车用碳纤维复合材料帽型梁制备方法及模具的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种车用零件的制备方法，更具体地说，本发明涉及车用碳纤维复合材料帽型梁制备方法。
【背景技术】
[0002]碳纤维复合材料作为一种新型复合材料凭借其优秀的力学性能在很多行业得到了越来越广泛的应用。近年来，随着汽车轻量化技术的发展，复合材料的使用在汽车制造过程中得到广泛应用。其中碳纤复合材料相对于传统金属材料和其它复合材料具有高的比强度、比刚度、比吸能，在汽车行业中正在得到广泛的应用。
[0003]帽型梁是车身主要承载梁中普遍采用的设计形式，其有稳定性和防撞性好，帽形梁接触面积大，在断裂处不会形成尖角，能更好的保护驾驶员安全。采用碳纤维复合材料代替传统金属材料制作车身结构中所需的帽型梁可以在不降低其力学性能的前提下，实现车身的轻量化。在实际应用过程中，在要求零件高强度的同时，往往还要求其整体或局部具有足够的塑性或韧性，以满足碰撞、连接等方面的要求。在碳纤维复合材料成型过程中其局部强度难以控制，但是实际工程设计要求往往需要实现梁的变强度控制。通过纤维布的铺层数量改变厚度虽然可以改变碳纤维复合材料的力学性能，但是变截面处会产生应力集中现象，导致该局部的强度极差，在碳纤维复合材料的制备过程中改变板厚会大幅度的提高成本然后提高性能而且在实际操作中很难实现。通过改变固化问题其不易达到局部固化的效果O
[0004]参阅图1，碳纤维复合材料模压工艺流程如图中所示。而现有的工艺流程制备车用帽型梁存在的几个问题为:
[0005](I)在制备车用帽型梁传统方法侧面不易受压，导致侧面的力学性能较差。
[0006](2)在制备车用帽型梁传统方法容易发生受力不均匀，导致发生试件圆弧过渡的位置力学性能较大。
[0007](3)车用碳纤维复合材料帽型梁的强度控制通过控制板厚可以实现，但是增加板厚不仅大幅度的提高了板件的制造成本而且在变截面位置出现应力集中。
[0008](4)车用碳纤维复合材料帽型梁的小区域变强度通过模压成型技术目前难以实现。
[0009]因此，需要在现有碳纤维复合材料模压成型工艺流程中，需要设计新的模具，增加新的工艺方法，保证通过模压成型可以制备高性能的车用碳纤维复合材料帽型梁，同时通过增设新的工艺方法来控制碳纤维复合材料帽型梁的强度，可以制备车用碳纤维复合材帽型梁。
【发明内容】
[0010]本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在碳纤维复合材料帽型梁模压成型过程中难以对不同部位的强度进行有效调节、无法获得合理强度分布的问题，提供了车用碳纤维复合材料帽型梁制备方法及模具。
[0011]为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的:所述的车用碳纤维复合材料帽型梁制备方法包括车用碳纤维复合材料等强度帽型梁制备方法，车用碳纤维复合材料等强度帽型梁制备方法又包括车用碳纤维复合材料等强度单帽型梁的制备方法，其步骤如下:
[0012]I)将裁剪好的碳纤维复合材料预浸布按设计好的层数铺放在下凹模的下凹槽中，使碳纤维复合材料预浸布下表面与下凹模的下凹槽的内表面和上表面紧密贴合；
[0013]2)将干瘪的聚四氟乙烯材质的充气袋放入下凹模的下凹槽中并与已放置的的碳纤维复合材料预浸布贴合，充气袋左端的进气加压管与自带控制聚四氟乙烯材质的充气袋内腔压力的压力表的充气栗连接；
[0014]3)将上凹模与下凹模合模并开栗通气加压，观察聚四氟乙烯材质的充气袋内腔的压力值，使聚四氟乙烯材质的充气袋3内腔的压力值保持在5MPa，上凹模和下凹模同时升温凝胶，同时使其升温固化，在固化过程中始终保持型腔内压力值恒定；
[0015]4)酚醛环氧乙烯基树脂凝胶结束后，上凹模与下凹模同时加压，同时保持充气栗持续向聚四氟乙烯材质的充气袋内腔充气，保持压力在0.5MPa?IMPa区间内变化，同时升温固化，在固化过程中始终保持型腔内压力值恒定；
[0016]5)控制升温速率在25°C — 30°C /h，继续升温至145°C _150°C，使多余树脂失效；
[0017]6)撤掉充气栗，降温后拿掉上凹模，取出聚四氟乙烯材质的充气袋，取出试件，修剪毛边。
[0018]—种车用碳纤维复合材料帽型梁制备方法包括车用碳纤维复合材料等强度帽型梁制备方法，车用碳纤维复合材料等强度帽型梁制备方法又包括车用碳纤维复合材料等强度双帽型梁的制备方法，其步骤如下:
[0019]I)将裁剪好的碳纤维复合材料预浸布按设计好的层数铺放在下凹模的下凹槽中，使碳纤维复合材料预浸布下表面与下凹模的下凹槽的内表面和上表面紧密贴合；
[0020]2)将干瘪的聚四氟乙烯材质的充气袋放入下凹模的下凹槽中并与已放置的碳纤维复合材料预浸布贴合，将充气袋左端的进气加压管与自带控制聚四氟乙烯材质的充气袋内腔压力的压力表的充气栗连接，开栗进气将聚四氟乙烯材质的充气袋充满；将另一块碳纤维复合材料预浸布铺放在聚四氟乙烯材质的充气袋的上表面与下凹模的上表面已放置的碳纤维复合材料预浸布上并紧密贴合；
[0021]3)将上凹模合装在下凹模上，观察充气栗压力值，使聚四氟乙烯材质的充气袋内腔的压力值保持在5MPa，上凹模与下凹模同时升温凝胶；
[0022]4)酚醛环氧乙烯基树脂凝胶结束后，上凹模与下凹模同时加压，同时保持充气栗持续向聚四氟乙烯材质的充气袋内腔充气，保持压力值在0.5MPa?IMPa区间内变化，同时使其升温固化，在固化过程中始终保持充气袋内腔压力值恒定；
[0023]5)控制升温速率在25°C — 30°C /h，继续升温至145°C _150°C，使多余树脂失效；
[0024]6)撤掉充气栗，降温后拿下上凹模，取出聚四氟乙烯材质的充气袋，取出试件，修剪毛边。
[0025]—种车用碳纤维复合材料帽型梁制备方法包括车用碳纤维复合材料变强度帽型梁制备方法，其步骤如下:
[0026]I)将裁剪好的碳纤维复合材料预浸布按设计好的层数铺放在下凹模的下凹槽中，使碳纤维复合材料预浸布下表面与下凹模的下凹槽的内表面和下凹模的上表面紧密贴合；将制备的底端变强度帽型梁由右到左分为η个强度区间，η为大于等于2小于等于10的自然数，在每个强度区间的碳纤维复合材料预浸布的层与层之间加入不同的添加材料；
[0027]2)将干瘪的聚四氟乙烯材质的充气袋放在下凹模的下凹槽中并与已放置的碳纤维复合材料预浸布贴合，将聚四氟乙烯材质的充气袋充气完全，将另一块碳纤维复合材料预浸布铺放在聚四氟乙烯材质的充气袋的上表面与下凹模的上表面已放置的碳纤维复合材料预浸布上并紧密贴合，将制备的上端变强度帽型梁由右到左分为η个强度区间，η为大于等于2小于等于10的自然数，在每个强度区间的碳纤维复合材料预浸布的层与层之间加入不同的添加材料；
[0028]3)将上凹模合装在下凹模上，观察充气栗压力值，使聚四氟乙烯材质的充气袋内腔的压力值保持在5MPa，上凹模与下凹模同时升温凝胶；
[0029]4)酚醛改性环氧树脂凝胶结束后，上凹模与下凹模同时加压，同时保持充气栗持续向聚四氟乙烯材质的充气袋内腔充气，保持压力在0.5MPa?IMPa区间内变化，同时升温固化，在固化过程中始终保持型腔内压力值恒定；
[0030]5)控制升温速率在25°C — 30°C /h,继续升温至145°C _150°C，使多余树脂失效；
[0031]6)撤掉充气栗，降温后取下上凹模，待聚四氟乙烯材质的充气袋干瘪后将其取出，取出试件，除去试件成型时在边缘部位的毛刺飞边。
[0032]技术方案中所述的上凹模与下凹模同时升温凝胶是指:控制升温速率在25°C?300C /h，将温度升至100°C?110°C，酚醛改性环氧树脂凝胶时间为15min?20min ；
[0033]所述的同时升温固化是指:控制升温速率在25°C?30°C /h，继续升温至120°C?130°C，使酚醛改性环氧树脂固化2h。
[0034]技术方案中所述的在每个强度区间的碳纤维复合材料预浸布的层与层之间加入不同的添加材料是指:
[0035]I)为了增强碳纤维复合材料的强度，当碳纤维复合材料预浸布铺设过程中在两层之间加入0.2mg?0.5mg的二氧化娃纳米粒子；
[0036]2)为了降低碳纤维复合材料的强度，当碳纤维复合材料预浸布铺设过程中在两层之间添加0.2mg?0.5mg的棉毡或者在碳纤维复合材料预浸布层与层之间添加一层聚四氟乙烯膜，前者能小范围的降低碳纤维复合材料的强度，后者能大幅度的降低碳纤维复合材料的强度；
[0037]3)根据控制强度的范围在两层碳纤维复合材料预浸布之间选用不同的添加材料。
[0038]—种车用碳纤维复合材料帽型梁制备方法中的模具包括上凹模、下凹模与充气袋；
[0039]充气袋放置在下凹模的下凹槽内，上凹模通过其四角处的圆柱形的定位光孔套装在下凹模四角处的圆柱形的定位光柱上而使上凹模合盖在下凹模上，上凹模的上凹槽与下凹模的下凹槽相对正并形成一个完整的型腔，上凹模的上半圆形通孔与下凹模的下半圆形通孔相对正并形成一个完整的圆柱通孔，充气袋左端的进气加压管从完整的圆柱通孔伸出并与充气栗输出端连接。
[0040]技术方案中所述的上凹模为长方体式结构件，在长方体的一侧面的中心处向内设置一个长方体式上凹槽，上凹槽的四槽壁的内壁面依次与上凹模的相对应的四端面的距离相等，上凹槽的底面依次与前后两槽壁的内壁面采用圆柱面圆滑过渡连接，上凹槽四角外侧的上凹模上设置有四个圆柱形的定位光孔，四个圆柱形的定位光孔依次距上凹模四个直角处的两端面的距离相