碳纤维材料在汽车开口检具制造中的应用研究

【摘  要】随着目前我国经济水平上升，我国汽车在社会之中的普及度已经逐渐升高，现如今人们对汽车的质量和安全性的也越加注重。因此车厂在进行汽车生产过程中，不仅需要提高汽车的产能，还需要有效的提高汽车的整车检查质量。本文中主要分析了碳纤维材料在汽车检具制造中的应用研究，文中首先对碳纤维材料进行基本的介绍，然后分析了碳纤维材料在汽车检具制造中的加工特性。最后再根据实际情况，提出了我国汽车检具制造中碳纤维材料的具体应用，来为我国的汽车产业发展提供一些参考意见。

【关键词】碳纤维材料;汽车检具制造;应用研究;参考意见

引言

当前我国在对车辆进行质量检测的过程中，白车身和内外饰开口检具的使用频率越来越高，例如风窗、车灯等开口检具。通过白车身和内外饰开口检具进行车身质量检查过程中，主要是以人工操作检测为主，这样就可以更好的保证检具的精度和强度，并且可以模拟真实零件的实际重量。我国开口检具在发展的过程中经历了最初钢结构骨架，后来由于过于笨重更换为铝材骨架，随着现在科技的发展白车身开口检具已经发展成了碳纤维骨架。同时传统使用的模拟块也已经从曾经的铝块发展成现在的碳纤维一体化模块。

开口检具材料的变化也代表着我国汽车检具制造技术的更新和产品的优化，下文便针对碳纤维材料在汽车检具制造中的应用进行研究，从而来对目前的开口检具材料进行创新和改善。

一、碳纤维材料的基本介绍

碳纤维材料主要是一种具备高性能抗拉长度的碳材料，同时碳纤维材料还具备其他纤维材料所特有的柔软性，因此碳纤维材料在目前的新材料市场中是一种新兴的增强纤维化工材料。根据有关研究显示碳纤维材料的密度小于钢密度的1/4，但是碳纤维材料的强度却是钢材料的9倍以上，并且碳纤维材料的抗拉性能和抗压性能也远远优秀于钢制材料。在有关研究中表明，碳纤维材料与传统的玻璃纤维材料相比，碳纤维材料在弹性限度内物质材料的抗拉和抗压物理量是传统玻璃纤维材料的三倍;碳纤维材料与目前市场上的凯芙拉纤维材料相比，碳纤维材料在弹性限度内，物质材料的抗拉和抗压物理量是凯芙拉纤维材料的两倍。同时碳纤维材料在应用过程中还具有较强的抗腐蚀、抗酸碱的特性，中国由碳纤维材料所构建而成的结构材料，在应用过程中具有较高的强度，并且该材料的质量较轻、耐高温、耐疲劳、材料的热膨胀系数较小等一系列的特点。而目前西方国家对碳纤维材料的相关技术和产品对我国实行一系列的封锁，因此我国在碳纤维材料的开发过程中必须要坚持自主研发的品牌道路。

我国汽车检具中的科研单位在对碳纤维材料进行研究的过程中发现，碳纤维材料中的纤维束可以分为小丝束1，3，6，12，24k或者是大丝束24k以上，同时在研究中发现1k和3k的碳纤维材料可以在工业生产中支撑相应的碳布，然后通过树脂复合材料与碳布进行融合组成一种全新的复合材料，这种复合材料就可以有效的提升传统碳纤维的强度和硬度。同时在1300摄氏度至1500摄氏度的温度下，碳纤维材料还可以进行高模性的碳化，通过在高温下石墨便会出现延伸现象，这样就会使碳纤维分子的晶体组成进一步的细化和重新组合，从而可以有效的提高碳纤维材料的拉伸强度，甚至可以将碳纤维材料的拉伸强度提高至410GPA。

在相关研究中将一块前挡风开口检具分别用铝制骨架和碳纤维骨架进行模拟的过程中，便会发现传统的铝制骨架再加上树脂模拟块后，会把检具的重量提高至30公斤，这样即使铝制骨架就有较高的强度和硬度，但是在高频率的震动下就会导致铝制骨架产生变形的问题，这样就会在一定的程度上影响汽车检具的精度。但是使用碳纤维骨架作为前挡风的开口检具，碳纤维材料的整体重量不会超过15公斤，同时碳纤维材料在应用过程中平均使用寿命远远大于由铝制骨架所制造成的检具。因此现阶段相应的汽车生产厂家都会在对汽车检具生产的过程中，全面的推广碳纤维材料的检具，这主要源于碳纤维材料检具与传统的材料检具相比具有不可替代的優势。

二、碳纤维材料在汽车检具制造中的加工特性

碳纤维材料在汽车检具制造过程中的加工特性主要有以下4点：

由碳纤维所组合而成的复合材料是工业生产中难以加工的材料之一，因此碳纤维复合材料之间的强度较低，这样就会导致在对碳纤维复合材料进行钻孔的过程中，如果碳纤维复合材料的构件受到的钻销强度过大，便会导致碳纤维复合材料中间层应力过大，如果在进行加工的过程中对材料造成的压力大于材料所能承受的核载力，那么便会导致碳纤维复合材料出现分层的问题;碳纤维复合材料是属于一种各项异性材料，这种纤维材料的铺层方向在制备的过程中对制备孔具有较大的影响和要求。所以在进行单向板的制孔过程中，如果碳纤维复合材料的钻孔处所受到的应力集中较大，那么便会导致材料出现劈裂等现象;碳纤维复合材料的硬度过大，在加工过程中碳纤维材料的硬度HRC甚至可以达到65，而这种材料的硬度足够可以和一般的高速钢硬度进行媲美，所以在碳纤维材料上进行钻孔的过程中，对钻头的磨损消耗较大;碳纤维复合材料在加工过程中导热性能较差，因此钻头在向碳纤维复合材料上面钻孔的过程中会产生大量的热量，并且这些热量在加工的过程中难以散发。那么就很容易导致加工区域中切削位置温度大幅度上升，从而导致钻头发生退火现象。

三、我国汽车检具制造中碳纤维检具的应用研发

我国汽车检具制造中碳纤维材料检具的具体应用基本上都是通过碳纤维骨架加上树脂模拟块进行汽车的检测，部分尺寸较小开口检具直接使用碳纤维材料制作模拟块进行汽车的检测。例如，我国上海通用检具工程师在项目规划前期对汽车检具进行开口设计的过程中，首先都会在前期制作相应的木制模型，然后将碳素布放置于木质模型中，从而形成相应的尺寸大小，最后在已经糊好的碳素板上进行机械加工。通过在汽车开口检具中采用碳纤维骨架和树脂模拟，可以发现汽车减去的重量与传统的铝制骨架相比减少了50%，从而大大的提高了检具的质量。

四、结束语

我国目前汽车的国内需求量正在逐年增长，因此我国各大的车厂扩大规模提高产能的过程中，更加注重对车辆的质量环节进行控制。在对车辆质量环节进行控制的过程中，不仅需要实现有效的对整车质量进行检查，还需要进一步的加快整车质量的检查速度和降低劳动强度。因此现阶段对碳纤维材料在汽车检具制造进行研究，便可以更好的促进我国汽车检具制造行业的发展。

参考文献：

[1]陆唯.碳纤维材料在检具制造中的研究与应用[J].装备制造技术，2015（2）：118-120.

[2]杨志勇.碳纤维材料轻量化汽车前风窗框检具制作工艺[J].模具工业，2016（6）：24-27.

作者简介：

谢小雷（1988.02.02—），男，汉族，籍贯：安徽阜阳，检具工程师，大专，单位：麦格纳光能汽车饰件系统（杭州）有限公司，研究方向：汽车检具

（作者单位：麦格纳光能汽车饰件系统（杭州）有限公司）