空心结构复合材料控制臂及其制备方法

背景介绍：

控制臂作为汽车悬架系统的导向和传力零件，主要是将车轮所受到的各种力传递给车身，同时保证车辆按一定轨迹进行运动。控制臂通过衬套把车轮和车身弹性地连接在一起，因此汽车控制臂整体应该有足够的刚度、强度和使用寿命。复合材料刚好满足要求，且复合材料可设计性好、耐腐蚀性、疲劳寿命更高，且有较好的减重效果。

有一种控制臂采用HP‑RTM工艺制作，使用的是编织布，而编织布与单向预浸料比较，性能降低较大对应减重比会降低，且额外使用了PMI泡沫增加较高成本。还有一种控制臂采用热塑性材料成型两半壳体再通过结构胶粘接方式制作，工艺较为复杂、多次成型固化，其次控制臂对性能要求较高单纯使用结构胶将两半壳体从中间粘接到一起必然需要较大粘接面积及带来结构胶的大量使用，导致总体成本升高。

为此，奇瑞发明专利CN 115891537 A提供了一种空心结构复合材料控制臂及其制备方法， 其控制臂包括控制臂本体以及设在控制臂本体拐角处的前衬套、后衬套以及球头，控制臂本体为中空本体，前衬套和后衬套均通过结构胶膜设在控制臂本体中。该空心结构复合材料控制臂及其制备方法设计合理，采用一体式空心结构不需要实体结构填充PMI泡沫，也不需要热塑性方案二次固化或两半式后使用结构胶粘接。其空心结构的控制臂可以提高减重比，同时热固性连续纤维复合材料在工艺上也能更好一次性成型出性能更好的空心结构，制作简便，成本相对较低。

空心结构复合材料控制臂的组成：

空心结构复合材料控制臂包括控制臂本体、前衬套、后衬套、球头和结构胶膜，控制臂本体是主要的承载结构，前衬套、后衬套和球头与车身悬架连接。控制臂本体中间为中空结构，相对实心结构减重效果更好，且中间留有工艺圆孔方便后续真空袋取出。控制臂本体以及设在控制臂本体拐角处的前衬套、后衬套以及球头，控制臂本体为中空本体，前衬套和后衬套以及球头均通过结构胶膜设在控制臂本体中。

控制臂的支撑体制作主要根据复合材料控制臂本体内部型腔内缩1‑2mm加工支撑体铝模，使用玻纤预浸料即可在支撑体铝模上制作得到支撑体。

复合材料控制臂的工艺结构包括控制臂本体、前衬套、后衬套、球头、结构胶膜、支撑体和真空袋。内埋金属件有前衬套、后衬套和球头表面进过粗化处理清洁干净后与预浸料接触部位包裹一层结构胶膜，提高金属件与控制臂本体的连接强度。

控制臂本体主要由不同角度单向预浸料组成，单向预浸料可设计性强。将真空袋表面喷上一层脱模剂并使用双面胶带将其固定在支撑体内，支撑体外表面上同样喷上一层脱模剂，完成上述前期准备动作后再将预浸料按设计铺层角度及顺序包裹支撑体制作控制臂本体。

复合材料控制臂的工艺成型模具结构主要包的括上模、前衬套定位销、后衬套定位销、球头定位销和下模。前衬套、后衬套和球头分别按模具定位销位置与控制臂本体及内部结构胶膜、支撑体和真空袋一起放入下模型腔内，合上上模具。

送入平板硫化机进行模压吹气成型固化产品，固化完成后将产品放入烘箱进行后固化进一步提高树脂固化率及消除部分内应力，取出产品内的支撑体和真空袋即得到空心结构复合材料控制臂。

空心结构复合材料控制臂的制备方法：

1、支撑体铝模制作：按设计的复合材料控制臂本体内部空腔大小内缩1‑2mm做支撑体铝模；

2、支撑体制作：在支撑体铝模上使用玻纤预浸料制作支撑体；

3、内埋金属件处理：金属件表面可选择滚花或喷砂处理，处理完成后清洁干净，在与单向预浸料粘接区域贴一层结构胶膜备用；

4、真空袋放置：将尼龙真空袋表面打好脱模剂后放入玻纤支撑体内，使用双面胶固定位置； 

5、支撑体处理：支撑体上表面喷一层脱模剂；

6、控制臂预型：单向玻纤预浸料整体上下包裹方式开始在支撑体外面铺贴，当铺贴到设计层数后将包好结构胶膜的金属件放置在模具型腔定位销定位，完成剩余预浸料铺贴，过程中可使用模具对产品形状进行不定时位置及形状控制；

7、合模：预型完成后，将预型体及金属件按模具定位销位置放置下模型腔内，合上上模；

8、固化成型：成型压力控制在5‑10MPa，温度控制在110‑140℃；

9、取出支撑体及真空袋：从复合材料控制臂工艺孔处将内部支撑体及真空袋取出；

10、后固化：完成成型后将产品从模具内取出放入热烘箱中进行后固化，完成控制臂制作。

总结：

奇瑞汽车空心结构复合材料控制臂包括控制臂本体以及设在控制臂本体拐角处的前衬套、后衬套以及球头，控制臂本体为中空本体，前衬套和后衬套均通过结构胶膜设在控制臂本体中。该空心结构复合材料控制臂及其制备方法设计合理，采用一体式空心结构不需要实体结构填充PMI泡沫，也不需要热塑性方案二次固化或两半式后使用结构胶粘接。其空心结构的控制臂可以提高减重比，同时热固性连续纤维复合材料在工艺上也能更好一次性成型出性能更好的空心结构，制作简便，成本相对较低。