TW201438829A - 金屬擠型複合結構件及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種金屬擠型複合結構件及其製造方法，其金屬擠型複合結構件的結構包含金屬擠型構件及塑膠填料。金屬擠型構件具有側壁，側壁上設有軸向貫通的填料孔，金屬擠型構件的斷面形狀為封閉形、I形、T形或U形。塑膠填料設置於填料孔內。其金屬擠型複合結構件的製造方法包含提供上述的金屬擠型構件以及將熔融塑膠注入於填料孔內，以硬化成形為一塑膠填料。

Description

金屬擠型複合結構件及其製造方法

本發明是有關於一種金屬擠型複合結構件及其製法，特別是有關於一種在金屬擠型構件側壁填充有射出成形的塑膠以使金屬擠型構件維持足夠剛性下能達成輕量化的金屬擠型複合結構件及其製法。

由於各國政府對溫室氣體排放之限制逐年增加，因此，各車廠無不致力於發展輕量化車體，然而，目前常見的車架結構件的材料係採用鋼樑、鋼管或鋁合金管件，如台灣專利第I361766號提供的一種車架結構(VEHICLE BODY FRAME STRUCTURE)10，其汽車之車室具備向車體前後方向延伸之邊樑，向車寬方向延伸之儀表板下橫樑與中橫樑，及具有4個傾斜部件之八角形框架。另車室之前方，由前邊樑及前緩衝樑朝車體前後方向彎曲成U字型構成U字型框架。

上述車架此些材料雖可提供足夠的強度，但其結合成車架後，其整體車架的重量不輕。

本發明目的係提供一種金屬擠型複合結構件，在金屬擠型構件的側壁內或隔板內填充工程塑膠以使金屬擠型複合結構件在維持強度條件下大為減輕重量。本發明又一目的係提供金屬擠型複合結構件的製造方法，在形成金屬擠型構件的同時也擠 出填料孔，作為填充塑膠所需的模穴，直接將塑膠成形於該擠製填料孔內。

為達成上述製成金屬擠型複合結構件的目的，本發明提供之結構包含，一金屬擠型構件，其具有一側壁，該側壁上設有一軸向貫通的填料孔。一塑膠填料，係設置於該填料孔內。

在一實施例中，更包含以一緊固件徑向穿過該塑膠填料，並固定在形成該填料孔的側壁上。

在一實施例中，更包含在該填料孔之內壁面設有軸向延展的擠形翼片，且該塑膠填料包覆擠形翼片。

為達成上述製成金屬擠型複合結構件的目的，本發明提供之結構包含，一金屬擠型構件，其具有一側壁、至少一成形在該側壁之間的隔板與由該側壁及該至少一隔板定義出的至少一封閉區域之軸向貫穿的通孔，該隔板設有一軸向貫穿的填料孔。一塑膠填料係填充於該填料孔。

為達成上述車架之金屬擠型複合結構件製造方法的目的，本發明提供之步驟包含，首先提供如前述之金屬擠型構件；再應用該填料孔作為封閉模穴，將熔融塑膠高壓注入於該填料孔內，以硬化成形為一塑膠填料。

本發明之特點在於，本發明係以金屬擠型構件作為結構材料，並在金屬擠型構件的側壁內或隔板內填充工程塑膠，應用金屬擠型構件的輕量化特性結合工程塑膠的高塑性、輕量、高硬度或高吸能性、極高耐衝擊性等特性，使本發明的結構材料同時在維持基本的強度條件下，可大為減輕重量。另外，本發明在形成金屬擠型構件的同時，也將爾後填充塑膠所需的填料孔之 模穴結構及/或供塑膠包覆以增加附著的翼片結構同時成形，並在射出熔融工程塑膠之後填滿填料孔及/或使工程塑膠包覆翼片，一舉數得。

10‧‧‧車架結構

11‧‧‧鋼樑

20a,20b,20c,20d,20e‧‧‧金屬擠型複合結構件

30a,30b,30c,30d,30e‧‧‧金屬擠型構件

31‧‧‧側壁

32‧‧‧通孔

33‧‧‧隔板

34,34’‧‧‧填料孔

35‧‧‧擠形翼片

36‧‧‧軸向身部

40‧‧‧塑膠填料

50‧‧‧端蓋

60‧‧‧緊固件

70‧‧‧彎曲部

A‧‧‧拘束面

B‧‧‧純力

步驟S10~S20‧‧‧方法流程

圖1繪示先前技術之車架結構平面示意圖。

圖2繪示本發明之金屬擠型複合結構件之斷面形狀為封閉形之實施例的立體示意圖。

圖3繪示本發明之金屬擠型複合結構件之斷面形狀為I形之實施例的立體示意圖。

圖4繪示本發明之金屬擠型複合結構件之斷面形狀為T形之實施例的立體示意圖。

圖5繪示本發明之金屬擠型複合結構件之斷面形狀為U形之實施例的立體示意圖。

圖6繪示圖2的實施例之以緊固件固定塑膠填料左側視圖。

圖7繪示圖2的實施例之以擠形翼片提升塑膠填料固著力之左側視圖。

圖8繪示本發明之金屬擠型複合結構件另一實施例的立體示意圖。

圖9繪示圖8的實施例之以緊固件固定塑膠填料左側視圖。

圖10繪示圖8的實施例之以擠形翼片提升塑膠填料固著力之左側視圖。

圖11繪示本發明之具彎曲部之金屬擠型複合構件實施例之平面圖。

圖12繪示先前技術之車架管材未填充塑膠填料之管材受力示意的 立體圖。

圖13繪示本發明之金屬擠型複合結構件受力示意的立體圖。

圖14繪示本發明之金屬擠型複合結構件的製造方法的步驟流程圖。

茲配合圖式說明本發明之實施例如下。

首先請參照圖2繪示的本發明之金屬擠型複合結構件之斷面形狀為封閉形之實施例的立體示意圖。在本實施例中所提供的金屬擠型複合結構件20a的結構包含：金屬擠型構件30a與塑膠填料40。金屬擠型構件30a具有一擠製的側壁31，該側壁31上並成形有擠製而成的、沿著金屬擠型構件30a軸向貫通的填料孔34。塑膠填料40係設置於該填料孔34內，該塑膠填料40可為塑性高、重量輕、耐衝擊性佳的工程塑膠。進一步地，上述的金屬擠型構件30a的斷面形狀除了上述之封閉形狀的金屬擠型構件30a(如圖2所示)的實施例之外，金屬擠型複合結構件(20a,20b,20c,20d)的斷面形狀也可為I形之金屬擠型構件30b(如圖3所示)、T形金屬擠型構件30c(如圖4所示)或U形金屬擠型構件30d(如圖5所示)。

當上述金屬擠型構件30a的斷面形狀為封閉形時，該封閉形係由該側壁31圍繞而成，整個封閉形並形成一軸向貫穿該金屬擠型構件30a的通孔32(如圖2所示)。

續請先參見圖8所繪示的本發明之金屬擠型複合結構件另一實施例的立體示意圖。本實施例之金屬擠型複合結構件20e結構包含：一金屬擠型構件30e，其具有一側壁31、至少一成 形在該側壁31之間的隔板33與由該側壁31及該至少一隔板33定義出的至少一封閉區域之軸向貫穿的通孔32，該隔板33設有一軸向貫穿的填料孔34’；以及一塑膠填料40，係填充於該填料孔34’中。

在一實施例中，該金屬擠型構件(30a,30e)之任一徑向截面中，該塑膠填料40的區域面積小於該通孔32的區域面積，以保持一定比例的中空，以維持輕量化。

請參閱圖6繪示的圖2的實施例之以緊固件固定塑膠填料左側視圖以及圖9繪示圖8的實施例之以緊固件固定塑膠填料左側視圖。在該些實施例中，更包含以一緊固件60(例如螺栓螺母等五金件)橫向/徑向穿過該側壁31/隔板33及該塑膠填料40，並固定在形成該填料孔(34、34’)的側壁31/隔板33，以提高塑膠填料40與填料孔(34、34’)壁面的連結性。

請對照參配圖7繪示的圖2的實施例之以擠形翼片提升塑膠填料固著力之左側視圖及圖10繪示圖8的實施例之以擠形翼片提升塑膠填料固著力之左側視圖。該些實施例中更包含在該填料孔(34、34’)之內壁面設有至少一軸向延展的擠形翼片35，且該塑膠填料40呈現包覆住擠形翼片35的狀態，如此結構係可提高塑膠填料40與填料孔(34、34’)壁面的連結性。

另外，為固定該塑膠填料40及增加金屬擠型複合結構件20a端部剛性，可在金屬擠型複合結構件20a端部固設端蓋50(如圖11所示)。

請參考圖11繪示本發明之具彎曲部之金屬擠型複合結構件實施例之平面圖。進一步地，在一實施例中，設置該塑膠 填料40之前，該金屬擠型複合結構件20a的金屬擠型構件30a的軸向身部36區域包含一預彎的彎曲部70。

為說明本發明之特性，請參考圖12繪示先前技術之車架管材未填充塑膠填料之管材受力示意的立體圖與對照之圖13繪示本發明之金屬擠型複合結構件受力示意的立體圖。由上述圖式並結合下列表1的內容對比可知，在對金屬擠型複合結構件20e之選定一端為拘束面A，另端施加20 N(頓)的純力B之下，可知本發明之金屬擠型複合結構件20e的性能在不大量降低剛性下，可減輕重量達10%。

續請參照圖12所繪示本發明之金屬擠型複合結構件的製造方法的步驟流程圖。本實施例的金屬擠型複合結構件的製造方法，其步驟包含：

步驟S10：提供如前述的實施例所揭示的該金屬擠型構件。

步驟S20：將熔融塑膠注入於該填料孔內，以硬化成形為一塑膠填料。該熔融塑膠可為工程塑膠，但不以此為限，該熔融塑膠硬化後即連結於該填料孔壁面。前述之填充塑膠係可以塑膠射出成形工藝，應用該填料孔作為封閉模穴，將熔融塑膠高 壓注入該填料孔內。

在一實施例中，在步驟S10之後、S20之前，可更包含步驟S11：對該金屬擠型構件預熱，以提高爾後步驟之填充熔融塑膠的流動性及/或利於預彎該金屬擠型構件。

在一實施例中，在步驟S10之後、S20之前，可更包含步驟S12：對該金屬擠型構件預彎一彎曲部。

值得一提的是，上述步驟S11、S12的進行順序並不限於步驟S11在先，換言之，也可以步驟S12較步驟S11先進行。

在一實施例中，該熔融塑膠包含滲入玻璃纖維或碳纖維，以強化其強度及輕量化。

綜上所述，本發明之特點在於，本發明所採用的金屬擠型構件，特別是鋁擠型已逐漸展現其在輕量化、高剛性及製造成本之優勢，配合高強度或高吸能特性之塑膠填充材料，發展出具輕量化、高剛性及高安全性之車體結構。本發明以金屬擠型構件作為結構材料，並在金屬擠型構件的壁面內或隔板內填充工程塑膠，應用金屬擠型構件的輕量化特性結合工程塑膠的高塑性、輕量、高硬度或高吸能性、極高耐衝擊性等特性，使本發明的結構材料同時在維持基本的強度條件下，大為減輕其重量。再者，本發明在形成金屬擠型構件的同時，也將爾後填充塑膠所需的填料孔之模穴結構及/或供塑膠包覆以增加附著的翼片結構同時成形，並在射出熔融工程塑膠之後填滿填料孔及/或使工程塑膠包覆翼片。

前述本發明所採用的技術手段之實施方式或實施例，並非用來限定本創作專利實施之範圍。即凡與本發明專利申 請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

20e‧‧‧金屬擠型複合結構件

30e‧‧‧金屬擠型構件

31‧‧‧側壁

32‧‧‧通孔

33‧‧‧隔板

34’‧‧‧填料孔

40‧‧‧塑膠填料

Claims (16)

1. 一種金屬擠型複合結構件，其結構包含：一金屬擠型構件，其具有一側壁，該側壁上設有一軸向貫通的填料孔；以及一塑膠填料，係設置於該填料孔內；其中，該金屬擠型構件的斷面形狀為封閉形、I形、T形或U形。
2. 如申請專利範圍第1項所述之金屬擠型複合結構件，其中該金屬擠型構件之任一橫向截面中，該塑膠填料的區域面積小於該通孔的區域面積。
3. 如申請專利範圍第1項所述之金屬擠型複合結構件，其中該金屬擠型構件的斷面形狀為封閉形，其係由該側壁圍繞成一封閉區域，而形成一軸向貫穿該金屬擠型構件的通孔。
4. 如申請專利範圍第1項所述之金屬擠型複合結構件，其中更包含以一緊固件橫向穿過該塑膠填料，並固定在形成該填料孔的側壁。
5. 如申請專利範圍第1項所述之金屬擠型複合結構件，其中該填料孔之內壁面設有至少一軸向延展的擠形翼片，且該塑膠填料包覆該至少一擠形翼片。
6. 如申請專利範圍第1項所述之金屬擠型複合結構件，其中該金屬擠型構件的軸向身部包含一彎曲部。
7. 一種金屬擠型複合結構件，其結構包含：一金屬擠型構件，其具有一側壁、至少一成形在該側壁之間的隔板與由該側壁及該至少一隔板定義出的至少一封閉區 域之軸向貫穿的通孔，該隔板設有一軸向貫穿的填料孔；以及一塑膠填料，係填充於該填料孔內。
8. 如申請專利範圍第7項所述之金屬擠型複合結構件，其中該金屬擠型構件之任一徑向截面中，該塑膠填料的面積小於該通孔的面積。
9. 如申請專利範圍第7項所述之金屬擠型複合結構件，其中該金屬擠型構件的端部設有端蓋。
10. 如申請專利範圍第7項所述之金屬擠型複合結構件，其中更包含以一緊固件徑向穿過該塑膠填料，並固定在形成該填料孔的側壁。
11. 如申請專利範圍第7項所述之金屬擠型複合結構件，其中該填料孔之內壁面設有至少一軸向延展的擠形翼片，且該塑膠填料包覆該至少一擠形翼片。
12. 如申請專利範圍第7項所述之金屬擠型複合結構件，其中該金屬擠型構件的軸向身部包含一彎曲部。
13. 一種金屬擠型複合結構件的製造方法，其步驟包含：提供如申請專範圍第1項所述之該金屬擠型構件；以及將熔融塑膠注入於該填料孔內，以硬化成形為一塑膠填料。
14. 如申請專利範圍第13項所述之金屬擠型複合結構件的製造方法，其中在該熔融塑膠注入該填料孔內前，包含對該金屬擠型構件預熱之步驟。
15. 如申請專利範圍第13項所述之金屬擠型複合結構件的製造方法，其中在該熔融塑膠注入該填料孔內前，更包含對該金屬擠 型構件預彎以形成一彎曲部。
16. 如申請專利範圍第13項所述之金屬擠型複合結構件的製造方法，其中該熔融塑膠包含玻璃纖維或碳纖維。