一種混雜纖維復(fù)合材料汽車水箱上橫梁總成及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種混雜纖維復(fù)合材料汽車水箱上橫梁總成及其制作方法，包括上橫梁本體，加強(qiáng)板和泡沫夾心層，其中，所述上橫梁本體由樹脂浸潤碳纖維/玻璃纖維織物高壓下整體成型構(gòu)成；所述加強(qiáng)板由樹脂浸潤碳纖維/玻璃纖維織物高壓下整體成型構(gòu)成；所述泡沫夾心層設(shè)置在上橫梁本體和加強(qiáng)板之間。方法包括如下步驟：1)選材；2)模具清理、涂脫模劑；3)涂膠衣；4)纖維鋪層及嵌件安裝；5)合模夾緊；6)樹脂注入；7)樹脂固化；8)開模脫模工藝步驟。本發(fā)明提高了水箱橫梁總成的結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)減重，降低制作成本。
【專利說明】一種混雜纖維復(fù)合材料汽車水箱上橫梁總成及其制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合材料和汽車零部件領(lǐng)域，特別涉及一種混雜纖維復(fù)合材料汽車水箱上橫梁總成及其制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]由于對(duì)轎車的造型和性能要求的越來越高，受造型的影響，轎車前部造型的分縫線高低不一，再加上發(fā)動(dòng)機(jī)艙本身空間的限制，零部件布置方式種類的增多，很多零部件安裝點(diǎn)或多或少的布置在水箱橫梁總成上，再加上引擎蓋總成的連接裝置鎖體安裝件，使水箱橫梁總成的負(fù)荷將越來越重。水箱橫梁總成作為重要的車身結(jié)構(gòu)件，考慮到對(duì)車身結(jié)構(gòu)的輕量化要求，以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高和碰撞安全性能的要求，如何合理的設(shè)計(jì)高承載，高強(qiáng)度，輕質(zhì)的水箱上橫梁總成目前成為車身發(fā)展的挑戰(zhàn)。
[0003]傳統(tǒng)的金屬鈑金件汽車水箱上橫梁總成是由上橫梁本體I和加強(qiáng)板2構(gòu)成，通過螺栓連接在一起；參見圖1、圖2所示，所述上橫梁本體I采用的材料為B210P1，厚度約為
1.5mm，重量約為1.1kg ;在上橫梁本體I的梁體1.1上設(shè)置有梁冠1.8，梁體1.1中部設(shè)置有U型凹槽1.2，而且梁側(cè)1.5較短，在梁體1.1上對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)梁翼1.3，梁翼1.3上設(shè)置有通孔1.6，在梁冠1.8上設(shè)置有兩翼凹槽1.4、圓弧凹槽1.7 ;所述加強(qiáng)板2采用的材料為B210P1，厚度約為1.0mm,重量約為0.46kg ;加強(qiáng)板2由板體2.1、凸塊2.5、板峰2.3構(gòu)成層疊狀的加強(qiáng)板，其板體2.1橫截面為凹槽型，正面設(shè)置有板峰2.3，而且板側(cè)2.6較短，板峰2.3兩側(cè)設(shè)置有板翼2.8，板體2.1的一側(cè)邊緣上設(shè)置有中部凹槽2.2、板翼凹槽及槽孔
2.4，板翼2.8的平面上設(shè)置有安裝孔2.7、方孔2.9，在一側(cè)的板翼2.8上設(shè)置有凸塊2.5。
[0004]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)金屬鈑金件汽車水箱上橫梁總成至少存在以下問題:
[0005]1.從車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求高的方面考慮:水箱橫梁總成固定著引擎蓋總成的連接裝置鎖體安裝件等關(guān)鍵零部件。水箱上橫梁總成主要承受著來自于引擎蓋總成閉合時(shí)瞬間沖擊載荷的沖撞和轎車行駛時(shí)引擎蓋的上下波動(dòng)，直接致使水箱上橫梁總成與引擎蓋總成的連接裝置鎖體安裝件處為應(yīng)力集中的區(qū)域，由于此處加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，強(qiáng)度不夠，水箱橫梁本體剛度不均，目前金屬鈑金件水箱上橫梁本體的Z向剛度目標(biāo)值為400N/mm，直接導(dǎo)致應(yīng)力集中區(qū)域發(fā)生開裂現(xiàn)象。
[0006]同時(shí)水箱橫梁總成也發(fā)揮連接著左右縱梁總成形成前部橫梁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的作用。傳統(tǒng)的采用層疊加強(qiáng)板來實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的加強(qiáng)方式對(duì)剛度的提高效果不明顯，無法很好的提高前橫梁系統(tǒng)總成的扭轉(zhuǎn)剛度；如果轎車經(jīng)常行駛的路況很差，路面產(chǎn)生的振動(dòng)帶給車身，由于水箱橫梁的剛度和強(qiáng)度不足，直接會(huì)引起疲勞變形以及開裂等問題，也會(huì)導(dǎo)致引擎蓋總成鎖體與鎖鉤閉合位置偏移，致使開啟閉合困難。某些時(shí)候當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高速和低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的激勵(lì)，引擎蓋總成鎖固定點(diǎn)處鈑金結(jié)構(gòu)變形引起的引擎蓋總成固定不良而產(chǎn)生的異響和抖動(dòng)現(xiàn)象，使NVH效果直線下降，從而影響了整車駕駛的舒適性，降低了顧客滿意度。
[0007]2.從碰撞安全性能優(yōu)化的角度考慮:水箱橫梁總成在整車發(fā)生碰撞的情況下，發(fā)揮著不可忽視的作用。當(dāng)轎車發(fā)生偏置沖撞的時(shí)候，連接著左右縱梁總成的水箱橫梁總成，是一個(gè)尤為重要的引擎蓋支撐結(jié)構(gòu)，支撐引擎蓋總成在X向的彎曲剛度，吸收沖擊動(dòng)能，均衡引擎蓋總成左右端受力變形情況，緩解動(dòng)力總成在碰撞過程中往座艙內(nèi)的位移量，減少了前擋板因碰撞后的侵入量。
[0008]3.從車身輕量化角度考慮:車身輕量化同時(shí)也要求水箱橫梁總成輕量化，高度承載的水箱橫梁總成的輕量化是未來汽車工業(yè)發(fā)展的方向。
[0009]4.從制作方法考慮:由于傳統(tǒng)的金屬鈑金件汽車水箱上橫梁總成結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，使得制作成本很高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種混雜纖維復(fù)合材料汽車水箱上橫梁總成，另一方面，提供了一種混雜纖維復(fù)合材料汽車水箱上橫梁總成的制作方法。提高了水箱橫梁總成的結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)減重，降低制作成本。具體技術(shù)方案如下:
[0011]一種混雜纖維復(fù)合材料汽車水箱上橫梁總成，包括上橫梁本體,加強(qiáng)板和泡沫夾心層，其中，
[0012]所述上橫梁本體由樹脂浸潤碳纖維/玻璃纖維織物高壓下整體成型構(gòu)成；
[0013]所述加強(qiáng)板由樹脂浸潤碳纖維/玻璃纖維織物高壓下整體成型構(gòu)成；
[0014]所述泡沫夾心層設(shè)置在上橫梁本體和加強(qiáng)板之間。
[0015]進(jìn)一步地，上橫梁本體和加強(qiáng)板夾緊所述泡沫夾心層并在高壓作用下實(shí)現(xiàn)整體成型。
[0016]進(jìn)一步地，所述上橫梁本體包括梁體，梁體上左右對(duì)稱設(shè)置有兩梁翼，兩梁翼上設(shè)置有若干通孔。
[0017]進(jìn)一步地，梁體頂面中部為無凹槽的平整面結(jié)構(gòu)，且梁體上設(shè)置有平整面的梁冠。
[0018]進(jìn)一步地，梁體頂面中部為平整面，梁體的兩梁側(cè)加長設(shè)置，優(yōu)選加長4_8mm。
[0019]進(jìn)一步地，所述上橫梁加強(qiáng)板包括板體，其橫截面為凹槽型，且一側(cè)為階梯面；和/或，所述板體正面設(shè)置有平整面的板峰，所述板峰的兩板側(cè)加長設(shè)置，優(yōu)選加長4-8_，所述板體的板翼上設(shè)置有平整面的所述凸梁。
[0020]進(jìn)一步地，所述泡沫夾心層包括板體，其為長方形平板狀，四周設(shè)置有翹邊，所述板體底面為平面，上面中部設(shè)置有凸丘；和/或，所述泡沫夾心層的凸丘面朝向所述上橫梁本體內(nèi)表面，所述加強(qiáng)板的板峰面朝向所述泡沫夾心層的底平面。
[0021]上述混雜纖維復(fù)合材料汽車水箱上橫梁總成的制作方法，包括如下步驟:
[0022]I)選材；
[0023]2)模具清理、涂脫模劑；
[0024]3)涂膠衣；
[0025]4)纖維鋪層及嵌件安裝；
[0026]5)合模夾緊；
[0027]6)樹脂注入；
[0028]7)樹脂固化；
[0029]8)開模脫模工藝步驟。
[0030]進(jìn)一步地，
[0031]步驟I)具體為:
[0032]所采用碳纖維/玻璃纖維復(fù)合材料由以多層碳纖維/玻璃纖維材料為增強(qiáng)體與以樹脂為基體復(fù)合而成，其中混雜纖維織物的重量百分比含量為50-60%，環(huán)氧樹脂材料的含量為 40-50% ；
[0033]和/ 或，
[0034]步驟2)具體為:
[0035]用酒精對(duì)模具表面進(jìn)行清理；用半永久性脫模劑對(duì)模具表面均勻涂抹至少五遍，每次涂抹間隔半小時(shí)以上；
[0036]和/ 或，
[0037]步驟3)具體為:
[0038]用噴槍將膠衣樹脂均勻的噴涂在模具的表面，并等膠衣固化2_6h ；
[0039]和/ 或，
[0040]步驟4)具體為:
[0041]a.上橫梁本體復(fù)合材料鋪層:
[0042]在已清潔和涂覆脫模劑的汽車水箱上橫梁模具的陰模中進(jìn)行碳纖維織物鋪層平整鋪設(shè)，第一層碳纖維織物對(duì)應(yīng)于上橫梁本體的外表面，在第一層0°鋪層上面進(jìn)行90°方向的第二層鋪層，然后自下而上依次是第三層為45°方向的鋪層，第四層為-45°方向鋪層，第五層為0°鋪層，第六層為0°鋪層，第七層為-45°方向鋪層，第八層為45°方向鋪層，第九層為90°方向鋪層，第十層為0°鋪層，將混雜纖維織物在模具上壓緊；每一鋪層單層厚度為0.3mm ；
[0043]b.壓緊泡沫夾心層
[0044]將泡沫夾心層按照數(shù)模結(jié)構(gòu)切割成型后，放在水箱上橫梁預(yù)成型體的內(nèi)表面，對(duì)好相應(yīng)的位置，將兩者壓緊；
[0045]c.加強(qiáng)板復(fù)合材料鋪層
[0046]在泡沫夾心層上面進(jìn)行加強(qiáng)板復(fù)合材料的織物鋪層，選取三層碳纖維織物布和四層玻璃纖維織物布鋪層平整鋪設(shè)，選擇標(biāo)準(zhǔn)鋪層角度為0°、45°、-45°和90° ;其中0°和90°采用碳纖維織物，45°和-45°采用玻璃纖維織物；
[0047]第一層碳纖維織物對(duì)應(yīng)于加強(qiáng)板的內(nèi)表面，在第一層45°鋪層上面進(jìn)行-45°方向的第二層鋪層，然后自下而上依次是第三層為90°方向的鋪層，第四層為0°方向鋪層，第五層為90°鋪層，第六層為-45°鋪層，第七層為45°方向鋪層，所述第七層混雜纖維織物對(duì)應(yīng)于上橫梁本體的外表面，將混雜纖維織物在模具上壓緊；每一鋪層單層厚度為0.3mmο
[0048]進(jìn)一步地，
[0049]步驟5)具體為:
[0050]沿著模架定位銷的方向，將汽車水箱上橫梁模具的陽模對(duì)準(zhǔn)壓到汽車水箱上橫梁模具的陰模上，將四周的緊固處進(jìn)行緊固，確保模具的氣密性；
[0051]步驟6)具體為:
[0052]將環(huán)氧樹脂和固化劑分別加入到注射機(jī)的材料罐中，運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行樹脂的注射，待到出料口能看見樹脂時(shí)停止注膠；
[0053]步驟7)具體為:
[0054]待環(huán)氧樹脂充分填充整個(gè)模具型腔后，利用模具的加熱裝置對(duì)型腔內(nèi)的環(huán)氧樹脂進(jìn)行加熱，令其充分固化；
[0055]步驟8)具體為:
[0056]將模具四周的緊固處打開，將上、下模具分開，脫模得到混雜纖維復(fù)合材料水箱上橫梁總成。
[0057]與目前現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提高了水箱橫梁總成的結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)減重，降低制作成本。具體來說:通過采用高強(qiáng)輕質(zhì)的多層多鋪層方向的混雜纖維織物材料為增強(qiáng)體，樹脂為基體制作復(fù)合材料水箱上橫梁總成，利用碳纖維/玻璃纖維復(fù)合材料的高模量，高剛度以及結(jié)構(gòu)鋪層的可設(shè)計(jì)性，合理設(shè)計(jì)水箱橫梁、加強(qiáng)結(jié)構(gòu)、鋪層以及外觀結(jié)構(gòu)，在滿足強(qiáng)度、剛度、載荷的條件下，實(shí)現(xiàn)輕量化，上橫梁本體可實(shí)現(xiàn)減重45%，加強(qiáng)板可實(shí)現(xiàn)減重41%;通過計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)計(jì)算分析得知，混雜纖維復(fù)合材料水箱上橫梁總成的Z向剛度可達(dá)到480N/mm，直接提高了水箱橫梁總成的結(jié)構(gòu)剛度，同時(shí)也提高了發(fā)動(dòng)機(jī)艙前橫梁系統(tǒng)總成的剛度。由于水箱橫梁總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，也提高了整車乘坐的舒適性；由于使用混雜纖維材料可以大幅度降低水箱上橫梁結(jié)構(gòu)重量，故可顯著提高燃料效率；由于碳纖維材質(zhì)水箱上橫梁總成的結(jié)構(gòu)大大簡化，便于一次加工成型，有效降低制作成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0058]圖1是現(xiàn)有技術(shù)金屬鈑金件汽車水箱上橫梁總成結(jié)構(gòu)示意圖的分解圖；
[0059]圖2是圖1現(xiàn)有技術(shù)中水箱上橫梁加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)示意圖的俯視圖；
[0060]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的混雜纖維復(fù)合材料汽車水箱上橫梁總成結(jié)構(gòu)示意圖的分解圖；
[0061]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的圖3中水箱上橫梁加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)示意圖的俯視圖；
[0062]圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的混雜纖維復(fù)合材料汽車水箱上橫梁總成裝配示意圖。圖中:
[0063]I上橫梁本體，
[0064]1.1梁體，1.2U型凹槽，1.3梁翼，1.4兩翼凹槽，1.5梁側(cè)，1.6通孔，1.7圓弧凹槽，1.8梁冠，1.9安裝孔；
[0065]2加強(qiáng)板，
[0066]2.1板體，2.2中部凹槽，2.3板峰，2.4板翼凹槽及槽孔，2.5凸塊，2.6板側(cè)，2.7安裝孔，2.8板翼，2.9方孔、2.10凸梁；
[0067]3泡沫夾心層，
[0068]3.1 板體，3.2 凸丘。

【具體實(shí)施方式】
[0069]下面根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，其為本發(fā)明多種實(shí)施方式中的一種優(yōu)選實(shí)施例。
[0070]在一種可進(jìn)行選擇的實(shí)施例中，提供一種混雜纖維復(fù)合材料汽車水箱上橫梁總成，至少包括:上橫梁本體、加強(qiáng)板，所述上橫梁本體與所述加強(qiáng)板之間設(shè)置有泡沫夾心層。
[0071]具體地，所述上橫梁本體結(jié)構(gòu)至少包括:梁體、梁翼、梁側(cè)、通孔、梁冠，在高壓下樹脂浸潤碳纖維/玻璃纖維織物后整體成型。
[0072]進(jìn)一步地，所述上橫梁本體的梁體上設(shè)置有平整面的所述梁冠，所述梁體頂面中部為平整面，兩梁側(cè)加長4-8mm ;所述梁體上設(shè)置有所述梁翼，所述梁翼上設(shè)置有所述通孔。
[0073]具體地，所述加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)至少包括:板體、板峰、板側(cè)、安裝孔、板翼、凸梁，在高壓下樹脂浸潤碳纖維/玻璃纖維織物后整體成型。
[0074]進(jìn)一步地，所述上橫梁加強(qiáng)板的板體橫截面為凹槽型，一側(cè)為階梯面，所述板體正面設(shè)置有平整面的板峰，所述板峰的兩板側(cè)加長4-8_，所述板體的板翼上設(shè)置有平整面的所述凸梁。
[0075]具體地，所述泡沫夾心層的板體為長方形平板狀，四周設(shè)置有翹邊，所述板體底面為平面，上面中部設(shè)置有凸丘。
[0076]進(jìn)一步地，所述泡沫夾心層的凸丘面朝向所述上橫梁本體內(nèi)表面，所述加強(qiáng)板的板峰面朝向所述泡沫夾心層的底平面，上橫梁本體和加強(qiáng)板夾緊所述泡沫夾心層并在高壓作用下實(shí)現(xiàn)整體成型。
[0077]另一方面，提供了一種混雜纖維復(fù)合材料汽車水箱上橫梁總成的制作方法，為實(shí)現(xiàn)上述水箱上橫梁總成結(jié)構(gòu)，所述制作方法至少包括以下步驟:1)選材；2)模具清理、涂脫模劑；3)涂膠衣；4)纖維鋪層及嵌件安裝；5)合模夾緊；6)樹脂注入；7)樹脂固化；8)開模脫模工藝步驟；其中
[0078]步驟I)選材；
[0079]所述碳纖維/玻璃纖維復(fù)合材料由以多層碳纖維/玻璃纖維材料為增強(qiáng)體與以樹脂為基體復(fù)合而成，所述多層碳纖維材料選用日本東麗T300碳纖維織物，所述玻璃纖維材料選用常用玻璃纖維織物XE600，添加所述樹脂選用中低溫的快速固化5028環(huán)氧樹脂體系為原材料，其中混雜纖維織物的含量(重量百分比，下同)為50-60%，環(huán)氧樹脂材料的含量為 40-50% ；
[0080]步驟2)模具清理、涂脫模劑；
[0081]用酒精對(duì)模具表面進(jìn)行清理；用半永久性脫模劑807對(duì)模具表面均勻涂抹至少五遍，每次涂抹間隔半小時(shí)以上；
[0082]步驟3)涂膠衣；
[0083]用噴槍將膠衣樹脂均勻的噴涂在模具的表面，并等膠衣固化2_6h。
[0084]具體地，為實(shí)現(xiàn)上述水箱上橫梁總成結(jié)構(gòu)，所述制作方法至少還包括以下步驟:其中
[0085]步驟4)纖維鋪層及嵌件安裝；
[0086]a.上橫梁本體復(fù)合材料鋪層
[0087]在已清潔和涂覆脫模劑的汽車水箱上橫梁模具的陰模中進(jìn)行碳纖維織物鋪層平整鋪設(shè)，選取六層3K東麗T300碳纖維織物布和四層XE600玻璃纖維織物布鋪層平整鋪設(shè)，選擇標(biāo)準(zhǔn)鋪層角度為0°、45°、-45°和90° ;其中0°和90°采用碳纖維織物，45°和-45°采用玻璃纖維織物。
[0088]第一層碳纖維織物對(duì)應(yīng)于上橫梁本體的外表面，在第一層0°鋪層上面進(jìn)行90°方向的第二層鋪層，然后自下而上依次是第三層為45°方向的鋪層，第四層為-45°方向鋪層，第五層為0°鋪層，第六層為0°鋪層，第七層為-45°方向鋪層，第八層為45°方向鋪層，第九層為90°方向鋪層，第十層為0°鋪層，將混雜纖維織物在模具上壓緊；每一鋪層單層厚度為0.3mm ；
[0089]b.壓緊泡沫夾心層
[0090]將泡沫夾心層按照數(shù)模結(jié)構(gòu)切割成型后，放在水箱上橫梁預(yù)成型體的內(nèi)表面，對(duì)好相應(yīng)的位置，將兩者壓緊；
[0091]c.加強(qiáng)板復(fù)合材料鋪層
[0092]在泡沫夾心層上面進(jìn)行加強(qiáng)板復(fù)合材料的織物鋪層，選取三層3K東麗T300碳纖維織物布和四層XE600玻璃纖維織物布鋪層平整鋪設(shè)，選擇標(biāo)準(zhǔn)鋪層角度為0°、45°、-45°和90° ;其中0°和90°采用碳纖維織物，45°和-45°采用玻璃纖維織物。
[0093]第一層碳纖維織物對(duì)應(yīng)于加強(qiáng)板的內(nèi)表面，在第一層45°鋪層上面進(jìn)行-45°方向的第二層鋪層，然后自下而上依次是第三層為90°方向的鋪層，第四層為0°方向鋪層，第五層為90°鋪層，第六層為-45°鋪層，第七層為45°方向鋪層，所述第七層混雜纖維織物對(duì)應(yīng)于上橫梁本體的外表面，將混雜纖維織物在模具上壓緊；每一鋪層單層厚度為
0.3mmο
[0094]具體地，為實(shí)現(xiàn)上述水箱上橫梁總成結(jié)構(gòu)，所述制作方法至少還包括以下步驟:其中
[0095]步驟5)合模夾緊；
[0096]沿著模架定位銷的方向，將汽車水箱上橫梁模具的陽模對(duì)準(zhǔn)壓到汽車水箱上橫梁模具的陰模上，將四周的緊固處進(jìn)行緊固，確保模具的氣密性；
[0097]步驟6)樹脂注入；
[0098]按照T300+5028樹脂復(fù)合材料配比，將5028環(huán)氧樹脂和相應(yīng)的固化劑分別加入到注射機(jī)的材料罐中，運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行樹脂的注射，待到出料口能看見樹脂時(shí)停止注膠；
[0099]步驟7)樹脂固化；
[0100]待環(huán)氧樹脂充分填充整個(gè)模具型腔后，利用模具的加熱裝置對(duì)型腔內(nèi)的環(huán)氧樹脂進(jìn)行加熱，令其充分固化；
[0101]步驟8)開模脫模；
[0102]將模具四周的緊固處打開，將上、下模具分開，脫模得到混雜纖維復(fù)合材料水箱上橫梁總成。
[0103]優(yōu)選實(shí)施例一
[0104]參見圖3、圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種混雜纖維復(fù)合材料汽車水箱上橫梁總成，至少包括:上橫梁本體1、加強(qiáng)板2、泡沫夾心層3等零部件。
[0105]具體地，將上橫梁本體I結(jié)構(gòu)采用優(yōu)化設(shè)計(jì)，所述上橫梁本體I結(jié)構(gòu)至少包括:梁體1.1、梁翼1.3、梁側(cè)1.5、通孔1.6、梁冠1.8 ;所述上橫梁本體I采用的材料為碳纖維T300/玻璃纖維XE600+5028樹脂復(fù)合材料，厚度約為3.0mm,重量約為0.6kg ;所述碳纖維(CF)是纖維狀的碳素材料，含碳量在90%以上，既有碳材料的固有特征，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，而且具有耐腐蝕、耐熱好、質(zhì)量輕、高強(qiáng)度、高彈性模量、低密度及十分優(yōu)異的力學(xué)性能，依據(jù)纖維等級(jí)和方向性，甚至可以達(dá)到鋼材類似的強(qiáng)度。所述玻璃纖維是以玻璃球或廢舊玻璃為原料經(jīng)高溫熔制、拉絲、絡(luò)紗、織布等工藝制造成的，其單絲的直徑為幾個(gè)微米到二十幾米個(gè)微米，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的1/20-1/5，每束纖維原絲都由數(shù)百根甚至上千根單絲組成。優(yōu)點(diǎn)是絕緣性好、耐熱性強(qiáng)、抗腐蝕性好，機(jī)械強(qiáng)度高，通常用作復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料。
[0106]所述混雜纖維復(fù)合材料在高壓作用下，樹脂浸潤碳纖維/玻璃纖維織物后整體成型上橫梁本體1，具體地，作為優(yōu)選，所述上橫梁本體I的梁體1.1上設(shè)置有平整面梁冠
1.8，無凹槽，梁體1.1頂面中部為平整面結(jié)構(gòu)，無凹槽，而且梁體1.1的兩梁側(cè)1.5加長4-8mm ;梁體1.1上對(duì)稱設(shè)置有兩梁翼1.3，兩梁翼1.3上設(shè)置有若干通孔1.6 ;該上橫梁本體I取消了傳統(tǒng)金屬鈑金件汽車水箱上橫梁本體的U型凹槽、兩翼凹槽、圓弧凹槽，采用平整面結(jié)構(gòu)，并增長了梁體側(cè)邊，因而提高了上橫梁本體I的整體剛度和強(qiáng)度。
[0107]具體地，將加強(qiáng)板2結(jié)構(gòu)采用優(yōu)化設(shè)計(jì)，所述加強(qiáng)板2結(jié)構(gòu)至少包括:板體2.1、板峰2.3、板側(cè)2.6、安裝孔2.7、板翼2.8、凸梁2.10 ;所述加強(qiáng)板2選用材料為碳纖維T300/玻璃纖維XE600+5028樹脂復(fù)合材料，厚度約為2.1mm,重量約為0.27kg，所述碳纖維復(fù)合材料在高壓作用下，樹脂浸潤碳纖維織物后整體成型上橫梁加強(qiáng)板2，具體地，作為優(yōu)選，所述板體2.1橫截面為凹槽型，板體2.1 一側(cè)為階梯面，無凹槽，并設(shè)置有安裝孔2.7，板體2.1正面無凹槽，無通孔，設(shè)置有平整面的板峰2.3，板峰2.3的兩板側(cè)2.6加長4-8mm，板體2.1兩側(cè)設(shè)置有板翼2.8，板翼2.8上設(shè)置有平整面的凸梁2.10 ;該上橫梁加強(qiáng)板2取消了傳統(tǒng)金屬鈑金件汽車水箱上橫梁加強(qiáng)板的中部凹槽、板翼凹槽，采用平整面結(jié)構(gòu)，取消了板體正面的通孔、方孔、凸塊，增長了板峰側(cè)邊，因而提高了水箱上橫梁加強(qiáng)板2的整體剛度和強(qiáng)度。
[0108]具體地，所述泡沫夾心層3選用PVC泡沫c70.55，泡沫夾心層3的板體3.1為長方形平板狀，厚度約為0.5-22mm,四周設(shè)置有翅邊,板體3.1底面為平面,上面中部設(shè)置有至少兩個(gè)凸丘3.2，其間距為175-185mm ;泡沫夾心層3起到增強(qiáng)剛度的作用。
[0109]參見圖5所示，裝配時(shí)，將泡沫夾心層3設(shè)置在上橫梁本體I與加強(qiáng)板2之間，帶有兩個(gè)凸丘3.2的面朝向上橫梁本體I內(nèi)表面，將加強(qiáng)板2的板峰2.3面朝向泡沫夾心層3的底平面，上橫梁本體I和加強(qiáng)板2本體夾緊所述泡沫夾心層3并實(shí)現(xiàn)整體成型。
[0110]優(yōu)選實(shí)施例二
[0111]為實(shí)現(xiàn)上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種混雜纖維復(fù)合材料汽車水箱上橫梁總成的制作方法。具體地，作為優(yōu)選，所述制作方法是在模具上分別采用樹脂傳遞模塑成型(RTM)工藝一體成型或真空輔助樹脂注射(VARI)工藝方法進(jìn)行成型，以RTM成型工藝為例，所述制作方法至少包括以下步驟:1)選材；2)模具清理、涂脫模劑；3)涂膠衣；4)纖維鋪層及嵌件安裝；5)合模夾緊；6)樹脂注入；7)樹脂固化；8)開模脫模等工藝步驟；其中
[0112]步驟I)選材；
[0113]混雜纖維復(fù)合材料由以多層碳纖維材料/玻璃纖維為增強(qiáng)體與以樹脂為基體復(fù)合而成，所述多層碳纖維材料選用日本東麗T300碳纖維織物，所述玻璃纖維材料選用常用玻璃纖維織物XE600，添加所述樹脂選用中低溫的快速固化5028環(huán)氧樹脂體系為原材料，其中混雜纖維織物的含量(重量百分比，下同)為50-60%，環(huán)氧樹脂材料的含量為40-50% ；
[0114]步驟2)模具清理、涂脫模劑；
[0115]用酒精對(duì)模具表面進(jìn)行清理；用半永久性脫模劑807對(duì)模具表面均勻涂抹至少五遍，每次涂抹間隔半小時(shí)以上；
[0116]步驟3)涂膠衣；
[0117]用噴槍將膠衣樹脂均勻的噴涂在模具的表面，并等膠衣固化2_6h;膠衣選用模具膠衣，它的基體樹脂是不飽和聚脂(UP)，樹脂的結(jié)構(gòu)賦予制品具有良好的機(jī)械性能，耐化學(xué)性及柔韌性；
[0118]步驟4)纖維鋪層及嵌件安裝；
[0119]a.上橫梁本體復(fù)合材料鋪層
[0120]在已清潔和涂覆脫模劑的汽車水箱上橫梁模具(陰模)中先進(jìn)行碳纖維織物鋪層平整鋪設(shè)，具體地，可選取六層3K東麗T300碳纖維織物布和四層XE600玻璃纖維織物布，鋪層角度選擇標(biāo)準(zhǔn)鋪層角度0°、45°、-45°和90°，從結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、減少泊松比和熱應(yīng)力及避免樹脂直接受載考慮，鋪層角度0°和90°主要承受軸向和縱向應(yīng)力，采用碳纖維織物；45°和-45°主要承受剪切力，采用玻璃纖維織物。
[0121]鋪設(shè)時(shí)，第一層碳纖維織物對(duì)應(yīng)于上橫梁本體I的外表面，故第一層碳纖維織物鋪層的時(shí)候要注意碳纖維紋路方向的平整，同時(shí)要保證第一層碳纖維織物布緊密貼緊模具的表面，不能有縫隙存在，以免形成樹脂的富集；在第一層0°鋪層上面進(jìn)行90°方向的第二層鋪層，然后自下而上依次是第三層為45°方向的鋪層，第四層為-45°方向鋪層，第五層為0°鋪層，第六層為0°鋪層，第七層為-45°方向鋪層，第八層為45°方向鋪層，第九層為90°方向鋪層，第十層為0°鋪層；一共平整鋪設(shè)六層?xùn)|麗T300碳纖維織物和四層XE600玻璃纖維織物，每一鋪層單層厚度為0.3mm，直到鋪完，總厚度為3.0mm，用已成型的水箱上橫梁本體或鈑金件進(jìn)行預(yù)壓，將混雜纖維織物在模具上壓緊形成水箱上橫梁本體預(yù)成型體；
[0122]b.壓緊泡沫夾心層
[0123]將泡沫夾心層3按照數(shù)模結(jié)構(gòu)切割成型后，放在水箱上橫梁預(yù)成型體的內(nèi)表面，對(duì)好相應(yīng)的位置，將兩者壓緊；
[0124]c.加強(qiáng)板復(fù)合材料鋪層
[0125]在泡沫夾心層3上面進(jìn)行加強(qiáng)板復(fù)合材料的織物鋪層，具體地，可選取三層3K東麗T300碳纖維織物布和四層XE600玻璃纖維織物布，鋪層角度選擇標(biāo)準(zhǔn)鋪層角度0°、45°、-45°和90°，從結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、減少泊松比和熱應(yīng)力及避免樹脂直接受載考慮，鋪層角度0°和90°主要承受軸向和縱向應(yīng)力，采用碳纖維織物；45°和-45°主要承受剪切力，采用玻璃纖維織物。
[0126]鋪設(shè)時(shí)，第一層碳纖維織物對(duì)應(yīng)于加強(qiáng)板2的內(nèi)表面，故第一層碳纖維織物鋪層的時(shí)候要注意碳纖維紋路方向的平整，同時(shí)要保證第一層碳纖維織物布緊密貼緊模具的表面，不能有縫隙存在，以免形成樹脂的富集；在第一層45°鋪層上面進(jìn)行-45°方向的第二層鋪層，然后自下而上依次是第三層為90°方向的鋪層，第四層為0°方向鋪層，第五層為90°鋪層，第六層為-45°鋪層，第七層為45°方向鋪層，最后第七層碳纖維織物對(duì)應(yīng)于零部件的外表面，故這一層碳纖維織物鋪層的時(shí)候要注意碳纖維紋路方向的平整；一共平整鋪設(shè)三層3K東麗T300碳纖維織物布和四層XE600玻璃纖維織物，每一鋪層單層厚度為0.3_，直到鋪完，總厚度為2.1_，最后將混雜纖維織物在模具上壓緊；
[0127]步驟5)合模夾緊；
[0128]沿著模架定位銷的方向，將汽車水箱上橫梁模具(陽模)對(duì)準(zhǔn)壓到汽車水箱上橫梁模具(陰模)上，將四周的緊固處進(jìn)行緊固，確保模具的氣密性；
[0129]步驟6)樹脂注入；
[0130]按照T300/XE600+5028樹脂復(fù)合材料配比，其中混雜纖維織物的含量(重量百分t匕，下同)為50-60%，環(huán)氧樹脂材料的含量為40-50% ;將5028環(huán)氧樹脂和相應(yīng)的固化劑分別加入到樹脂傳遞模塑成型(RTM)注射機(jī)的材料罐中，運(yùn)行RTM設(shè)備進(jìn)行樹脂的注射，待到出料口能看見樹脂時(shí)即可停止注膠；
[0131]步驟7)樹脂固化；
[0132]待環(huán)氧樹脂充分填充整個(gè)模具型腔后，利用模具的加熱裝置對(duì)型腔內(nèi)的環(huán)氧樹脂進(jìn)行加熱，令其充分固化；
[0133]步驟8)開模脫模；將模具四周的緊固處打開，將上、下模具分開，脫模即可得到混雜纖維復(fù)合材料水箱上橫梁總成。
[0134]上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種混雜纖維復(fù)合材料汽車水箱上橫梁總成，其特征在于，包括上橫梁本體，加強(qiáng)板和泡沫夾心層，其中， 所述上橫梁本體由樹脂浸潤碳纖維/玻璃纖維織物高壓下整體成型構(gòu)成； 所述加強(qiáng)板由樹脂浸潤碳纖維/玻璃纖維織物高壓下整體成型構(gòu)成； 所述泡沫夾心層設(shè)置在上橫梁本體和加強(qiáng)板之間。
2.如權(quán)利要求1所述的混雜纖維復(fù)合材料汽車水箱上橫梁總成，其特征在于，上橫梁本體和加強(qiáng)板夾緊所述泡沫夾心層并在高壓作用下實(shí)現(xiàn)整體成型。
3.如權(quán)利要求1或2所述的混雜纖維復(fù)合材料汽車水箱上橫梁總成，其特征在于，所述上橫梁本體包括梁體，梁體上左右對(duì)稱設(shè)置有兩梁翼，兩梁翼上設(shè)置有若干通孔。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的混雜纖維復(fù)合材料汽車水箱上橫梁總成，其特征在于，梁體頂面中部為無凹槽的平整面結(jié)構(gòu)，且梁體上設(shè)置有平整面的梁冠。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的混雜纖維復(fù)合材料汽車水箱上橫梁總成，其特征在于，梁體頂面中部為平整面，梁體的兩梁側(cè)加長設(shè)置，優(yōu)選加長4-8mm。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的混雜纖維復(fù)合材料汽車水箱上橫梁總成，其特征在于，所述上橫梁加強(qiáng)板包括板體，其橫截面為凹槽型，且一側(cè)為階梯面；和/或，所述板體正面設(shè)置有平整面的板峰，所述板峰的兩板側(cè)加長設(shè)置，優(yōu)選加長4-8_，所述板體的板翼上設(shè)置有平整面的所述凸梁。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的混雜纖維復(fù)合材料汽車水箱上橫梁總成，其特征在于，所述泡沫夾心層包括板體，其為長方形平板狀，四周設(shè)置有翹邊，所述板體底面為平面，上面中部設(shè)置有凸丘；和/或，所述泡沫夾心層的凸丘面朝向所述上橫梁本體內(nèi)表面，所述加強(qiáng)板的板峰面朝向所述泡沫夾心層的底平面。
8.如權(quán)利要求1-7所述混雜纖維復(fù)合材料汽車水箱上橫梁總成的制作方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)選材； 2)模具清理、涂脫模劑； 3)涂膠衣； 4)纖維鋪層及嵌件安裝； 5)合模夾緊； 6)樹脂注入； 7)樹脂固化； 8)開模脫模工藝步驟。
9.如權(quán)利要求8所述混雜纖維復(fù)合材料汽車水箱上橫梁總成的制作方法，其特征在于， 步驟I)具體為: 所采用碳纖維/玻璃纖維復(fù)合材料由以多層碳纖維/玻璃纖維材料為增強(qiáng)體與以樹脂為基體復(fù)合而成，其中混雜纖維織物的重量百分比含量為50-60%，環(huán)氧樹脂材料的含量為40-50% ； 和/或， 步驟2)具體為: 用酒精對(duì)模具表面進(jìn)行清理；用半永久性脫模劑對(duì)模具表面均勻涂抹至少五遍，每次涂抹間隔半小時(shí)以上； 和/或， 步驟3)具體為: 用噴槍將膠衣樹脂均勻的噴涂在模具的表面，并等膠衣固化2-6h ； 和/或， 步驟4)具體為: a.上橫梁本體復(fù)合材料鋪層: 在已清潔和涂覆脫模劑的汽車水箱上橫梁模具的陰模中進(jìn)行碳纖維織物鋪層平整鋪設(shè)，第一層碳纖維織物對(duì)應(yīng)于上橫梁本體的外表面，在第一層0°鋪層上面進(jìn)行90°方向的第二層鋪層，然后自下而上依次是第三層為45°方向的鋪層，第四層為-45°方向鋪層，第五層為0°鋪層，第六層為0°鋪層，第七層為-45°方向鋪層，第八層為45°方向鋪層，第九層為90°方向鋪層，第十層為0°鋪層，將混雜纖維織物在模具上壓緊；每一鋪層單層厚度為0.3mm ； b.壓緊泡沫夾心層 將泡沫夾心層按照數(shù)模結(jié)構(gòu)切割成型后，放在水箱上橫梁預(yù)成型體的內(nèi)表面，對(duì)好相應(yīng)的位置，將兩者壓緊； c.加強(qiáng)板復(fù)合材料鋪層 在泡沫夾心層上面進(jìn)行加強(qiáng)板復(fù)合材料的織物鋪層，選取三層碳纖維織物布和四層玻璃纖維織物布鋪層平整鋪設(shè)，選擇標(biāo)準(zhǔn)鋪層角度為0°、45°、-45°和90° ;其中0°和90°采用碳纖維織物，45°和-45°采用玻璃纖維織物； 第一層碳纖維織物對(duì)應(yīng)于加強(qiáng)板的內(nèi)表面，在第一層45°鋪層上面進(jìn)行-45°方向的第二層鋪層，然后自下而上依次是第三層為90°方向的鋪層，第四層為0°方向鋪層，第五層為90°鋪層，第六層為-45°鋪層，第七層為45°方向鋪層，所述第七層混雜纖維織物對(duì)應(yīng)于上橫梁本體的外表面，將混雜纖維織物在模具上壓緊；每一鋪層單層厚度為0.3mm。
10.如權(quán)利要求8或9所述混雜纖維復(fù)合材料汽車水箱上橫梁總成的制作方法，其特征在于， 步驟5)具體為: 沿著模架定位銷的方向，將汽車水箱上橫梁模具的陽模對(duì)準(zhǔn)壓到汽車水箱上橫梁模具的陰模上，將四周的緊固處進(jìn)行緊固，確保模具的氣密性； 步驟6)具體為: 將環(huán)氧樹脂和固化劑分別加入到注射機(jī)的材料罐中，運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行樹脂的注射，待到出料口能看見樹脂時(shí)停止注膠； 步驟7)具體為: 待環(huán)氧樹脂充分填充整個(gè)模具型腔后，利用模具的加熱裝置對(duì)型腔內(nèi)的環(huán)氧樹脂進(jìn)行加熱，令其充分固化； 步驟8)具體為: 將模具四周的緊固處打開，將上、下模具分開，脫模得到混雜纖維復(fù)合材料水箱上橫梁
【文檔編號(hào)】B62D21/09GK104129435SQ201410360651
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】方舟, 張道理 申請人:奇瑞汽車股份有限公司