带孔碳纤维复合材料汽车零部件及其成型模具和成型方法

摘要

本发明公开了一种带孔碳纤维复合材料汽车零部件及其成型模具和成型方法，所述成型模具包括上模、下模、下模活动块和侧孔嵌件；上模和下模之间构成汽车零部件的成型区间；下模活动块拆卸式安装在下模朝向成型区间的一侧；下模活动块朝向成型区间的一侧带有侧孔；侧孔嵌件安装在侧孔内；所述成型方法包括：安装下模活动块；铺设碳纤维层和金属层；安装侧孔嵌件；合模固化和开模取件。本发明通过成型模具和模内共固化一次成型的成型方法的设计，实现了带孔碳纤维复合材料汽车零部件的成型及其上侧孔的形成一次性完成，提高了生产效率；所制备的带孔碳纤维复合材料汽车零部件的整体结构强度高，产品尺寸和孔的位置及尺寸稳定性高，成品率高。

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维复合材料技术领域，特别是涉及一种带孔碳纤维复合材料汽车零部件及其成型模具和成型方法。

背景技术

近几年随着全球气候逐渐变暖，各国政府对于汽车尾气排放都发布了严格的减排计划，新能源电动车因此迎来了发展的热潮。而新能源电动车为了达到和燃油车一样的续航里程，就必须加大电池容量和/或者降低车身重量。碳纤维复合材料的刚强度高，密度只有钢的1/5，成为首选替代材料。

传统的汽车发动机上所用的支撑架/板是由纯钢制作的，太重，不符合节能减排的使用要求。因此以碳纤维作为增强、减重的复合材料，与钢板共同制作的碳纤维复合材料得到了发展应用。

现有碳纤维与金属件（如钢）复合零部件的结构大都为碳纤维包裹在金属件外侧或碳纤维与金属件叠层设置。这两种结构形式的缺点是：碳纤维层裸露，由于碳纤维层的耐磨性和硬度低于金属件，因此在与其他部件配合时，容易导致零部件的表面耐磨和挤压，降低使用寿命。另外，对于带侧孔的碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法，现有技术采用碳纤维预浸料与金属件在模内共成型后，再打孔的方法，或者将碳纤维预浸料和金属件分别制备成带孔的结构，再将两者粘合的方法。前者的缺点是多增加工序，增大时间成本；后者的缺点是使用粘合剂，不环保，零部件的整体结构性能差，且增加了粘合剂的成本。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种带孔碳纤维复合材料汽车零部件及其成型模具和成型方法，使零件的成型和侧孔的形成同步完成，不增加额外的工艺和物料，克服现有技术存在的上述问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种带孔碳纤维复合材料汽车零部件的成型模具，包括：上模、下模、下模活动块和侧孔嵌件；其中，所述上模和下模之间构成汽车零部件的成型区间；所述下模活动块拆卸式安装在所述下模朝向所述成型区间的一侧；所述下模活动块朝向所述成型区间的一侧带有侧孔；所述侧孔嵌件安装在所述侧孔内。

在本发明一个较佳实施例中，所述侧孔嵌件的底部带有通孔。

在本发明一个较佳实施例中，所述成型模具还包括紧固件，所述紧固件贯穿所述侧孔嵌件的通孔，与所述下模活动块连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述紧固件为紧固螺钉。

在本发明一个较佳实施例中，所述成型模具还包括加热油路，所述加热油路沿所述成型区间均匀分布在所述上模和下模内。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种带孔碳纤维复合材料汽车零部件的成型方法，包括如下步骤：

（1）安装下模活动块：将所述下模活动块以侧孔朝向所述成型区间的方向安装在所述下模上；

（2）铺设碳纤维层和金属层：将浸胶的碳纤维铺设在所述下模和下模活动块上，使所述下模活动块上的侧孔露出，将所述金属件套在所述碳纤维层上，并使所述金属件上的孔与所述侧孔共圆心；

（3）安装侧孔嵌件：将所述侧孔嵌件安装在所述下模活动块的侧孔内，并用所述紧固螺丝将其与所述下模活动块固定；

（4）合模固化：将所述上模与下模合模，然后加热固化成型；

（5）开模后，将所述下模活动块、侧孔嵌件及成型后的汽车零部件取出，拆出所述下模活动块和侧孔嵌件，得到带孔的碳纤维复合材料汽车零部件。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（3）中，在所述侧孔嵌件与侧孔之间的间隙内填充有密封件。

在本发明一个较佳实施例中，所述密封件为硅胶。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种带孔碳纤维复合材料汽车零部件，采用上述成型方法共固化得到。

在本发明一个较佳实施例中，包括碳纤维层和金属层，所述金属层位于在所述碳纤维层的外侧，所述金属层和碳纤维层上带有共圆心的侧孔。

本发明的有益效果是：本发明一种带孔碳纤维复合材料汽车零部件及其成型模具和成型方法，通过成型模具和模内共固化一次成型的成型方法的设计，实现了带孔碳纤维复合材料汽车零部件的成型及其上侧孔的形成一次性完成，提高了生产效率；所制备的带孔碳纤维复合材料汽车零部件的整体结构强度高，产品尺寸和孔的位置及尺寸稳定性高，成品率高。

附图说明

图1是本发明一种碳纤维复合材料汽车零部件一较佳实施例的部分结构示意图；

图2是本发明一种碳纤维复合材料汽车零部件的成型模具的内部结构示意图；

附图中各部件的标记如下：1.碳纤维层，2.金属层，3.侧孔，4.上模，5.下模，6.下模活动块，7.侧孔嵌件，8.紧固件，9.加热油路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1和图2，本发明实施例包括：

本发明公开了一种碳纤维复合材料汽车零部件，如汽车发动机上所用的支撑架，所述支撑架上带有侧孔，包括碳纤维层1和金属层2，所述金属层2位于所述碳纤维层1的外侧，所述金属层2和碳纤维层1上带有共圆心的侧孔3。通过碳纤维层的使用，在满足支撑架强度的前提下，能够有效降低其重量，从而减轻整车重量；通过将金属层设置在碳纤维层的外侧，金属层对碳纤维层起到保护的作用，能够提高整个支撑架的使用寿命。

上述带孔的碳纤维复合材料汽车零部件采用如下的成型模具制备而成。具体地，所述成型模具包括：上模4、下模5、下模活动块6、侧孔嵌件7和紧固件8；其中，所述上模4和下模5之间构成汽车零部件的成型区间。

所述下模活动块6拆卸式安装在所述下模5朝向所述成型区间的一侧，所述下模活动块6朝向所述成型区间的一侧带有侧孔；所述侧孔嵌件7安装在所述侧孔内，并通过所述紧固件8将所述侧孔嵌件7与所述下模活动块6固定连接。具体地，所述侧孔嵌件7呈U型结构，其形状与下模活动块6上的侧孔相同，其底部带有通孔，所述紧固件8为紧固螺钉，所述紧固螺钉贯穿所述侧孔嵌件7的通孔，与所述下模活动块6连接。通过可拆卸的下模活动块6以及与其配合的侧孔嵌件7和紧固件8的设计，有利于汽车零部件的出模，在出模时下模活动块6、侧孔嵌件7和紧固件8连通成型后的汽车零部件一起出模，有利于保证汽车零部件上的孔的结构完整。

所述成型模具还包括加热油路9，所述加热油路9沿所述成型区间均匀分布在所述上模4和下模5内，用于对模具进行加热，实现碳纤维复合材料汽车零部件的加热固化成型。

利用上述成型模具制备带孔碳纤维复合材料汽车零部件的方法，即采用模内共固化一次成型法，包括如下步骤：

（1）安装下模活动块：将所述下模活动块6以其上侧孔朝向所述成型区间的方向安装在所述下模5上；

（2）铺设碳纤维层和金属层：根据支撑架的尺寸将浸胶的碳纤维层1铺设在所述下模5和下模活动块6上，使所述下模活动块6上的侧孔露出，然后将金属层2套在所述碳纤维层1上，并使所述金属层2上的孔与所述下模活动块6上的侧孔共圆心；

（3）安装侧孔嵌件：将所述侧孔嵌件7安装在所述下模活动块6的侧孔内，并用所述紧固件8（即紧固螺丝）将其与所述下模活动块6固定，并在所述侧孔嵌件7与侧孔之间的间隙内填充有硅胶，以防止碳纤维层中侧的胶被加热后流出；

（4）合模固化：将所述上模4与下模5合模，设置温度为150℃，压力为0.8兆帕，在此条件下加热固化60-120分钟，至碳纤维层与金属层完全固化为一体，然后停止加热，冷却后泄压、开模，将所述下模活动块6、侧孔嵌件7及成型后的汽车零部件一同取出，依次拆出紧固螺钉8、侧孔嵌件7和下模活动块6，得到带孔的碳纤维复合材料汽车发动机用支撑架，且成品支撑架上碳纤维层和金属层上的孔尺寸相同且共圆心。

（5）清理模具，往模具内腔打脱模剂，然后进行下一批成型操作，即重复步骤（1）～（4）。

本发明一种带孔碳纤维复合材料汽车零部件及其成型模具和成型方法，具有如下优点：

1、通过带孔碳纤维复合材料汽车零部件成型模具的设计，提高了金属层定位的准确性，提高了金属件和碳纤维层上的孔的对应性，从而提高了成型件的质量；

2、通过成型模具上下模活动块、侧孔嵌件和紧固件的设计，使出模更加方便；

3、通过带孔碳纤维复合材料汽车零部件成型方法的设计，实现了碳纤维层和金属层的成型以及侧孔的成型在模内共固化一次完成，提高了生产效果，固化过程操作简单，固化过程中不溢胶，使成型件的缺陷少，成品率高；

4、模内共固化一次成型的成型方法，提高了成型件的整体结构强度，性能更加稳固。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。