将紧固件成型为 CFRP 零件

来源：CW 在今年巴黎的 JEC 展会上，Automotive World 展示的项目之一是由德国紧固件供应商 Böllhoff（比勒费尔德）的法国子公司 Böllhoff Otalu（法国拉瓦鲁）开发的模内紧固件。 Yann Bernard 是 Böllhoff IMTEC HR 的产品经理，代表 I n-M 老 TEC 人类学H 高机械 R 电阻紧固件。他解释说，IMTEC HR 是与汽车原始设备制造商的创新部门共同开发的。 “我们被要求在重型结构上工作以达到高水平的性能。我们可以制造非常坚固的复合部件，但弱点是组装。需要的是所有组件，例如必须固定在地板上的座椅。” Bernard 指出，在典型的金属结构中，这是通过在地板上使用盲铆钉或焊接螺母来实现的。 “但现在地板可能是复合材料。那么，如何固定在这种复合结构上呢？”

目标是提供一种足够坚固的紧固件以固定复合材料部件，同时具有成本竞争力并适合大批量生产。 “使用完全自动化的过程可以轻松地将金属地板的附件工业化，”伯纳德说。 “所以 IMTEC 的想法 HR 是复合材料的工业化解决方案，无需手动操作。” IMTEC HR 紧固件可以放入复合地板结构的模具中，并在成型过程中集成。 Bernard 认为 IMTEC HR 与热固性和热塑性成型工艺兼容，包括树脂传递成型 (RTM)、压缩成型和注塑成型/二次成型。

对于注塑成型，紧固件首先被机器人放置在固定在模具上的销上。销钉定位紧固件并保护其内部的螺纹不被树脂覆盖。接下来，复合材料被机器人放入模具中。合模，注射塑料，脱模零件与紧固件一体化。

对于压缩成型，除了销钉是一个塑料旋开“帽”，并且还用于将材料推到一边以将紧固件插入复合材料中，从而消除钻孔的需要，对于压缩成型，该过程基本相同。这不仅可以节省时间，还可以避免切割纤维。销帽在成型过程中再次保护内螺纹，并在零件脱模后移除。

“一旦生产出地板，就没有额外的操作，”伯纳德指出。 “我们相信这项技术有助于以可承受的生产成本制造复合地板或任何其他结构部件。它复制了盲铆钉在金属地板上的使用，因为紧固件已经存在于模制复合材料部件中。您现在可以使用标准方法连接座椅。这等于比赛场地，因为零件可以像固定在金属地板上一样连接到复合地板上。”

为了抵抗电偶腐蚀，IMTEC HR 提供镀锌钢和不锈钢材质，后者主要用于碳纤维增强塑料 (CFRP)。还提供不同的紧固件版本，包括螺栓（螺柱）、螺母和垫片。 “我们还可以改变孔的大小和紧固件的尺寸以满足特定要求，”伯纳德说。

吸收能量的特殊形状

我向 Bernard 询问了这些紧固件的形状，并解释说它们看起来与我见过的其他紧固件相似，包括 Big Head 和 Spida Fixings。他说，这种形状让人想起但又有所不同，它的开发是为了在碰撞条件下逐渐释放能量。 “它足够坚固以提供高机械性能，但可以在碰撞测试条件下吸收能量以避免灾难性的脆性失效，”他解释道。 “它可以在不断裂的情况下实现弹性和塑性变形。如果没有这种行为，附件处的复合地板会变形和断裂，或者金属紧固件会断裂。这是为复合结构调整紧固件的一个问题。”

Big Head（左）和Spida Fixings （右）用于复合材料的紧固件。
来源：Big Head 和 Spida Fixings。

形状的另一个方面是花瓣。 “这些设计用于在成型过程中嵌入复合材料中，”伯纳德说。 “您必须将此紧固件设计为嵌入零件中，而不是留在模具中。”他还指出，紧固件法兰位于复合材料零件的后面，并不会减少零件截面厚度。 “这对于在保持零件截面的同时实现嵌入式紧固件很重要，这提供了结构特性。”

Böllhoff 为成型工艺开发的 IMTEC HR 紧固件嵌入到复合材料零件中，而不会减少截面厚度。资料来源：Böllhoff。

与 QSP 生产线兼容的 Cetim 开发了一个特殊版本的 IMTEC® HR。 Cetim 是法国研究机构，开发了用于高度自动化生产复合材料部件的绗缝层工艺 (QSP)。

根据 Cetim 发表的一篇文章，为 QSP 开发的正在申请专利的 IMTEC HR 紧固件与传统紧固件相比，拉穿性能提高了 30-75%，搭接剪切性能提高了 60-75%。