複合結構汽車保險槓防撞梁及製造方法與流程

2023-05-22 09:53:22

本發明涉及車輛工程領域,具體涉及一種車用複合結構汽車保險槓防撞梁及製造方法。

背景技術：

隨著汽車技術的不斷發展，汽車保險槓防撞梁作為在汽車正面碰撞中的重要安全吸能部件，是汽車正面和偏置碰撞時最先與碰撞對象接觸的受力元件，要承受碰撞衝擊載荷，通過塑性變形吸收碰撞能量，並將剩餘衝擊能量傳遞給吸能盒和前縱梁等零部件。同時，汽車保險槓防撞梁又是白車身前端結構重量的組成部分，其結構剛度、抗撞性和吸能性直接影響整車正碰和偏置碰撞的被動安全性，汽車保險槓防撞梁在汽車研發過程中受到越來越多的重視。因此設計開發出質量輕、並滿足結構剛度、抗撞吸能性的新型汽車保險槓防撞梁，一直是汽車工程領域追求的目標之一。

按汽車保險槓防撞梁用材來分，目前主要有金屬保險槓防撞梁和非金屬保險槓防撞梁兩類。

一、傳統的汽車保險槓防撞梁，由金屬材料製造而成，有鋁合金保險槓防撞梁和高強度鋼保險槓防撞梁；鋁合金保險槓防撞梁質量輕，與同尺寸性能的高強鋼保險槓相比可減重40％以上，並可以通過擠壓成形製造出不同斷面形狀、具有優異抗撞吸能特性的結構形狀；高強鋼保險槓防撞梁比鋁合金保險槓防撞梁成本低，加工製造技術成熟，能夠滿足汽車碰撞性能要求，缺點是質量大，能加工成形的斷面形狀受限。比吸能、比強度較小。

二、工程塑料和玻纖增強複合材料汽車保險槓防撞梁，因其質輕、成本低且能滿足汽車被動安全性要求而備受行業關注。但其結構剛度和衝擊吸能性比金屬保險槓防撞梁差，可回收利用性差，使其推廣應用受到一定限制。碳纖維增強複合材料保險槓防撞梁，因其剛度高，抗衝擊吸能性優異而備受關注；但因其成本高、製造效率低限制了其應用。

技術實現要素：

本發明為解決現有汽車保險槓防撞梁採用金屬材料存在質量大，能加工成形的斷面形狀受限，採用非金屬材料存在成本高、製造效率低等問題，提供一種複合結構汽車保險槓防撞梁及製造方法。

複合結構汽車保險槓防撞梁，包括外板和內板，所述外板由鋼板製成，內板由碳纖維複合材料製成，所述內板和外板通過粘接構成複合結構的防撞梁。

複合結構汽車保險槓防撞梁的製造方法，該方法由以下步驟實現：

步驟一、採用抗拉強度為240MPa至1800MPa的鋼板通過冷衝壓成形、輥壓折彎成形或熱成形製造，獲得外板；

步驟二、對步驟一獲得的外板的內側採用清洗劑清洗，然後在所述外板的內側塗刷粘接劑；

步驟三、將所述碳纖維複合材料作為預浸料，按照設定的預浸料的鋪層層數和方向將預浸料進行鋪疊；

步驟四、將外板放入陰模模具中，將步驟三鋪疊的預浸料放置於外板的內側；將陽模模具放置於預浸料的上表面；採用陰模和陽模進行合模，獲得複合結構汽車保險槓防撞梁。

本發明的有益效果：

一、本發明所述的保險槓防撞梁，由鋼板和碳纖維複合材料製成即提高了鋼製汽車保險槓防撞梁剛度和抗撞吸能性，又大幅降低了碳纖維複合材料汽車保險槓防撞梁的成本，提高了其加工製造效率，具有廣闊的應用前景。

二、本發明的複合結構汽車保險槓防撞梁，將鋼板與碳纖維複合材料相結合，能優化保險槓防撞梁的剛度、碰撞性能，提高其吸能量，減小碰撞加速度和衝擊力的峰值，使汽車具有更高的正碰和偏置碰撞安全性；

三、本發明通過控制所用鋼材的種類鋼板，外板的厚度(1mm-2mm)，碳纖維內板的厚度(1mm-4mm)，靈活地控制複合結構汽車保險槓防撞梁的製造成本和產品性能；能大幅度地降低汽車保險槓防撞梁的結構重量，實現其輕量化。

四、本發明採用熱塑性複合材料以及壓模成型的生產工藝，固化周期短，提高生產效率，便於回收利用；

五、本發明採用粘接方式連接複合結構汽車保險槓防撞梁碳纖維複合材料內板和鋼製外板，既利用了碳纖維複合材料的高性能又避免了機械連接造成的對鋼板與複合材料開孔、開槽等成本高、工藝複雜、影響其性能的工序。

六、本發明的複合結構保險槓防撞梁結構簡單、成本低、製造成形效率高。

附圖說明

圖1為本發明所述的複合結構汽車保險槓防撞梁的結構示意圖；

圖2為本發明所述的複合結構汽車保險槓防撞梁中外板與碳纖維複合材料內板模壓成形工藝過程示意圖；

圖3為本發明所述的複合結構汽車保險槓防撞梁的橫截面圖。

圖中：1、外板，2、內板，3、陽模，4、陰模。

具體實施方式

具體實施方式一、結合圖1和圖2說明本實施方式，複合結構汽車保險槓防撞梁，包括鋼板外板1和鋪設於鋼板內表面的碳纖維複合材料內板2。所述內板2和外板1通過粘接構成複合結構的防撞梁；所述外板1的厚度可以為1mm-2mm，內板2的厚度可以為1mm-4mm，具體厚度值可以根據對防撞梁的性能要求，成本要求等進行調節，內板2的厚度越大會有更好碰撞性能和輕量化特性，但其零件成本會增加。

本實施方式所述的外板由抗拉強度240MPa至1800MPa的鋼板通過冷衝壓成形、輥壓折彎成形或熱成形製造。優選的可以採用抗拉強度為450MPa到1180MPa的，牌號為HC250到HC820的雙相鋼(DP)、馬氏體鋼(MS)、相變誘導塑性鋼(TR)、復相鋼(CP)或淬火延性鋼(QP)等各種鋼材的鋼板，經冷衝壓成形、輥壓和折彎成形或熱成形製成。

本實施方式所述的內板2的拉伸強度為3530Mpa到5490Mpa，由編號為T300-T700的碳纖維與熱固性樹脂或熱塑性樹脂組成的碳纖維複合材料製造。

按質量百分比計，熱固性樹脂或熱塑性樹脂的含量為20-30％，碳纖維的含量為70-80％。所述熱固性樹脂為酚醛樹脂、環氧樹脂、聚氨酯樹脂或丙烯酸樹脂；熱塑性樹脂為聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚醯胺(PA)、聚甲醛(POM)或聚碳酸酯(PC)或聚苯醚。最後將外板和內板粘接構成複合材料汽車保險槓防撞梁。

本實施方式中，可以優選設置外板1為厚1mm的由HC420/780TR的相變誘導塑性鋼製成，內板設置為3mm的由T700碳纖維與熱固性環氧樹脂組成的複合材料製成，會具有極好的碰撞性能，但也會使製造成本相對較貴，可以進行類似調整來控制成本。

在本實施方式中，碳纖維複合材料的內板2設置於鋼板外板1的內表面上。在製作外板1和內板2以後，需要使用溶劑清洗外板1的內表面後再進行粘接，以使內板2和外板1的粘接更加牢固。

具體實施方式二、本實施方式為具體實施方式一所述的複合結構汽車保險槓防撞梁的製造方法，該方法由以下步驟實現：

一、先採用採用不同強度級別的鋼板經冷衝壓形成形、輥壓和折彎成形或熱成形製造出複合結構汽車保險槓防撞梁外板1；

二、使用丙酮或丁酮溶劑清洗外板1的內側，徹底去除外板1內側的油汙；

三、在複合結構汽車保險槓防撞梁外板1的內側塗刷粘接劑；

四、採用T300-T700的碳纖維與熱固性樹脂(如酚醛、環氧、聚氨酯樹脂、丙烯酸樹脂等)或熱塑性樹脂(如：聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚醯胺(PA)、聚甲醛(POM)或聚碳酸酯(PC)、聚苯醚等)組成的預浸料，預浸料中的樹脂基體的質量百分比含量為20-30％，碳纖維的質量百分比含量為70-80％。將預浸料作為原材料，按照汽車保險槓防撞梁性能設計要求，確定複合材料層的鋪層層數，可以為10層、20層或30層，方向和順序，可以為0°、±45°或90°，並將碳纖維複合材料預浸料進行鋪疊。

五、將外板1放入陰模4中，將鋪層好的碳纖維複合材料預浸料放於外板1的內側；

六、採用陽模3，在陽模3未接觸物料前低壓20-30Mpa快速合模，接觸物料後高壓35-40Mpa低速合模，加熱溫度控制在80℃-100℃，合模後保持壓力30s到2分鐘，使碳纖維複合材料迅速固化成形，並與鋼板外層1進行有效粘接，再經過裁邊等處理工序，製成複合結構汽車保險槓防撞梁。

本實施方式中，外板選用抗拉強度為240MPa-1800MPa不同種類的鋼材，內板選用各種碳纖維複合材料、鋼板外板厚度、複合材料內板的厚度，靈活地匹配來控制複合結構汽車保險槓防撞梁的製造成本和產品性能；能大幅度地降低汽車保險槓防撞梁的結構重量，實現其輕量化。