一种轮式车的碳纤维复合材料舱体的制作方法

本实用新型涉及一种轮式车的碳纤维复合材料舱体，属于汽车车身领域。

背景技术：

基于节约石油资源和降低的要求，轮式车的深度轻量化已是迫在眉睫。由于树脂纤维混合材料具有密度低、比强度高等优异的性能特点，能够有效地达到制造轻质舱体的目的。

制造轮式车的舱体，在材料方面可采用高强钢、镁合金和铝合金等等。但是由于金属材料密度高，所制造出来的舱体较笨重，同时由于金属材料成型工艺的局限性导致对制品造型有限制，而且完成一定深度、曲面或不等厚的造型，金属舱体成型需要制造多套模具、经过多道工序来完成，而且要通过高温、多点焊接或多点铆接等方式来实现。

本实用新型提供的一种轮式车的碳纤维复合材料舱体，可应用于电动、混动、燃料电池做为能源的轮式三厢车上，达到降低重量、节约能源和减少排放的效果。

技术实现要素：

本本实用新型的目的在于提供一种轮式车的碳纤维复合材料舱体，以实现最大程度上的轻量化，达到节能减排的效果。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种轮式车的碳纤维复合材料舱体，包括顶盖、左侧围、右侧围、前围、后围、前地板、后地板和包裹架；其特征在于：所述的顶盖、左侧围、右侧围、前围、后围、前地板、后地板和包裹架均由碳纤维复合材料制成，采用结构胶粘接组成舱体；其中顶盖、左侧围、右侧围、前围、后围、前地板、后地板和包裹架的内外表面层采用碳纤维斜纹织物，中间层采用单向带和双轴向织物；顶盖、左侧围、右侧围、前围、后围、前地板、后地板和包裹架的需要粘接位置均设有粘接边缘，粘接边缘的宽度为20mm~40mm；在粘接边缘上均设有圆形树脂凸台，树脂凸台的直径为10mm~15mm，高度为0.5mm~2mm，沿粘接边缘的间隔为100mm~200mm。

所述的左侧围和右侧围均由侧围外板、侧围内板和轮罩外板粘接而成；其中侧围外板、侧围内板和轮罩外板均为一体成型的单独部件，侧围外板和侧围内板粘接之后在A柱、B柱、C柱、侧围上边梁和侧围门槛处均形成腔体结构，侧围内板后部与轮罩外板组成轮罩部结构。

所述的左侧围和右侧围的A柱和B柱均设有金属加强板， A柱加强板和B柱加强板粘接于侧围外板的A、B柱空腔中；所述的A柱加强板和B柱加强板的截面呈U形，整体形面与侧围外板的A柱和B柱的内腔形面贴合。

所述的侧围外板和侧围内板中均设有铺层搭接区，铺层搭接区的位置处于侧围上边梁和侧围门槛与A柱和B柱的交接处。

所述的前地板为一体成型的单独部件，周圈均向上翻边；其中左右两侧翻边至侧围门槛的上表面，与侧围门槛的内侧面完全重合，使得前地板整体呈盆形结构。

所述的前地板中包含前座椅横梁和后座椅横梁，座椅横梁采用夹层结构，与前地板集成一体，夹层结构中包含夹层芯材和座椅固定螺母板。

所述的夹层芯材为硬质泡沫，表观密度为100kg/m³~200kg/m³。

所述的舱体中碳纤维复合材料部件粘接用结构胶的剪切模量为100MPa~200MPa；结构胶的剪切模量为400MPa~700MPa。

相比于现有技术，本实用新型的积极效果是舱体中的所有部件均为碳纤维复合材料，而且零件数量大幅减少，极大程度上实现舱体的轻量化。表面层的碳纤维斜纹织物主要起到装饰产品外观的作用，在经过涂装之后，整车外漏部分的碳纤维零件可以直接作为外观件。内部的碳纤维单向带和碳纤维双轴向织物主要起到产品性能的作用，通过设计合理的纤维铺层方向以提供产品的刚度与强度。碳纤维零件之间采用结构胶粘接，界面应力分布均匀，提高部件的疲劳强度。舱体中的螺栓和螺母为拉铆螺栓和拉铆螺母，能够提高装配效率，降低成本。

附图说明

图1为舱体的爆炸图。

图2为侧围的爆炸图。

图3为侧围在A柱和B柱B-B处的截面图。

图4为前地板在A-A处的截面图。

图5为舱体的粘接顺序图。

图中：1、顶盖，2、左侧围，3、右侧围，4、前围，5后围，6、前地板，7、后地板，8、包裹架，21、左侧围外板，22、左侧围内板，23、左轮罩外板，P、铺层搭接区，J1、A柱加强板、J2、B柱加强板，S、粘接边缘，T、树脂凸台，L1、拉铆螺栓，L2、拉铆螺母，M、座椅横梁，61、夹层芯材，62、座椅固定螺母板。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施例做进一步说明。

如图1所示，本实施例提供的碳纤维复合材料舱体主要由顶盖1、左侧围2、右侧围3、前围4、后围5、前地板6、后地板7和包裹架8组成，所述的这些部件均由碳纤维复合材料制成，通过结构胶粘接组成所述的舱体，具体的可通过RTM工艺进行产品成型。

所述的顶盖1、左侧围2、右侧围3、前围4、后围5、前地板6、后地板7和包裹架8在需要粘接的位置均设有粘接边缘S，粘接边缘S的宽度为20mm~40mm，粘接边缘是零件之间进行粘接的涂胶区域。针对所述的粘接边缘S，图2以左侧围2作为示例说明。在所述的粘接边缘S上均设有圆形树脂凸台T，直径为10mm~15mm，高度为0.5mm~2mm，沿着粘接边缘S的路径进行布置，间隔为100mm~200mm。树脂凸台T是为了控制胶层厚度，配合粘接夹具控制产品的整体尺寸。具体实施时根据产品的实际结构和形状在上述所述的尺寸中进行选取。所述的树脂凸台T可通过在模具上预留对应尺寸的空腔，在RTM工艺下，树脂填充空腔，固化成型后形成所需的树脂凸台T。

所述的舱体的粘接顺序如图5所示。

所述的顶盖、左侧围、右侧围、前围、后围、前地板、后地板和包裹架的内外表面层采用碳纤维斜纹织物，中间层采用单向带和双轴向织物。

所述的舱体中碳纤维复合材料部件粘接用结构胶的剪切模量为100MPa~200MPa；所述的舱体中碳纤维复合材料部件与金属部件粘接用结构胶的剪切模量为400MPa~700MPa。低模量的结构胶用于碳纤维复合材料部件之间粘接，以降低夹持粘接时带来的应力；高模量的结构胶用于碳纤维复合材料部件与金属部件之间的粘接，以保证安装于金属部上的零件的刚度和位置度。

以下针对侧围2和前地板6的细节情况进行说明。

1、如图2和图3所示，以左侧围2为例对侧围进行说明。所述的左侧围2由左侧围外板21、左侧围内板22和左轮罩外板23粘接而成，各自均可采用RTM工艺一体成型。通过集成设计的方式，采取不等厚铺层的策略使得零件数量大幅减少，装配效率得到提高。所述的侧围外板21和侧围内板22粘接之后在A柱、B柱、C柱、侧围上部和侧围门槛处均形成腔体结构，此种腔体结构具有极高的刚度，对于舱体的弯扭刚度和碰撞安全性都有极大的提升。左侧围2内板22的后部集成了轮罩内板的功能，与左轮罩外板23组成轮罩部结构。即是将传统的轮罩内板集成于侧围内板中，优化了零件结构，减少了零件数量。在所述的在所述的左侧围2设有A柱加强板J1和B柱加强板J2，A柱加强板J1和B柱加强板J2的截面呈U形，整体形面与左侧围2的A柱和B柱内腔形面贴合并进行粘接。通过金属加强板与碳纤维复合材料的复合应用，实现局部补强，使得在侧碰方面具有更高的安全性。以左侧围内板22为例，对铺层搭接区P进行说明。如图2所示，左侧围内板22上有四处铺层搭接区P，分布于侧围上边梁和侧围门槛与A柱和B柱的交接处。铺层搭接区是为了优化铺层工艺，同时在交接区获得更高的强度。铺层搭接区P在铺层时属于交接处的公共区域，具体操作时，对B柱和侧围门槛分区域铺层，在铺层搭接区P的铺层要相互错开。对于侧围这类部件，基本是由侧围上边梁、侧围门槛、A柱、B柱和C柱组成的近似平面框架结构，在各自的长度方向为主承力方向，因此铺层设计时纤维的取向需要与长度方向最大程度上一致，因此在交接处需设置铺层搭接区。

2、如图3所示，所述的前地板6为可采用RTM工艺一体成型，周圈均向上翻边；其中左右两侧翻边至侧围门槛的上表面，与侧围门槛的内侧面完全重合，使得前地板6整体呈盆形结构。种盆形结构具有较好的尺寸稳定性，特别是对于各向异性的复合材料而言，极大程度上的避免了产品出模后的翘曲变形；同时盆形结构也能赋予产品优异的刚性。如图4所示，前地板6中座椅横梁M采用夹层结构，所述的夹层结构中包含夹层芯材61和座椅固定螺母板62。所述夹层芯材61采用硬质泡沫，材质可为PET、PMI、PVC等，表观密度为100kg/m3~200kg/m³。座椅固定螺母板62与夹层芯材61进行预粘接，然后铺放于指定的铺层，进行一体成型。此种一体成型的夹层方案使得前地板6的轻量化效果明显，同时在产品的刚度和强度方面的性能都较为突出。

在以上的各部件粘接之前，通过干涉校核和装配关系的确定，首先将碳纤维零件上的金属件和标准件进行粘接和安装。根据金属件的受力要求不同，采用纯铆接和铆接加粘接的方式。对于舱体上的螺栓和螺母，采用拉铆螺栓L1和拉铆螺母L2。

通过上述方案制成的碳纤维复合材料舱体的弯曲刚度达到12000N/mm，扭转刚度达到8000Nm/°，一阶弯曲模态达到70Hz，一阶扭转模态达到50Hz。

以上针对本实用新型的一个实施例进行了详细的描述，但本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，凡根据本实用新型的技术特点进行的等效实施方案或变更，均应包含在本实用新型的保护范围之内。