连续碳纤增强热塑复合材料B柱加强板高效双模成型模具

连续碳纤增强热塑复合材料b柱加强板高效双模成型模具
技术领域
1.本实用新型涉及汽车配件制造技术领域，具体的说，涉及了一种连续碳纤增强热塑复合材料b柱加强板高效双模成型模具。


背景技术：

2.大力发展轻量化技术，在保证汽车自身性能的情况下，通过轻量化设计方法对汽车进行减重，是目前汽车研发的一个主流方向。
3.对燃油车而言，轻量化车身能降低燃油消耗，对电动汽车则能有效提高续航里程，发展汽车轻量化技术成为人们目前解决环境和能源问题的最重要的途径之一。以树脂为基体，碳纤维为增强体的增强复合材料以其质量轻、比模量高、比强度高等优点能很好的应用于汽车车身、底盘、保险杠，横梁等各个零件部位，是目前汽车实现轻量化最有效的方法之一。
4.目前，通过注塑成型的非连续纤维增强制品，已广泛应用到汽车底盘盖板，座椅支撑板，控电盒，前端模块，电池托架，仪表盘等内外饰或半结构件中，非连续碳纤维一般包括长纤维和短纤维，作为增强体随机分布在基体中，尺寸达到微米到毫米级别，制造出来的材料性能呈现出准各向同性，但是由于纤维尺寸较小，对复合材料的增强效果有限，通常无法作为主承力结构件或次承力结构件使用。
5.随着汽车轻量化向主承力或次承力结构件的深入，使汽车进一步向轻量化结构化方向发展，就不得不借助连续纤维复合材料的强度优势。连续碳纤维复合材料中碳纤维作为增强体连续单向呈轴向均匀的分布在基体中，由于碳纤维在轴向上拥有很高的模量和强度，连续碳纤维复合材料在纤维方向可以达到很高的增强效果，可采用连续碳纤预浸带通过铺层的方式成型平板类或大曲率半径的曲面制品。
6.b柱结构是汽车重要的安全结构件之一，是构成垂直方向传力路径的主要部件，在汽车发生侧面碰撞中起到重要的吸能和保护乘员的作用。b柱加强板作为b柱区域的主要承力结构件，在实现轻量化结构化的前提下，也要满足汽车侧面碰撞安全性能要求，即具备优异的抗冲击性能。
7.目前，b柱加强板的主流构件是高强度钢板，轻量化的设计目标是采用连续碳纤维增强热塑性复合材料代替金属，实现b柱加强板的轻量化和快速成型。
8.采用连续碳纤维增强热塑性复合材料代替金属制备b柱加强板目前存在几个关键问题：
9.1.传统b柱加强板为提升结构刚度，会设计局部凸起、折弯等来提高结构刚度，而碳纤维由于自身断裂伸长率低的特性，并不适合过多高度差、锐边、小曲率的过渡圆角等设计；
10.2.碳纤维复合材料在通过热压成型时，模具的碰穿结构会阻挡热压过程中碳纤维移动和形变，导致连续碳纤维被撕断；
11.3.由于工艺改变，后处理工序增多，导致仅成型b柱加强板对于后续工序的处理，
如打孔、切割等，缺少定位基础、固定基础或参照基础；
12.4.对于散热均匀性的要求更高。
13.为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。


技术实现要素：

14.本实用新型的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种适用于加工连续碳纤维增强热塑性复合材料，无小曲率结构、无碰穿、具有装夹定位基础、散热均匀的能够充分发挥材料性能的b柱加强板模具。
15.为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种连续碳纤增强热塑复合材料b柱加强板高效双模成型模具，包括上模、下模和冷却水道，所述冷却水道分布于上模和下模内部；
16.所述上模和下模合围形成模腔，所述模腔分为产品形状区域和自产品形状区域向外连续扩展的扩展辅助区域；
17.所述模腔的空间为无碰穿结构的连续空间，所述模腔中设置有辅助定位成型结构和定位标记点成型结构，所述辅助定位成型结构用于形成水平的定位平面，所述定位标记点用于形成凸点或凹点；
18.所述模腔的四周边界区域为无锐角折弯的连续平滑过渡结构。
19.基上所述，所述连续平滑过渡结构的过渡区域均为圆弧角，所述圆弧角的角度均为钝角。
20.基上所述，所述模腔中的局部凸起区域或凹陷区域与四周平滑过渡，所述局部凸起区域或凹陷区域的过渡角均为钝角。
21.基上所述，所述产品形状区域和扩展辅助区域的连接区域设置过渡区域，所述过渡区域的内端延伸方向与所述产品形状区域的边缘的延伸方向一致，所述过渡区域的外端通过圆弧结构过渡至扩展辅助产品。
22.基上所述，所述扩展辅助区域的厚度相对产品形状区域的厚度增加至少0.5mm。
23.基上所述，各所述冷却水道在水平方向上均匀分布、在竖直方向上距离模腔内壁的距离相等。
24.基上所述，所述辅助定位成型结构位于扩展辅助区域。
25.本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，本实用新型具有以下优点：
26.1.模腔为无碰穿结构的连续空间，加工出一体成型的连续碳纤维增强热塑性复合材料产品，避免了传统模压产品直接碰穿开孔易导致热压过程碳纤维移动或形变受限等问题，进而提升加强板的强化程度。
27.2.针对需要打孔的区域设置定位标记点，在一体成型结束后，通过在定位标记点打孔形成所需的孔结构，实现不影响成型过程中连续碳纤维形变的目的。
28.3.由于连续碳纤维增强热塑性复合材料的成型产品边界难以一次加工成，为保证产品结构的完整性，增加向四周延伸的扩展辅助产品，成型产品通过二次加工从而获得完整的产品。
29.4.二次加工过程中需要定位，为方便定位，设置辅助定位成型结构，为加强板的二
次加工提供加工定位基础，同时为避免辅助定位成型结构影响产品结构，将其设置在扩展辅助区域。
30.5.模腔的边界设计为无折弯结构和棱角结构的连续平滑过渡结构，摒弃传统金属加强板中需要通过棱角或者折弯来强化结构的方式，采用连续平滑边界代替，充分发挥连续碳纤维增强热塑性复合材料的性能。
31.6.针对凸起区域和转角区域，也设计为相应的平滑过渡或圆弧角结构，充分利用碳纤维本身的高强度和高模量特点。
32.7.在扩展辅助区域和产品成型区域之间设置过渡结构，扩展辅助产品的壁厚更厚，在定位装夹过程中，可以提供更加稳定的装夹基础。
附图说明
33.图1是本实用新型中连续碳纤增强热塑复合材料b柱加强板高效双模成型模具的整体结构示意图。
34.图2是本实用新型中下模的结构示意图。
35.图3是本实用新型中上模冷却水道的侧视角度透视图。
36.图4是本实用新型中下模冷却水道的俯视角度透视图。
37.图5是本实用新型中上模的结构示意图。
38.图6是本实用新型实施例中b柱加强板的结构示意图。
39.图7是本实用新型实施例中b柱加强板的局部结构示意图。
40.图8是本实用新型实施例中b柱加强板带有扩展辅助产品的结构示意图。
41.图9是本实用新型具体实施方式中b柱加强板与扩展辅助产品过渡区域的结构示意图。
42.图10是本实用新型中背景技术中的钢质b柱加强板的整体结构示意图。
43.图11是本实用新型背景技术中的钢质b柱加强板的局部结构示意图。
44.图中：1.加强板；2.扩展辅助产品；3.定位标记点；4.连续平滑过渡结构；5.局部凸起区域；6.过渡结构；7.折弯；8.转角；
45.11.上模；12.下模；13.冷却水道；14.产品形状区域；15.扩展辅助区域；17. 模腔中的局部凸起区域。
具体实施方式
46.下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
47.如图1-图5所示，一种连续碳纤增强热塑复合材料b柱加强板高效双模成型模具，包括上模11、下模12和冷却水道13，所述冷却水道13分布于上模11和下模12内部；
48.所述上模11和下模12合围形成模腔，所述模腔分为产品形状区域14和自产品形状区域向外连续扩展的扩展辅助区域15。
49.所述模腔的空间为无碰穿结构的连续空间，所述模腔中设置有辅助定位成型结构和定位标记点成型结构，所述辅助定位成型结构用于形成水平的定位平面，在本实施例中，定位平面为辅助扩展产品整体，所述定位标记点用于形成凸点或凹点。
50.所述模腔的四周边界区域为无锐角折弯的连续平滑过渡结构，所述连续平滑过渡
结构的过渡区域均为圆弧角，所述圆弧角的角度均为钝角。
51.所述模腔中的局部凸起区域17或凹陷区域与四周平滑过渡，所述局部凸起区域或凹陷区域的过渡角均为钝角。
52.所述产品形状区域和扩展辅助区域的连接区域设置过渡区域，所述过渡区域的内端延伸方向与所述产品形状区域的边缘的延伸方向一致，所述过渡区域的外端通过圆弧结构过渡至扩展辅助产品，所述扩展辅助区域的厚度相对产品形状区域的厚度增加至少0.5mm。
53.所述冷却水道13在水平方向上均匀分布、在竖直方向上距离模腔内壁的距离相等。
54.如图6-图11所示，为充分说明该模具的特点，结合得到的中间产品的结构特点进行进一步说明，其中图10和图11所示为现有技术中b柱加强板的结构示意图，用来进行对比说明。
55.其中，所述辅助定位成型结构在本实施例中，可以是扩展辅助产品2本身，也可以是用于配合外部定位机构的特殊定位结构，如定位凸起、定位凹陷、定位形状等等，可根据具体使用的定位装置专门设计结构，由于扩展辅助产品2并非加强板1本身，所以可以针对它做任意个性化的加工设计而不影响产品本身。
56.无孔设计的方案，主要原因在于，该产品是需要通过模具热压成型生产的，传统方案直接在模具中设置碰穿结构以形成穿孔，但是这种结构会在热压过程中阻挡碳纤维的形变，导致连续碳纤维被撕裂，所以本实施例中的产品孔都封堵住，只保留定位标记点3，在成型结束后，打孔形成产品孔。
57.形成的加强板1上的边界区域为无折弯结构和棱角结构的连续平滑过渡结构4，所述连续平滑过渡结构4的过渡区域均为圆弧角，所述圆弧角的角度均为钝角，所述加强板1的转角8位置均为圆角转角，所述加强板1上的局部凸起区域5与四周平滑过渡，所述局部凸起区域的过渡角均为钝角。
58.这样做的目的是，由于碳纤维本身的强度很高，刚度很高，不需要传统方式中通过棱角和折弯7等加强结构，转角8也无需设置成锐角结构，且这种结构还容易使碳纤维局部折弯断裂而失去强度，故而产品中折弯、凸起等结构或具有高度差的结构，尽可能的消除局部的突变，均采用平滑过渡的方式处理，保证产品的整体强度。
59.所述扩展辅助产品2与加强板1之间的连接区域设置过渡结构6，所述过渡结构6的内端延伸方向与所述加强板1的边缘的延伸方向一致，所述过渡结构6的外端通过圆弧结构过渡至扩展辅助产品2，所述扩展辅助产品2的壁厚相对加强板1的壁厚增加至少0.5mm，所述加强板1、扩展辅助产品2及过渡结构为一体成型结构。
60.通过本方案制备加强板的制备过程包括：
61.a.将预制的连续碳纤维增强热塑性复合材料的板材在加热装置内加热软化；
62.b.将加热软化的板材置入凹凸模之间，合模将板材加热加压，冷却固化成型后，从模具中取出初始产品；
63.c.结合初始产品上的定位结构，通过装夹装置装紧固定，然后采用钻孔工具针对印记处进行打孔；
64.d.切边，将初始产品上的扩展辅助产品切割去除，仅保留产品的设计形状，完成b
柱加强板的制备。
65.最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

技术特征：
1.一种连续碳纤增强热塑复合材料b柱加强板高效双模成型模具，其特征在于：包括上模、下模和冷却水道，所述冷却水道分布于上模和下模内部；所述上模和下模合围形成模腔，所述模腔分为产品形状区域和自产品形状区域向外连续扩展的扩展辅助区域；所述模腔的空间为无碰穿结构的连续空间，所述模腔中设置有辅助定位成型结构和定位标记点成型结构，所述辅助定位成型结构用于形成水平的定位平面，所述定位标记点用于形成凸点或凹点；所述模腔的四周边界区域为无锐角折弯的连续平滑过渡结构。2.根据权利要求1所述的连续碳纤增强热塑复合材料b柱加强板高效双模成型模具，其特征在于：所述连续平滑过渡结构的过渡区域均为圆弧角，所述圆弧角的角度均为钝角。3.根据权利要求2所述的连续碳纤增强热塑复合材料b柱加强板高效双模成型模具，其特征在于：所述模腔中的局部凸起区域或凹陷区域与四周平滑过渡，所述局部凸起区域或凹陷区域的过渡角均为钝角。4.根据权利要求3所述的连续碳纤增强热塑复合材料b柱加强板高效双模成型模具，其特征在于：所述产品形状区域和扩展辅助区域的连接区域设置过渡区域，所述过渡区域的内端延伸方向与所述产品形状区域的边缘的延伸方向一致，所述过渡区域的外端通过圆弧结构过渡至扩展辅助产品。5.根据权利要求4所述的连续碳纤增强热塑复合材料b柱加强板高效双模成型模具，其特征在于：所述扩展辅助区域的厚度相对产品形状区域的厚度增加至少0.5mm。6.根据权利要求5所述的连续碳纤增强热塑复合材料b柱加强板高效双模成型模具，其特征在于：各所述冷却水道在水平方向上均匀分布、在竖直方向上距离模腔内壁的距离相等。7.根据权利要求6所述的连续碳纤增强热塑复合材料b柱加强板高效双模成型模具，其特征在于：所述辅助定位成型结构位于扩展辅助区域。

技术总结
本实用新型提供了一种连续碳纤增强热塑复合材料B柱加强板高效双模成型模具，包括上模、下模和冷却水道，所述冷却水道分布于上模和下模内部；所述上模和下模合围形成模腔，所述模腔分为产品形状区域和自产品形状区域向外连续扩展的扩展辅助区域；所述模腔的空间为无碰穿结构的连续空间，所述模腔中设置有辅助定位成型结构和定位标记点成型结构，所述辅助定位成型结构用于形成水平的定位平面，所述定位标记点用于形成凸点或凹点；所述模腔的四周边界区域为无锐角折弯的连续平滑过渡结构。该连续碳纤增强热塑复合材料B柱加强板高效双模成型模具用于生产连续碳纤维增强热塑性复合材料B柱加强板，可最大限度保证连续碳纤维增强热塑性复合材料的性能发挥。强热塑性复合材料的性能发挥。强热塑性复合材料的性能发挥。


技术研发人员：黄明 王阳 张娜 翟孟雷 陈文广 刘春太 丁波
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：2023.03.22
技术公布日：2023/7/21