阅读说明：本技术 在待成形的钢板上施加cfrp贴片的工艺 (Process for applying CFRP patches on steel sheets to be formed ) 是由 L·维克斯特罗姆 于 2018-05-17 设计创作，主要内容包括：一种生产复合机动车辆构件的工艺,所述工艺包括以下步骤：将经过表面处理的钢部件(1)加热至奥氏体温度,以在所述钢部件中形成奥氏体；使钢部件成形为期望的形状；使钢部件冷却至低于500℃的温度；将由预浸料纤维增强聚合物制成的贴片(2)施加至钢部件的至少一部分,压制所施加的由纤维增强聚合物制成的贴片(2)以使其粘附至钢部件(1)；和在所述压制工具内至少部分地使所述贴片固化。(A process for producing a composite automotive vehicle component, the process comprising the steps of: heating the surface treated steel component (1) to an austenite temperature to form austenite in the steel component; forming the steel component into a desired shape; cooling the steel component to a temperature below 500 ℃; applying a patch (2) of prepreg fibre-reinforced polymer to at least a portion of the steel component, pressing the applied patch (2) of fibre-reinforced polymer to adhere it to the steel component (1); and at least partially curing the patch within the pressing tool.)

在待成形的钢板上施加CFRP贴片的工艺

技术领域

本发明涉及一种将由纤维增强聚合物制成的部件施加至钢部件的工艺。具体地，本发明涉及一种将CFRP贴片施加至要被形成为车辆部件的钢板的工艺。

背景技术

在车辆工业中，重要的是提供具有高延展性的部件，该部件在经受高应变时(例如在碰撞期间)以可预见的方式变形。在本领域中，常规的做法是，通过在车辆部件的关键区域处施加纤维增强聚合物来加强钢部件。这是一种在保持产品的重量最小的同时局部加强产品的有利方式。

在本领域中，将由纤维增强聚合物制成的贴片施加至钢板的挑战包括在钢部件之间获得良好的结合以及保持操作的生产率。

在EP 1 908 669 B1中公开了一种生产车辆部件的工艺，其中两个部件通过粘合剂接合至彼此，其中第二构件、通常纤维增强聚合物被接合至钢板，其中使用来自钢板的热加工工艺的残留热量来在构件之间生成粘合接合。

为了在钢部件与纤维增强聚合物贴片之间获得良好的粘附以及实现增强聚合物贴片的精确安装，期望的是作为预浸料施加纤维增强聚合物贴片并且使贴片随着它粘附至钢板而固化。这样的步骤所涉及的问题是，预浸料纤维增强聚合物的固化通常花费大量时间，这减慢了所述工艺。

因此，需要一种将预浸料纤维增强聚合物贴片接合至钢部件的生产工艺。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种生产特别地用于汽车工业的钢部件的有效工艺。

通过一种生产复合机动车辆构件的工艺而实现了该目的，所述工艺包括以下步骤：

-将经过表面处理的钢部件加热至奥氏体温度，以在所述钢部件中形成奥氏体；

-使钢部件成形为期望的形状，

-使钢部件冷却至低于500℃的温度，

-将预浸料纤维增强聚合物部件施加至所述钢部件的至少一部分，

-压制所述预浸料纤维增强聚合物部件以使其粘附至钢部件，并且至少部分地使所述纤维增强聚合物部件固化。

本发明还涉及一种机动车辆构件，其包括成形的钢部件以及所施加的由碳纤维增强聚合物制成的贴片，已经通过如上所述的工艺来生产所述机动车辆构件。

本发明工艺的优点在于，由于在较短的时间期间使用用于使钢板成形以及冷却钢板的工具，可以提高生产率，这是因为可以将钢板设置为在所述工具的外部冷却。

根据下文描述以及独立权利要求，本发明的其它方面和优点将显而易见。

附图说明

在下文中，将参考附图描述本发明的特定方面，其中：

图1是根据本发明的特定方面的工艺的示意图。

具体实施方式

在图1中，示出了根据本发明的特定方面的生产复合机动车辆构件的工艺的示意图。该工艺可以被分为三个子工艺，包括第一子工艺，其包括制备用于生产复合车辆构件的钢部件的一组步骤101-103；制备用于同一生产的纤维增强聚合物部件的第二组步骤201-203；以及将所述纤维增强聚合物部件接合至所述钢部件以及形成所述复合车辆构件的第三组步骤301-302。

参考图1的左下部分，所述工艺包括：加热步骤101，将钢部件1加热至奥氏体温度，其通常为900℃左右；冷却步骤102，使钢部件冷却至大约600-850℃的温度并且在所述温度下使所述钢部件热成形为期望的形状。在成形工具中执行钢部件的成形。在随后的冷却步骤103中，将热成形的钢部件冷却至低于500℃的温度。优选在成形工具(在其中使钢部件成形)内进行冷却。

与制备钢部件1并行地，制备纤维增强聚合物部件2，以便随后粘附至钢部件1。在第一提供步骤201中，提供呈未固化的、预浸料状态的纤维增强聚合物部件2。预浸料将被理解为预浸渍的复合纤维，其中已经存在热固性聚合物基体材料，例如环氧树脂。将需要在已经给予预浸料的热固性基体最终形状之后使其固化。

在随后的加热步骤202中，加热纤维增强聚合物部件2，并且在进一步的后续去除步骤203中，从纤维增强聚合物部件2的层之间去除夹带的空气(如果有的话)。也在加热期间执行该步骤。纤维增强聚合物部件2在随后附接至钢部件1时优选具有大约50-80℃的温度。

在与在其中使钢部件热成形的成形工具不同的压制工具中执行纤维增强聚合物部件2与钢部件1的接合。在传输线上将钢部件从成形工具传输至压制工具。因此，不需要机器人来使钢部件从成形工具运动至压制工具。

已加热的钢部件1和已加热的纤维增强聚合物部件2在工具、通常成形工具中接合以形成复合部件3，其中在引入步骤301中，将已加热的钢部件1和已加热的纤维增强聚合物部件2引入至所述工具中，并且其中在提供步骤302中，从所述工具提供热量，以便在加热的工具内至少部分地使增强聚合物部件2固化。

在所述工具中，在加热期间压制所施加的由纤维增强聚合物制成的贴片以使其粘附至钢部件，由此在所述工具内使所述纤维增强聚合物部件2至少部分地固化。优选地，钢部件1和预浸料纤维增强聚合物部件2在不使用除了纤维增强聚合物的固有聚合物之外的其它粘合剂的情况下接合。

优选地，在使钢部件1成形的步骤与将纤维增强聚合物部件2施加至所述钢部件的一部分的步骤之间不对钢部件进行表面处理。这是可行的，因为钢部件是不锈钢部件、涂层钢部件或预处理的钢部件。进行预处理以在钢部件上产生不具有疏松氧化铁的表面，否则所述疏松氧化铁会阻碍至纤维增强聚合物部件2的表面结合。可以在用无氧气的惰性环境封闭的炉中进行对钢部件的加热、即步骤101，以使得在所述加热期间不会形成氧化铁。然而，在使钢部件从炉移动至成形工具时，使钢部件保持在惰性环境中更加困难。

在许多现有技术的解决方案中，通过在纤维增强聚合物部件粘附至钢部件之前在钢已经被冷却时对钢执行表面处理以去除所形成的氧化铁来解决这一点。这样的表面处理例如可以包括喷丸、***等等。然而，这样的处理将在工艺中引入进一步的步骤并减慢整个工艺。

根据本发明工艺的一个方面，钢构件由已经用氧化皮抑制层处理的钢制成。这具有的优点是，在钢部件的加热和成形以及纤维增强聚合物部件至钢部件的粘附之间不需要对钢部件进行任何表面处理。

根据一个方面，钢构件由已经覆盖有Al-Si层的钢制成。作为替代，钢构件由在被加热之前已经经过表面处理的钢制成，所述表面处理改变表面的特性并且使它易于形成可以附接有由纤维增强聚合物制成的贴片的氧化物结构。这种表面处理通常包括由氧化铁(方铁矿、磁铁矿和赤铁矿)形成的1.5-4μm厚的皮。钢表面已经经过化学预处理，这导致所形成的氧化皮在模压淬火期间锚固至钢。

作为另一替代，钢构件可以由不锈钢制成，其中在钢部件的加热之前或在所述加热之后都不需要表面处理。对于大多数应用，钢部件优选由碳钢制成。

在复合部件3的加热步骤302期间(在此期间，增强聚合物部件2至少部分地固化)，所述工具优选保持朝钢部件上的由纤维增强聚合物制成的贴片压制小于40秒、优选小于30秒。最优选地，所述工具优选保持压制小于20秒。

在现有技术中，常规的做法是，保持轻微的压力以及加热达大约120秒以使纤维增强聚合物固化。作为本发明的一个方面，已经测试的是，可以通过稍微地增大固化温度来加快固化。因此，对于典型的环氧树脂，可以在大约20-30秒内而不是在所述120秒内执行固化，由此可以显著地加快工艺。

在一个方面中，预浸料纤维增强聚合物贴片附接至钢部件的已经变形以包括至少一个弯曲部分的部分，其中预浸料纤维增强聚合物贴片被布置成覆盖所述至少一个弯曲部分的内侧部分。纤维增强聚合物贴片的这种施加将提供局部加强，这在已经经历弯曲或成形部分的区域中通常是需要的。

预浸料纤维增强聚合物贴片优选包括嵌入在环氧树脂中的碳纤维。优选地，环氧树脂是被称为快速固化环氧树脂的快速硬化环氧树脂。

在由纤维增强聚合物制成的贴片被压制至钢部件期间，在其中使预浸料纤维增强聚合物至少部分地固化的工具优选被加热至高于150℃的温度。由纤维增强聚合物制成的贴片在所述钢部件已经冷却之前附接至所述钢部件并且仍然具有至少150℃的温度。这是有利的，不仅因为加快了整个工艺，而且因为在纤维增强聚合物的固化期间利用了钢部件的残留热量。钢部件和工具的最合适温度取决于所使用的环氧树脂的类型。

通常，在固化过程开始时，容许钢部件具有比所述工具高的温度。如上所述，这是有利的，因为加快了整个工艺，并且在纤维增强聚合物的固化期间利用了钢部件的残留热量。因此，将容许钢部件在纤维增强聚合物的固化期间略微地冷却。

在加热由纤维增强聚合物制成的贴片期间，将容许贴片的层之间的夹带空气漏出。贴片在其被施加至钢部件时可以具有高于100℃的温度。

钢部件可以由在不进行淬火的情况下形成马氏体结构的奥氏体钢形成，并且工艺包括在不进行淬火的情况下用所施加的由碳纤维增强聚合物制成的贴片冷却钢部件的步骤。因此，钢具有即使在低冷却速度下也容许形成硬化的马氏体结构的合金。在大气中冷却便足够。这也有助于整个工艺，因为可以对钢部件进行空气硬化，以使得冷却是不那么重要的步骤。通常，钢是空气硬化超高强度钢(UHSS)。

本发明的工艺的主要目的是生产一种机动车辆构件，该机动车辆构件由成形的钢部件和所施加的由碳纤维增强聚合物制成的贴片构成，已经通过如上所述的工艺来生产所述机动车辆构件。

上文已经参考本发明的特定方面描述了本发明。本领域技术人员应当理解的是，本发明可以在本发明的范围内变化，本发明的范围仅仅由以下权利要求限制。