[发明专利]一种马氏体钢复合结构的快速成形方法及成形装置

说明书

本发明涉及一种马氏体钢复合结构的快速成形方法，包括以下步骤对马氏体钢表面处理；铺层；加热及快速转移；保压固化，还涉及成形装置，包括凹模、液压仓、水冷系统、压力监测系统和油液循环控制系统，所述液压仓连接有用于向所述液压仓内充入油液的油液入口，所述水冷系统用于冷却冲压后的成形件，所述压力监测系统用于监测成形压力，所述油液循环控制系统用于向液压仓内填充油液。本发明采用热塑性树脂代替热固性预浸料提高成型效率以及粘流态快速成形的高效性，实现马氏体钢‑碳纤维复合层板快速胶结和固化。

技术领域

本发明涉及一种成形方法和成形装置，尤其涉及一种马氏体钢复合结构的快速成形方法及成形装置。

背景技术

新一代汽车的发展趋势要求节能、降耗、环保和安全。减轻汽车质量是汽车降低燃油消耗及减少排放的最有效措施之一。据统计，汽车车身、底盘(含悬挂系统)、发动机三大总成约占轿车总重量的70%以上，其中车身内、外覆盖件的重量又居首位，约占汽车总重量的30%以上。对汽车本身来说，约70%的油耗用于车身质量，所以汽车车身的轻量化对减轻汽车整车自重，提高整车燃料经济性和节能环保至关重要。

汽车减重对安全性会带来很大影响，在保证汽车安全性的同时对汽车本身进行轻量化改造，是国际汽车设计和制造业不断追求的目标。欧洲、美国和日本等发达国家在20世纪70年代石油危机以后，已经在降低汽车能耗的问题上取得较大成绩。进入20世纪90年代后，针对世界能源供应日益紧张和不确定性因素增加的形势，美国钢铁协会及欧洲钢铁协会分别推出了走多材料技术路线的PNGV计划和SuperLIGHT-Car计划；国际铝业协会推出了Al材料计划；同时，阿塞勒钢厂及蒂森钢厂推出了高强度钢技术路线。研究项目的共同点是将汽车质量降低20~40%。在这些研究计划中，超高强度马氏体钢的应用已作为最重要的组成部分。然而，随着汽车对被动安全性及轻量化水平要求的进一步提高，仅依靠金属材料的研发已无法满足高性能汽车的设计及制造要求。如何在超高强度马氏体钢的基础上，发展先进复合材料，进一步降低材料重量，提高其结构强度、抗冲击、耐疲劳能力，具有重要工程意义。

纤维金属层板是一种由金属薄板和纤维复合材料交替铺层，在一定压力和温度下固化而成的层间混杂复合材料，也称为超混杂层板。纤维金属层板综合了传统纤维复合材料以及金属材料的特点，具有高的比强度和比刚度，优良的疲劳性能以及高的损伤容限，使得其在航空航天、轨道交通等领域获得了广泛的关注。基于超高强度马氏体钢，发展马氏体钢-碳纤维复合层板，对于提高汽车关键构件的安全性，并实现其轻量化具有重要意义。现有专利中，汽车B柱结构及其制造方法（CN201510329795.5）、一种汽车B柱加强板总成（CN201611100508.4）等也 通过碳纤维复合材料提高马氏体钢构件的性能，但均采用在马氏体钢构件表面胶结一层碳纤维，该结构并非真正意义上的层状复合材料，纤维层在受载过程中的桥接能力较低。采用多层马氏体钢-碳纤维层状结构，较上述构件，可显著提高材料的强度、抗冲击及耐疲劳性能。

此外，汽车安全构件形状复杂，马氏体钢-碳纤维复合层板复杂构件的成形问题是限制该材料应用的重要因素。马氏体钢自身即因强度高，硬化指数、厚向异性系数及延伸率低，成形性能差，一般采用热冲压技术进行成形。而马氏体钢-碳纤维复合层板因碳纤维复合材料有限的破坏应变，成形性能更差，且为了不破坏树脂的自身结构，成形温度低，无法像纯马氏体钢结构采用温度达900℃的热冲压进行成形。

发明内容

本发明为了降低现有汽车材料重量，提高其结构强度、抗冲击、耐疲劳能力，提供了一种制备马氏体钢-碳纤维复合层板的方法，该方法利用马氏体钢在高应变速率下成形性能提高的现象，提高马氏体钢的成形极限；同时，选用热塑性树脂，在快速冲压时进行加热，利用热塑性树脂在粘流态成形性好的特征，提高碳纤维增强热塑性树脂的成形极限，并通过快速冷却工艺，使马氏体钢-碳纤维复合层板快速胶结和固化，实现成形、粘接一体化。

本发明所采取的技术方案为：一种马氏体钢复合结构的快速成形方法，包括以下步骤