碳纖維汽車前地板DV測(cè)試對(duì)其變形影響研究

劉賓賓 王文印

摘? 要：為了驗(yàn)證碳纖維汽車前地板DV測(cè)試對(duì)其變形是否有影響，文章以碳纖維預(yù)浸料（ACTECH1201/SYT45）為成型材料，以模壓成型工藝為基礎(chǔ)，選擇外型相對(duì)復(fù)雜、尺寸相對(duì)較大的汽車車身前地板作為研究對(duì)象，實(shí)現(xiàn)一體模壓成型前地板，對(duì)總成的前地板進(jìn)行DV測(cè)試（耐熱老化測(cè)試、耐高低溫循環(huán)測(cè)試），在檢具上對(duì)測(cè)試前、后的前地板總成進(jìn)行全尺寸檢測(cè)，得到：碳纖維前地板總成的全尺寸檢測(cè)基本符合汽車車身的裝車要求;耐熱老化測(cè)試對(duì)前地板總成的面輪廓度基本無(wú)影響，可滿足設(shè)計(jì)要求;耐高低溫循環(huán)測(cè)試對(duì)前地板總成的面輪廓度有一定影響，但整體影響較小，可滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：碳纖維;前地板;汽車車身;面輪廓度

中圖分類號(hào)：TB332 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）30-0057-03

Abstract： In order to verify whether the DV test of the carbon fiber automobile front floor has an impact on its deformation， in this paper， the carbon fiber rapid prepreg （ACTECH1201/SYT45） is used as the molding material. Based on the molding process， the front floor of automobile body with relatively complex appearance and large size is selected as the research object to realize the integrated molding front floor， DV test （heat-resistant aging test， and high and low temperature resistance cycle test） is carried out on the front floor of the assembly， and full-scale inspection is carried on the front floor assembly before and after the test on the inspection tool. The following results are obtained： The full-scale test of the carbon fiber front floor assembly basically meets the loading requirements of the automobile body; the heat-resistant aging test has no effect on the surface profile of the front floor assembly， which can meet the design requirements; the high and low temperature resistance cycle test has a certain impact on the surface profile of the front floor assembly， but the overall impact is small， so it can meet the design requirements.

Keywords： carbon fiber; front floor; automobile body; surface profile

1 概述

汽車輕量化作為有效的節(jié)能和環(huán)保措施，在未來(lái)成為汽車行業(yè)大力發(fā)展的趨勢(shì)，其中碳纖維復(fù)合材料在輕量化上有極大的優(yōu)勢(shì)將作為節(jié)能和新能源汽車領(lǐng)域的重要發(fā)展方向[1]，碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用在汽車車身零部件中，減輕質(zhì)量效果尤為明顯，比鋼鐵材料輕50%，比鋁材輕30%[2]，且有諸多特點(diǎn)：比強(qiáng)度、比模量高、抗疲勞性能好、破損安全性高、減震性好、各向異性、易于成型、耐腐蝕性好等[3]，由于其各向異性的力學(xué)特性，碳纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)形式和鋪層方式都會(huì)對(duì)其性能產(chǎn)生影響，合理的結(jié)構(gòu)形式和鋪層方式能夠在減輕結(jié)構(gòu)重量的情況下提高結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能[4]，同時(shí)可減少裝配零件數(shù)量，使碳纖維零部件實(shí)現(xiàn)一體成型。

汽車車身零部件有很多個(gè)可使用碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行替代，如四門兩蓋、地板、頂棚、A柱、翼子板等[5]，其中地板作為外型相對(duì)復(fù)雜、尺寸相對(duì)較大的零部件，選用碳纖維復(fù)合材料成型，因外型復(fù)雜因素不易準(zhǔn)確判斷出其變形趨勢(shì)，即使完成汽車整車裝配，也要滿足在不同環(huán)境（如高溫、低溫等）下運(yùn)行，不發(fā)生嚴(yán)重變形問(wèn)題。

因此，本文選擇汽車車身零部件中的前地板做為研究對(duì)象，外輪廓尺寸約為1400*1500*200mm，選用碳纖維預(yù)浸料為成型材料、模壓成型工藝方法，對(duì)成型裝配后的前地板、進(jìn)行DV測(cè)試（耐熱老化測(cè)試、耐高低溫循環(huán)測(cè)試）后的前地板分別進(jìn)行尺寸檢測(cè)，驗(yàn)證測(cè)試前、后的尺寸是否符合設(shè)計(jì)裝配要求。

2 試驗(yàn)

2.1 原料與試劑

碳纖維環(huán)氧樹脂體系預(yù)浸料：ACTECH1201/SYT45，纖維面密度150±5g/m2，樹脂含量40±3%，中航航空高科技股份有限公司;脫模劑：ChemleaseMPP 2180，哈爾濱澳士德商貿(mào)有限公司;脫模布、有孔隔離膜、導(dǎo)氣氈、真空袋等輔助材料：保定市瑞彼得復(fù)合材料銷售有限公司;真空嘴：自制。

2.2 設(shè)備與儀器

碳纖維前地板模具：5120111-BN90-MJ，黃驊市澤方模具有限公司;U4.165F/K型真空泵：德國(guó)進(jìn)口BECKER;8.0兆牛液壓成型機(jī)：型號(hào)FDY-800，中國(guó)上海頤中橡膠機(jī)械有限公司;塞尺：0.05-1.00mm，W2869A;切邊/打孔工裝，總成粘接工裝：沈陽(yáng)興興動(dòng)力設(shè)備開發(fā)有限公司;總成檢具：5120000-BN90CP-JJ0701-WW，天津飛悅航空工業(yè)股份有限公司;環(huán)境箱：MENV082，上海天祥質(zhì)量技術(shù)服務(wù)有限公司金橋分公司;色差儀：MELC014，上海天祥質(zhì)量技術(shù)服務(wù)有限公司金橋分公司。

2.3 試驗(yàn)

碳纖維汽車前地板成型制造過(guò)程如下：

（1）使用脫模劑對(duì)碳纖維前地板模具的上、下模進(jìn)行保養(yǎng)。

（2）在碳纖維前地板模具的下模上按照鋪層設(shè)計(jì)角度逐層鋪貼預(yù)浸料，環(huán)境溫度要求18-27℃，濕度要求不高于80%，鋪貼過(guò)程中間隔4-6層進(jìn)行真空壓實(shí)處理。

（3）使用壓機(jī)將前地板模具的上、下模合到一起。

（4）設(shè)置壓機(jī)壓力，作用至產(chǎn)品上為1.0-2.0Mpa，模具升溫125±5℃，保溫20-30min。

（5）前地板模具降至60℃以下，將毛坯件進(jìn)行脫模。

（6）在三軸機(jī)床上機(jī)加前地板毛坯件的4個(gè)定位孔。

（7）利用前地板定位孔將其固定在切邊/打孔工裝上，對(duì)毛坯件進(jìn)行切邊和打孔操作。

（8）利用前地板定位孔將其固定在總成粘接工裝上，粘接金屬件、標(biāo)件等，總成件見圖1。

（9）利用前地板定位孔將其固定在總成檢具上，對(duì)前地板總成進(jìn)行尺寸檢測(cè)。

2.4 分析與測(cè)試

前地板總成面輪廓度檢測(cè)：前地板總成置于檢具上，按圖2所示檢測(cè)位置，使用通止規(guī)檢測(cè)面輪廓度，公差±0.7mm，通止規(guī)檢測(cè)合格即為“Y”，不合格的使用塞尺測(cè)量超差數(shù)據(jù)。

前地板總成耐熱老化測(cè)試：高溫80±2℃放置168h，試驗(yàn)后將零件在室溫下放置1-2h，然后對(duì)零件外觀、尺寸等進(jìn)行評(píng)價(jià)。要求：色差≤3級(jí)，不得出現(xiàn)催化、裂紋、表面收縮、翹曲變形及其他影響使用功能的缺陷，試驗(yàn)后零件尺寸應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

前地板總成耐高低溫循環(huán)測(cè)試：高溫80±2℃，低溫-40±2℃。高溫5h+室溫0.5h+低溫5h+室溫0.5h為一個(gè)循環(huán)周期，持續(xù)進(jìn)行兩個(gè)周期。要求：試驗(yàn)后不得出現(xiàn)翹曲變形、裂紋、分層及其他影響使用功能的缺陷，色差≤3級(jí)，灰度等級(jí)≥4級(jí)，試驗(yàn)后零件尺寸應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)果與討論

碳纖維前地板總成的全尺寸檢測(cè)包括產(chǎn)品厚度、開孔孔徑、孔位置度、面輪廓度、線輪廓度，據(jù)統(tǒng)計(jì)，尺寸檢測(cè)合格率高達(dá)95%以上（檢測(cè)點(diǎn)約150個(gè)），基本符合汽車車身的裝車要求。但是，為了保障汽車車身可滿足不同環(huán)境下的正常運(yùn)行，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬對(duì)前地板總成分別做了耐熱老化測(cè)試和耐高低溫循環(huán)測(cè)試，并對(duì)前地板總成測(cè)試前、后的相關(guān)尺寸進(jìn)行了檢測(cè)，驗(yàn)證前地板總成是否會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重變形問(wèn)題。若前地板出現(xiàn)變形問(wèn)題，對(duì)其產(chǎn)品厚度、開孔孔徑、孔位置度無(wú)明顯影響，對(duì)面輪廓度影響較大，進(jìn)而引發(fā)相應(yīng)位置的線輪廓度超差，故僅對(duì)耐熱老化測(cè)試和耐高低溫循環(huán)測(cè)試前、后前地板總成的面輪廓度進(jìn)行對(duì)比，選取了關(guān)重點(diǎn)區(qū)域作為檢測(cè)位置（如圖2所示），檢測(cè)尺寸數(shù)據(jù)見表1。

表1 耐熱老化和耐高低溫循環(huán)測(cè)試前、后前地板總成的面輪廓度檢測(cè)記錄表

3.1 前地板總成耐熱老化測(cè)試前、后面輪廓度檢測(cè)分析

由上海天祥質(zhì)量技術(shù)服務(wù)有限公司對(duì)前地板總成（編號(hào)001）進(jìn)行了耐熱老化測(cè)試，測(cè)試結(jié)果：無(wú)催化、裂紋、表面收縮、翹曲變形及其他影響使用功能的缺陷，色差≤3，評(píng)判為合格。

關(guān)于前地板總成的面輪廓度，從表1中的數(shù)據(jù)可知，檢測(cè)點(diǎn)共計(jì)35個(gè)，耐熱老化測(cè)試前、后的不合格檢測(cè)點(diǎn)由3個(gè)增加為4個(gè)，不合格檢測(cè)點(diǎn)主要出現(xiàn)在前地板總成的四個(gè)拐角區(qū)域，表明前地板本體存在一定變形，但熱老化測(cè)試前后的面輪廓度超差相差不大，可見，耐熱老化測(cè)試對(duì)前地板總成的面輪廓度基本無(wú)影響，可滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 前地板總成耐高低溫循環(huán)測(cè)試前、后面輪廓度檢測(cè)分析

由上海天祥質(zhì)量技術(shù)服務(wù)有限公司對(duì)前地板總成（編號(hào)002）進(jìn)行了耐高低溫循環(huán)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果：無(wú)翹曲變形、裂紋、分層及其他影響使用功能的缺陷，色差≤3級(jí)，灰度等級(jí)4/5，評(píng)判為合格。

從表1中的數(shù)據(jù)可知，檢測(cè)點(diǎn)共計(jì)35個(gè)，耐高低溫循環(huán)測(cè)試前、后的不合格檢測(cè)點(diǎn)由4個(gè)增加為5個(gè)，不合格檢測(cè)點(diǎn)主要出現(xiàn)在前地板總成的四個(gè)拐角區(qū)域和左右兩側(cè)（與側(cè)圍安裝區(qū)），表明前地板本體存在一定變形，除了前地板總成左下拐角區(qū)（檢測(cè)點(diǎn)27、28）變形較大，其它檢測(cè)點(diǎn)面輪廓度超差相差不大，可見，耐高低溫循環(huán)測(cè)試對(duì)前地板總成的面輪廓度有一定影響，但整體影響較小，可滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

本文以碳纖維環(huán)氧樹脂體系預(yù)浸料（ACTECH1201/SYT45）為成型材料，以模壓成型工藝為基礎(chǔ)，選擇外型相對(duì)復(fù)雜、尺寸相對(duì)較大的汽車車身前地板作為研究對(duì)象，實(shí)現(xiàn)一體模壓成型前地板，對(duì)總成的前地板進(jìn)行DV測(cè)試（耐熱老化測(cè)試、耐高低溫循環(huán)測(cè)試），在檢具上對(duì)測(cè)試前、后的前地板總成進(jìn)行全尺寸檢測(cè)，得到如下結(jié)論：

（1）碳纖維前地板總成的全尺寸檢測(cè)基本符合汽車車身的裝車要求。

（2）耐熱老化測(cè)試對(duì)前地板總成的面輪廓度基本無(wú)影響，可滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）耐高低溫循環(huán)測(cè)試對(duì)前地板總成的面輪廓度有一定影響，但整體影響較小，可滿足設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

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