CN104260792B - 一种仿生车身骨架及其制造系统和制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种仿生车身骨架及其制造系统和制造方法。仿生车身骨架具有一体成型的致密的外层和多孔的内层，从而使得仿生车身骨架的各个纵向延伸部分的横截面呈现为类人骨状的密度分布。制造仿生车身骨架的系统，包括用于将基材形成为发泡的熔体的泡沫熔体发生器；用于在其内部形成与仿生车身骨架的形状相匹配的铸造型腔，并由铸造型腔接收并容纳熔体的压铸模具；用于在熔体充满铸造型腔后冷却压铸模具的冷却系统；和用于在外部向压铸模具施加压力以通过压铸模具向铸造型腔内的熔体施加压力的压力系统。本发明的仿生车身骨架具有重量轻、高强度、吸能性好、消音减震等效果。而制造仿生车身骨架的系统和方法可以简化产品开发工序，缩短生产周期。

Description

一种仿生车身骨架及其制造系统和制造方法

技术领域

本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种仿生车身骨架以及制造该仿生车身骨架的系统和方法。

背景技术

车身是汽车的重要组成部分，车身重量约占整车重量的25％左右。车身的减重可引起底盘轻量化、动力系统轻量化、发动机小型化等一系列连带效应。

为了使车身减重，车身结构优化技术得到广泛应用，高强度/超高强度钢板使用比例大幅增加，钢铝混合车身、全铝车身、碳纤维车身等先进技术都得到研发应用。

但是，现有的车身结构件往往用挤压型材连接而成，生产的周期长、零件个数多，连接工艺复杂。挤压型材的截面虽然比冲压件具有更优化的结构刚度，但是还没有发挥到最佳。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种一体式一次压铸成型的轻质仿生车身骨架。

本发明的另一个目的是要提供一种制造仿生车身骨架的系统，以得到一体式一次压铸成型的轻质仿生车身骨架。

本发明的再一个目的是要提供一种制造仿生车身骨架的方法，以得到一体式一次压铸成型的轻质仿生车身骨架。

特别地，本发明提供了一种仿生车身骨架，具有一体成型的致密的外层和多孔的内层，所述外层形成在所述仿生车身骨架的表面，所述内层形成于所述外层所包围的内部空间并填充满所述内部空间，从而使得所述仿生车身骨架的各个纵向延伸部分的横截面呈现为类人骨状的密度分布。

进一步地，所述外层和所述内层由同一种基材一次成型，可选地，所述基材为铝合金。

进一步地，所述外层的厚度为0.5-3mm，所述内层的孔径大小为0.05-3mm，孔隙率为5-80％。

本发明还提供一种制造仿生车身骨架的系统，包括：

泡沫熔体发生器，其用于将基材形成为发泡的熔体；

压铸模具，用于在其内部形成与所述仿生车身骨架的形状相匹配的铸造型腔，并由所述铸造型腔接收并容纳所述熔体；

冷却系统，用于在所述熔体充满所述铸造型腔后冷却所述压铸模具；

压力系统，用于在外部向所述压铸模具施加压力，以通过所述压铸模具向所述铸造型腔内的所述熔体施加压力。

进一步地，本发明的系统还包括型腔负压系统，所述型腔负压系统利用所述压铸模具上的负压口对所述压铸模具内的所述铸造型腔内的气体进行抽吸，以提高所述泡沫熔体发生器向所述压铸模具浇注熔体时的流动速度。

进一步地，所述压铸模具上设置有多个浇注入口，以使所述泡沫熔体发生器同时经由所述多个浇注入口将所述熔体浇注至所述铸造型腔内。

进一步地，所述系统还包括加热系统，所述加热系统用于在所述铸造型腔开始接收所述熔体之前将所述压铸模具预热到预定温度。

进一步地，所述压铸模具为可拆解组合结构，包括模具底座和安装在所述模具底座上的多个子模块，以及安装在所述子模块内的模内模块。

本发明还提供一种制造仿生车身骨架的方法，包括如下步骤：

搭建压铸模具，并在所述压铸模具内形成与所述仿生车身骨架的形状相匹配的铸造型腔；其中，所述压铸模具为由多个独立模块组成的可拆解组合结构；

将制作所述仿生车身骨架的基材熔化并进行发泡，以形成发泡的熔体；

对所述压铸模具进行预热；

将所述熔体注入到经预热的所述压铸模具的所述铸造型腔内；

在所述铸造型腔被所述熔体充满后，对所述压铸模具进行冷却，以使得所述铸造型腔内的所述熔体中接触所述压铸模具和靠近所述压铸模具的部分形成为所述仿生车身骨架的致密的外层，而所述熔体中位于所述外层内部的部分形成为所述仿生车身骨架的多孔的内层；

在冷却所述压铸模具的同时向所述压铸模具施加压力，以压缩所述压铸模具的所述铸造型腔，提高所述铸造型腔内的所述熔体的结构强度。

进一步地，所述压铸模具被预热以升高至一预热温度，所述预热温度接近所述熔体的温度；可选地，所述基材为铝合金，所述预热温度为400-500度。

发明的仿生车身骨架的横截面具有类似人骨的外层致密内层多孔的密度分布，从而具有重量轻、高强度、吸能性好、消音减震等效果。而制造仿生车身骨架的系统和方法可以简化产品开发工序，缩短生产周期。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的仿生车身骨架的一个示例性部分的断面结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例中制造仿生车身骨架的系统的组成示意图。

具体实施方式

如图1所示的本发明的仿生车身骨架中的一个示例性的纵向延伸部分70，其具有一体成型的致密的外层71和多孔的内层72。外层71形成在仿生车身骨架的表面，内层72形成于外层71所包围的内部空间并填充满该内部空间。这样，如图1所示，在横向于该部分70的纵向延伸方向的横截面上，其呈现为类人骨状的密度分布。尽管图1仅示出了仿生车身骨架的一个示例性部分，但是可以理解，对于整个仿生车身骨架的各个部分，尤其是其各个纵向延伸部分的横截面都可以呈现为如图1所示的类人骨状的密度分布。该仿生车身骨架可以简化产品开发工序，缩短生产周期，同时还具备重量轻、高强度、吸能性好、消音减震等效果。

进一步地，构成仿生车身骨架的外层71和内层72可以由同一种基材发泡后一次成型。该基材可以是铝合金，也可以是多孔钛合金。一次成型可以缩短产品周期，便于根据需要制成任意形状。

优选地，该仿生车身骨架的外层71的厚度可以为0.5-3mm，内层72的孔径大小可以为0.05-3mm，孔隙率可以为5-80％。这可以根据具体的要求在制造过程中通过调整工艺参数来实现。

在本发明的一个实施例中提供了一种制造仿生车身骨架的系统。如图2所示，该系统可以包括泡沫熔体发生器10、压铸模具20、压力系统30、冷却系统40。泡沫熔体发生器10用于将基材形成为发泡的熔体。压铸模具20用于在其内部形成与仿生车身骨架的形状相匹配的铸造型腔，并由铸造型腔接收并容纳来自泡沫熔体发生器10的熔体。冷却系统40用于在熔体充满铸造型腔后冷却压铸模具20。压力系统30用于在外部向压铸模具20施加压力以通过压铸模具20向铸造型腔内的熔体施加压力。该泡沫熔体发生器10中采用的基材可以是铝合金，以生成泡沫铝合金熔体。泡沫熔体发生器10所采用的发泡工艺可以为熔体发泡法、渗流法、粉末冶金法、喷射沉积法或共晶定向凝固法中的任一种。

压铸模具20可以为可拆解组合结构。例如，该压铸模具20可以包括模具底座和安装在模具底座上的多个模块。当然每个模块也可以由多个子模块构成。根据所要最终成形的车身骨架的具体形状以及对应地所需要的铸造型腔的形状，本领域技术人员能够很容易地进行这些模块的设计和安装。

进一步地，可以在压铸模具20上设置多个浇注入口，以使泡沫熔体发生器能够同时经由多个浇注入口将熔体浇注至铸造型腔内。这可以尽量缩短熔体填充满铸造型腔所需的时间，以尽量避免由于熔体进入铸造型腔内的时间不同而造成的冷却不均匀，从而使得最终形成的车身骨架各处的外层和内层的密度分布具有基本相同的分布。

在本发明的一个实施例中，制造仿生车身骨架的系统还可以包括加热系统60，该加热系统用于在铸造型腔开始接收熔体之前将压铸模具50预热到预定温度。该预定温度可以选择为与熔体的温度接近或基本相同。这样，在熔体填充铸造型腔的过程中以及在冷却系统40开始对压铸模具20进行冷却之前，可以尽量保持铸造型腔内的熔体的温度，从而在冷却系统40开始对压铸模具20进行冷却后形成图1所示的具有致密外层71和多孔内层72这样的密度分布。如果不对压铸模具50进行预热，那么在熔体进入铸造型腔的过程中，先进入铸造型腔的部分熔体中与压铸模具接触的部分就会被较冷的压铸模具自身所冷却，从而形成密度较大的层，这对形成图1所示的密度分布是有不利影响的。

在本发明的另一个实施例中，制造仿生车身骨架的系统还可以包括型腔负压系统50，该型腔负压系统50用于经由压铸模具20处的负压口对压铸模具20内的铸造型腔内的气体进行抽吸，以提高泡沫熔体发生器10向压铸模具20浇注熔体时的流动速度。参考前文针对压铸模具20上的多个浇注如何的描述，这里所提高的熔体的流动速度可以加快熔体充满铸造型腔，同样有利于车身骨架形成所需的密度分布。此外，该型腔负压系统50可以采用诸如氮气的惰性气体作为工作气体，这还有利于对熔体进行保护，以避免高温熔体与空气发生不希望有的化学反应。

进一步地，可以在压铸模具20上设置有多个气压连接口，型腔负压系统50可以分别与多个气压连接口连接，以便加快降低压铸模具20内型腔的压力。

工作时，先利用组合结构的压铸模具20拼成待浇铸的车身骨架的压铸型腔。利用泡沫熔体发生器10对采用的基材如铝合金进行熔融和发泡，以形成发泡的熔体。在浇注前根据熔体的温度将压铸模具20进行预热。例如，当该熔体是铝合金熔体时，可以将该压铸模具加热至400-500度。然后，将泡沫熔体发生器10提供的泡沫熔体通过压铸模具20上设置的多个浇注入口将该泡沫熔体注入到铸造型腔内。在浇注前或浇注过程中利用型腔负压系统50对铸造型腔进行吸气，以提高泡沫熔体在铸造型腔内的流动速度。浇注完成后，关闭泡沫熔体发生器10和型腔负压系统50。利用冷却系统40对压铸模具20进行主动冷却。这样，对于铸造型腔内的高温熔体，其邻近压铸模具20的部分会被快速冷却，以形成如图1所示的致密的外层71；而远离压铸模具20的熔体则基本上是以自然冷却为主，从而保留了发泡熔体中显著量的孔隙，以形成内层72的多孔结构。在冷却系统40对压铸模具20进行冷却的同时，可以利用压力系统30通过压铸模具20向铸造型腔内的熔体进行施压，以提高最终所形成的车身骨架的结构强度。在一种示例性实施方式中，该压力系统30可以压动该压铸模具20的各个模块朝着内部移动，以在一定程度上缩小铸造型腔的容积，从而对铸造型腔内的熔体产生压力。最后，对最终生成的仿生车身骨架进行去除压铸缺陷处理，包括表面抛光、车底骨架焊接补强等。本发明的一个实施例中，提供一种制造仿生车身骨架的方法，包括如下步骤：

搭建压铸模具，并在压铸模具内形成与仿生车身骨架的形状相匹配的铸造型腔；其中，压铸模具为由多个独立模块组成的可拆解组合结构；

将基材熔化并进行发泡，以形成发泡的熔体；

对压铸模具进行预热；

将熔体注入到经预热的压铸模具的铸造型腔内；

在铸造型腔被熔体充满后，对压铸模具进行冷却，以使得铸造型腔内的熔体中接触压铸模具和靠近压铸模具的部分形成为仿生车身骨架的致密的外层，而熔体中位于外层内部的部分形成为仿生车身骨架的多孔的内层；

在冷却压铸模具的同时向压铸模具施加压力，压缩压铸模具的铸造型腔，从而向铸造型腔内的熔体施加压力，以提高仿生车身骨架的结构强度。

本发明的方法利用压铸模具一次搭建构成完整车身骨架的铸造型腔，再通过熔体浇注一次性完成仿生车身骨架的铸造，简化了产品开发工序，缩短了生产周期。

进一步地，压铸模具被预热以升高至一预热温度，该预热温度接近熔体的温度。

进一步地，该基材可以为铝合金，该预热温度可以为400-500度。

本发明的方案除可以制作车身骨架外，也可以适用于总成零部分的制造。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (12)

1.一种仿生车身骨架，具有一体成型的致密的外层和多孔的内层，所述外层形成在所述仿生车身骨架的表面，所述内层形成于所述外层所包围的内部空间并填充满所述内部空间，从而使得所述仿生车身骨架的各个纵向延伸部分的横截面呈现为类人骨状的密度分布。

2.根据权利要求1所述的仿生车身骨架，其特征在于，所述外层和所述内层由同一种基材一次成型。

3.根据权利要求2所述的仿生车身骨架，其特征在于，所述基材为铝合金。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的仿生车身骨架，其特征在于，所述外层的厚度为0.5-3mm，所述内层的孔径大小为0.05-3mm，孔隙率为5-80％。

5.一种制造仿生车身骨架的系统，包括：

泡沫熔体发生器，其用于将基材形成为发泡的熔体；

压铸模具，用于在其内部形成与所述仿生车身骨架的形状相匹配的铸造型腔，并由所述铸造型腔接收并容纳所述熔体；

冷却系统，用于在所述熔体充满所述铸造型腔后冷却所述压铸模具；

压力系统，用于在外部向所述压铸模具施加压力，以通过所述压铸模具向所述铸造型腔内的所述熔体施加压力。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括型腔负压系统，所述型腔负压系统利用所述压铸模具上的负压口对所述压铸模具内的所述铸造型腔内的气体进行抽吸，以提高所述泡沫熔体发生器向所述压铸模具浇注熔体时的流动速度。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述压铸模具上设置有多个浇注入口，以使所述泡沫熔体发生器同时经由所述多个浇注入口将所述熔体浇注至所述铸造型腔内。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括加热系统，所述加热系统用于在所述铸造型腔开始接收所述熔体之前将所述压铸模具预热到预定温度。

9.根据权利要求5所述的系统，其中，所述压铸模具为可拆解组合结构，包括模具底座和安装在所述模具底座上的多个模块。

10.一种制造仿生车身骨架的方法，包括如下步骤：

搭建压铸模具，并在所述压铸模具内形成与所述仿生车身骨架的形状相匹配的铸造型腔；其中，所述压铸模具为由多个独立模块组成的可拆解组合结构；

将制作所述仿生车身骨架的基材熔化并进行发泡，以形成发泡的熔体；

对所述压铸模具进行预热；

将所述熔体注入到经预热的所述压铸模具的所述铸造型腔内；

在所述铸造型腔被所述熔体充满后，对所述压铸模具进行冷却，以使得所述铸造型腔内的所述熔体中接触所述压铸模具和靠近所述压铸模具的部分形成为所述仿生车身骨架的致密的外层，而所述熔体中位于所述外层内部的部分形成为所述仿生车身骨架的多孔的内层；

在冷却所述压铸模具的同时向所述压铸模具施加压力，以压缩所述压铸模具的所述铸造型腔，提高所述铸造型腔内的所述熔体的结构强度。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述压铸模具被预热以升高至一预热温度，所述预热温度接近所述熔体的温度。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述基材为铝合金，所述预热温度为400-500度。