[发明专利]碳纤维复合材料汽车水箱上横梁及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料和汽车零部件领域，特别涉及一种碳纤维复合材料汽车水箱上横梁及其制作方法。

背景技术

由于对轿车的造型和性能要求的越来越高，受造型的影响，轿车前部造型的分缝线高低不一，再加上发动机舱本身空间的限制，零部件布置方式种类的增多，很多零部件安装点或多或少的布置在水箱横梁上，再加上引擎盖总成的连接装置锁体安装件，使水箱横梁的负荷将越来越重。水箱横梁作为重要的车身结构件，考虑到对车身结构的轻量化要求，以及结构强度高和碰撞安全性能的要求，如何合理的设计高承载，高强度，轻质的水箱上横梁成为车身发展的挑战。

以现有技术金属钣金件汽车水箱上横梁为例，其结构如图1、图2所示，采用的材料为B210P1，厚度约为1.5mm，重量约为1.1kg；在上横梁1的梁体1.1中部设置有U型凹槽1.2，而且两侧边1.9较短，俯视看，在两个对称设置的梁翼1.3上对称设置有第一翼翅1.5、第二翼翅1.7、第一凹槽1.4、第二凹槽1.8及通孔1.6，仰视看，在两个对称设置的梁翼1.3上设置有圆弧凹槽1.10，圆弧凹槽1.10位于梁冠1.11的边缘。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术金属钣金件汽车水箱上横梁至少存在以下问题：

1.从车身结构强度要求高的方面考虑：水箱横梁固定着引擎盖总成的连接装置锁体安装件关键零部件。水箱上横梁主要承受着来自于引擎盖总成闭合时瞬间冲击载荷的冲撞和轿车行驶时引擎盖的上下波动，直接致使水箱上横梁与引擎盖总成的连接装置锁体安装件处为应力集中的区域，现有技术加强结构设计不合理，强度不够，水箱横梁刚度不均，目前金属钣金件水箱上横梁的Z向刚度目标值为400N/mm，因而会直接导致应力集中区域发生开裂现象。

2.从车身轻量化角度来考虑：车身轻量化同时也要求水箱横梁轻量化，高度承载的水箱横梁钣金件的轻量化是未来汽车工业发展的方向。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种碳纤维复合材料汽车水箱上横梁及其制作方法。通过对水箱上横梁结构进行优化设计，使水箱上横梁在获得高强度，高刚度的基础上，实现轻量化。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种碳纤维复合材料汽车水箱上横梁，该水箱上横梁结构至少包括：梁体、梁翼、第一翼翅、第二翼翅、侧边、梁冠；在真空状态下，树脂浸润碳纤维织物后压力成型。

具体地，所述水箱上横梁材质为碳纤维T300+5028树脂复合材料，厚度为3.0mm，重量为0.4kg。

具体地，所述上横梁的梁体顶面中部为平整面结构，所述梁体的两侧边加长4-8mm。

具体地，所述梁体两侧对称设置有梁翼，在两个所述梁翼上对称设置有圆滑过渡的所述第一翼翅、所述第二翼翅，所述第一翼翅、所述第二翼翅为连贯的圆弧棱线。

具体地，所述梁翼上设置有平整面梁冠。

另一方面，提供了一种碳纤维复合材料汽车水箱上横梁的制作方法，制作包括所述梁体、所述梁翼、所述第一翼翅、所述第二翼翅、所述侧边、所述梁冠的水箱上横梁结构的方法至少包括：1）选材；2）铺层；3）密封；4）抽真空；5）树脂导入；6）固化及脱模工艺步骤；其中

步骤1）选材；

所述碳纤维材料选用日本东丽T300碳纤维织物，所述树脂选用中低温的快速固化5028环氧树脂体系为原材料，其中碳纤维织物的含量（重量百分比）为50-60%，环氧树脂材料的含量为40-50%。

具体地，为实现上述水箱上横梁结构，所述制作方法至少还包括以下步骤：

步骤2）铺层；

选取十层3K碳纤维织物布，在已清洁和涂覆脱模剂的水箱上横梁模具中先进行碳纤维织物铺层平整铺设，选择标准铺层角度0°、45°、-45°和90°；

第一层碳纤维织物对应于上横梁的外表面，在第一层0°铺层上面进行90°方向的第二层铺层，然后自下而上依次是第三层为45°方向的铺层，第四层为-45°方向铺层，第五层为0°铺层，第六层为0°铺层，第七层为-45°方向铺层，第八层为45°方向铺层，第九层为90°方向铺层，第十层为0°铺层，将碳纤维织物在模具上压紧；每一铺层单层厚度为0.3mm。

具体地，为实现上述水箱上横梁结构，所述制作方法至少还包括以下步骤：所述步骤2）铺层之后进行

步骤3）密封；

按次序在铺好后的碳纤维织物上依次铺设脱模布、导流网、导流管，在模具的边缘打密封胶带，布置抽真空抽气导管、树脂进料口导入管，然后在真空袋边缘处使用真空膜、胶带密封好，确保整个系统不漏气；