CN105835952A - 一种汽车防撞横梁总成及其制作方法 - Google Patents

一种汽车防撞横梁总成及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽车防撞横梁总成及其制作方法，属于汽车零部件制造技术领域。该汽车防撞横梁总成包括：防撞横梁本体以及吸能盒，防撞横梁本体呈拱形；防撞横梁本体包括第一面板以及第二面板，第一面板位于防撞横梁本体外凸的一侧，第二面板位于防撞横梁本体内凹的一侧；第一面板和第二面板的材料为纤维增强树脂基复合材料；第一面板和第二面板对合形成空腔，空腔内设置有第一泡沫内芯；吸能盒包括第二泡沫内芯以及包覆在第二泡沫内芯表面的外壳；外壳的材料为纤维增强树脂基复合材料；吸能盒与第二面板胶接连接。该汽车防撞横梁总成在具有良好的吸能效果的前提下，具有较低的成本，并且制作工艺较为简单。

Description

一种汽车防撞横梁总成及其制作方法
技术领域
本发明涉及汽车零部件制造技术领域，特别涉及一种汽车防撞横梁总成及其制作方法。
背景技术
汽车防撞横梁总成是汽车被动安全***中的重要组成部分，能够吸收汽车碰撞过程中的能量，起到保护车内人员安全的作用。汽车防撞横梁总成主要包括防撞横梁本体以及设置在防撞横梁本体两端的吸能盒。
现有汽车防撞横梁总成的防撞横梁本体和吸能盒通常采用碳纤维增强树脂基复合材料制作。碳纤维增强树脂基复合材料具有强度高、模量高、密度低、抗疲劳等优点，因此以碳纤维增强树脂基复合材料制作得到的汽车防撞横梁总成具有重量轻、吸能效果好等优点，满足汽车结构轻量化的要求。
在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：由于碳纤维价格昂贵，使得以碳纤维增强树脂基复合材料制作得到的汽车防撞横梁总成成本较高。同时，碳纤维增强树脂基复合材料汽车防撞横梁总成的制作工艺也比较复杂。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供一种吸能效果好、成本低并且制作工艺简单的汽车防撞横梁总成及其制作方法。
具体而言，包括以下的技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种汽车防撞横梁总成，所述汽车防撞横梁总成包括：防撞横梁本体以及吸能盒，所述防撞横梁本体呈拱形；所述防撞横梁本体包括第一面板以及第二面板，所述第一面板位于所述防撞横梁本体外凸的一侧，所述第二面板位于所述防撞横梁本体内凹的一侧；所述第一面板和第二面板的材料为纤维增强树脂基复合材料；所述第一面板和第二面板对合形成空腔，所述空腔内设置有第一泡沫内芯；所述吸能盒包括第二泡沫内芯以及包覆在所述第二泡沫内芯表面的外壳；所述外壳的材料为纤维增强树脂基复合材料；所述吸能盒与所述第二面板胶接连接。
进一步地，所述第一面板的材料为玻璃纤维增强树脂基复合材料。
进一步地，作为优选，所述第一面板采用的玻璃纤维增强树脂基复合材料由树脂浸润玻璃斜纹织物后成型；所述玻璃纤维斜纹织物的面密度为300～350g/m2；所述玻璃纤维斜纹织物的铺层数为4～6层。
进一步地，所述第二面板的材料为碳纤维增强树脂基复合材料。
进一步地，作为优选，所述第二面板采用的碳纤维增强树脂基复合材料由树脂浸润碳纤维单向织物后成型，铺层结构为90°、0°、0°、90°；所述碳纤维单向织物中的碳纤维为6～24K碳纤维。
进一步地，所述吸能盒的外壳的材料为碳纤维增强树脂基复合材料。
进一步地，作为优选，所述吸能盒的外壳采用的碳纤维增强树脂基复合材料由树脂浸润碳纤维斜纹织物后成型；所述碳纤维斜纹织物的铺层数为4～6层；所述碳纤维斜纹织物中的碳纤维为3～12K碳纤维。
进一步地，所述第一泡沫内芯和所述第二泡沫内芯为聚氨酯泡沫或者聚酰亚胺泡沫。
进一步地，用于胶接连接所述吸能盒和所述第二面板的粘接剂为环氧结构胶或者聚氨酯结构胶。
进一步地，所述第一面板和所述第二面板通过胶接连接；用于胶接连接所述吸能盒和所述第二面板的粘接剂为环氧结构胶或者聚氨酯结构胶。
第二方面，本发明实施例提供一种本发明实施例第一方面所述的汽车防撞横梁总成的制作方法，所述制作方法包括：
采用树脂传递模塑工艺分别制作所述防撞横梁本体的第一面板和第二面板，然后将所述第一面板和所述第二面板对合，向所述第一面板和所述第二面板对合后形成的空腔内注入所述第一泡沫内芯的发泡原料并进行发泡以形成第一泡沫内芯，从而得到所述防撞横梁本体；
将纤维织物按照预设铺层结构铺设在模具中，然后将所述第二泡沫内芯的发泡原料注入所述模具中并进行发泡以形成所述吸能盒的第二泡沫内芯；再向所述模具中注入树脂浸润所述纤维织物并进行固化以形成所述吸能盒的外壳，从而得到所述吸能盒；
采用胶接连接的方法将所述吸能盒与所述第二面板固定，从而得到所述汽车防撞横梁总成。
进一步地，采用胶接连接的方法连接所述第一面板和所述第二面板。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：
本发明实施例提供的汽车防撞横梁总成中，防撞横梁本体和吸能盒均为纤维增强树脂基复合材料泡沫夹芯结构，即防撞横梁本体和吸能盒内部的材料为泡沫材料，外部材料为纤维增强树脂基复合材料。由于泡沫材料具有良好的吸能效果，其价格也比碳纤维便宜很多，因此，与现有的全部采用碳纤维增强树脂基复合材料的汽车防撞横梁总成相比，本发明实施例提供的采用夹芯结构的汽车防撞横梁总成在具有良好的吸能效果的前提下，具有较低的成本。同时，由于泡沫材料的成型工艺较为简单，因此本发明实施例提供的汽车防撞横梁总成的制作工艺也比较简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的汽车防撞横梁总成的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的汽车防撞横梁总成的侧视图；
图3为本发明实施例提供的汽车防撞横梁总成的剖面图。
附图标记分别表示：
1-防撞横梁本体；
11-第一面板；12-第一泡沫内芯；13-第二面板；
2-吸能盒；
21-第二泡沫内芯；22-外壳；
3-粘接剂。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。
实施例一
本实施例第一方面提供一种汽车防撞横梁总成，参见图1、图2和图3，该汽车防撞横梁总成包括：防撞横梁本体1以及吸能盒2，防撞横梁本体1呈拱形。
其中，防撞横梁本体1包括第一面板11以及第二面板13，第一面板11位于防撞横梁本体1外凸的一侧，第二面板13位于防撞横梁本体1内凹的一侧；第一面板11和第二面板13的材料为纤维增强树脂基复合材料。
第一面板11和第二面板13对合形成空腔，空腔内设置有第一泡沫内芯12。
吸能盒2包括第二泡沫内芯21以及包覆在第二泡沫内芯21表面的外壳22；外壳22的材料为纤维增强树脂基复合材料。
吸能盒2与第二面板13胶接连接。
本实施例提供的汽车防撞横梁总成中，防撞横梁本体1和吸能盒2均为纤维增强树脂基复合材料泡沫夹芯结构，即防撞横梁本体1和吸能盒2内部的材料为泡沫材料，外部材料为纤维增强树脂基复合材料。当汽车发生碰撞时，依靠泡沫材料的压溃破坏来吸收冲击能量，而纤维增强树脂基复合材料则起到包裹、固定以及保护泡沫材料的作用，从而减少纤维增强树脂基复合材料的用量。由于泡沫材料具有良好的吸能效果，其价格也比碳纤维便宜很多，因此，与现有的全部采用碳纤维增强树脂基复合材料的汽车防撞横梁总成相比，本实施例提供的采用夹芯结构的汽车防撞横梁总成在具有良好的吸能效果的前提下，具有较低的成本。实验数据表明，夹芯结构的汽车防撞横梁总成的比吸能量为45～60kJ/kg，远远高于钢和铝的比吸能(约30kJ/kg)，而价格仅为传统碳纤维复合材料汽车防撞横梁总成的1/3～1/2。同时，由于泡沫材料的成型工艺较为简单，因此本实施例提供的汽车防撞横梁总成的制作工艺也比较简单。此外，本实施例提供的汽车防撞横梁总成中，吸能盒2与防撞横梁本体1之间通过胶接方式连接，省去了螺栓等连接件，也避免了在吸能盒2与防撞横梁本体1上打孔而造成应力集中的问题。
本领域技术人员可以理解的是，本实施例中防撞横梁本体1中第一面板11和第二面板13弯曲的方向应当一致，从而使防撞横梁本体1整体呈拱形。
进一步地，本实施例提供的汽车防撞横梁总成中，吸能盒2的具体形状没有特殊限定，本领域技术人员可以根据实际需要设计吸能盒2的形状。例如，参见图1，吸能盒2可以呈棱台形状，其横截面的形状可以为四边形，其中，横截面积较小的一端与防撞横梁本体1的第二面板13固定。
进一步地，本实施例提供的汽车防撞横梁总成中，防撞横梁本体1的第一面板11、第二面板13以及吸能盒2的外壳22所用的纤维增强树脂基复合材料可以为碳纤维增强树脂基复合材料、玻璃纤维增强树脂基复合材料或者碳纤维/玻璃纤维的混杂纤维增强树脂基复合材料。
具体来说：
防撞横梁本体1的第一面板11位于防撞横梁本体1外凸的一侧，也就是位于防撞横梁本体1的正面，当汽车受到撞击时最先受到冲击，因此，第一面板11可以采用抗冲击性能良好的玻璃纤维增强树脂基复合材料。可以采用树脂浸润玻璃纤维平纹织物或者玻璃纤维斜纹织物后成型的玻璃纤维增强树脂基复合材料。优选采用树脂浸润玻璃斜纹织物后成型的玻璃纤维增强树脂基复合材料。玻璃纤维斜纹织物的面密度可以为300～350g/m2，优选为320g/m2。玻璃纤维斜纹织物的铺层数可以为4～6层，优选4层。
防撞横梁本体1的第二面板13位于防撞横梁本体1内凹的一侧，也就是位于防撞横梁本体1的背面，对防撞横梁本体1具有支撑作用，因此，第二面板13可以采用刚度高、模量高的碳纤维增强树脂基复合材料。可以采用树脂浸润碳纤维单向织物、碳纤维斜纹织物或者碳纤维平纹织物后成型的碳纤维增强树脂基复合材料。优选采用树脂浸润碳纤维单向织物后成型的碳纤维增强树脂基复合材料。碳纤维单向织物的铺层结构可以为90°、0°、0°、90°。碳纤维单向织物中的碳纤维为6～24K碳纤维，即碳纤维丝束中碳纤维丝的数量为6～24K的碳纤维，优选12K碳纤维。
吸能盒2的外壳22主要起到包裹、固定以及保护内部泡沫材料的作用，因此其材料可以采用刚度高、模量高的碳纤维增强树脂基复合材料。可以采用树脂浸润碳纤维单向织物、碳纤维斜纹织物或者碳纤维平纹织物后成型的碳纤维增强树脂基复合材料。优选采用树脂浸润碳纤维斜纹织物后成型的碳纤维增强树脂基复合材料。碳纤维斜纹织物的铺层数可以为4～6层，优选4层。碳纤维斜纹织物中的碳纤维可以为3～48K碳纤维，即碳纤维丝束中碳纤维丝的数量为3～48K的碳纤维，优选12K碳纤维。
上述碳纤维增强树脂基复合材料、玻璃纤维增强树脂基复合材料中，树脂可以为环氧树脂、双马来酰亚胺树脂等本领域常用的树脂，本实施例不作特殊限定。
进一步地，本实施例提供的汽车防撞横梁总成中，防撞横梁本体1的第一泡沫内芯12和吸能盒2的第二泡沫内芯21优选采用硬质泡沫，例如聚氨酯泡沫或者聚氯乙烯泡沫、聚酰亚胺泡沫等。硬质泡沫的吸能效果更好，并且强度更高。
进一步地，本实施例提供的汽车防撞横梁总成中，用于胶接连接吸能盒2和第二面板13的粘接剂3可以采用环氧结构胶、聚氨酯结构胶或者其他本领域常用的粘接剂。
进一步地，本实施例提供的汽车防撞横梁总成中，第一面板11和第二面板13同样可以通过胶接连接的方法进行固定，从而对合形成空腔。用于胶接连接第一面板11和第二面板13的粘接剂可以采用环氧结构胶、聚氨酯结构胶或者其他本领域常用的粘接剂。
本领域技术人员可以理解的是，本实施例的汽车防撞横梁总成中，吸能盒2的数量为2个，分别固定在防撞横梁本体1的两端。本实施例的汽车防撞横梁总成中还设置有用于和汽车车身连接的连接结构，具体的设置方式采用本领域的常规技术手段即可，本实施例不作特殊限定。
第二方面，本实施例提供一种上述汽车防撞横梁总成的制作方法，具体包括以下步骤：
步骤101，采用树脂传递模塑工艺分别制作防撞横梁本体1的第一面板11和第二面板13，然后将第一面板11和第二面板13对合，向第一面板11和第二面板13对合后形成的空腔内注入第一泡沫内芯12的发泡原料并进行发泡以形成第一泡沫内芯12，从而得到防撞横梁本体1。
步骤102，将纤维织物按照预设铺层结构铺设在模具中，然后将第二泡沫内芯21的发泡原料注入模具中并进行发泡以形成吸能盒2的第二泡沫内芯21；再向模具中注入树脂浸润纤维织物并进行固化以形成吸能盒2的外壳22，从而得到吸能盒2。
步骤103，采用胶接连接的方法将吸能盒2与第二面板13固定，从而得到汽车防撞横梁总成。
本实施例提供的制作方法中，采用现场发泡的方法来形成纤维增强树脂基复合材料泡沫夹芯结构，工艺流程简单，容易控制。并且制作得到的汽车防撞横梁总成中各部分连接牢固，能够在汽车发生碰撞时有效吸收碰撞能量，保护车内人员安全。
进一步地，本实施例提供的制作方法中，步骤101中，采用胶接连接的方法固定第一面板11和第二面板13，从而使第一面板11和第二面板13对合形成空腔。
本实施例提供的制作方法中，步骤101和步骤102没有先后顺序限制。
本实施例提供的制作方法中，树脂传递模塑工艺、泡沫材料现场发泡工艺的具体操作流程采用本领域的常规技术手段即可，本实施例不作特殊限制。
本领域技术人员也可以采用其他的制作方法来制作上述汽车防撞横梁总成。例如，分别制作第一面板11、第二面板13以及第一泡沫内芯12，然后将第一面板11和第二面板13与第一泡沫内芯12进行组装，这样的制作方法存在的问题是，第一面板11、第二面板13与第一泡沫内芯12之间可能会留有空隙、不能很好的贴合，从而影响汽车防撞横梁总成的吸能效果。制作第一面板11和第二面板13时，除了采用上述的树脂传递模塑工艺外，还可以采用纤维树脂预浸料加热固化的方法。
实施例二
本实施例提供一种汽车防撞横梁总成，参见图1、图2和图3，该汽车防撞横梁总成包括：防撞横梁本体1以及2个吸能盒2。其中，防撞横梁本体1呈拱形，吸能盒2呈四棱台形。防撞横梁本体1包括第一面板11以及第二面板13，第一面板11位于防撞横梁本体1外凸的一侧，第二面板13位于防撞横梁本体1内凹的一侧。第一面板11和第二面板13通过胶接连接对合形成空腔，空腔内设置有第一泡沫内芯12。吸能盒2包括第二泡沫内芯21以及包覆在第二泡沫内芯21表面的外壳22。吸能盒2横截面积较小的一端与第二面板13固定，并且2个吸能盒2分别固定在第二面板13的两端。
防撞横梁本体1的第一面板11的材料为玻璃纤维增强树脂基复合材料，树脂为环氧树脂，采用环氧树脂浸润玻璃斜纹织物后成型。玻璃纤维斜纹织物的面密度为320g/m2，玻璃纤维斜纹织物的铺层数为4层。
防撞横梁本体1的第二面板13的材料为碳纤维增强树脂基复合材料，树脂为环氧树脂，采用环氧树脂浸润碳纤维单向织物后成型。碳纤维单向织物的铺层结构为90°、0°、0°、90°，碳纤维单向织物中的碳纤维为12K碳纤维。
上述第一面板11和第二面板13的铺层结构能够综合发挥碳纤维高强度、高模量的特点以及玻璃纤维抗冲击性能的优势，从而提高本实施例的汽车防撞横梁总成整体的吸能效果。
防撞横梁本体1的第一泡沫内芯12为聚氨酯泡沫。
吸能盒2的外壳22的材料为碳纤维增强树脂基复合材料，树脂为环氧树脂，采用树脂浸润碳纤维斜纹织物后成型。碳纤维斜纹织物的铺层数为4层，碳纤维斜纹织物中的碳纤维为12K碳纤维。
吸能盒2的第二泡沫内芯21为聚氨酯泡沫。
第一面板11和第二面板13之间以及吸能盒2与第二面板13之间通过环氧结构胶胶接连接。
本实施例提供的汽车防撞横梁总成的制作方法为：
步骤201，采用树脂传递模塑工艺分别制作防撞横梁本体1的第一面板11和第二面板13，然后将第一面板11和第二面板13对合，向第一面板11和第二面板13对合后形成的空腔内注入合适配比及用量的聚氨酯泡沫发泡原料并进行现场发泡以形成第一泡沫内芯12，从而得到防撞横梁本体1。
步骤202，将4层碳纤维斜纹织物铺设在模具中，然后将合适配比及用量的聚氨酯泡沫发泡原料注入上述模具中并进行发泡以形成吸能盒2的第二泡沫内芯21；再向上述模具中注入环氧树脂，当环氧树脂浸润上述碳纤维斜纹织物后进行固化，形成吸能盒2的外壳22，从而得到吸能盒2。
步骤203，在吸能盒2横截面积较小的一端的表面以及第二面板13的对应位置处涂覆环氧结构胶，对环氧结构胶进行固化后将吸能盒2与第二面板13固定，从而得到汽车防撞横梁总成。
本实施例提供的汽车防撞横梁总成中，防撞横梁本体1和吸能盒2均为纤维增强树脂基复合材料泡沫夹芯结构。当汽车发生碰撞时，依靠泡沫材料的压溃破坏来吸收冲击能量，从而减少纤维增强树脂基复合材料的用量。由于泡沫材料具有良好的吸能效果，其价格也比碳纤维便宜很多，因此，与现有的全部采用碳纤维增强树脂基复合材料的汽车防撞横梁总成相比，本实施例提供的采用夹芯结构的汽车防撞横梁总成在具有良好的吸能效果的前提下，具有较低的成本。实验数据表明，本实施例提供的泡沫夹芯结构的汽车防撞横梁总成的比吸能量为45～60kJ/kg，远远高于钢和铝的比吸能(约30kJ/kg)，而价格仅为传统碳纤维复合材料汽车防撞横梁总成的1/3～1/2。同时，本实施例提供的汽车防撞横梁总成的制作工艺简单，容易控制。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种汽车防撞横梁总成，所述汽车防撞横梁总成包括：防撞横梁本体(1)以及吸能盒(2)，所述防撞横梁本体(1)呈拱形；
其特征在于，所述防撞横梁本体(1)包括第一面板(11)以及第二面板(13)，所述第一面板(11)位于所述防撞横梁本体(1)外凸的一侧，所述第二面板(13)位于所述防撞横梁本体(1)内凹的一侧；所述第一面板(11)和第二面板(13)的材料为纤维增强树脂基复合材料；
所述第一面板(11)和第二面板(13)对合形成空腔，所述空腔内设置有第一泡沫内芯(12)；
所述吸能盒(2)包括第二泡沫内芯(21)以及包覆在所述第二泡沫内芯(21)表面的外壳(22)；所述外壳(22)的材料为纤维增强树脂基复合材料；
所述吸能盒(2)与所述第二面板(13)胶接连接。
2.根据权利要求1所述的汽车防撞横梁总成，其特征在于，所述第一面板(11)的材料为玻璃纤维增强树脂基复合材料。
3.根据权利要求2所述的汽车防撞横梁总成，其特征在于，所述第一面板(11)采用的玻璃纤维增强树脂基复合材料由树脂浸润玻璃斜纹织物后成型；所述玻璃纤维斜纹织物的面密度为300～350g/m2；所述玻璃纤维斜纹织物的铺层数为4～6层。
4.根据权利要求1所述的汽车防撞横梁总成，其特征在于，所述第二面板(13)的材料为碳纤维增强树脂基复合材料。
5.根据权利要求4所述的汽车防撞横梁总成，其特征在于，所述第二面板(13)采用的碳纤维增强树脂基复合材料由树脂浸润碳纤维单向织物后成型，铺层结构为90°、0°、0°、90°；所述碳纤维单向织物中的碳纤维为6～24K碳纤维。
6.根据权利要求1所述的汽车防撞横梁总成，其特征在于，所述吸能盒(2)的外壳(22)的材料为碳纤维增强树脂基复合材料。
7.根据权利要求6所述的汽车防撞横梁总成，其特征在于，所述吸能盒(2)的外壳(22)采用的碳纤维增强树脂基复合材料由树脂浸润碳纤维斜纹织物后成型；所述碳纤维斜纹织物的铺层数为4～6层；所述碳纤维斜纹织物中的碳纤维为3～12K碳纤维。
8.根据权利要求1所述的汽车防撞横梁总成，其特征在于，所述第一泡沫内芯(12)和所述第二泡沫内芯(21)为聚氨酯泡沫或者聚酰亚胺泡沫。
9.根据权利要求1所述的汽车防撞横梁总成，其特征在于，用于胶接连接所述吸能盒(2)和所述第二面板(13)的粘接剂为环氧结构胶或者聚氨酯结构胶。
10.一种权利要求1～9任一项所述的汽车防撞横梁总成的制作方法，其特征在于：所述制作方法包括：
采用树脂传递模塑工艺分别制作所述防撞横梁本体(1)的第一面板(11)和第二面板(13)，然后将所述第一面板(11)和所述第二面板(13)对合，向所述第一面板(11)和所述第二面板(13)对合后形成的空腔内注入所述第一泡沫内芯(12)的发泡原料并进行发泡以形成第一泡沫内芯(12)，从而得到所述防撞横梁本体(1)；
将纤维织物按照预设铺层结构铺设在模具中，然后将所述第二泡沫内芯(21)的发泡原料注入所述模具中并进行发泡以形成所述吸能盒(2)的第二泡沫内芯(21)；再向所述模具中注入树脂浸润所述纤维织物并进行固化以形成所述吸能盒(2)的外壳(22)，从而得到所述吸能盒(2)；
采用胶接连接的方法将所述吸能盒(2)与所述第二面板(13)固定，从而得到所述汽车防撞横梁总成。
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