势，同时研制新材料代替原本的高重量材料成为必不可少的一环，而B柱作为汽车支撑的重要零件，目前主要使用的材料为硼钢与拼焊板等，较为笨重，装载于车辆上，会在一定程度上降低车辆的性能，从而会导致能源的浪费，现有的碳纤维与金属纤维复合工艺，大多采用电化学能方法或金属叠层成型的方法，前者制备工艺繁琐，成本费用较高，制作周期长，不适合应用于工业的大批量生产，后者虽然结合强度会很高，但是工艺步骤较为繁琐，并且该生产工艺无法应用于全部的金属件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于东方龙虱鞘翅仿生结构复合B柱的成型工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于东方龙虱鞘翅仿生结构复合B柱的成型工艺，包括以下步骤：步骤一，制备基体；步骤二，制备碳纤维层合板；步骤三，碳纤维层合板预固化；步骤四，复合B柱半固化；步骤五，复合B柱最终固化；步骤六，复合B柱后处理；
其中在上述步骤一中，首先取7000系铝合金作为基体，将其进行固溶处理，然后以冷却速度大于200℃/s进行淬火处理，以提高铝合金塑性，最后对7000系铝合金进行表面处理，得到基体；
其中在上述步骤二中，首先取步骤一中所制备的基体，将10层碳纤维预浸料按照螺旋方式铺层排列在基体的一侧，其中每层碳纤维预浸料相对于上一层旋转一定的角度，然后在基体的另一侧，将纤维按照反螺旋的结构进行铺层排列，其中每层相对于上一层旋转一定的角度，碳纤维预浸料铺层完成后，得到碳纤维层合板；
其中在上述步骤三中，将步骤二中所制备的碳纤维层合板放入温度为50℃恒温炉中，保温5min，进行预固化处理，激活环氧树脂粘性，使后续树脂流动较容易；
其中在上述步骤四中，首先将步骤三中预固化后的碳纤维层合板置于800t压机下进行共固化成形工艺，使铝合金与碳纤维一体化成形，然后在树脂固化温度下保持30min，进行半固化处理，使铝合金与碳纤维在高温高压下进行黏合；
其中在上述步骤五中，将半固化的复合B柱材料放入时效炉中120℃保温24h，进行最终固化处理，得到成品复合B柱材料；
其中在上述步骤六中，对步骤五中所制备的成品复合B柱材料进行修边处理，然后机加工成所需要的规格。
优选的，所述步骤一中，固溶处理是将7000系铝合金在480℃环境下固溶30min。
优选的，所述步骤一中，表面处理可以采用激光处理，以增加铝合金表面面积，也可以使用800目砂纸打磨7000系铝合金表面，随后进行喷丸处理来增加7000系铝合金表面粗糙度。
优选的，所述激光处理是利用激光在7000系铝合金表面制造的水滴状结构，该结构长度在150-200μm之间，宽度在20-50μm之间。
优选的，所述步骤二中，每层碳纤维预浸料的旋转角度以θ＝180°/N计算得到，其中θ为层与层之间的偏移角度，N为碳纤维预浸料的层数，即基体一侧的纤维铺层方式按θ/2θ/3θ/…/180°方式来铺层，另一侧的铺层方式按照-θ/-2θ/-3θ/…/-180°来铺层。
优选的，所述N为10时，基体的一侧的碳纤维预浸料按照18°/36°/72°/....180°进行排列，另一侧则按照-18°/-36°/-72°/..../-180°进行排列。
优选的，所述步骤五中，最终固化处理的时间与铝合金时效时间可同时进行。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的结构部分设计为一种东方龙虱鞘翅仿生结构，该结构的增强体设计为反螺旋结构，具有很强的能量吸收能力，能够很好的保护基体，材料部分采用金属与碳纤维复合材料，具备良好的比强度和断裂韧性能，工艺部分对基体表面采用激光处理，采用分级固化方法对材料进行复合，该方法保证了金属与纤维之间的紧密结合，成产成本小，生产周期较短，适合于大批量的生产工作。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明的7000系铝合金与纤维的激光处理界面图；
图3为本发明的碳纤维预浸料螺旋铺层结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供的一种实施例：一种基于东方龙虱鞘翅仿生结构复合B柱的成型工艺，包括以下步骤：步骤一，制备基体；步骤二，制备碳纤维层合板；步骤三，碳纤维层合板预固化；步骤四，复合B柱半固化；步骤五，复合B柱最终固化；步骤六，复合B柱后处理；
其中在上述步骤一中，首先取7000系铝合金作为基体，将其进行固溶处理，即将7000系铝合金在480℃环境下固溶30min，然后以冷却速度大于200℃/s进行淬火处理，以提高铝合金塑性，最后对7000系铝合金进行表面处理，得到基体，表面处理可以采用激光处理，即利用激光在7000系铝合金表面制造的水滴状结构，该结构长度在150-200μm之间，宽度在20-50μm之间，以增加铝合金表面面积，也可以使用800目砂纸打磨7000系铝合金表面，随后进行喷丸处理来增加7000系铝合金表面粗糙度；
其中在上述步骤二中，首先取步骤一中所制备的基体，将10层碳纤维预浸料按照螺旋方式铺层排列在基体的一侧，其中每层碳纤维预浸料相对于上一层旋转一定的角度，然后在基体的另一侧，将纤维按照反螺旋的结构进行铺层排列，其中每层相对于上一层旋转一定的角度，碳纤维预浸料铺层完成后，得到碳纤维层合板，每层碳纤维预浸料的旋转角度以θ＝180°/N计算得到，其中θ为层与层之间的偏移角度，N为碳纤维预浸料的层数，即基体一侧的纤维铺层方式按θ/2θ/3θ/…/180°方式来铺层，另一侧的铺层方式按照-θ/-2θ/-3θ/…/-180°来铺层，N为10时，基体的一侧的碳纤维预浸料按照18°/36°/72°/....180°进行排列，另一侧则按照-18°/-36°/-72°/..../-180°进行排列；
其中在上述步骤三中，将步骤二中所制备的碳纤维层合板放入温度为50℃恒温炉中，保温5min，进行预固化处理，激活环氧树脂粘性，使后续树脂流动较容易；
其中在上述步骤四中，首先将步骤三中预固化后的碳纤维层合板置于800t压机下进行共固化成形工艺，使铝合金与碳纤维一体化成形，然后在树脂固化温度下保持30min，进行半固化处理，使铝合金与碳纤维在高温高压下进行黏合；
其中在上述步骤五中，将半固化的复合B柱材料放入时效炉中120℃保温24h，进行最终固化处理，得到成品复合B柱材料，最终固化处理的时间与铝合金时效时间可同时进行；
其中在上述步骤六中，对步骤五中所制备的成品复合B柱材料进行修边处理，然后机加工成所需要的规格。
基于上述，本发明的优点在于，本发明是基于东方龙虱鞘翅仿生结构设计出一种复合B柱，该B柱增强体采用轻质、能量吸收率高、抗疲劳、抗腐蚀的碳纤维材料，增强体的结构设计为反螺旋结构，能够对基体起到很强的保护作用，并且具有很强的能量吸收能力，当单一层发生损伤时，损伤在层间的传递速率会大幅度降低并且会损耗大部分能量，该B柱的基体采用7000系铝合金，表面采用激光处理，在表面制造出水滴状结构，该结构可以大幅度增加基体的表面积，以此增大与增强体的接触面积，本发明采用金属与碳纤维复合材料取代硼钢与拼焊板等材料，在同等强度下重量能够下降35％左右，比强度和断裂韧性能够得到明显的提升，本发明的工艺部分采用高压高温分级固化方法对材料进行复合，该种方法保证了金属与纤维之间的紧密结合，并且在实际生产中所需要的成本较小，生产周期较短，适合于大批量的生产工作。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种基于东方龙虱鞘翅仿生结构复合B柱的成型工艺，包括以下步骤：步骤一，制备基体；步骤二，制备碳纤维层合板；步骤三，碳纤维层合板预固化；步骤四，复合B柱半固化；步骤五，复合B柱最终固化；步骤六，复合B柱后处理；其特征在于：
其中在上述步骤一中，首先取7000系铝合金作为基体，将其进行固溶处理，然后以冷却速度大于200℃/s进行淬火处理，以提高铝合金塑性，最后对7000系铝合金进行表面处理，得到基体；
其中在上述步骤二中，首先取步骤一中所制备的基体，将10层碳纤维预浸料按照螺旋方式铺层排列在基体的一侧，其中每层碳纤维预浸料相对于上一层旋转一定的角度，然后在基体的另一侧，将纤维按照反螺旋的结构进行铺层排列，其中每层相对于上一层旋转一定的角度，碳纤维预浸料铺层完成后，得到碳纤维层合板；
其中在上述步骤三中，将步骤二中所制备的碳纤维层合板放入温度为50℃恒温炉中，保温5min，进行预固化处理，激活环氧树脂粘性，使后续树脂流动较容易；
其中在上述步骤四中，首先将步骤三中预固化后的碳纤维层合板置于800t压机下进行共固化成形工艺，使铝合金与碳纤维一体化成形，然后在树脂固化温度下保持30min，进行半固化处理，使铝合金与碳纤维在高温高压下进行黏合；
其中在上述步骤五中，将半固化的复合B柱材料放入时效炉中120℃保温24h，进行最终固化处理，得到成品复合B柱材料；
其中在上述步骤六中，对步骤五中所制备的成品复合B柱材料进行修边处理，然后机加工成所需要的规格。
2.根据权利要求1所述的一种基于东方龙虱鞘翅仿生结构复合B柱的成型工艺，其特征在于：所述步骤一中，固溶处理是将7000系铝合金在480℃环境下固溶30min。
3.根据权利要求1所述的一种基于东方龙虱鞘翅仿生结构复合B柱的成型工艺，其特征在于：所述步骤一中，表面处理可以采用激光处理，以增加铝合金表面面积，也可以使用800目砂纸打磨7000系铝合金表面，随后进行喷丸处理来增加7000系铝合金表面粗糙度。
4.根据权利要求3所述的一种基于东方龙虱鞘翅仿生结构复合B柱的成型工艺，其特征在于：所述激光处理是利用激光在7000系铝合金表面制造的水滴状结构，该结构长度在150-200μm之间，宽度在20-50μm之间。
5.根据权利要求1所述的一种基于东方龙虱鞘翅仿生结构复合B柱的成型工艺，其特征在于：所述步骤二中，每层碳纤维预浸料的旋转角度以θ＝180°/N计算得到，其中θ为层与层之间的偏移角度，N为碳纤维预浸料的层数，即基体一侧的纤维铺层方式按θ/2θ/3θ/…/180°方式来铺层，另一侧的铺层方式按照-θ/-2θ/-3θ/…/-180°来铺层。
6.根据权利要求5所述的一种基于东方龙虱鞘翅仿生结构复合B柱的成型工艺，其特征在于：所述N为10时，基体的一侧的碳纤维预浸料按照18°/36°/72°/....180°进行排列，另一侧则按照-18°/-36°/-72°/..../-180°进行排列。
7.根据权利要求1所述的一种基于东方龙虱鞘翅仿生结构复合B柱的成型工艺，其特征在于：所述步骤五中，最终固化处理的时间与铝合金时效时间可同时进行。
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