[發(fā)明專利]一種新型的微納安全保險(xiǎn)杠的設(shè)計(jì)與制造方法

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• 申請日: 2018-04-02
• 公開（公告）號: CN110341632A
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 不公告發(fā)明人
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳前海賽恩科三維科技有限公司
• 主分類號: B60R19/20
• 分類號: B60R19/20;B60R19/22;B60R19/24;B29C64/10;B33Y10/00
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本發(fā)明是針對現(xiàn)有汽車保險(xiǎn)杠車門的安全防護(hù)強(qiáng)度不足，能量消耗大，密度較低，而提出的一種新型的微納安全保險(xiǎn)杠及其制造方法。這種新型安全保險(xiǎn)杠吸能結(jié)構(gòu)的緩沖泄能是通過形變將外力做功轉(zhuǎn)換成其他形式的能力形式，采用納米多孔結(jié)構(gòu)和流體混合成復(fù)合體結(jié)構(gòu)，在外力沖擊下通過液體擠入納米多孔的孔道，使沖擊機(jī)械能向固液界面屈服機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)外力緩沖，起到對汽車保險(xiǎn)杠安全防護(hù)的效果。這種納米多孔結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，其材料能夠重復(fù)利用，節(jié)約成本，緩沖距離長，安全防護(hù)性能高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提出一種新型微納安全保險(xiǎn)杠的設(shè)計(jì)與制造方法，屬于汽車設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)

保險(xiǎn)杠不僅是汽車的安全防護(hù)裝置，也是其結(jié)構(gòu)造型與裝飾的重要組成部分。其作用是當(dāng)轎車與其他車輛或障礙物發(fā)生碰撞時(shí)能保護(hù)車身和附件，具體說就是保護(hù)翼子板、散熱器、發(fā)動(dòng)機(jī)罩和燈具等部件。

現(xiàn)有汽車保險(xiǎn)杠有金屬材料保險(xiǎn)杠和非金屬材料保險(xiǎn)杠。金屬材料保險(xiǎn)杠一般用高強(qiáng)度鋼板沖壓而成。這種鋼板既有較高的強(qiáng)度，又有良好的沖壓性能。非金屬材料的保險(xiǎn)杠采用模壓塑料板材、聚丙煉材料、也可用玻璃纖維增強(qiáng)塑料，這些材料的機(jī)械性能接近于冷乳鋼板，密度僅為鋼材的。

現(xiàn)有的保險(xiǎn)杠都是利用保險(xiǎn)杠材料的潰縮形變以及緩沖盒的吸能作用來對抗機(jī)械碰撞。局限于保險(xiǎn)杠本身結(jié)構(gòu)和材料限制，其緩沖量小，潰縮變形有限，所以提供瞬時(shí)的碰撞防護(hù)及其低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對目前汽車保險(xiǎn)杠的潰縮變形中主動(dòng)防護(hù)的緩沖小、碰撞作用時(shí)間短的安全防護(hù)性能低的問題而提出的一種新型微納安全保險(xiǎn)杠的設(shè)計(jì)與制造方法。

這種微納安全保險(xiǎn)杠的緩沖結(jié)構(gòu)是利用多孔納米氣泡和液體組成的復(fù)合體結(jié)構(gòu)，與保險(xiǎn)杠的支撐底座制成一體化的結(jié)構(gòu)功能。在保險(xiǎn)杠的外層是高緩沖被動(dòng)防護(hù)腔結(jié)構(gòu)，緩沖腔與保險(xiǎn)杠的結(jié)構(gòu)本體共同構(gòu)成一體化安全保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)。

在微納結(jié)構(gòu)緩沖腔中充填了微納多孔的納米氣泡和液體。這種緩沖腔在外界碰撞過程中，液體在碰撞沖擊下，滲入納米多孔氣泡的間隙空間，將碰撞的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體與氣泡面的接觸能，并且多孔納米氣泡的表面接觸面積大，提供的空間能量轉(zhuǎn)換也大。在外界碰撞消失后液體回流的腔體的空間處，緩沖腔恢復(fù)原來的結(jié)構(gòu)體積。這種緩沖腔的保險(xiǎn)杠的緩沖能力是現(xiàn)有保險(xiǎn)杠的3倍以上。

汽車保險(xiǎn)杠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

首先對汽車保險(xiǎn)杠做碰撞過程的有限元分析，明確碰撞過程的保險(xiǎn)杠的受力變形情況，如圖1所示。

然后，在明確保險(xiǎn)杠的碰撞受力情況后，在保險(xiǎn)杠的外受力面上，設(shè)計(jì)一種微納多孔氣泡和液體構(gòu)成的復(fù)合腔體結(jié)構(gòu)。這種復(fù)合腔在保險(xiǎn)杠的的強(qiáng)受力面上，與保險(xiǎn)杠的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為一體結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

設(shè)計(jì)參數(shù)其中耐熱性在80℃～100℃，沖擊強(qiáng)度在0～10J/cm³，拉伸強(qiáng)度在0～100mPa。

在微納多孔材料結(jié)構(gòu)復(fù)合腔中，其中氣泡尺寸平局約為Φ10～Φ1000nm，其表面積/體積的約為1～1000。這些氣泡為沖擊過程中的能量轉(zhuǎn)換提供了很大的空間。

保險(xiǎn)杠的的微納復(fù)合腔單元結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中包括密封圈1、后殼體2、注塑孔3、前殼體4、微納多孔氣5、液體6。內(nèi)部結(jié)構(gòu)為多孔氣泡結(jié)構(gòu)，其多孔氣泡的直徑平局約為Φ10～Φ1000nm，其表面積/體積的約為1～1000，其能量吸收密度在60～100J/g。

制造方法

1、繪制保險(xiǎn)杠的三維圖，在3D打印機(jī)中將保險(xiǎn)杠三維圖結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)換成切片文件，將CAD格式轉(zhuǎn)換成STL格式。

基于catia軟件制造復(fù)合結(jié)構(gòu)保險(xiǎn)杠的三維立體圖，將stl格式經(jīng)過切片軟件進(jìn)行切片處理。