CN110194115A - 一种复合材料保险杠横梁总成 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合材料保险杠横梁总成，其属于汽车技术领域，包括复合材料横梁，所述复合材料横梁包括梁体和筋体；梁体设有容置腔，由连续纤维复合材料制成；筋体为网格状结构，设于所述容置腔内且与所述梁体连接，由非连续纤维复合材料制成。本发明提出的复合材料保险杠横梁总成，梁体作为复合材料横梁的主体，由连续纤维复合材料形成，在提高复合材料保险杠横梁总成的防撞性能的同时，有利于车身的轻量化设计；网格状的筋体由非连续纤维复合材料制成，设于容置腔内且与梁体连接，当梁体受到撞击后，网格状的筋体能够进一步起到缓冲冲击的作用，从而提高复合材料保险杠横梁总成的整体缓冲性能。

Description

一种复合材料保险杠横梁总成
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种复合材料保险杠横梁总成。
背景技术
汽车的前后端安装有保险杠横梁总成。保险杠横梁总成起到吸收和缓和外界冲击力、保护车身和乘员安全的作用。
现有技术中汽车保险杠横梁总成一般包括横梁和碰撞缓冲器，与车身连接，当车辆发生碰撞时横梁能起到防撞的作用，保护车身及车上乘客的安全；缓碰撞缓冲器设于横梁的两侧，横梁将碰撞产生的能量尽可能均匀地分布到两个碰撞缓冲器上，使能量最大限度地被碰撞缓冲器吸收，并将碰撞力均匀地传递到其他吸能部位。
但是现有技术中，横梁一般采用金属制作，不利于车身的轻量化设计，且汽车保险杠横梁总成的缓冲性能有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合材料保险杠横梁总成，以解决现有技术中存在的横梁采用金属制作不利于车身的轻量化设计、汽车保险杠横梁总成缓冲性能有待提高的技术问题。
如上构思，本发明所采用的技术方案是：
一种复合材料保险杠横梁总成，包括复合材料横梁，所述复合材料横梁包括：
梁体，设有容置腔，由连续纤维复合材料制成；
筋体，为网格状结构，设于所述容置腔内且与所述梁体连接，由非连续纤维复合材料制成。
其中，所述复合材料横梁还包括封边，所述封边绕所述梁体的周向设置，由所述非连续纤维复合材料形成。
其中，所述连续纤维复合材料为连续纤维增强热塑性复合材料，包括热塑性树脂材料和增强纤维材料。
其中，所述非连续纤维复合材料为非连续纤维增强热塑性复合材料，包括热塑性树脂材料和增强纤维材料。
其中，所述热塑性树脂材料为聚丙烯或者聚酰胺。
其中，所述增强纤维材料由碳纤维、玄武岩纤维或者玻璃纤维中的一种或多种制成。
其中，所述梁体由连续纤维增强热塑性复合材料单向带通过铺层方式叠加。
其中，所述梁体包括多个区域，每一所述区域的所述连续纤维增强热塑性复合材料单向带的层数在20层到35层之间。
其中，还包括碰撞缓冲器，所述碰撞缓冲器与所述复合材料横梁连接。
其中，所述梁体上设有加强块，所述加强块由所述非连续纤维复合材料制成，所述加强块用于与拖钩螺纹管连接。
本发明提出的复合材料保险杠横梁总成，梁体作为复合材料横梁的主体，设有容置腔，由连续纤维复合材料形成，连续纤维复合材料具有高模量和良好的冲击性能，且相对于金属质量更加轻量化，在提高复合材料保险杠横梁总成的防撞性能的同时，有利于车身的轻量化设计；网格状的筋体由非连续纤维复合材料制成，设于容置腔内且与梁体连接，当梁体受到撞击后，网格状的筋体能够进一步起到缓冲冲击的作用，从而提高复合材料保险杠横梁总成的整体缓冲性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的复合材料保险杠横梁总成的一个视角的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的复合材料保险杠横梁总成的另一个视角的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的复合材料保险杠横梁总成的分解结构示意图；
图4是本发明实施例提供的拖钩螺纹管在梁体上的安装示意图。
图中：
1、复合材料横梁；11、梁体；12、封边；13、筋体；14、加强块；
2、碰撞缓冲器；
3、拖钩螺纹管；31、拖钩螺纹管加强片；32、拖钩螺纹管锁紧螺母；
4、连接件；41、连接件加强片；
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
为了进一步降低汽车保险杠的重量，同时提高保险杠的整体缓冲性能，本实施例提供一种复合材料保险杠横梁总成，参见图1-图4，复合材料保险杠横梁总成包括复合材料横梁1和与复合材料横梁1连接的碰撞缓冲器2；具体地，复合材料横梁1的两端各设有一个碰撞缓冲器2。
本实施例中，复合材料横梁1包括梁体11、封边12和筋体13。梁体11由连续纤维复合材料制成，设有容置腔；具体地，梁体11形成有U形开口的容置腔，碰撞缓冲器2设于U形开口的一侧。采用连续纤维复合材料制作的梁体11具有高模量、高强度、高韧性等优点，在保证梁体11刚度、强度及吸能性能的前提下，实现汽车保险杠横梁总成的轻量化设计。
封边12绕梁体11的周向设置，由非连续纤维复合材料形成。在梁体11的周向设置封边12后，无需对梁体11进行修边，在制作复合材料横梁1时能提高施工速度，降低施工成本。
筋体13为网格状结构，由非连续纤维复合材料制成，设于梁体11的容置腔内且与梁体11连接；非连续纤维复合材料的成本相对于连续纤维复合材料相对较低，采用非连续纤维复合材料制作筋体13，能够降低生产成本；网状结构的筋体13设于容置腔内且与梁体11连接，能够增加复合材料横梁1的刚度及在碰撞过程中对能量的吸收，能够进一步起到缓冲作用。可选地，形成筋体13的单个网格板的厚度为1mm到3mm之间。筋体13的布局根据需要进行设置。
连续纤维复合材料为连续纤维增强热塑性复合材料，连续纤维增强热塑性复合材料具有强度高、重量轻、耐腐蚀和环保可回收等优点，具体地，本实施例中，连续纤维增强热塑性复合材料包括热塑性树脂材料和增强纤维材料，即其以热塑性树脂材料为基体，以连续纤维作为增强材料。可选地，热塑性树脂材料为聚丙烯或者聚酰胺。可选地，增强纤维材料由碳纤维、玄武岩纤维或者玻璃纤维中的一种或多种制成。本实施例中，连续纤维增强热塑性复合材料中的纤维质量含量在50％到75％之间。
具体地，本实施例中，梁体11由连续纤维增强热塑性复合材料单向带形成连续纤维增强热塑性复合材料铺层，通过热压的方式将铺层复合到一起，形成梁体11。具体地，连续纤维增强热塑性复合材料单向带通过连续纤维和热塑性树脂材料拉挤形成。因为增强纤维材料由碳纤维、玄武岩纤维或者玻璃纤维中的一种或多种制成，相应的，连续纤维增强热塑性复合材料铺层可以是碳纤维单向带、玄武岩单向带或者玻璃纤维单向带中的一种形成的铺层，也可以是碳纤维单向带、玄武岩单向带和玻璃纤维单向带中的两种或者三种组合混合形成的铺层。
梁体11根据刚度、强度要求被分成多个不同的区域，不同的区域的连续纤维增强热塑性复合材料铺层的层数根据需要进行设置。可选地，梁体11被分成20到30个区域，每一区域的层数范围在20层到35层之间，不同的区域的厚度在3.2mm到9.1mm之间。例如梁体11的正中位置的区域的层数相对于梁体11的侧面区域的层数多。
本实施例中，非连续纤维复合材料为非连续纤维增强热塑性复合材料，其成本相对于连续纤维增强热塑性复合材料的成本较低。具体地，非连续纤维增强热塑性复合材料包括热塑性树脂材料和增强纤维材料，即其以热塑性树脂材料为基体，以非连续纤维作为增强材料。可选地，热塑性树脂材料为聚丙烯或者聚酰胺。可选地，增强纤维材料为碳纤维、玄武岩纤维或者玻璃纤维中的一种或多种制成。本实施例中，非续纤维增强热塑性复合材料中的纤维质量含量在45％到55％之间。
进一步地，本实施例中，梁体11上设有加强块14，加强块14由非连续纤维复合材料制成，为拖钩螺纹管锁紧螺母32提供安装平面。拖钩螺纹管锁紧螺母32为钢材或者铝材。拖钩螺纹管3由钢材或者铝材经机械加工而来。
拖钩螺纹管3设于其中一个碰撞缓冲器2上并穿设于加强块14上，通过拖钩螺纹管锁紧螺母32锁紧于加强块14上。为了保证拖钩螺纹管3与加强块14连接的稳定性，拖钩螺纹管3依次穿过加强块14、拖钩螺纹管加强片31后，再通过拖钩螺纹管锁紧螺母32锁紧于加强块14上。
可选地，碰撞缓冲器2为钢材或者铝材冲压而成。拖钩螺纹管3与一个碰撞缓冲器2连接。需要说明的是，拖钩螺纹管3与碰撞缓冲器2的材质相同，便于二者焊接在一起。
碰撞缓冲器2通过连接件4与梁体11连接。可选地，连接件4为铆钉或者螺栓。为保证连接效果，可以在装配时涂覆螺纹防松胶或者结构胶。具体地，本实施例中，连接件4为铆钉，铆钉穿过连接件加强片41，再穿过梁体11与碰撞缓冲器2连接，将梁体11与碰撞缓冲器2连接并通过螺母紧固。连接件加强片41的设置，能够保证梁体11与碰撞缓冲器2连接的稳定性。
本实施例中，在生产复合材料保险杠横梁总成时，梁体11、封边12、筋体13和加强块14在一套模具中进行加工成型。首先，将连续纤维增强热塑性复合材料的铺层通过热压的方式复合为一体形成梁体11，然后向模具的模腔内注入与连续纤维增强热塑性复合材料相同基体的非连续纤维增强热塑性复合材料，形成封边12、筋体13和加强块14，这样注射完成后，梁体11、封边12、筋体13和加强块14成为一体，保证各个部件之间的连接强度，进而保证复合材料横梁1的整体性能。
在其他的实施例中，还可以先采用连续纤维增强热塑性复合材料铺层通过热压的方式复合为一体形成梁体11，然后将梁体11放入模具中，采用非连续纤维增强热塑性复合材料注射形成封边12、筋体13和加强块14，这样注射完成后，梁体11、封边12、筋体13和加强块14成为一体，保证各个部件之间的连接强度，进而保证复合材料横梁1的整体性能。
封边12通过在模具中注射与梁体11连接，省去了梁体11的修边工序，减少了复合材料横梁1的施工工艺周期，从而降低施工成本。
筋体13通过在模具中注射与梁体11连接，保证了筋体13与梁体11的连接稳定性，防止当梁体11受到的撞击力过大时筋体13脱离梁体11。
安装拖钩螺纹管3的加强块14通过注射的方式与梁体11连接为一体，保证了加强块14与梁体11连接的稳固性。在需要拖车对汽车进行牵引时，若牵引力过大，加强块14的设置能够避免对梁体11造成破坏。
需要说明的是，本实施例中连续纤维增强热塑性复合材料和非连续纤维增强热塑性复合材料的基体相同。基体相同，才能保证在注射封边12、筋体13和加强块14时，封边12、筋体13和加强块14能够很好地与梁体11连接。
可选地，在对梁体11注射成型的过程中，将拖钩螺纹管加强片31、连接件加强片41预埋在梁体11的相应位置，既能减少后期的装配工序，又可进一步加强拖钩螺纹管3和连接件4在梁体11上连接的稳定性。
以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种复合材料保险杠横梁总成，其特征在于，包括复合材料横梁(1)，所述复合材料横梁(1)包括：
梁体(11)，设有容置腔，由连续纤维复合材料制成；
筋体(13)，为网格状结构，设于所述容置腔内且与所述梁体(11)连接，由非连续纤维复合材料制成。
2.根据权利要求1所述的复合材料保险杠横梁总成，其特征在于，所述复合材料横梁(1)还包括封边(12)，所述封边(12)绕所述梁体(11)的周向设置，由所述非连续纤维复合材料形成。
3.根据权利要求1所述的复合材料保险杠横梁总成，其特征在于，所述连续纤维复合材料为连续纤维增强热塑性复合材料，包括热塑性树脂材料和增强纤维材料。
4.根据权利要求1所述的复合材料保险杠横梁总成，其特征在于，所述非连续纤维复合材料为非连续纤维增强热塑性复合材料，包括热塑性树脂材料和增强纤维材料。
5.根据权利要求3或4任一项所述的复合材料保险杠横梁总成，其特征在于，所述热塑性树脂材料为聚丙烯或者聚酰胺。
6.根据权利要求3或4任一项所述的复合材料保险杠横梁总成，其特征在于，所述增强纤维材料由碳纤维、玄武岩纤维或者玻璃纤维中的一种或多种制成。
7.根据权利要求3所述的复合材料保险杠横梁总成，其特征在于，所述梁体(11)由连续纤维增强热塑性复合材料单向带通过铺层方式叠加。
8.根据权利要求7所述的复合材料保险杠横梁总成，其特征在于，所述梁体(11)包括多个区域，每一所述区域的所述连续纤维增强热塑性复合材料单向带的层数在20层到35层之间。
9.根据权利要求1所述的复合材料保险杠横梁总成，其特征在于，还包括碰撞缓冲器(2)，所述碰撞缓冲器(2)与所述复合材料横梁(1)连接。
10.根据权利要求1所述的复合材料保险杠横梁总成，其特征在于，所述梁体(11)上设有加强块(14)，所述加强块(14)由所述非连续纤维复合材料制成，所述加强块(14)用于与拖钩螺纹管(3)连接。
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