碳纤维车身的设计制造工艺

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1、碳纤维车身设计制作工艺【摘要】节能、坏保、安全一直是汽车设计的史命与追求。随着油价的上涨，资源的紧缺，节能被关注的程度变得更高。这使得节能的研究成为汽车行业的重点研究方向么一。采用兼具轻量化的车身和优良空气动力学性能的车身设计，已是大势所趋。而对这种趋势，本文通过对车身材料的选择，选择了碳纤材料，在满足钢度的要求的同时达到减重的冃的。从而达到轻量化，使汽车节油。另一方面，本文阐述了新的制作模具的方法一一泡沫模的制作，碳纤维车身的制作工艺。【关键词】碳纤维，新材料，轻量化，工艺在节能、环保和安全成为当今世界汽车工业关注的重要课题的大背景下，汽车轻量化技术的现实意义是毋庸置疑的。研究表明，车重每

2、减轻10%,油耗可降低6%到8%。车身重量降低100千克，意味着百公里油耗减少0.3升，每公里二氧化碳排放也将相应减少7.5克到12.5克。而车身质量占整车质量的1/3,空载情况下，约70%的油耗用在车身质量上。这意味着：只要通过科学的方式，将车身轻量化后，就可以有效减少燃油消耗。实际上，降低了汽车重量，碰撞时整个需要被吸收转移的能量就会减少。同吋，轻的汽车制动效果好，便于主动安全控制。本文通过对碳纤维新型材料特点，泡沫模的制作工艺和碳纤维车身的制造工艺的简述。对于生产和教学有一定的指导意义。1环氧树脂（EP）与碳纤维（CF）复合材料的基本特点1.1CF的特点CF主要是由碳元素组成，其含碳量

3、一般在90%以上。CF具有耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性，与一般碳素材料不同的是其各向异性显著、柔软、可加工成各种织物、沿纤维轴向表现出很高的强度。制备CF的主要原材料有人造丝（粘胶纤维）、聚丙烯月青（PAN）纤维和沥青等。通常制备高强度、高模量CF多选用PAN为原料。制备CF需经过拉丝、牵伸、稳定、炭化、石墨化5个阶段口切。1.2EP基体的特点环氧树脂（EP）是一种具有环氧基团的低聚物（oligomer），与固化剂（hardener）作用时，可形成三维网络状结构的固体。它之所以能够得到广泛应用因其兼备以下特点：在化学结构方面具有活性环氧基、疑基和瞇基等，具有强的粘接力，可把增强纤

4、维牢固地粘接为一体，使其成为承载外力的整体。在固化过程中生成三维网状结构，交联密度高，固化收缩率小（一般小于2%）。具有较高的强度、模量和较大的伸长，有利于提高ACM的力学性能。耐热抗寒，可在-50〜180。C范围内使用，且热膨胀较小，在入错误!未找到引用源。以下为39X10_7°Co成型工艺性好，适应性强，且成型工艺比较成熟。耐化学药品性好，抗腐蚀能力较强。1.3EP/CF复合材料的特性HP/CF攵合材料的特性主要取决于CF、EP及EP与CFZ间的粘结特性。EP/CF合材料具有优异的性能，与钢相比，EP/CF复合材料的比强度为钢的4.8〜7.2倍，比模暈为钢的3.1〜4.2倍,疲劳强度约为

5、钢的2.5倍、铝的3.3倍⑶，而且高温性能好，工作温度达400°C时其强度与模量基本保持不变。此外还具有密度和线膨胀系数小、耐腐蚀、抗蠕变、整体性好、抗分层、抗冲击等，在现有结构材料中，其比强度、比模量综合指标最高。在加工成型过程中EP/CF复合材料具有易大面积整体成型、成型稳定等独特的优点。2碳纤维车身的设计2.1计算机辅助车身造型设计本设计的灵感來源于海豚，通过空气动力学⑷的理论分析，结合仿生学设计的一款节能车身，通过PRO-E⑸绘制出效果图，如图2-1为俯视图，图2-2为正视图，图2-3为左视图。2.2FLUENT空气动力学仿真通过FLUENT⑹软件，对车身进行简化，划分网格，如图2-

6、4,模拟风洞试验，得到了速度云图和漩涡云图。如图2-5,图2-6。图2-1图2-2图2-5图2-43碳纤维车身的制作工艺3.1泡沫模3.1.1泡沫模的优缺点优点：泡沫模的成本便宜，制作方便，成型容易，而且可以制作各种复杂曲面。而且开发周期短,通常一天可以完成泡沫模的制作，开发周期比传统的油泥模开发周期快好多倍。缺点：泡沫模做芯模比较软，脱膜时容易破坏模具。3.1.2泡沫模的制作工艺图3T截面1-23图3-224-43图3-3截面44-47图3-4截面48-57图3-5截面58-69第二步：1：1打印图纸，并将截面临摹到泡沫板上，如图3-6,最后截面69临摹两个。定好中心点和左右上下四点，最后

7、一个截面临摹两个，标记好截面编号。第三步：自制泡沫切割器，如图3-7,用加热丝和12V的变压器制成。此方法对于切割泡沫非常好用，在制作泡沫模时起到很大的作用，缩短了泡沫模的制作周期第4步：用自制的泡沫切割器将截面切下来，在左右上下四点和中心点做标记，如图3-8。图3-6第一步：三维建模，可以用PRO-E或RI1INO等软件建立三维模型，如图3-1,3-2,3-3,生成等厚度(4CM)的截面。本例的全车长为28