碳纖維材料在汽車開口檢具制造中的應用研究

【摘? 要】隨著目前我國經濟水平上升，我國汽車在社會之中的普及度已經逐漸升高，現如今人們對汽車的質量和安全性的也越加注重。因此車廠在進行汽車生產過程中，不僅需要提高汽車的產能，還需要有效的提高汽車的整車檢查質量。本文中主要分析了碳纖維材料在汽車檢具制造中的應用研究，文中首先對碳纖維材料進行基本的介紹，然后分析了碳纖維材料在汽車檢具制造中的加工特性。最后再根據實際情況，提出了我國汽車檢具制造中碳纖維材料的具體應用，來為我國的汽車產業發展提供一些參考意見。

【關鍵詞】碳纖維材料;汽車檢具制造;應用研究;參考意見

引言

當前我國在對車輛進行質量檢測的過程中，白車身和內外飾開口檢具的使用頻率越來越高，例如風窗、車燈等開口檢具。通過白車身和內外飾開口檢具進行車身質量檢查過程中，主要是以人工操作檢測為主，這樣就可以更好的保證檢具的精度和強度，并且可以模擬真實零件的實際重量。我國開口檢具在發展的過程中經歷了最初鋼結構骨架，后來由于過于笨重更換為鋁材骨架，隨著現在科技的發展白車身開口檢具已經發展成了碳纖維骨架。同時傳統使用的模擬塊也已經從曾經的鋁塊發展成現在的碳纖維一體化模塊。

開口檢具材料的變化也代表著我國汽車檢具制造技術的更新和產品的優化，下文便針對碳纖維材料在汽車檢具制造中的應用進行研究，從而來對目前的開口檢具材料進行創新和改善。

一、碳纖維材料的基本介紹

碳纖維材料主要是一種具備高性能抗拉長度的碳材料，同時碳纖維材料還具備其他纖維材料所特有的柔軟性，因此碳纖維材料在目前的新材料市場中是一種新興的增強纖維化工材料。根據有關研究顯示碳纖維材料的密度小于鋼密度的1/4，但是碳纖維材料的強度卻是鋼材料的9倍以上，并且碳纖維材料的抗拉性能和抗壓性能也遠遠優秀于鋼制材料。在有關研究中表明，碳纖維材料與傳統的玻璃纖維材料相比，碳纖維材料在彈性限度內物質材料的抗拉和抗壓物理量是傳統玻璃纖維材料的三倍;碳纖維材料與目前市場上的凱芙拉纖維材料相比，碳纖維材料在彈性限度內，物質材料的抗拉和抗壓物理量是凱芙拉纖維材料的兩倍。同時碳纖維材料在應用過程中還具有較強的抗腐蝕、抗酸堿的特性，中國由碳纖維材料所構建而成的結構材料，在應用過程中具有較高的強度，并且該材料的質量較輕、耐高溫、耐疲勞、材料的熱膨脹系數較小等一系列的特點。而目前西方國家對碳纖維材料的相關技術和產品對我國實行一系列的封鎖，因此我國在碳纖維材料的開發過程中必須要堅持自主研發的品牌道路。

我國汽車檢具中的科研單位在對碳纖維材料進行研究的過程中發現，碳纖維材料中的纖維束可以分為小絲束1，3，6，12，24k或者是大絲束24k以上，同時在研究中發現1k和3k的碳纖維材料可以在工業生產中支撐相應的碳布，然后通過樹脂復合材料與碳布進行融合組成一種全新的復合材料，這種復合材料就可以有效的提升傳統碳纖維的強度和硬度。同時在1300攝氏度至1500攝氏度的溫度下，碳纖維材料還可以進行高模性的碳化，通過在高溫下石墨便會出現延伸現象，這樣就會使碳纖維分子的晶體組成進一步的細化和重新組合，從而可以有效的提高碳纖維材料的拉伸強度，甚至可以將碳纖維材料的拉伸強度提高至410GPA。

在相關研究中將一塊前擋風開口檢具分別用鋁制骨架和碳纖維骨架進行模擬的過程中，便會發現傳統的鋁制骨架再加上樹脂模擬塊后，會把檢具的重量提高至30公斤，這樣即使鋁制骨架就有較高的強度和硬度，但是在高頻率的震動下就會導致鋁制骨架產生變形的問題，這樣就會在一定的程度上影響汽車檢具的精度。但是使用碳纖維骨架作為前擋風的開口檢具，碳纖維材料的整體重量不會超過15公斤，同時碳纖維材料在應用過程中平均使用壽命遠遠大于由鋁制骨架所制造成的檢具。因此現階段相應的汽車生產廠家都會在對汽車檢具生產的過程中，全面的推廣碳纖維材料的檢具，這主要源于碳纖維材料檢具與傳統的材料檢具相比具有不可替代的優勢。

二、碳纖維材料在汽車檢具制造中的加工特性

碳纖維材料在汽車檢具制造過程中的加工特性主要有以下4點：

由碳纖維所組合而成的復合材料是工業生產中難以加工的材料之一，因此碳纖維復合材料之間的強度較低，這樣就會導致在對碳纖維復合材料進行鉆孔的過程中，如果碳纖維復合材料的構件受到的鉆銷強度過大，便會導致碳纖維復合材料中間層應力過大，如果在進行加工的過程中對材料造成的壓力大于材料所能承受的核載力，那么便會導致碳纖維復合材料出現分層的問題;碳纖維復合材料是屬于一種各項異性材料，這種纖維材料的鋪層方向在制備的過程中對制備孔具有較大的影響和要求。所以在進行單向板的制孔過程中，如果碳纖維復合材料的鉆孔處所受到的應力集中較大，那么便會導致材料出現劈裂等現象;碳纖維復合材料的硬度過大，在加工過程中碳纖維材料的硬度HRC甚至可以達到65，而這種材料的硬度足夠可以和一般的高速鋼硬度進行媲美，所以在碳纖維材料上進行鉆孔的過程中，對鉆頭的磨損消耗較大;碳纖維復合材料在加工過程中導熱性能較差，因此鉆頭在向碳纖維復合材料上面鉆孔的過程中會產生大量的熱量，并且這些熱量在加工的過程中難以散發。那么就很容易導致加工區域中切削位置溫度大幅度上升，從而導致鉆頭發生退火現象。

三、我國汽車檢具制造中碳纖維檢具的應用研發

我國汽車檢具制造中碳纖維材料檢具的具體應用基本上都是通過碳纖維骨架加上樹脂模擬塊進行汽車的檢測，部分尺寸較小開口檢具直接使用碳纖維材料制作模擬塊進行汽車的檢測。例如，我國上海通用檢具工程師在項目規劃前期對汽車檢具進行開口設計的過程中，首先都會在前期制作相應的木制模型，然后將碳素布放置于木質模型中，從而形成相應的尺寸大小，最后在已經糊好的碳素板上進行機械加工。通過在汽車開口檢具中采用碳纖維骨架和樹脂模擬，可以發現汽車減去的重量與傳統的鋁制骨架相比減少了50%，從而大大的提高了檢具的質量。

四、結束語

我國目前汽車的國內需求量正在逐年增長，因此我國各大的車廠擴大規模提高產能的過程中，更加注重對車輛的質量環節進行控制。在對車輛質量環節進行控制的過程中，不僅需要實現有效的對整車質量進行檢查，還需要進一步的加快整車質量的檢查速度和降低勞動強度。因此現階段對碳纖維材料在汽車檢具制造進行研究，便可以更好的促進我國汽車檢具制造行業的發展。

參考文獻：

[1]陸唯.碳纖維材料在檢具制造中的研究與應用[J].裝備制造技術，2015（2）：118-120.

[2]楊志勇.碳纖維材料輕量化汽車前風窗框檢具制作工藝[J].模具工業，2016（6）：24-27.

作者簡介：

謝小雷（1988.02.02—），男，漢族，籍貫：安徽阜陽，檢具工程師，大專，單位：麥格納光能汽車飾件系統（杭州）有限公司，研究方向：汽車檢具

（作者單位：麥格納光能汽車飾件系統（杭州）有限公司）