[发明专利]CFRP/铝合金复合结构热成形共固化一体化成形方法

说明书

本发明公开了一种CFRP/铝合金复合结构热成形共固化一体化成形方法，包括以下步骤：先将可热处理铝合金板材置于加热炉中完全固溶，取出水淬并进行表面粗糙化处理，之后将预浸料铺设于铝合金表面，通过阶梯式升温方式进行热压共固化成形，最后将CFRP/铝合金制件置于加热炉中人工时效。该方法可以实现CFRP与铝合金的一体化成形，有效提升复合结构的抗冲击性能，同时降低材料和制造成本，缩短成形周期，提高工艺效率。

技术领域

本发明涉及一种CFRP/铝合金复合结构热成形共固化一体化成形方法，属于板材成形技术领域。

背景技术

近年来，随着汽车产量与保有量的不断增加，节能与环保已成为全球汽车工业面临的首要问题，世界各国的排放标准也日益严格。在此背景下，提高汽车的燃油经济型，减少温室气体的排放，对汽车产业的可持续发展具有至关重要的意义。汽车轻量化是降低能耗、减少排放最有效的措施之一。在保证汽车强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车整车质量，不仅能有效降低燃油的消耗，还有利于改善汽车的动力性、安全性和操控稳定性。

在车身结构中采用轻量化材料是实现汽车轻量化的一个有效途径。目前，国内外重点开发应用的汽车轻量化材料主要包括高强钢、铝合金、镁合金和复合材料等。铝合金由于具有密度小、耐冲击、耐腐蚀、价格低廉、可回收再利用等优势，成为车身轻量化的首选材料。目前，应用于汽车车身的铝合金板材主要有不可热处理的5系(Al-Mg)和可热处理的6系(Al-Mg-Si)、7系(Al-Zn-Mg-Cu)。对于不可处理的铝合金通常采用加工硬化的方法来提高其强度，对于可热处理的铝合金通常采用时效强化、沉淀强化等方法来提高其强度。在传统的铝合金冷冲压成形工艺中，往往存在变形抗力大、尺寸精度差、回弹严重以及开裂等问题，严重影响冲压件的成形质量。在铝合金的热冲压成形工艺中，需要对铝合金进行固溶、淬火、人工时效等一系列热处理过程，工艺流程耗时较长，成形效率低，并且铝合金在交变热载荷的作用下易产生热变形及残余应力，影响成形件的尺寸及形状精度。另一方面，受限于铝合金材料本身的特性，经过热处理后的铝合金强度距离传统的高强钢强度仍有很大差距，难以得到进一步提升。

碳纤维复合材料由于具有低密度、高比强度、高比模量、耐疲劳、耐腐蚀、良好的热稳定性与化学稳定性等优异性能，在新能源车及各类高端车型的车身结构中获得广泛应用。另一方面，碳纤维复合材料断裂延伸率低，碰撞吸能性较差，原材料及制造成本较高，这些因素都限制了其在汽车工业的进一步推广和应用。同时，现有的碳纤维复合材料成形工艺无法满足高效率、规模化的生产需求。目前碳纤维复合材料成形工艺主要包括热压罐成形工艺和RTM成形工艺，热压罐成形工艺利用热压罐内部的高温压缩气体对预浸料进行加热加压以完成固化，往往需要配合相应的真空设备以达到良好的贴模效果，工艺流程复杂，制造成本较高；RTM工艺则是将液态树脂注入模具型腔浸渍纤维并固化，树脂的注射及浸渍过程耗时较长，并且通常需要高压环境，生产效率较低，这给碳纤维复合材料的大规模工业化应用造成了很大的困难。

据检索，现有技术中，专利文献CN109986860A中公开了一种纤维金属复合层板及其成形方法，所述纤维金属复合层板包括两个铝合金层，两个所述铝合金层之间设置有至少两个PEEK树脂层，相邻的两个所述PEEK树脂层之间设置有碳纤维预浸料层。利用成形模具对纤维金属复合层板进行热冲压成形。该方法通过交变电流对CFRP/铝合金层合板进行加热，其加热温度及时间范围无法实现铝合金板材中合金元素的充分固溶，在之后的时效及淬火过程中不能使铝合金过饱和固溶体中的强化相析出，从而无法起到强化效果，另外较高的加热温度有可能会导致CFRP预浸料在热载荷的作用下发生损伤或提前固化等行为，通过电加热的方式来加热层合板又会带来额外的能量消耗；另一方面在该方法中层合板的冲压成形与铝合金的时效热处理分两步进行，将层合板在模具中进行时效热处理又会严重降低热成形模具的利用率，无法满足复合结构快速一体化成形的需求。

发明内容

本发明的目的是针对以上困难，提供一种CFRP/铝合金复合结构的热成形共固化一体化的成形方法，以提高复合结构零部件的强度，降低材料及制造成本，同时缩短成形周期，提高工艺效率。