專利名稱:全承載全塑汽車車身及其制造方法
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度，輕質(zhì)復(fù)合材料的全承載整體汽車車身及其制造方法。在該整體汽車車身上予埋有用于連接汽車其他各總成的聯(lián)接件。
汽車車身一般是由鋼板壓制而成的。近年來，隨著工程塑料及復(fù)合材料的迅速發(fā)展，汽車上應(yīng)用塑料及復(fù)合材料來制造構(gòu)件的越來越多，例如用半硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料及聚氯乙烯制造方向盤、儀表盤、面柱、頂蓬等;采用改性硬質(zhì)聚氨酯塑料制造保險杠，用改性ABC塑料制造護(hù)板;用smc層狀塑料制造車門，用碳纖維玻璃鋼制造彈簧板及轉(zhuǎn)動軸等，也有用塑料或復(fù)合材料制造整體車身的，但是由于材料成本高，加工復(fù)雜，所以，到目前為止，很少有塑料的或復(fù)合材料全承載整體車身投放市場，其主要原因有幾條，1.塑料的或復(fù)合材料的車身，尤其是全承載車身，其強(qiáng)度及耐沖擊性能一般不夠理想，2.其成本高于鋼鐵生產(chǎn)的汽車，3.塑料或復(fù)合材料的車身，與汽車其他總成的聯(lián)接不夠理想。所以，盡管復(fù)合材料制成的整體車身具有重量輕，油耗低等優(yōu)點，但還是不能代替鋼鐵而進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。
本申請人曾提出過一種全承載復(fù)合材料的汽車車身及其制造方法，在該方法中，用至少是一層浸透了環(huán)氧樹脂的玻璃纖維布及至少一層浸透了聚酯的玻璃纖維布，分別全部搭接包裹住由復(fù)合泡沫材料制成的汽車內(nèi)胎模型，由此而制成復(fù)合材料全承載車身。因為在生產(chǎn)過程中，每一層浸透了聚酯或環(huán)氧樹脂的玻璃纖維布在固化過程中，產(chǎn)生收縮使車身整體產(chǎn)生了予應(yīng)力，所以它不僅具有成本低，重量輕的特點，還特別具有強(qiáng)度高，抗沖擊力強(qiáng)的長足之處。
但是，這種汽車在批量生產(chǎn)中遇到了一些問題一方面它工藝性差，因為在加工過程中使用的是胎具而不是模具，所以車身的加工精度低，表面光潔度不好，而使車身的外觀性能不夠理想;另外，由于在加工過程中存在大量的手工作業(yè)，每輛車尺寸都不可能完全相同，所以，使全塑車身與其他各總成，如，車門，發(fā)動機(jī)等部件的連接不可能十分準(zhǔn)確，其互換性差。這就使具有予應(yīng)力的整體車身投入大批量生產(chǎn)遇到一些困難。
本發(fā)明的目的就是要解決這一問題。本發(fā)明提供了一種復(fù)合材料制成的整體汽車車身，這種車身不僅強(qiáng)度高，抗沖擊能力強(qiáng)，而且具有良好的外觀和理想的互換性，因而使車身大批量生產(chǎn)，滿足客戶要求成為可能。
本發(fā)明也解決了制造這種車身的具體方法，同時也解決了在這種整體車身中，汽車發(fā)動機(jī)，懸架系統(tǒng)，等各部件的定位安裝問題，這樣使復(fù)合材料的整體車身汽車的批量生產(chǎn)和投放市場成為可能。
本發(fā)明的方法就是把車身分為兩部分加工，第一部分稱為車身上部，它是由模具制成的復(fù)合材料車身外殼;第二部分稱為車身下部，它是由復(fù)合材料制成的具有予應(yīng)力的整體大梁，再將車身上部和車身下部粘在一起，從而構(gòu)成了完整的車身。
在加工整體車身上部時，采用了內(nèi)模具和外模具，來分別制造形狀相匹配的內(nèi)殼和外殼，然后合模，組合粘接成為完整的車身上部。在加工車身上部時，應(yīng)在適當(dāng)部位予埋聯(lián)接件。在加工車身下部時，采用復(fù)合泡沫材料制成的內(nèi)胎模型，再將至少一層浸透了環(huán)氧樹脂的玻璃纖維布和至少一層浸透了聚酯的玻璃纖維布分別全部搭接包裹住該內(nèi)胎模型，并在適當(dāng)?shù)牟课挥杪衤?lián)接件，而構(gòu)成具有予應(yīng)力的整體大梁。
再將車身上部和車身下部套裝在一起，用泡沫纖維樹脂膠充填車身上部和車身下部的結(jié)合部的縫隙，固化后就形成了具有良好外觀的完整車身。
本發(fā)明使具有予應(yīng)力的車身下部和用模具制造的車身上部相結(jié)合，不僅使整個車身具有強(qiáng)度高，重量輕，經(jīng)久耐用，和造價低的優(yōu)點也同時具備了車身外形美觀，工藝性好的特點，適合于全塑汽車的大批量生產(chǎn)。
下面參考附圖對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明。
圖1是由車身上、下部粘合而成的復(fù)合材料整體車身縱剖示意圖。
圖2是圖1的橫剖面示意圖。
圖2A是圖2結(jié)合部A的局部放大示意圖。
圖3是車身上部的側(cè)視圖。
圖4是車身上部的端視圖。
圖5是車身下部的側(cè)視圖(剖視)。
圖6是車身下部的端視圖(剖視)。
圖7車身下部予埋聯(lián)接件示意圖。
圖8車身上部予埋聯(lián)接件示意圖。
所使用的玻璃纖維布，一般是中性、脫蠟的，其厚度不宜太厚，一般來講，厚度在0.1至0.5毫米之間，最好是0.25毫米。
制造車身下部所使用的復(fù)合泡沫材料(即加工成內(nèi)胎模型的材料)不僅要重量輕，而且要易于加工，材料要有彈性，價格要低，一般可以選用聚苯乙烯泡沫板或者是硬質(zhì)聚氨酯泡沫。其容量可以是大約25公斤/立方米。
復(fù)合泡沫材料的厚度可根據(jù)應(yīng)用部位不同而變化，一般來講，其厚度在10至500毫米之內(nèi)，多數(shù)情況為大約50毫米厚就可以了。
予應(yīng)力復(fù)合材料車身下部(見圖5、圖6中的2)的制造方法如下首先，將復(fù)合泡沫材料按需要的形狀加工成內(nèi)胎模型。在小批量生產(chǎn)中，可用加工木模型的方法，將泡沫板做成所需形狀的各個部件，然后再用粘合劑將各板材拼粘成所需要的整體形狀。在大批量生產(chǎn)中，可用注塑法，一次成型為所需要的形狀。
然后就要用玻璃纖維布分層次地、全部地包裹這一內(nèi)胎模型。
玻璃纖維布要剪裁合適，與相應(yīng)的內(nèi)胎模型相匹配。然后在環(huán)氧樹脂溶液中浸透。其中環(huán)氧樹脂要稀釋，同時要在該溶液中加上固化劑，若采用乙二氨固化劑，則乙二氨與環(huán)氧樹脂的比例應(yīng)為大約1∶10，比較合適。
將浸透了環(huán)氧樹脂的玻璃纖維布復(fù)蓋在內(nèi)胎模型上，用寬度為6厘米以上的硬毛刷將玻璃纖維布刷平。這是第一層玻璃纖維，必須全部、均勻地包裹住內(nèi)胎模型，其中特別要注意玻璃布的搭接部分，為保證強(qiáng)度，其搭接部分的寬度不能少于50毫米。大約3小時以后，用橡膠滾筒均勻地滾壓半固化的玻璃纖維布，使其表面平坦。這種浸透環(huán)氧樹脂的玻璃纖維布至少要復(fù)蓋一層。若復(fù)蓋二層，則在第一層復(fù)蓋后大約36小時，玻璃鋼固化后，再復(fù)蓋第二層。
再將浸透了聚酯、剪裁合適的玻璃纖維布按上述方法互相搭接而全部、均勻地復(fù)蓋在第一層(或幾層)玻璃纖維布上，其搭接寬度也不能小于50毫米。浸透聚酯的玻璃纖維布要復(fù)蓋一層以上，在最后一層復(fù)蓋后，大約再過48小時，聚酯樹脂玻璃鋼就固化了，然后作表面處理。
上面是制造復(fù)合材料的第一種方法。第二種方法與第一種類似，其主要不同點在于首先將調(diào)制好的環(huán)氧樹脂均勻地噴或刷在泡沫內(nèi)胎模型上，(其中環(huán)氧樹脂內(nèi)也要配上固化劑)。大約20分鐘后，當(dāng)環(huán)氧樹脂還有相當(dāng)?shù)恼承詴r，將第一層玻璃纖維布兩端拉平，平穩(wěn)地鋪復(fù)在泡沫內(nèi)胎模型上，用干刷子刷平，并迅速地全部將模型用玻璃纖維布包住。其中每塊布之間也要交錯搭蓋至少50毫米，然后在第一層玻璃纖維布上再噴或刷上環(huán)氧樹脂溶液，使該溶液浸透玻璃纖維布層，大約20分鐘后，用上述方法再鋪復(fù)第二層玻璃纖維布。在噴刷環(huán)氧樹脂后再復(fù)蓋玻璃纖維布的方法中，其玻璃纖維布至少要二層。待所需要的層次鋪復(fù)完后，需要大約36小時的固化，然后再將聚酯噴或刷在上述玻璃鋼上，大約20分鐘后，鋪復(fù)上玻璃纖維布層，其方法和要點與噴刷環(huán)氧樹脂的類似，但至少要鋪兩層玻璃纖維布，也就是在聚酯層上面，還要鋪復(fù)一層玻璃纖維布，然后再噴刷一層聚酯，待各層都鋪復(fù)、包裹完畢后，要經(jīng)過大約48小時的固化，然后再作表面處理。
因每層浸透了環(huán)氧樹脂或聚酯的玻璃纖維布在固化過程中，產(chǎn)生千分之八的收縮而使該構(gòu)件產(chǎn)生了預(yù)應(yīng)張力。
在上述操作中，玻璃纖維布之間的搭接寬度都在50毫米以上，且操作的環(huán)境溫度要高于25℃，空氣溫度要低于70%。
車身上部(見圖3、圖4中1)制造方法如下將每塊制造車身上部殼體的外模的內(nèi)成型面進(jìn)行拋光處理，使其成型面光潔度達(dá)到△10以上然后將脫模蠟在37℃溫度下熔化，將熔化的脫模蠟均勻的涂抹在模具成型面上，當(dāng)脫模蠟?zāi)毯?大約15分鐘)，用布將凝固的脫模蠟?zāi)ǖ簦貜?fù)涂抹脫模蠟的工序五次，使脫模蠟充分的滲透到模具玻璃纖維的縫隙中;
上述工序完成后，將液體脫模劑噴涂在涂有脫模蠟的模具成型面上，其涂層厚度約為0.01mm，液體脫模劑重復(fù)噴涂兩次;
當(dāng)液體脫模劑充分干燥后，在其上均勻的噴涂一層膠衣溶液，膠衣溶液內(nèi)要根據(jù)所選擇的車身顏色摻入色漿，色漿的重量約占膠衣溶液總重量的10%～20%。膠衣的涂層厚度約為0.6mm，噴涂后的膠衣要固化約兩個小時;
在有膠衣涂層的模具成型面上鋪復(fù)一層剪裁合適的玻璃纖維氈(或玻璃纖維布)，為了便于在合模時進(jìn)行車殼各部分的粘結(jié)，玻璃纖維氈的各邊要小于模具邊緣約20mm，玻璃纖維氈的厚度約為0.2～1mm;
然后在其上均勻的澆注聚酯樹脂(或不飽和樹脂)，并用鋁制齒形滾輪將玻璃纖維氈上的聚酯樹脂充分的碾平，使聚酯樹脂均勻的浸透在玻璃纖維氈的縫隙中，(聚酯樹脂內(nèi)要加入固化劑)。
根據(jù)所需的厚度，將至少一層玻璃纖維布鋪復(fù)在充分碾平的玻璃纖維氈上，在其上澆注聚酯(或不飽和樹脂)并用刷子刷平，消除其氣泡，重復(fù)這一步驟直到達(dá)到所需厚度為止。
經(jīng)過24～36小時的固化，就制成了該車身上部的某個部分的外層。
在對應(yīng)于上述車殼部分的內(nèi)模的外成型面上，重復(fù)上述全部操作過程，制成該車殼部分的內(nèi)層;
在車殼內(nèi)外層的結(jié)合面上，以及每塊殼體的結(jié)合部鋪墊玻璃纖維布并涂以聚酯樹脂，然后將帶有該車殼內(nèi)外層的內(nèi)外模對合，用螺栓將內(nèi)外模上的連接法蘭盤緊固，使車身上部(1)成為一個整體，固化24小時以上;
然后按先外模，后內(nèi)模的順序脫模;
脫模后，對接合部位作表面處理，拋光、上漆、上光。
車身上部(1)和車身下部(2)的結(jié)合方法如下(見圖1、圖2)將充分固化的模制車身上部(1)和予應(yīng)力車身下部(2)套裝在一起，車身上部(1)和車身下部(2)的設(shè)計，應(yīng)保證這兩部分在接合部位能完全嵌合，但在其接合面邊緣處留有8mm左右的間隙;
將特殊配制的泡沫纖維樹脂膠(13)，充填入車身上部(1)和車身下部(2)接合處的縫隙中(見圖2-A)，使車身上部(1)和車身下部(2)能粘壓在一起，并充分的固化。
上述特殊配制的泡沫纖維樹脂膠(13)的配制方法為，按其所占體積，聚酯(帶固化劑)為30%，石英粉為20%，粉碎的聚苯乙烯泡沫35%，玻璃纖維素(長度100mm以上)為15%，將各種成份按比例摻合，攪拌均勻，并且該樹脂膠配好后應(yīng)立即使用。
聯(lián)接件予埋方法如下在車身上部(1)和車身下部(2)的某些部位上，有用于安裝汽車各總成和部件(如發(fā)動機(jī)、前后橋、車門、油箱等)的聯(lián)接件，如螺栓孔、掛鉤、吊耳等，這些聯(lián)接件采用予埋的方法固定于車身上，其予埋工序均在制造車身上部、下部的過程中進(jìn)行，其具體予埋步驟如下對于有予應(yīng)力的車身下部(2)(見圖7)在每個需要予埋的聯(lián)接件(4)(螺母、掛鉤、吊耳等)的一側(cè)，焊接一塊一定尺寸的鋼板(3)，該鋼板(3)厚度一般為1mm，其形狀要和予埋處的車身形狀相符;其鋼板(3)尺寸應(yīng)為如果承載力為1kg，在聯(lián)接件(4)抗壓情況下，其鋼板(3)面積≥1cm2;在聯(lián)接件(4)抗拉情況下，其鋼板(3)面積≥3cm2;鋼板(3)需要經(jīng)除銹處理。
鋼板(3)焊接方法為，是在各聯(lián)接件(4)朝向車身(2)的一側(cè)進(jìn)行焊接，應(yīng)使鋼板(3)平面垂直于聯(lián)接件(4)的受力方向。
在已經(jīng)包裹了若干層玻璃纖維布(5)的予應(yīng)力車身下部(2)構(gòu)件上，予先用卡具確定予埋位置;
將焊接在每個聯(lián)接件(4)上的鋼板(3)外側(cè)涂以1mm以上厚的纖維樹脂膠(6)，(或環(huán)氧原子膠)，將鋼板(3)粘貼在予先定好位置的車身(2)上。
待纖維樹脂(6)充分固化后，再將至少一層浸透環(huán)氧樹脂或聚酯的，并在相應(yīng)于聯(lián)接件(4)處留有開口的玻璃纖維布(7)，依次包裹車身下部(2)構(gòu)件，要使聯(lián)接件(4)從玻璃纖維布(7)的開口處露出，玻璃纖維布(7)應(yīng)完全覆蓋住鋼板(3)，而僅使聯(lián)接件(4)露出。
車身上部(1)的予埋方法與車身下部(2)不同(見圖8)，在制造車身上部(1)內(nèi)殼時即開始予埋，在模具成型面上已鋪粘了若干層玻璃纖維布(8)之后，用卡具予先確定予埋位置，將適當(dāng)尺寸的鋼板(10)用纖維樹脂膠(或環(huán)氧原子膠)(9)粘合在該位置上，其中鋼板(10)的厚度約為4mm，鋼板(10)的形狀要和該處的內(nèi)殼模具相適應(yīng)，鋼板(10)的尺寸可參考前面所述的車身下部(2)予埋的方法，既如承載力為1kg，根據(jù)聯(lián)接件受壓或受拉情況，其鋼板(10)面積為1～3cm2;
然后繼續(xù)進(jìn)行鋪復(fù)玻璃纖維布(11)和澆注聚酯樹脂的作業(yè);
在車身脫模之后，在予埋鋼板(10)的適當(dāng)位置上，進(jìn)行打孔和套扣工序。
復(fù)合材料汽車車身重量輕，是一般鋼鐵結(jié)構(gòu)本身重量的三分之一，所以，汽車的耗油量可以減少;強(qiáng)度高，具有予應(yīng)力的整體車架的強(qiáng)度和剛度條件完全滿足汽車本身的要求;造價低，從上述材料及制造方法可以看到，所選用的基本原料價格都較低，制造方法簡便，無需廣闊的場地和復(fù)雜的設(shè)備，一般小廠均有能力承擔(dān)，這種車身隔音、隔熱好，無腐蝕、修補容易，具有較高的實用價值。
在不違背本發(fā)明精神的前提下，也可以用這種復(fù)合材料來制造各類船、游艇、家俱、貨箱等。用途比較廣泛。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合材料制成的全承載整體汽車車身，其特征在于，該車身是由復(fù)合材料模制的整體車身上部和由復(fù)合材料制成的具有予應(yīng)力的車身下部互相粘結(jié)在一起所組成的，該整體車身予埋有用于固定汽車其他總成的聯(lián)接件。
2.權(quán)利要求
1所述的全承載汽車車身，其特征在于車身上部是由在模具成型面上制成的內(nèi)外殼合模粘壓而形成。
3.權(quán)利要求
1所述的全承載汽車車身，其特征在于車身下部是由至少一層浸透了環(huán)氧樹脂的玻璃纖維布和至少一層浸透了聚酯的玻璃纖維布依次全部搭接包裹復(fù)合泡沫材料制的內(nèi)胎模型而成。
4.權(quán)利要求
1、2所述的全承載汽車車身，其特征在于在車身上部的某些部位，予埋有用于固定汽車其他總成的聯(lián)接件。
5.權(quán)利要求
1、3所述的全承載汽車車身，其特征在于車身下部的某些部位，予埋有用于固定汽車其他總成的聯(lián)接件。
6.權(quán)利要求
1～3所述的一種全承載汽車車身，其特征在于汽車車身是由車身上部和車身下部用特殊配制的泡沫纖維樹脂膠粘接在一起構(gòu)成的。
7.一種復(fù)合材料全承載整體車身的制造方法，其特征在于，車身上部是由在內(nèi)外模具成型面上鋪粘玻璃纖維布制成的殼體內(nèi)外層合模粘合制成;車身下部是在復(fù)合泡沫材料制成的內(nèi)胎上包裹浸透了環(huán)氧樹脂的玻璃纖維布制成;整體車身是由車身上部和車身下部粘合而制成。在制造車身上部和車身下部的過程中，予埋有用于連接汽車其他各總成的聯(lián)接件。
8.權(quán)利要求
7所述的一種全承載復(fù)合材料整體車身的制造方法，其特征在于其車身下部的制造步驟包括將復(fù)合泡沫材料制成所需形狀的內(nèi)胎;將浸透了環(huán)氧樹脂的至少一層玻璃纖維布全部搭接包裹住內(nèi)胎模型，用刷子刷平;固化后，將浸透了聚酯的玻璃纖維布全部復(fù)蓋、包裹在第一層(或幾層)玻璃纖維布上;將需要予埋的聯(lián)接件焊在一形狀和尺寸適合的鋼板上;用纖維樹脂膠將鋼板粘在車身下部的適當(dāng)位置處;待纖維樹脂膠充分固化后，繼續(xù)鋪復(fù)至少一層浸透了環(huán)氧樹脂或聚酯的，并在相應(yīng)聯(lián)接件處留有開口的玻璃纖維布，完全復(fù)蓋鋼板，使聯(lián)接件露出;待聚酯固化后，對車身下部進(jìn)行表面處理。
9.權(quán)利要求
7所述的一種全承載復(fù)合材料整體車身的制造方法，其特征在于其車身上部制造步驟包括按需要制造的車身形狀，制備整體車身上部的內(nèi)、外模具，將內(nèi)、外模具成型面拋光;在成型面上涂抹脫模蠟;噴涂液體脫模劑;噴涂摻入色漿的膠衣;鋪復(fù)尺寸合適的玻璃纖維氈(或布);在玻璃纖維氈(或布)上澆注聚酯樹脂，用刷子刷平;在需要予埋聯(lián)接件的位置處，將形狀和尺寸適當(dāng)?shù)匿摪逵美w維樹脂膠粘合在該處;繼續(xù)在鋼板上鋪復(fù)至少一層浸透了聚酯的玻璃纖維布;聚酯樹脂固化后，在內(nèi)外殼接合面上和每塊殼體的結(jié)合部鋪墊玻璃纖維布，并涂以聚酯樹脂;將內(nèi)、外模合模;待固化后，脫模;對車身的內(nèi)外表面進(jìn)行表面處理，拋光、上漆、上光;對予埋的鋼板打孔和套扣。
10.權(quán)利要求
7所述的一種全承載復(fù)合材料整體車身的制造方法，其特征在于其車身上部和車身下部的粘合步驟包括將車身上部和車身下部套裝在一起;將泡沫纖維樹脂膠，充填入車身上、下部的接合部縫隙中;充分固化并對接合部作表面處理。
11.權(quán)利要求
7中所述的全承載整體車身的制造方法，其特征是用于粘接車身上部和車身下部的泡沫纖維樹脂膠中各種成份所占比份為聚酯(帶固化劑)30%;石英粉20%;粉碎的聚苯乙烯泡沫35%;玻璃纖維素(長度100mm以上)為15%。
專利摘要
一種高強(qiáng)度、輕質(zhì)復(fù)合材料的全承載整體汽車車身及其制造方法。整體車身由車身上部和車身下部粘合而成。車身上部是由在內(nèi)外模具成型面上鋪粘玻璃纖維布制成的殼體內(nèi)外層粘合而成；車身下部是在復(fù)合泡沫材料制的內(nèi)胎上包裹浸透了環(huán)氧樹脂的玻璃纖維布制成。在車身上部和下部預(yù)埋有用于固定汽車其他總成的聯(lián)接件。
文檔編號B62D23/00GK87102543SQ87102543
公開日1988年10月12日 申請日期1987年4月2日
發(fā)明者唐錦生 申請人:唐錦生導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan