本發(fā)明屬于特種汽車輕量化制造，具體涉及一種復(fù)合材料車架變截面型材及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、車架作為特種汽車的主承力構(gòu)件，自重較大且承載著車身、動(dòng)力總成、駕駛室、人員和貨物重量，在復(fù)雜路面行駛時(shí)，受到不同彎矩、扭矩、剪力協(xié)同作用，工況較為復(fù)雜。采用復(fù)合材料代替原有鋼質(zhì)車架，可以大大降低車架自重，提高車架的承載能力。某些型號(hào)的車架縱梁受到輪轂等總成裝配要求必須設(shè)計(jì)成變截面型材，截面型式一般為c型、i型、方型等，目前，采用真空灌注、ooa、熱壓罐等工藝設(shè)計(jì)和制作復(fù)合材料車架均能達(dá)到較好的性能，但必須制備高精度模具，大大增加了制作周期和成本，不利于批量推廣應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種復(fù)合材料車架變截面型材及其制備方法，對(duì)主梁型材結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，分段進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作，等截面段結(jié)合拉擠成型工藝和真空灌注工藝采用兩步法進(jìn)行制作，提高了型材抗彎強(qiáng)度的同時(shí)，保證了型材抗剪強(qiáng)度；變截面段采用金屬與復(fù)合材料混雜結(jié)構(gòu)，分散了應(yīng)力同時(shí)提高了各段之間的連接強(qiáng)度。等截面段兩步法制作只需采用一個(gè)拉擠模具，模具成本和加工周期低，且拉擠成型效率高，型材制作周期也降低；變截面段的金屬結(jié)構(gòu)直接作為復(fù)材層的模具使用，進(jìn)一步降低了模具成本和制作周期。因此，本發(fā)明在減輕車架總成重量的同時(shí)提高承載力，并降低制作周期，同時(shí)滿足高性能和低成本的要求，有利于復(fù)合材料車架的推廣應(yīng)用，為高端裝備制造提供一定技術(shù)支撐。

2、本發(fā)明為解決上述提出的技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：

3、一種復(fù)合材料車架變截面型材，包括前段型材、中段型材和后段型材，所述前段型材和后段型材為等截面，所述中段型材為變截面，前段型材高度與后段型材不同，中段型材前端高度與前段型材相同、后端高度與后段型材相同；所述中段型材的內(nèi)層前端向前延伸形成前端連接段、內(nèi)層后端向后延伸形成后端連接段，所述前段型材的后端設(shè)有與所述前端連接段適配的前段凹槽使得前端連接段置于前段凹槽內(nèi)時(shí)中段型材與前段型材的內(nèi)外表面平齊，所述后段型材的前端設(shè)有與所述后端連接段適配的后段凹槽使得后端連接段置于后段凹槽內(nèi)時(shí)中段型材與后段型材的內(nèi)外表面平齊；所述前端連接段與前段凹槽通過(guò)粘接配合機(jī)械連接的方式進(jìn)行固定，所述后端連接段與后段凹槽通過(guò)粘接配合機(jī)械連接的方式進(jìn)行固定；所述前段型材和后段型材采用復(fù)合材料，所述中段型材的內(nèi)層采用金屬材料、外層采用復(fù)合材料。

4、上述方案中，所述前段型材、中段型材和后段型材均包括腹板、上面板和下面板，三段型材的腹板平齊，前段型材的上面板和下面板平行，后段型材的上面板和下面板平行，中段型材的上面板和下面板不平行。

5、上述方案中，所述前端連接段和后端連接段的長(zhǎng)度不低于50mm。

6、上述方案中，所述前段型材和后段型材分別分外層和內(nèi)層兩步制作，外層先成型，然后成型內(nèi)層；外層采用拉擠工藝成型，內(nèi)層采用真空灌注工藝成型，內(nèi)層成型時(shí)前段凹槽和后段凹槽區(qū)域不鋪貼增強(qiáng)材料。

7、上述方案中，所述前段型材和后段型材的外層采用拉擠成型工藝，拉擠成型的增強(qiáng)材采用碳纖維絲、芳綸纖維絲、玻璃纖維絲、石英纖維絲、玄武巖纖維絲、聚酰亞胺纖維絲中的一種或幾種，樹脂采用環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂、聚氨酯樹脂、聚酯樹脂、酚醛樹脂中的一種；外層固化脫模后對(duì)內(nèi)表面進(jìn)行打磨修整，內(nèi)層采用真空灌注成型工藝，在外層的內(nèi)表面依次鋪貼增強(qiáng)材料后進(jìn)行真空灌注，真空灌注的增強(qiáng)材料采用碳纖維織物、芳綸織物、玻璃纖維織物、石英纖維織物、玄武巖纖維織物、聚酰亞胺纖織物中的一種或幾種，樹脂采用環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂、聚氨酯樹脂、聚酯樹脂、酚醛樹脂中的一種。

8、上述方案中，所述中段型材的金屬內(nèi)層包括前端連接段、后端連接段和二者之間的中間段，金屬內(nèi)層整體采用機(jī)加工成型；中段型材的復(fù)合材料外層在金屬內(nèi)層中間段的外表面依次鋪貼增強(qiáng)材料后進(jìn)行真空灌注成型，真空灌注的增強(qiáng)材料采用碳纖維織物、芳綸織物、玻璃纖維織物、石英纖維織物、玄武巖纖維織物、聚酰亞胺纖織物中的一種或幾種，樹脂采用環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂、聚氨酯樹脂、聚酯樹脂、酚醛樹脂中的一種；前端連接段和后端連接段不鋪貼增強(qiáng)材料。

9、上述方案中，所述中段型材的金屬內(nèi)層的厚度與前段型材和后段型材的內(nèi)層厚度相同，中段型材的復(fù)合材料外層的厚度與前段型材和后段型材的外層厚度相同。

10、上述方案中，所述前端連接段和后端連接段選擇應(yīng)力不突出區(qū)域。

11、相應(yīng)的，本發(fā)明還提出上述復(fù)合材料車架變截面型材的制備方法：

12、前段型材和后段型材都是分為兩步制作，第一步采用拉擠成型工藝制作外層：將增強(qiáng)材充分浸潤(rùn)樹脂后通過(guò)導(dǎo)向裝置進(jìn)入模具，模具是內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)的腔模，中空結(jié)構(gòu)的形狀與前段型材或后段型材適配，在模具內(nèi)經(jīng)過(guò)初步加熱固化后，通過(guò)牽引裝置成型至設(shè)計(jì)長(zhǎng)度；外層固化脫模完成后，內(nèi)表面進(jìn)行打磨修整；第二步采用真空灌注工藝制作內(nèi)層：修整完成后，在外層的內(nèi)表面依次鋪貼增強(qiáng)材料，前段凹槽和后段凹槽區(qū)域不鋪貼增強(qiáng)材料，鋪貼完成后，在最內(nèi)層鋪貼導(dǎo)流網(wǎng)和透氣氈，利用真空袋和密封膠條密封，采用真空灌注工藝成型內(nèi)層；

13、中段型材分為兩步制作，第一步采用機(jī)加工成型金屬內(nèi)層；金屬內(nèi)層機(jī)加工完成后對(duì)其外表面進(jìn)行打磨和清潔；第二步采用真空灌注工藝制作復(fù)合材料外層：在金屬內(nèi)層中間段的外表面依次鋪貼增強(qiáng)材料，前端連接段和后端連接段不鋪貼增強(qiáng)材料，鋪貼完成后，最外層鋪貼導(dǎo)流網(wǎng)和透氣氈，利用真空袋和密封膠條密封，采用真空灌注工藝成型外層；

14、前段型材、后段型材和中段型材都制作完成后進(jìn)行裝配，將中段型材的前端連接段和后端連接段分別置于前段型材的前段凹槽和后段型材的后段凹槽內(nèi)，重疊區(qū)域采用結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行粘接；

15、結(jié)構(gòu)膠固化后，在面板和腹板的粘接區(qū)沿長(zhǎng)度方向分別開至少2個(gè)通孔，并采用連接件進(jìn)行緊固連接。

16、上述方法中，在前段型材、后段型材和中段型材制作時(shí)均將面板寬度進(jìn)行加寬，在制作完成后再切割至設(shè)計(jì)寬度。

17、本發(fā)明的有益效果在于：

18、本發(fā)明對(duì)主梁型材結(jié)構(gòu)分段進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作，其中，等截面段結(jié)合拉擠成型工藝和真空灌注工藝采用兩步法進(jìn)行制作，提高型材抗彎強(qiáng)度的同時(shí)，保證型材抗剪強(qiáng)度，具體而言，外層采用拉擠成型工藝，拉擠成型工藝制作的型材纖維增強(qiáng)方向?yàn)?度方向，且樹脂含量較低，能有效提高型材抗彎強(qiáng)度同時(shí)保證抗剪強(qiáng)度；內(nèi)層采用真空灌注工藝，真空灌注工藝采用織物作為增強(qiáng)材，織物進(jìn)行不同角度鋪貼，增加90°、±45°方向纖維增強(qiáng)，能保證型材抗剪強(qiáng)度。兩步法制作只需采用一個(gè)拉擠模具，模具成本低，且加工周期短從而降低了型材制作周期。此外，拉擠成型效率高。等截面段均可采用大絲束纖維，原材料成本相較于同級(jí)別小絲束纖維可以降低30％以上，采用拉擠工藝進(jìn)行制作，模具成本相比真空灌注、ooa、熱壓罐、模壓等工藝更低，成型效率提高10％以上。綜合評(píng)估整體成本可降低30％以上。

19、變截面段采用金屬與復(fù)合材料混雜結(jié)構(gòu)，分散了應(yīng)力同時(shí)提高了各段之間的連接強(qiáng)度，具體而言，變截面段由于形狀的突變本身應(yīng)力容易集中，而且作為連接前段和后段的結(jié)構(gòu)，受力較為復(fù)雜，若采用純復(fù)材結(jié)構(gòu)連接，復(fù)材抗剪能力較弱，容易剪切失效，而采用金屬與復(fù)合材料混雜結(jié)構(gòu)，可以有效分散應(yīng)力，提高整體結(jié)構(gòu)抗剪能力，提高了連接強(qiáng)度。變截面段的金屬內(nèi)層直接作為復(fù)材外層的模具使用，進(jìn)一步降低了模具成本和制作周期。

20、綜上，本發(fā)明在減輕車架總成重量的同時(shí)提高了承載力，并降低制作成本和周期。