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发表于 2021-10-11 14:19:31 | 显示全部楼层 |阅读模式
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碳纤维增强复合材料在汽车副车架中的应用
王国明1 王越柳2 卢丽琴2(1.万向钱潮传动轴有限公司;2.浙江万向系统有限公司,浙江 杭州 311200)
摘 要:所谓的碳纤维增强复合材料主要是指集成碳纤维布、聚对苯二甲酸乙二酯泡沫以及阻燃环氧树脂等材料优势于一体的材料类型。在正式应用过程中,作业人员主要利用真空辅助成型工艺方式制备大量碳纤维泡沫夹芯复合材料,并利用真空导入方式制作汽车副车架结构,确保汽车副车架质量得以减轻、工艺性能得以加强。鉴于碳纤维增强复合材料的重要性,本文主要结合碳纤维增强复合材料的应用优势,对其在汽车副车架中的应用流程问题进行总结归纳,以供参考。
关键词:碳纤维;副车架;泡沫夹心复合材料;应用

前言:近些年来,汽车工艺生产形式无论是在技术储备力量方面,还是在人员操作水准方面均得到了明显加强。结合当前应用情况来看,传统制备工艺方式以及材料形式已经难以适用于当前汽车生产工艺背景当中,尤其对于制备材料而言[1]。为全方位提高汽车性能优势以及驾驶安全性,行业内部在材料类型的选择方面,主张优先利用性能表现良好且经济效益良好的材料进行选择应用。其中,对于碳纤维材料而言,因其理化性质表现良好,促使其成为汽车行业生产工艺常用的材料。目前,为进一步提高碳纤维材料的应用性能,行业内部工作人员主张利用碳纤维增强复合材料生产方式,提高汽车副车架的应用性能的同时,促进我国汽车生产工艺的发展。

1 碳纤维及其增强复合材料的应用优势分析1.1 碳纤维材料

碳纤维材料在理化性质方面表现良好。在密度方面,不到钢材料的1/4。在拉伸强度方面却是钢材料的7~9 倍。鉴于碳纤维材料良好的拉伸强度,促使其被广泛应用于航空航天等领域生产工作当中。在化学性质方面,碳纤维材料耐腐蚀程度较高,且耐高低温。同时在导电性方面表现良好,可介于金属与非金属之间。除此之外,碳纤维在抗辐射以及抗放射等方面表现突出,具有重要的应用价值。

1.2 碳纤维增强复合材料

碳纤维增强复合材料主要是指利用成型加工方法对纤维与树脂进行针对性加工,使其形成复合材料形式。碳纤维增强复合材料在组成成分上主要由碳纤维、玻璃纤维以及芳纶等物质构成。结合实际使用情况来看,部分金属材料在疲劳极限方面主要表现为其拉伸强度的40%~50%。而对于碳纤维增强树脂基复合材料而言,在金属材料疲劳极限方面可以达到其拉伸强度的70%~80%左右[2]。

除此之外,碳纤维增强复合材料在减震性以及破损安全性方面表现良好,可以广泛应用于航空航天以及交通运输等领域生产工作当中。举例而言,在汽车领域应用方面,宝马公司主张利用碳纤维材料实现对汽车车身的制造优化。并利用碳纤维增强环氧树脂基复合材料的强度优势,提高汽车副车架的应用性能。

1.3 纤维增强泡沫夹层复合材料

所谓的纤维增强泡沫夹层复合材料主要是指在组成形式上,主要由上下面板与中间夹层三层材料形成的复合材料类型。在应用效果方面,由于其上下面层属于高强度以及高模量纤维材料类型,中间层表现为强度较低的轻质夹心层,促使在力学性能方面主要表现为面板承担主要的拉应力与压应力,而芯材主要表现为承担剪切应力。结合芯材力学作用机理来看,面层在承担较高拉应力的同时,基本上不会发生任何屈曲现象[3]。

并且可以将剪切力从面层传递到内层当中。从客观角度上来看,夹层复合材料在一定程度上可以理解为复合材料与其他轻质材料的结合应用。利用夹层结构不仅可以提高材料的利用效率,同时还可以大幅度减轻结构质量。以梁板构件为例,应用过程中纤维增强复合材料可以利用自身强度高以及模量低的应用优势,提高梁板构件整体强度。

2 碳纤维增强复合材料的制备流程

本文在碳纤维增强复合材料在汽车副车架生产中的应用研究中,主要对碳纤维布及聚对苯二甲酸乙二酯泡沫材料在汽车副车架生产中的应用实践问题进行研究与分析。在正式分析之前,我们需要对碳纤维增强复合材料的制备流程进行明确掌握。结合以往的实践经验来看,在泡沫夹层复合材料的获取方面,主要利用真空灌注工艺进行获取。所制得的泡沫夹层复合材料在模具辅助作用下,进一步制作汽车副车架。其中,在结构方面主要为主梁两根、横梁五根以及边梁两根。

在具体连接过程中,操作人需要将汽车副车架与主车架进行有效连接。在复合材料制备工艺方面,现场操作人员应该事先对模具进行清理处理,并打脱模剂。同时,将碳纤维布按照一定角度铺设在苯二甲酸乙二酯泡沫材料泡沫上。结合现场应用实践来看,铺层总共铺设六次,合计为24 层。处理完上述流程之后,现场作业人员应该对密封体系进行抽真空处理。当真空度达到一定程度时,现场操作人员需要往内部注入环氧树脂。之后再进行保压固化处理,最终脱模制得副车架。

3 基于碳纤维增强复合材料的汽车副车架制作工艺分析3.1 边梁制作

现场处理过程中,操作人员应该利用两个L 型模具进行拼合处理,组成U 型模具制作边梁。但是需要注意的是,L 型模具在制作过程中容易受到自身缺陷因素的影响,导致边梁两边距离不等距。与此同时,在边梁制作过程中容易出现漏气问题。为及时解决上述不良因素的干扰影响,这一操作人员可以通过加大粘结剂用量方式,提高模具紧密结合效果[4]。

3.2 横梁制作

横梁制作期间容易受到抽真空环境的影响而引发局部地方凹陷或者凸起的问题。而一旦出现这类隐患问题,很容易对汽车副车架应用性能造成不利影响。为及时解决这一问题,建议操作人员可以将泡沫在此裙边位置保持直角形状,以确保裙边纤维与梁体纤维之间可以保持紧密结合状态。除此之外,在铺设方法方面与边梁相似。区别在于,横梁制作过程所使用的裙边主要以PVC 泡沫作为支撑。

3.3 主梁制作

主梁基本上可以视为汽车副车架的重要承力部件,其制造水平往往会对汽车副车架整体的应用性能产生至关重要的影响。为及时解决这一问题,我们需要利用模具进行支撑处理,以确保其线度合理。在进行副车架主梁与主车架连接处理时,现场操作人员需要利用螺栓方式将副车架主梁固定在主车架位置上。

为确保复合材料直接应用于副车架制作工艺当中,建议操作人员可以利用金属预埋件处理方式进行针对性处理。举例而言,现场操作人员可以在内部结构泡沫位置处预留较大的空间,以便金属预埋件进入到内部结构泡沫位置当中。在铺层处理过程中,可直接利用碳纤维对其进行包裹处理。在制作方案确立方面与横梁铺设方案相似。

3.4 车架连接设计

在中间横梁与边梁连接设计的处理上,操作人员可利用螺栓连接方式对中间梁与边梁两端位置进行针对性处理。在中间横梁与两根主梁的连接处理方面,操作人员可以将两根梁接触部分延伸至裙边位置,利用螺栓连接方法进行处理。在副车架与主车架连接处理方面,操作人员可利用金属胶粘以及螺栓方式将各连接件固定在主梁位置上。

4 结论

总而言之,科学利用碳纤维增强复合材料,不仅可以全方位提高汽车副车架的应用性能,同时还可以减少整车制造的成本费用,具有良好的应用价值。鉴于碳纤维增强复合材料的应用重要性,建议汽车行业内部应该对碳纤维增强复合材料的应用问题与高度重视,以确保碳纤维增强复合材料可以在多个汽车轻量化项目中良好应用。

参考文献:

[1]徐婷婷.长纤维复合材料乘用车后排座椅骨架改进设计[D].吉林大学,2017.

[2]孙延.碳纤维增强复合材料在新能源汽车上的应用形式及进展[J].粘接,2019,40(09):71-73.

[3]刘晓波,杨颖.碳纤维增强复合材料在轨道车辆中的应用[J].电力机车与城轨车辆,2015,38(04):72-76.



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