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CN111284056B - 一种电池箱上盖成型工艺方法 - Google Patents

一种电池箱上盖成型工艺方法 Download PDF

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CN111284056B CN202010382323.7A CN202010382323A CN111284056B CN 111284056 B CN111284056 B CN 111284056B CN 202010382323 A CN202010382323 A CN 202010382323A CN 111284056 B CN111284056 B CN 111284056B
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Abstract

本发明一种电池箱上盖成型工艺方法,采用复合材料A、复合材料B制造电池箱上盖,实现电池箱上盖结构的整体成型,明显减少新能源电动汽车重量,提升续航里程;复合材料B铺层设计可提高电池箱的强度以及耐疲劳性能;SMC和PCM工艺的原材料树脂体系相同,界面强度高;预固化的复合材料A的SMC预成型结构在150±5℃条件下与PCM工艺的复合材料B共固化,形成高强度的界面层,保证结合强度;采用SMC工艺制备PCM工艺所需要的预成型结构,替代PCM工艺过程中所需的多套金属模具,降低成本,减轻对自动化产线搬运机器人的承载要求;结合SMC工艺的高效率和PCM工艺的高强度优点,实现复合材料电池箱上盖的低成本量产化。

Description

一种电池箱上盖成型工艺方法
技术领域
本发明属于电池箱上盖制备技术领域,具体涉及一种电池箱上盖成型工艺方法。
背景技术
复合材料具有高的比模量、比强度,同时复合材料结构的设计与制造可以实现一体化,鉴于诸多优势,复合材料成为新能源电动汽车轻量化首选材料。新能源电池包作为新能源电动汽车的核心技术,是制约新能源电动汽车发展与推广的关键,而电池包能量密度是电池包的最重要指标。
使用复合材料制造电动汽车上盖成为提高能量密度的最具有潜力的方案之一,但是复合材料的高成本、高的制造费用等成为制约复合材料在汽车行业大力发展的重要因素。目前比较可行的方案是采用SMC工艺模压制备复合材料上盖,SMC工艺具有原材料低廉、成型效率高、模具数量少等特点,但是SMC工艺存在制造产品强度低、在应力集中位置容易出现开裂、需要一定厚度壁厚(一般是3mm以上)、减重优势不明显等不足。而PCM工艺虽然具有强度高、减重优势明显等特点,但是需要多套成型模具,成型效率低。为此,设计一种特别的电池箱上盖的成型方法具有非常重要的现实意义。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题,本发明的目的在于提供一种电池箱上盖成型工艺方法,电池箱上盖由复合材料A的SMC预成型结构与经铺层成型得到的复合材料B的PCM预成型结构共固化得到。
为实现上述目的,达到上述技术效果,本发明采用的技术方案为:
一种电池箱上盖成型工艺方法,包括如下步骤:
电池箱上盖采用两种复合材料共固化制成;
采用的复合材料A为短切纤维增强环氧树脂基复合材料;
采用的复合材料B为连续纤维增强的环氧树脂基复合材料;
S1、在预成型模具上采用SMC工艺利用复合材料A制备预固化的短切纤维增强环氧树脂基复合材料的SMC预成型结构;
S2、步骤S1所得SMC预成型结构半固化后脱模,固定在铺层工装上,在其上采用没有固化的复合材料B(连续纤维增强环氧树脂基复合材料)铺层、成型,得到PCM预成型结构;
S3、在共固化成型模具上将没有固化的复合材料B在步骤S1所得结构上铺层成型的PCM预成型结构与步骤S1所得SMC预成型结构共固化;
S4、将步骤S3所得产品采用激光加工孔与轮廓尺寸,得到所需电池箱上盖;
步骤S1所述SMC预成型结构,采用半固化工艺,固化度50~60%,随后脱模,成为复合材料B铺层的模具;将复合材料B在半固化状态的SMC预成型结构上铺层,共同形成电池箱上盖产品的毛坯;在共固化成型模具上按照步骤S3共固化,形成所需电池箱上盖;
所述复合材料A为短切纤维增强环氧树脂基复合材料,按体积百分比计,包括:短切纤维55±3%、环氧树脂基体45±3%,短切纤维的纤维长度为20-30mm;SMC片材(SMC预成型结构)也就是复合材料A,原材料厚度为0.5±0.05mm;
所述复合材料B为连续纤维增强环氧树脂基复合材料,按体积百分比计,包括:连续纤维60±3%、环氧树脂基体40±3%,材料厚度单层0.4±0.05mm。
进一步的,所采用的工艺为SMC模压工艺与PCM模压工艺相结合,兼顾SMC工艺的高效和PCM工艺的高强度优点。
进一步的,在预成型模具上采用SMC工艺制备预固化的短切纤维增强环氧树脂基复合材料的SMC预成型结构,具体包括以下步骤:
将预成型模具在压机上预热至100~120℃,按照设计重量称重短切纤维增强树脂基复合材料预浸料原材料,添加到模具型腔中,均匀喷洒填充;
预成型模具合模,压机压力加压至20±2T,保压保温1±0.1min,保证产品固化度在50~60%,得到预固化的复合材料A的SMC预成型结构。
进一步的,步骤S2中,预固化的SMC预成型结构半固化后脱模,固定在铺层工装上,没有固化的复合材料B按照(0/90)/(±45)/(0/90)角度铺层,随后将铺有复合材料B的SMC预成型结构放置到PCM模具模腔中,模具温度为150±5℃,合模,压机加压,压力为80±5T;保温保压5±1min,保证固化度95%以上,得到PCM预成型结构。
进一步的,步骤S3中,共固化压力为80±2T,保温5±1min。
本发明还公开了一种电池箱上盖。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明公开了一种电池箱上盖成型工艺方法,采用复合材料A、复合材料B制造电池箱上盖,可以实现电池箱上盖结构的整体成型,可以明显减少新能源电动汽车重量,提升续航里程;复合材料B铺层设计可以提高电池箱的强度以及耐疲劳性能;采用的SMC和PCM工艺的原材料树脂体系相同,具有很高的界面强度;采用SMC工艺制备的预固化的复合材料A的SMC预成型结构在150±5℃条件下可与PCM工艺得到的PCM预成型结构共固化,形成高强度的界面层,保证结合强度;采用SMC工艺制备PCM工艺所需要的SMC预成型结构,替代PCM工艺过程中所需的多套预成型金属模具,降低制造成本,减轻对自动化产线搬运机器人的承载要求,降低产线投入成本;另外结合SMC工艺的高效率和PCM工艺的高强度优点,实现复合材料电池箱上盖的低成本量产化。
附图说明
图1为本发明的电池箱上盖SMC工艺制备的SMC预成型结构;
图2为本发明的电池箱上盖的铺层预制品;
图3为本发明的电池箱上盖经过共固化成型复合材料上盖毛坯;
图4为本发明的电池箱上盖加工后的成品;
图5为图4中电池箱上盖的共固化结构示意图;
其中,1-电池箱上盖主体a;2-电池箱上盖主体b;3-电池箱上盖毛坯;4-电池箱上盖;5-SMC层;6-PCM层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细阐述,以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解,从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1-5所示,一种电池箱上盖,包括电池箱上盖主体a 1和电池箱上盖主体b 2,电池箱上盖主体a 1为采用复合材料A经过SMC工艺模压得到的具有一定强度和刚度的复合材料A的预固化的SMC预成型结构,电池箱上盖主体b 2为复合材料B在复合材料A的SMC预成型结构(代替现有的金属钢模)上铺层后得到的具有一定强度、刚度的PCM预成型结构,电池箱上盖主体a 1和电池箱上盖主体b 2共固化得到电池箱上盖毛坯3,再经过加工孔和轮廓尺寸后得到最终产品-电池箱上盖4,包括SMC层5和PCM层6,电池箱上盖4上的SMC层5和PCM层6存在高强度结合界面,复合材料A为短切纤维增强环氧树脂基复合材料,复合材料B为连续纤维增强环氧树脂基复合材料,本发明所采用的工艺为SMC模压工艺与PCM模压工艺相结合,兼顾SMC工艺的高效和PCM工艺的高强度优点。
一种电池箱上盖成型工艺方法,包括以下步骤:
S1、在预成型模具上采用复合材料A制备预固化的SMC预成型结构;
S2、步骤S1所得SMC预成型结构半固化后脱模,固定在铺层工装上,在其上采用没有固化的复合材料B铺层、成型,得到PCM预成型结构;
S3、在共固化成型模具上将步骤S1所得SMC预成型结构与步骤S2所得PCM预成型结构共固化;
S4、对步骤S3所得结构加工孔与轮廓尺寸,得到所需电池箱上盖4;
步骤S1所述SMC预成型结构,采用半固化工艺,固化度50~60%,随后脱模,成为复合材料B铺层的模具,为具有一定形状和结构强度的底衬,可代替目前量产化的金属底衬;将复合材料B在半固化状态的SMC预成型结构上铺层,共同形成电池箱上盖产品的毛坯;在共固化成型模具上按照步骤S3共固化,形成所需电池箱上盖产品。
步骤S1中,SMC预成型结构采用以下步骤制备得到:
S11、将连续纤维切割成一定长度的短切纤维,直接喷洒到环氧树脂基体中,均匀混合,得到复合材料A预浸料原材料;
S12、将预成型模具在压机上预热至100~120℃,按照设计重量称重复合材料A预浸料原材料,添加到预成型模具型腔中,均匀喷洒填充;
S13、预成型模具合模,压机加压至20±2T,保压保温1±0.1min,保证产品固化度在50~60%,得到预固化的复合材料A的SMC预成型结构。
复合材料A为短切纤维增强环氧树脂基复合材料,按体积百分比计,包括:短切纤维55±3%、环氧树脂基体45±3%,短切纤维的纤维长度为20-30mm,复合材料A原材料厚度为0.5±0.05mm。
步骤S2中,预固化的复合材料A的SMC预成型结构脱模,固定在铺层工装上,没有固化的复合材料B按照(0/90)/(±45)/(0/90)角度铺层,随后将铺有复合材料B的SMC预成型结构放置到PCM模具模腔中,模具温度为150±5℃,合模,压机加压,压力为80±5T,保温保压5±1min,保证固化度95%以上,铺层成型得到PCM预成型结构。
复合材料B为连续纤维增强环氧树脂基复合材料,按体积百分比计,包括:连续纤维60±3%、环氧树脂基体40±3%,复合材料B原材料厚度单层0.4±0.05mm。
步骤S3中,共固化压力为80±2T,保温5±1min。
步骤S1的SMC预成型结构,一部分先半固化,然后脱模,成为复合材料B铺层的模具,同时作为原材料的一部分和复合材料B一起在PCM工艺模具上共固化形成整体,也是复合材料上盖的一部分,既充当模具,又充当材料。
本发明的复合材料A、复合材料B采用现有技术制备得到,在此不做赘述。
本发明未详细描述的部分采用现有技术即可实现,在此不做赘述。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种电池箱上盖成型工艺方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、在预成型模具上采用复合材料A制备预固化的SMC预成型结构;
S2、步骤S1所得SMC预成型结构半固化后脱模,固定在铺层工装上,在其上采用没有固化的复合材料B铺层、成型,得到PCM预成型结构;
S3、在共固化成型模具上将步骤S1所得SMC预成型结构与步骤S2所得PCM预成型结构共固化;
S4、对步骤S3所得结构加工孔与轮廓尺寸,得到所需电池箱上盖;
步骤S1所述SMC预成型结构,采用半固化工艺,固化度50~60%,随后脱模,成为复合材料B铺层的模具;将复合材料B在半固化状态的SMC预成型结构上铺层,共同形成电池箱上盖产品的毛坯;在共固化成型模具上按照步骤S3共固化,形成所需电池箱上盖;
所述复合材料A为短切纤维增强环氧树脂基复合材料,按体积百分比计,包括:短切纤维55±3%、环氧树脂基体45±3%,短切纤维的纤维长度为20-30mm;
所述复合材料B为连续纤维增强环氧树脂基复合材料,按体积百分比计,包括:连续纤维60±3%、环氧树脂基体40±3%。
2.根据权利要求1所述的一种电池箱上盖成型工艺方法,其特征在于,步骤S1中,SMC预成型结构采用以下步骤制备得到:
S11、将连续纤维切割成一定长度的短切纤维,直接喷洒到环氧树脂基体中,均匀混合,得到复合材料A预浸料原材料;
S12、将预成型模具在压机上预热至100~120℃,按照设计重量称重复合材料A预浸料原材料,添加到预成型模具型腔中,均匀喷洒填充;
S13、预成型模具合模,压机加压至20±2T,保压保温1±0.1min,保证产品固化度在50~60%,得到预固化的复合材料A的SMC预成型结构。
3.根据权利要求1所述的一种电池箱上盖成型工艺方法,其特征在于,步骤S3中,共固化压力为80±2T,保温5±1min。
4.根据权利要求1所述的一种电池箱上盖成型工艺方法,其特征在于,步骤S4中,采用激光加工孔与轮廓尺寸。
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