本發(fā)明涉及車輛工程領(lǐng)域,具體涉及一種車用復(fù)合結(jié)構(gòu)汽車保險杠防撞梁及制造方法。

背景技術(shù)：

隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車保險杠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，要承受碰撞沖擊載荷，通過塑性變形吸收碰撞能量，并將剩余沖擊能量傳遞給吸能盒和前縱梁等零部件。同時，汽車保險杠防撞梁又是白車身前端結(jié)構(gòu)重量的組成部分，其結(jié)構(gòu)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，汽車保險杠防撞梁在汽車研發(fā)過程中受到越來越多的重視。因此設(shè)計開發(fā)出質(zhì)量輕、并滿足結(jié)構(gòu)剛度、抗撞吸能性的新型汽車保險杠防撞梁，一直是汽車工程領(lǐng)域追求的目標(biāo)之一。

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

一、傳統(tǒng)的汽車保險杠防撞梁，由金屬材料制造而成，有鋁合金保險杠防撞梁和高強度鋼保險杠防撞梁；鋁合金保險杠防撞梁質(zhì)量輕，與同尺寸性能的高強鋼保險杠相比可減重40％以上，并可以通過擠壓成形制造出不同斷面形狀、具有優(yōu)異抗撞吸能特性的結(jié)構(gòu)形狀；高強鋼保險杠防撞梁比鋁合金保險杠防撞梁成本低，加工制造技術(shù)成熟，能夠滿足汽車碰撞性能要求，缺點是質(zhì)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復(fù)合材料汽車保險杠防撞梁，因其質(zhì)輕、成本低且能滿足汽車被動安全性要求而備受行業(yè)關(guān)注。但其結(jié)構(gòu)剛度和沖擊吸能性比金屬保險杠防撞梁差，可回收利用性差，使其推廣應(yīng)用受到一定限制。碳纖維增強復(fù)合材料保險杠防撞梁，因其剛度高，抗沖擊吸能性優(yōu)異而備受關(guān)注；但因其成本高、制造效率低限制了其應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有汽車保險杠防撞梁采用金屬材料存在質(zhì)量大，能加工成形的斷面形狀受限，采用非金屬材料存在成本高、制造效率低等問題，提供一種復(fù)合結(jié)構(gòu)汽車保險杠防撞梁及制造方法。

復(fù)合結(jié)構(gòu)汽車保險杠防撞梁，包括外板和內(nèi)板，所述外板由鋼板制成，內(nèi)板由碳纖維復(fù)合材料制成，所述內(nèi)板和外板通過粘接構(gòu)成復(fù)合結(jié)構(gòu)的防撞梁。

復(fù)合結(jié)構(gòu)汽車保險杠防撞梁的制造方法，該方法由以下步驟實現(xiàn)：

步驟一、采用抗拉強度為240MPa至1800MPa的鋼板通過冷沖壓成形、輥壓折彎成形或熱成形制造，獲得外板；

步驟二、對步驟一獲得的外板的內(nèi)側(cè)采用清洗劑清洗，然后在所述外板的內(nèi)側(cè)涂刷粘接劑；

步驟三、將所述碳纖維復(fù)合材料作為預(yù)浸料，按照設(shè)定的預(yù)浸料的鋪層層數(shù)和方向?qū)㈩A(yù)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(yù)浸料放置于外板的內(nèi)側(cè)；將陽模模具放置于預(yù)浸料的上表面；采用陰模和陽模進行合模，獲得復(fù)合結(jié)構(gòu)汽車保險杠防撞梁。

本發(fā)明的有益效果：

一、本發(fā)明所述的保險杠防撞梁，由鋼板和碳纖維復(fù)合材料制成即提高了鋼制汽車保險杠防撞梁剛度和抗撞吸能性，又大幅降低了碳纖維復(fù)合材料汽車保險杠防撞梁的成本，提高了其加工制造效率，具有廣闊的應(yīng)用前景。

二、本發(fā)明的復(fù)合結(jié)構(gòu)汽車保險杠防撞梁，將鋼板與碳纖維復(fù)合材料相結(jié)合，能優(yōu)化保險杠防撞梁的剛度、碰撞性能，提高其吸能量，減小碰撞加速度和沖擊力的峰值，使汽車具有更高的正碰和偏置碰撞安全性；

三、本發(fā)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(nèi)板的厚度(1mm-4mm)，靈活地控制復(fù)合結(jié)構(gòu)汽車保險杠防撞梁的制造成本和產(chǎn)品性能；能大幅度地降低汽車保險杠防撞梁的結(jié)構(gòu)重量，實現(xiàn)其輕量化。

四、本發(fā)明采用熱塑性復(fù)合材料以及壓模成型的生產(chǎn)工藝，固化周期短，提高生產(chǎn)效率，便于回收利用；

五、本發(fā)明采用粘接方式連接復(fù)合結(jié)構(gòu)汽車保險杠防撞梁碳纖維復(fù)合材料內(nèi)板和鋼制外板，既利用了碳纖維復(fù)合材料的高性能又避免了機械連接造成的對鋼板與復(fù)合材料開孔、開槽等成本高、工藝復(fù)雜、影響其性能的工序。

六、本發(fā)明的復(fù)合結(jié)構(gòu)保險杠防撞梁結(jié)構(gòu)簡單、成本低、制造成形效率高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)汽車保險杠防撞梁的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)汽車保險杠防撞梁中外板與碳纖維復(fù)合材料內(nèi)板模壓成形工藝過程示意圖；

圖3為本發(fā)明所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)汽車保險杠防撞梁的橫截面圖。

圖中：1、外板，2、內(nèi)板，3、陽模，4、陰模。

具體實施方式

具體實施方式一、結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，復(fù)合結(jié)構(gòu)汽車保險杠防撞梁，包括鋼板外板1和鋪設(shè)于鋼板內(nèi)表面的碳纖維復(fù)合材料內(nèi)板2。所述內(nèi)板2和外板1通過粘接構(gòu)成復(fù)合結(jié)構(gòu)的防撞梁；所述外板1的厚度可以為1mm-2mm，內(nèi)板2的厚度可以為1mm-4mm，具體厚度值可以根據(jù)對防撞梁的性能要求，成本要求等進行調(diào)節(jié)，內(nèi)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的鋼板通過冷沖壓成形、輥壓折彎成形或熱成形制造。優(yōu)選的可以采用抗拉強度為450MPa到1180MPa的，牌號為HC250到HC820的雙相鋼(DP)、馬氏體鋼(MS)、相變誘導(dǎo)塑性鋼(TR)、復(fù)相鋼(CP)或淬火延性鋼(QP)等各種鋼材的鋼板，經(jīng)冷沖壓成形、輥壓和折彎成形或熱成形制成。

本實施方式所述的內(nèi)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復(fù)合材料制造。

按質(zhì)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(huán)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)、聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)或聚碳酸酯(PC)或聚苯醚。最后將外板和內(nèi)板粘接構(gòu)成復(fù)合材料汽車保險杠防撞梁。

本實施方式中，可以優(yōu)選設(shè)置外板1為厚1mm的由HC420/780TR的相變誘導(dǎo)塑性鋼制成，內(nèi)板設(shè)置為3mm的由T700碳纖維與熱固性環(huán)氧樹脂組成的復(fù)合材料制成，會具有極好的碰撞性能，但也會使制造成本相對較貴，可以進行類似調(diào)整來控制成本。

在本實施方式中，碳纖維復(fù)合材料的內(nèi)板2設(shè)置于鋼板外板1的內(nèi)表面上。在制作外板1和內(nèi)板2以后，需要使用溶劑清洗外板1的內(nèi)表面后再進行粘接，以使內(nèi)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復(fù)合結(jié)構(gòu)汽車保險杠防撞梁的制造方法，該方法由以下步驟實現(xiàn)：

一、先采用采用不同強度級別的鋼板經(jīng)冷沖壓形成形、輥壓和折彎成形或熱成形制造出復(fù)合結(jié)構(gòu)汽車保險杠防撞梁外板1；

二、使用丙酮或丁酮溶劑清洗外板1的內(nèi)側(cè)，徹底去除外板1內(nèi)側(cè)的油污；

三、在復(fù)合結(jié)構(gòu)汽車保險杠防撞梁外板1的內(nèi)側(cè)涂刷粘接劑；

四、采用T300-T700的碳纖維與熱固性樹脂(如酚醛、環(huán)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)、聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)或聚碳酸酯(PC)、聚苯醚等)組成的預(yù)浸料，預(yù)浸料中的樹脂基體的質(zhì)量百分比含量為20-30％，碳纖維的質(zhì)量百分比含量為70-80％。將預(yù)浸料作為原材料，按照汽車保險杠防撞梁性能設(shè)計要求，確定復(fù)合材料層的鋪層層數(shù)，可以為10層、20層或30層，方向和順序，可以為0°、±45°或90°，并將碳纖維復(fù)合材料預(yù)浸料進行鋪疊。

五、將外板1放入陰模4中，將鋪層好的碳纖維復(fù)合材料預(yù)浸料放于外板1的內(nèi)側(cè)；

六、采用陽模3，在陽模3未接觸物料前低壓20-30Mpa快速合模，接觸物料后高壓35-40Mpa低速合模，加熱溫度控制在80℃-100℃，合模后保持壓力30s到2分鐘，使碳纖維復(fù)合材料迅速固化成形，并與鋼板外層1進行有效粘接，再經(jīng)過裁邊等處理工序，制成復(fù)合結(jié)構(gòu)汽車保險杠防撞梁。

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(nèi)板選用各種碳纖維復(fù)合材料、鋼板外板厚度、復(fù)合材料內(nèi)板的厚度，靈活地匹配來控制復(fù)合結(jié)構(gòu)汽車保險杠防撞梁的制造成本和產(chǎn)品性能；能大幅度地降低汽車保險杠防撞梁的結(jié)構(gòu)重量，實現(xiàn)其輕量化。