[發(fā)明專利]一種金屬/復(fù)合材料一體化成型的保險(xiǎn)杠裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610127540.5
• 申請(qǐng)日: 2016-03-07
• 公開（公告）號(hào): CN105691334A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫凌玉;李立軍;張海珠;黃彬城;朱盼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B60R19/04
• 分類號(hào): B60R19/04
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在汽車碰撞中變形吸能的保險(xiǎn)杠裝置，尤其涉及一種金屬/復(fù)合材料一體 化成型的保險(xiǎn)杠裝置，它采用了直接注塑粘附一體化成型工藝，綜合了金屬承載能力強(qiáng)、剛 度好和復(fù)合材料重量輕、可成型復(fù)雜幾何的優(yōu)點(diǎn)，從而形成了一種輕量化和集成化的金屬與 復(fù)合材料混合保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)，屬于汽車輕量化與碰撞安全技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在全球范圍內(nèi)，環(huán)境保護(hù)和能源危機(jī)日益受到關(guān)注，汽車減重和節(jié)能減排勢(shì)在必行，汽 車輕量化成為汽車行業(yè)的重要發(fā)展方向。但是，需要注意的是，汽車輕量化并不是單純地減 重，而是需要在保證汽車安全性的前提下實(shí)現(xiàn)重量降低。其中，汽車尤其是乘用車的碰撞安 全性關(guān)系到乘員和行人的人身安全，在汽車輕量化過(guò)程中必須重視。汽車保險(xiǎn)杠是保證汽車 碰撞安全性的重要承載件。因此，汽車保險(xiǎn)杠的輕量化研究和設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的挑戰(zhàn)性和難度。

目前，高強(qiáng)度鋼、鋁合金等金屬是汽車保險(xiǎn)杠橫梁常用的材料，高強(qiáng)度鋼承載能力強(qiáng)、 耐碰撞性好，但是密度大，鋁合金密度小，但是強(qiáng)度低、易氧化且成本高。有的汽車企業(yè)嘗 試采用塑料制作保險(xiǎn)杠橫梁，但是其抗碰撞沖擊性能差，存在一定的安全隱患。復(fù)合材料， 特別是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，具有密度小，比強(qiáng)度、比剛度高，可 設(shè)計(jì)性強(qiáng)，耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)用前景很廣闊的輕量化材料。但是，復(fù)合材料特別是碳 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的成本較高、原材料有限，還無(wú)法在汽車工業(yè)中大面積應(yīng)用。因此，可以 綜合利用金屬和復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)，將金屬與復(fù)合材料成型為一個(gè)整體，二者取長(zhǎng)補(bǔ)短，開發(fā) 出重量輕且安全的汽車保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)。同時(shí)，可以減少零件數(shù)量，縮短裝配路線，實(shí)現(xiàn)模塊化 和集成化生產(chǎn)，避免焊接，提高保險(xiǎn)杠安全性。

發(fā)明內(nèi)容

1、發(fā)明目的：

本發(fā)明的目的在于提供一種金屬/復(fù)合材料一體化成型的保險(xiǎn)杠裝置，采用直接注塑粘附 工藝實(shí)現(xiàn)金屬與熱塑性復(fù)合材料一體化成型，綜合利用熱塑性復(fù)合材料密度小、可成型復(fù)雜 幾何的特點(diǎn)和金屬承載能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，既可以提高汽車的碰撞安全性，又能減輕汽車保險(xiǎn)杠 的重量，減少汽車尾氣排放，同時(shí)還能大幅度減少汽車保險(xiǎn)杠的零部件數(shù)量，降低生產(chǎn)裝配 成本。

2、技術(shù)方案：

基于汽車輕量化、高安全性和模塊化的設(shè)計(jì)理念，降低汽車保險(xiǎn)杠中金屬特別是高強(qiáng)度 鋼的厚度和使用量，增加密度小、比強(qiáng)度、比剛度高、回收利用性好且可成型復(fù)雜幾何的熱 塑性復(fù)合材料，綜合利用二者的優(yōu)點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，采用在金屬表面直接注塑粘附工藝制成的 一種金屬/復(fù)合材料一體化成型的保險(xiǎn)杠裝置，見附圖，該結(jié)構(gòu)包括保險(xiǎn)杠橫梁金屬外板、保 險(xiǎn)杠橫梁復(fù)合材料內(nèi)板、吸能盒、復(fù)合材料內(nèi)板加強(qiáng)筋和復(fù)合材料鎖扣。它們之間的位置連 接關(guān)系是：保險(xiǎn)杠橫梁金屬外板與保險(xiǎn)杠橫梁復(fù)合材料內(nèi)板通過(guò)注塑工藝粘附在一起；保險(xiǎn) 杠橫梁復(fù)合材料內(nèi)板與吸能盒固連在一起，為注塑一體化成型；吸能盒位于保險(xiǎn)杠橫梁復(fù)合 材料內(nèi)板的兩端；復(fù)合材料內(nèi)板加強(qiáng)筋位于保險(xiǎn)杠橫梁復(fù)合材料內(nèi)板的內(nèi)部，與保險(xiǎn)杠橫梁 復(fù)合材料內(nèi)板和吸能盒固連，為注塑一體化成型；復(fù)合材料鎖扣位于復(fù)合材料內(nèi)板加強(qiáng)筋的 筋板交叉處，通過(guò)注塑生成，插入保險(xiǎn)杠橫梁金屬外板的外弧部的孔中，與保險(xiǎn)杠橫梁金屬 外板固連；保險(xiǎn)杠橫梁復(fù)合材料內(nèi)板、吸能盒、復(fù)合材料內(nèi)板加強(qiáng)筋和復(fù)合材料鎖扣共同組 成了本發(fā)明的復(fù)合材料模塊，通過(guò)直接在保險(xiǎn)杠橫梁金屬外板上注塑實(shí)現(xiàn)一體化成型。這種 一體化成型的汽車保險(xiǎn)杠裝置，零件數(shù)量少，接合牢固，生產(chǎn)速度快，省掉了焊接等裝配流 程，可以實(shí)現(xiàn)碰撞過(guò)程中的多級(jí)吸能，提高了汽車的碰撞安全性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了減重。

所述保險(xiǎn)杠橫梁金屬外板是自制件，采用屈服強(qiáng)度大于400MPa的高強(qiáng)度鋼，鋼板厚度 0.6～1mm，經(jīng)過(guò)沖壓工藝制造而成，前端部弧形處有直徑10mm的孔，上下端部有翻邊，內(nèi) 部表面采用鉻酸刻蝕的表面處理工藝，增加內(nèi)表面的粗糙度，以提高金屬外板與注塑復(fù)合材 料的粘附力，其功能是作為復(fù)合材料注塑成型的載體和支撐，并通過(guò)自身的變形和斷裂來(lái)吸 收碰撞能量。

所述保險(xiǎn)杠橫梁復(fù)合材料內(nèi)板是自制件，由熱塑性復(fù)合材料，特別是熱塑性玻璃纖維增 強(qiáng)復(fù)合材料(GFRP)，在保險(xiǎn)杠橫梁金屬外板內(nèi)表面注塑成型，厚度為2～4mm，其功能是實(shí) 現(xiàn)復(fù)合材料模塊與金屬板件粘附接合，提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和碰撞吸能性。