CN105599716B - 一种汽车吸能盒及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车吸能盒及其使用方法，属于汽车零部件设计制造技术领域。该吸能盒包括：第一连接板(1)、盒体(2)以及第二连接板(3)；第一连接板(1)和第二连接板(3)分别固定在盒体(2)的两端，第一连接板(1)上设置有第一连接孔(103)，第二连接板(3)上设置有第二连接孔(303)；第一连接板(1)用于与汽车前纵梁连接，第二连接板(3)用于与汽车前保横梁连接；盒体(2)的材质为碳纤维增强树脂基复合材料，第一连接板(1)和第二连接板(3)的材质为金属。该吸能盒重量轻、比吸能量大，并且避免在碳纤维增强树脂基复合材料上进行打孔，避免连接处应力集中问题。
Description
技术领域
本发明涉及汽车零部件设计制造技术领域，特别涉及一种汽车吸能盒及其使用方法。
背景技术
汽车发生正面轻度碰撞时为避免前纵梁变形，通常在汽车前保横梁与前纵梁之间安装吸能盒。
目前常用的吸能盒的材质主要有金属钣金件以及碳纤维增强树脂基复合材料两类。其中，以金属钣金件制造的吸能盒上设计有预变形结构，以改善吸能盒的吸能变形特性。但是由于金属钣金件质量较大，因此采用金属钣金件制作的吸能盒的比吸能量较低。而碳纤维增强树脂基复合材料具有比强度高、比模量高、耐疲劳性优良等特点，其吸能能力比金属材料高4～5倍(参考文献：[1]Thornton,PH.Energy Absorption in CompositeStructures.Journal of Composite Materials.1979,13:247-262.[2]Lu G,YuTX.Energy absorption of structures and materials.WoodheadPublishing.2003.ISBN-10/ASIN 1855736888.[3]Herrmann HG,Mohrdieck C,BjekovicR.Materials for the Automotive Lightweight Design.DaimlerChrysler Research&Technology(Research Center Ulm)presentation to FKA/IKA Conferences NewAdvances in Body Engineering,Aachen,Germany,November 28,2002,p17.[4]Hamada H,Ramakrishna S.Comparison of Static and Impact Energy of Carbon Fiber/PEEKComposites Tubes.Composite Materials:Testing and Design(Twelfth Volume),ASTMSTP 1274,R.B.Deo and C.R.Saff,Eds.,American Society for Testing andMaterials,pp.182-196,1996.)。
在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：由于吸能盒损坏后需要更换，因此吸能盒与汽车前保横梁和前纵梁通过铆接或者螺纹连接的方式连接，需要在碳纤维增强树脂基复合材料件上打孔。在碳纤维增强树脂基复合材料件上打孔会造成应力集中、局部分层损伤等问题，导致碳纤维增强树脂基复合材料吸能盒强度降低、吸能能力降低，为其后续使用带来安全隐患。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明实施例提供一种能够避免在碳纤维增强树脂基复合材料件上打孔的汽车吸能盒及其使用方法。
具体而言，包括以下的技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种汽车吸能盒，所述吸能盒包括：第一连接板、盒体以及第二连接板；所述第一连接板和所述第二连接板分别固定在所述盒体的两端，所述第一连接板上设置有第一连接孔，所述第二连接板上设置有第二连接孔；所述第一连接板用于与汽车前纵梁连接，所述第二连接板用于与汽车前保横梁连接；所述盒体的材质为碳纤维增强树脂基复合材料，所述第一连接板和所述第二连接板的材质为金属。
进一步地，所述盒体为一端开放、另一端封闭的中空柱体；所述盒体封闭的一端的外表面设置有第一凸缘，所述盒体开放的一端的外表面设置有第二凸缘；所述第一连接板上设置有与所述第一凸缘相配合的第一卡槽；所述第一凸缘卡入所述第一卡槽从而将所述第一连接板与所述盒体封闭的一端固定；所述第二连接板上设置有与所述第二凸缘相配合的第二卡槽；所述第二凸缘卡入所述第二卡槽从而将所述第二连接板与所述盒体开放的一端固定。
进一步地，所述第一连接板上设置有两条所述第一卡槽，两条所述第一卡槽的开口相对，所述第一凸缘可在所述第一卡槽内沿所述第一卡槽的长度方向滑动；所述第二连接板上设置有两条所述第二卡槽，两条所述第二卡槽的开口相对，所述第二凸缘可在所述第二卡槽内沿所述第二卡槽的长度方向滑动。
进一步地，所述第二连接板上设置有连接耳片，所述第二连接孔设置在所述连接耳片上；所述连接耳片与所述第二卡槽分别设置在所述第二连接板相对的两个表面上。
进一步地，所述第二连接板上还设置有通孔，所述通孔的形状与所述盒体开放的一端的截面形状相对应。
进一步地，所述盒体开放的一端所在的平面与所述盒体封闭的一端所在的平面之间存在夹角。
进一步地，所述第一连接板上还设置有挡块，所述挡块与所述第一卡槽位于第一连接板的同一个表面上，所述挡块的长度方向与所述第一卡槽的长度方向垂直。
进一步地，所述第一连接板中心和所述盒体的底面中心对应设置有拖车螺母安装孔。
进一步地，所述碳纤维增强树脂基复合材料盒体中碳纤维为3K～24K碳纤维，树脂为环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、改性环氧树脂或者改性双马来酰亚胺树脂；所述第一连接板和所述第二连接板的材质为铝合金或者钢。
进一步地，所述第一凸缘与所述第一卡槽以及所述第二凸缘与所述第二卡槽之间通过胶粘剂粘接固定；所述第一凸缘与所述第一卡槽以及所述第二凸缘与所述第二卡槽之间的配合间隙为0.26mm～1.0mm。
进一步地，所述第一连接板和所述第二连接板的厚度为0.7～3.0mm。
第二方面，本发明实施例提供一种本发明实施例第一方面所述的吸能盒的使用方法，所述使用方法包括：
在所述盒体与所述第一连接板和所述第二连接板固定的部位涂敷胶粘剂；
将所述第一连接板和所述第二连接板与所述盒体组装后进行固化得到所述吸能盒；
将螺栓穿过所述第一连接板上的第一连接孔将所述第一连接板与所述汽车前纵梁连接；将螺栓穿过所述第二连接板上的第二连接孔将所述第二连接板与所述汽车前保横梁连接。
进一步地，所述胶粘剂为环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、有机硅树脂、聚苯并咪唑或者氰酸酯；固化条件为在100℃～150℃下加热90分钟～120分钟。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果：
本发明实施例提供的吸能盒中包括由碳纤维增强树脂基复合材料制成的盒体以及固定在盒体两端由金属制成的第一连接板和第二连接板。第一连接板和第二连接板上设置有连接孔，通过螺栓将第一连接板和第二连接板分别与汽车前纵梁和前保横梁连接，从而将吸能盒整体安装在汽车前纵梁和前保横梁之间。当汽车发生碰撞时，则由碳纤维增强树脂基复合材料制成的盒体来吸收能量。本发明实施例提供的吸能盒在保留碳纤维增强树脂基复合材料吸能盒重量轻、比吸能量大的优点的前提下，避免了在碳纤维增强树脂基复合材料上进行打孔，从而避免了连接处应力集中问题；同时也避免了紧固螺栓与具有导电性的碳纤维接触产生电偶腐蚀问题。本发明实施例提供的吸能盒相对金属吸能盒减重比例达到55％以上，比吸能量达到28.36kJ/kg，较金属吸能盒比吸能量高出97％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的吸能盒的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的吸能盒的装配爆炸图；
图3为本发明实施例提供的吸能盒中第一连接板的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的吸能盒中盒体的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的吸能盒中第二连接板的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的吸能盒中第一连接板和盒体的安装方式示意图；
图7为本发明实施例提供的吸能盒中第一连接板和盒体的另一种安装方式示意图；
图8为本发明实施例提供的吸能盒中另一种第一连接板的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的吸能盒中盒体的成型工艺示意图；
图10为本发明实施例提供的吸能盒中盒体的铺层结构示意图。
图中附图标记分别表示
1-第一连接板，
101-拖车螺母安装孔，102-第一卡槽，103-第一连接孔，104-挡块；
2-盒体，
201-第一凸缘，202-盒体侧壁，203-第二凸缘，204-盒体底面；
3-第二连接板，
301-连接耳片，302-通孔，303-第二连接孔，304-第二卡槽；
2a-第一铺层结构，2b-第二铺层结构，2c-第三铺层结构，2d-第四铺层结构，
2e-第五铺层结构，2f-第六铺层结构；
A-阳模，B-密封胶条，C-真空袋，D-阴模，E-碳纤维织物预浸料；
F-透气毡，G-隔离网，H-脱模布，I-热压罐平台。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
第一方面，本发明实施例提供了一种汽车吸能盒，参见图1并结合图2，该吸能盒包括：第一连接板1、盒体2以及第二连接板3。第一连接板1和第二连接板3分别固定在盒体2的两端，第一连接板1上设置有第一连接孔103，第二连接板3上设置有第二连接孔303；第一连接板1用于与汽车前纵梁连接，第二连接板3用于与汽车前保横梁连接；盒体2的材质为碳纤维增强树脂基复合材料，第一连接板1和第二连接板3的材质为金属。
本发明实施例提供的吸能盒中包括由碳纤维增强树脂基复合材料制成的盒体2以及固定在盒体2两端由金属制成的第一连接板1和第二连接板3。第一连接板1和第二连接板3上设置有连接孔，通过螺栓将第一连接板1和第二连接板3与汽车前纵梁和前保横梁连接，从而将吸能盒整体安装在汽车前纵梁和前保横梁之间。当汽车发生碰撞时，由碳纤维增强树脂基复合材料制成的盒体2吸收能量。本发明实施例提供的吸能盒在保留碳纤维增强树脂基复合材料吸能盒重量轻、比吸能量大的优点的前提下，避免了在碳纤维增强树脂基复合材料上进行打孔，从而避免了连接处应力集中问题；同时也避免了紧固螺栓与具有导电性的碳纤维接触产生电偶腐蚀问题。本发明实施例提供的吸能盒相对金属吸能盒减重比例达到55％以上，比吸能量达到28.36kJ/kg，较金属吸能盒比吸能量高出97％。
进一步地，为了便于盒体2与第一连接板1、第二连接板3的组装、拆卸，盒体2与第一连接板1和第二连接板3采用凸缘与卡槽的方式固定。具体地，参见图3，盒体2为一端开放、另一端封闭的中空柱体。盒体2封闭的一端的外表面设置有第一凸缘201，盒体2开放的一端的外表面设置有第二凸缘203。第一凸缘201、第二凸缘203均沿盒体2的周长方向设置。第一连接板1上设置有与第一凸缘201相配合的第一卡槽102，第一凸缘201卡入第一卡槽102从而将第一连接板1与盒体2封闭的一端固定。第二连接板3上设置有与第二凸缘203相配合的第二卡槽304，第二凸缘203卡入第二卡槽304从而将第二连接板3与盒体2开放的一端固定。第一卡槽102的一种具体实现形式可以为：第一连接板1上设置有两条第一卡槽102，第一卡槽102为长方形，其相对于第一连接板1的表面向外凸起，两条第一卡槽102的开口相对，第一凸缘201可在第一卡槽102内沿第一卡槽102的长度方向滑动。同样地，第二连接板3上也设置有两条第二卡槽304，第二卡槽304为长方形，其相对于第二连接板3的表面向外凸起，两条第二卡槽304的开口相对，第二凸缘203可在第二卡槽304内沿第二卡槽304的长度方向滑动。本领域技术人员可以理解的是，也可以采用其他形式的第一卡槽102和第二卡槽304，只要能将盒体2上的第一凸缘201和第二凸缘203固定即可。
进一步地，参见图1～5，上述吸能盒中，盒体2的截面形状可以为圆形或者多边形，其中多边形优选正多边形，例如正四边形、正五边形、正六边形、正八边形、正十边形、正十二边形、正二十边形等。第一凸缘201和第二凸缘203的外边缘形状优选为正方形或者长方形。第一连接板1和第二连接板3的形状同样优选为正方形或者长方形。本领域技术人员可以理解的是，第一连接板1和第二连接板3的面积应当大于或者等于第一凸缘201和第二凸缘203外边缘所包围的面积，以便于设置第一卡槽102和第二卡槽304。
本发明实施例中，第一连接板1的面积大于第一凸缘201外边缘所包围的面积，其上设置有四个第一连接孔103，分为位于第一连接板1的四个角，两条第一卡槽102靠近第一连接板1的边缘。第二连接板3的面积与第二凸缘203外边缘所包围的面积相同，第二卡槽304设置在第二连接板3的边缘处，第二连接板3上设置有连接耳片301，连接耳片301与第二卡槽304分别设置在第二连接板3相对的两个表面上，连接耳片301也位于第二连接板3的边缘处。第二连接孔303则设置在连接耳片301上。
进一步地，参见图5，上述吸能盒中，第二连接板3上还设置有通孔302，通孔302的形状与盒体2开放的一端的截面形状相对应。通孔302设置在第二连接板3的中心。
进一步地，参见图4，由于汽车前保横梁两端有一定的弧度，因此，为了使吸能盒与汽车前保横梁更好的配合连接，盒体2开放的一端所在的平面与盒体2封闭的一端所在的平面之间存在夹角，即盒体2与第二连接板3固定的一端所在的平面与盒体2的轴线之间的夹角小于90°。
进一步地，上述吸能盒中，第一连接板1中心和盒体2的底面205中心对应设置有拖车螺母安装孔101。
进一步地，上述吸能盒中，第一连接板1和盒体2有两种安装方式，参见图6和图7，一种方式为，第一连接板1上第一卡槽102的长度方向与汽车前纵梁的长度方向平行，盒体2上的第一凸缘201沿水平方向滑动进入第一卡槽102；另一种方式为，第一连接板1上第一卡槽102的长度方向与汽车前纵梁的长度方向垂直，盒体2上的第一凸缘201沿竖直方向滑动进入第一卡槽102。其中，当第一凸缘201沿竖直方向滑动进入第一卡槽102时，可能会出现定位不准的问题，为了便于盒体2的定位，第一连接板1上还设置有挡块104(参见图8)，挡块104与第一卡槽102位于第一连接板1的同一个表面上，挡块104的长度方向与第一卡槽102的长度方向垂直。
进一步地，上述吸能盒中，碳纤维增强树脂基复合材料中碳纤维为3K～24K碳纤维，3K～24K是指碳纤维丝束中碳纤维丝的数量，具体地，碳纤维可以为3K、6K、12K、24K等。树脂为环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、改性环氧树脂或者改性双马来酰亚胺树脂，优选环氧树脂或者改性环氧树脂。可以直接以碳纤维织物预浸料来制作盒体2。碳纤维环氧树脂预浸料的牌号可以为HT3/5228，碳纤维改性环氧树脂预浸料的牌号可以为HT3/3234、HT3/5224、HT3/NY9200G或者HT3/NY9200G，碳纤维改性双马来酰亚胺树脂预浸料的牌号可以为HT3/QY8911或者HT3/5405。第一连接板1和第二连接板3的材质可以为铝合金或者钢，其中钢可以为镀锌钢板或者和汽车前纵梁和汽车前保横梁牌号相同的高强度钢，优选与汽车前纵梁和汽车前保横梁牌号相同的高强度钢。第一连接板1和第二连接板3的材质也可以采用其他容易打孔的材料，例如纤维强化塑料(即玻璃钢)。
进一步地，上述吸能盒中，盒体2由碳纤维织物预浸料经加热固化成型。一种具体的成型方法如下：参见图9，首先根据盒体2的2D图对碳纤维织物预浸料E进行裁切，然后根据铺层设计将碳纤维织物预浸料E在经过清洁和涂脱模剂的阳模A上进行铺覆。参见图10，本发明实施例提供的吸能盒盒体2根据各个位置受力特点共由六种铺层结构形成，其中第一凸缘201由第一铺层结构2a、第二铺层结构2b以及第四铺层结构2d形成；盒体2的底面204由第一铺层结构2a以及第六铺层结构2f形成；盒体2的侧壁202由第四铺层结构2d以及第五铺层结构形成；第二凸缘203由第三铺层结构2c以及第四铺层结构2d形成。其中，形成第一凸缘201的第一铺层结构2a和形成盒体底面204的第一铺层结构2a为一个整体，形成第一凸缘201的第四铺层结构2d、形成盒体2侧壁202的第四铺层结构2d以及形成第二凸缘203的第四铺层结构2d为一个整体。第一铺层结构2a、第二铺层结构2b、第三铺层结构2c、第四铺层结构2d以及第六铺层结构2f主要起到承担脱模力的作用，其中第四铺层结构2d还起到一定的碰撞吸能作用；第五铺层结构2e主要起到碰撞吸能作用。第一铺层结构2a中碳纤维织物的铺层数为2～3层，第二铺层结构2b中碳纤维织物的铺层数为2～3层，第三铺层结构2c中碳纤维织物的铺层数为4～6层，第四铺层结构2d中碳纤维织物的铺层数为2～4层，第五铺层结构2e中碳纤维织物的铺层数为6～10层，第六铺层结构2f中碳纤维织物的铺层数为4～6层。由此可见，盒体2中，第一凸缘201共由6～10层碳纤维织物形成，第二凸缘203共由6～10层碳纤维织物形成，侧壁202由8～14层碳纤维织物形成，底面204由6～9层碳纤维织物形成。铺覆完成后盖上阴模D，并在热压罐平台I上贴密封胶条B，然后再依次铺脱模布H、隔离网G和透气毡F，由于本发明实施例中盒体2结构不规则，在碳纤维织物预浸料E、脱模布H、隔离网G和透气毡F铺放过程中有褶皱的地方需要剪开。最后再用真空袋C将整个阴模D和阳模A及碳纤维织物预浸料E包裹在其中，并通过密封胶条B进行密封，密封之后抽取真空并检查局部是否存在真空袋C过度绷紧情况并进行调整，在确认不存在漏气情况之后将其放入热压罐中进行固化，固化后经过脱模和抛光打磨便可得到盒体2。
其中，盒体2的2D图是根据传统金属吸能盒结构重新设计的便于碳纤维复合材料一体成型的盒体2的二维图。阳模A和阴模D为一对组合模，其材质可为玻璃钢、铝合金或者钢。抽真空是抽取真空袋C内的空气，保持真空袋C内压力为-0.95MPa以下，并借此真空压力使得真空袋C对其中的各铺层施加压力，从而确保成型产品外观及产品强度。在热压罐中进行固化的温度为80～180℃，固化时间为120～150分钟。
本领域技术人员可以理解的是，盒体2也可以采用其他的铺层结构以及成型工艺，只要保证盒体2的强度及吸能量即可。
进一步地，上述吸能盒中，第一凸缘201与第一卡槽102以及第二凸缘203与第二卡槽304之间通过胶粘剂粘接固定。第一凸缘201与第一卡槽102以及第二凸缘203与第二卡槽304之间的配合间隙为0.26mm～1.0mm，例如可以为0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm等，以便于控制胶层厚度。
进一步地，第一连接板1和第二连接板3的厚度可以为0.7～3.0mm，例如0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.8mm、2.0mm、2.2mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.8mm等。第一连接板1和第二连接板3的厚度可以相同也可以不同。如果第一连接板1和第二连接板3厚度过小，则会影响其强度进而影响吸能盒与汽车前纵梁和前保横梁的连接强度；如果第一连接板1和第二连接板3厚度过大，则会使得吸能盒整体的重量增加，不利于汽车的轻量化。
第二方面，本发明实施例提供一种本发明实施例第一方面的吸能盒的使用方法，该使用方法包括：
在盒体2与第一连接板1和第二连接板3固定的部位涂敷胶粘剂；
将第一连接板1和第二连接板3与盒体2组装后进行固化得到吸能盒；
将螺栓穿过第一连接板1上的第一连接孔103将第一连接板1与汽车前纵梁连接；将螺栓穿过第二连接板3上的第二连接孔303将第二连接板3与汽车前保横梁连接。
进一步地，上述使用方法中，胶粘剂为环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、有机硅树脂、聚苯并咪唑或者氰酸酯。胶粘剂的固化条件为在100℃～150℃下加热90分钟～120分钟。
进一步地，上述使用方法中，也可以在第一连接板1与汽车前纵梁接触的表面上、在第二连接板3与汽车前保横梁接触的表面上涂敷胶粘剂，通过胶/螺混合连接的方法将第一连接板1与汽车前纵梁以及第二连接板3与汽车前保横梁连接。所用胶粘剂可以为环氧树脂胶粘剂。
下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
在以下实施例中，所涉及的操作未注明条件者，均按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用原料未注明生产厂商及规格者均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
本实例提供一种吸能盒，参见图1～图5，该吸能盒包括第一连接板1、盒体2以及第二连接板3。盒体2的材质为碳纤维增强树脂基复合材料，由3K碳纤维环氧树脂预浸料(牌号为HT3/5228)经加热固化成型。第一连接板1和第二连接板3均为阳极氧化处理的铝合金板。
具体地，盒体2为一端开放、另一端封闭的中空棱柱，其截面形状为正十边形。盒体2封闭的一端的外表面沿盒体2周长方向设置有第一凸缘201，盒体2开放的一端的外表面沿盒体2周长方向设置有第二凸缘203，第一凸缘201和第二凸缘203的外边缘的形状为长方形。盒体2底面204中心设置有拖车螺母安装孔。盒体2开放的一端所在的平面为斜面。盒体2包括6种铺层结构，参见图10，第一凸缘201由第一铺层结构2a、第二铺层结构2b以及第四铺层结构2d形成；盒体2的底面204由第一铺层结构2a以及第六铺层结构2f形成；盒体2的侧壁202由第四铺层结构2d以及第五铺层结构2e形成；第二凸缘203由第三铺层结构2c以及第四铺层结构2d形成。其中，第一铺层结构2a由2层碳纤维环氧树脂预浸料形成，第二铺层结构2b由3层碳纤维环氧树脂预浸料组成，第三铺层结构2c由5层碳纤维环氧树脂预浸料组成，第四铺层结构2d由3层碳纤维环氧树脂预浸料组成，第五铺层结构2e由9层碳纤维环氧树脂预浸料组成，第六铺层结构2f由6层碳纤维环氧树脂预浸料组成。
第一连接板1为长方形，其面积大于第一凸缘201外边缘包围的面积，其上设置有2条开口方向相对的长方形第一卡槽102，其四个角分别设置有第一连接孔103，其中心设置有拖车螺母安装孔101。
第二连接板3为长方形，其面积等于第二凸缘203外边缘包围的面积。第二连接板3相对的两条边上分别设置有开口方向相对的第二卡槽304，另外两条边上分别设置有连接耳片301上；连接耳片301与第二卡槽304分别设置在第二连接板3相对的两个表面上。连接耳片301上设置有第二连接孔303。第二连接板3的中心还设置有与盒体2开放的一端形状相同的通孔302。
第一凸缘201与第一卡槽102以及第二凸缘203与第二卡槽304之间的配合间隙均为0.26mm。
第一连接板1和第二连接板3的厚度均为0.7mm。
参见图9，本实施例中盒体2的成型工艺为：
首先根据盒体2的2D图纸对碳纤维织物预浸料E进行裁切，然后根据上述铺层设计将碳纤维织物预浸料E在经过清洁和涂脱模剂的阳模A上进行铺覆，铺覆完成后盖上阴模D，并在热压罐平台I上贴密封胶条B，然后再依次铺脱模布H、隔离网G和透气毡F，在碳纤维织物预浸料E、脱模布H、隔离网G和透气毡F铺放过程中有褶皱的地方需要剪开。最后用真空袋C将整个阴模D和阳模A及碳纤维织物预浸料E包裹在其中，并通过密封胶条B进行密封，密封之后抽取真空并检查局部是否存在真空袋C过度绷紧情况并进行调整，在确认不存在漏气情况之后将其放入热压罐中，然后由室温经30分钟升温至85℃，并恒温30分钟，再由85℃经30分钟升温至120℃，恒温60分钟完成固化，固化后经过脱模和抛光打磨即得本实施例的盒体2。
通过以下方法将本实施例的吸能盒安装在车身前纵梁和前保横梁之间:
首先在经过600目水砂纸打磨及脱脂处理的第一凸缘201和第二凸缘203表面均匀涂覆一层环氧树脂胶粘剂，然后将第一凸缘201和第二凸缘203分别卡入第一卡槽102和第二卡槽304中，然后在120℃下固化90分钟，待降温至室温后取出，从而将第一连接板1与盒体2封闭的一端固定，将第二连接板3与盒体2开放的一端固定，得到本实施例的吸能盒。将钢制螺栓穿过第一连接孔103将第一连接板1与车身前纵梁紧固连接，将钢制螺栓穿过第二连接孔303将第二连接板3与车身前保横梁紧固连接。为了防止腐蚀，需要在钢制螺栓表面涂覆绝缘层，紧固后在连接处包覆PVC层以进一步隔离腐蚀介质。
按照上述方法将本实施例的吸能盒安装在车身前纵梁和前保横梁之间后进行台车碰撞试验，碰撞速度为15±1km/h，经计算得到吸能量为18.407kJ，比吸能量为28.36kJ/kg。
实施例2
本实例提供一种吸能盒，参见图1～图5，该吸能盒包括第一连接板1、盒体2以及第二连接板3。盒体2的材质为碳纤维增强树脂基复合材料，由12K碳纤维改性双马来酰亚胺树脂预浸料(牌号为HT3/QY8911)经加热固化成型。第一连接板1和第二连接板3均为镀锌钢板。
具体地，盒体2为一端开放、另一端封闭的中空棱柱，其截面形状为正十边形。盒体2封闭的一端的外表面沿盒体2周长方向设置有第一凸缘201，盒体2开放的一端的外表面沿盒体2周长方向设置有第二凸缘203，第一凸缘201和第二凸缘203的外边缘的形状为长方形。盒体2底面204中心设置有拖车螺母安装孔。盒体2开放的一端所在的平面为斜面。盒体2包括6种铺层结构，参见图10，第一凸缘201由第一铺层结构2a、第二铺层结构2b以及第四铺层结构2d形成；盒体2的底面204由第一铺层结构2a以及第六铺层结构2f形成；盒体2的侧壁202由第四铺层结构2d以及第五铺层结构2e形成；第二凸缘203由第三铺层结构2c以及第四铺层结构2d形成。其中，第一铺层结构2a由2层碳纤维环氧树脂预浸料形成，第二铺层结构2b由2层碳纤维环氧树脂预浸料组成，第三铺层结构2c由4层碳纤维环氧树脂预浸料组成，第四铺层结构2d由4层碳纤维环氧树脂预浸料组成，第五铺层结构2e由8层碳纤维环氧树脂预浸料组成，第六铺层结构2f由6层碳纤维环氧树脂预浸料组成。
第一连接板1为长方形，其面积大于第一凸缘201外边缘包围的面积，其上设置有2条开口方向相对的长方形第一卡槽102，其四个角分别设置有第一连接孔103，其中心设置有拖车螺母安装孔101。
第二连接板3为长方形，其面积等于第二凸缘203外边缘包围的面积。第二连接板3相对的两条边上分别设置有开口方向相对的第二卡槽304，另外两条边上分别设置有连接耳片301上；连接耳片301与第二卡槽304分别设置在第二连接板3相对的两个表面上。连接耳片301上设置有第二连接孔303。第二连接板3的中心还设置有与盒体2开放的一端形状相同的通孔302。
第一凸缘201与第一卡槽102以及第二凸缘203与第二卡槽304之间的配合间隙均为0.5mm。
第一连接板1和第二连接板3的厚度均为2mm。
参见图9，本实施例中盒体2的成型工艺为：
首先根据盒体2的2D图纸对碳纤维织物预浸料E进行裁切，然后根据上述铺层设计将碳纤维织物预浸料E在经过清洁和涂脱模剂的阳模A上进行铺覆，铺覆完成后盖上阴模D，并在热压罐平台I上贴密封胶条B，然后再依次铺脱模布H、隔离网G和透气毡F，在碳纤维织物预浸料E、脱模布H、隔离网G和透气毡F铺放过程中有褶皱的地方需要剪开。最后用真空袋C将整个阴模D和阳模A及碳纤维织物预浸料E包裹在其中，并通过密封胶条B进行密封，密封之后抽取真空并检查局部是否存在真空袋C过度绷紧情况并进行调整，在确认不存在漏气情况之后将其放入热压罐中，然后由室温经30分钟升温至95℃，并恒温30分钟，再由95℃经30分钟升温至150℃，恒温60分钟完成固化，固化后经过脱模和抛光打磨即得本实施例的盒体2。
通过以下方法将本实施例的吸能盒安装在车身前纵梁和前保横梁之间:
首先在经过800目水砂纸打磨及脱脂处理的第一凸缘201和第二凸缘203表面均匀涂覆一层环氧树脂胶粘剂，然后将第一凸缘201和第二凸缘203分别卡入第一卡槽102和第二卡槽304中，然后在100℃下固化120分钟，待降温至室温后取出，从而将第一连接板1与盒体2封闭的一端固定，将第二连接板3与盒体2开放的一端固定，得到本实施例的吸能盒。将钢制螺栓穿过第一连接孔103将第一连接板1与车身前纵梁紧固连接，将钢制螺栓穿过第二连接孔303将第二连接板3与车身前保横梁紧固连接。为了防止腐蚀，需要在钢制螺栓表面涂覆绝缘层，紧固后在连接处包覆PVC层以进一步隔离腐蚀介质。
按照上述方法将本实施例的吸能盒安装在车身前纵梁和前保横梁之间后进行台车碰撞试验，碰撞速度为15±1km/h，经计算得到吸能量为18.512kJ，比吸能量为28.52kJ/kg。
实施例3
本实例提供一种吸能盒，参见图1～图5，该吸能盒包括第一连接板1、盒体2以及第二连接板3。盒体2的材质为碳纤维增强树脂基复合材料，由24K碳纤维改性环氧树脂预浸料(牌号为HT3/NY9200G)经加热固化成型。第一连接板1为钢板，所用钢板的牌号与车身前纵梁所用钢板牌号相同；第二连接板3为钢板，所用钢板的牌号与车身前保横梁所用钢板牌号相同。
具体地，盒体2为一端开放、另一端封闭的中空棱柱，其截面形状为正十边形。盒体2封闭的一端的外表面沿盒体2周长方向设置有第一凸缘201，盒体2开放的一端的外表面沿盒体2周长方向设置有第二凸缘203，第一凸缘201和第二凸缘203的外边缘的形状为长方形。盒体2底面204中心设置有拖车螺母安装孔。盒体2开放的一端所在的平面为斜面。盒体2包括6种铺层结构，参见图10，第一凸缘201由第一铺层结构2a、第二铺层结构2b以及第四铺层结构2d形成；盒体2的底面204由第一铺层结构2a以及第六铺层结构2f形成；盒体2的侧壁202由第四铺层结构2d以及第五铺层结构2e形成；第二凸缘203由第三铺层结构2c以及第四铺层结构2d形成。其中，第一铺层结构2a由3层碳纤维环氧树脂预浸料形成，第二铺层结构2b由3层碳纤维环氧树脂预浸料组成，第三铺层结构2c由6层碳纤维环氧树脂预浸料组成，第四铺层结构2d由2层碳纤维环氧树脂预浸料组成，第五铺层结构2e由10层碳纤维环氧树脂预浸料组成，第六铺层结构2f由5层碳纤维环氧树脂预浸料组成。
第一连接板1为长方形，其面积大于第一凸缘201外边缘包围的面积，其上设置有2条开口方向相对的长方形第一卡槽102，其四个角分别设置有第一连接孔103，其中心设置有拖车螺母安装孔101。
第二连接板3为长方形，其面积等于第二凸缘203外边缘包围的面积。第二连接板3相对的两条边上分别设置有开口方向相对的第二卡槽304，另外两条边上分别设置有连接耳片301上；连接耳片301与第二卡槽304分别设置在第二连接板3相对的两个表面上。连接耳片301上设置有第二连接孔303。第二连接板3的中心还设置有与盒体2开放的一端形状相同的通孔302。
第一凸缘201与第一卡槽102以及第二凸缘203与第二卡槽304之间的配合间隙均为1mm。
第一连接板1和第二连接板3的厚度均为3mm。
参见图9，本实施例中盒体2的成型工艺为：
首先根据盒体2的2D图纸对碳纤维织物预浸料E进行裁切，然后根据上述铺层设计将碳纤维织物预浸料E在经过清洁和涂脱模剂的阳模A上进行铺覆，铺覆完成后盖上阴模D，并在热压罐平台I上贴密封胶条B，然后再依次铺脱模布H、隔离网G和透气毡F，在碳纤维织物预浸料E、脱模布H、隔离网G和透气毡F铺放过程中有褶皱的地方需要剪开。最后用真空袋C将整个阴模D和阳模A及碳纤维织物预浸料E包裹在其中，并通过密封胶条B进行密封，密封之后抽取真空并检查局部是否存在真空袋C过度绷紧情况并进行调整，在确认不存在漏气情况之后将其放入热压罐中，然后由室温经30分钟升温至100℃，并恒温30分钟，再由100℃经30分钟升温至170℃，恒温60分钟完成固化，固化后经过脱模和抛光打磨即得本实施例的盒体2。
通过以下方法将本实施例的吸能盒安装在车身前纵梁和前保横梁之间:
首先在经过800目水砂纸打磨及脱脂处理的第一凸缘201和第二凸缘203表面均匀涂覆一层环氧树脂胶粘剂，然后将第一凸缘201和第二凸缘203分别卡入第一卡槽102和第二卡槽304中，然后在150℃下固化120分钟，待降温至室温后取出，从而将第一连接板1与盒体2封闭的一端固定，将第二连接板3与盒体2开放的一端固定，得到本实施例的吸能盒。将钢制螺栓穿过第一连接孔103将第一连接板1与车身前纵梁紧固连接，将钢制螺栓穿过第二连接孔303将第二连接板3与车身前保横梁紧固连接。为了防止腐蚀，需要在钢制螺栓表面涂覆绝缘层，紧固后在连接处包覆PVC层以进一步隔离腐蚀介质。
按照上述方法将本实施例的吸能盒安装在车身前纵梁和前保横梁之间后进行台车碰撞试验，碰撞速度为15±1km/h，经计算得到吸能量为18.001kJ，比吸能量为27.74kJ/kg。
综上，本发明实施例提供的吸能盒以碳纤维增强树脂基复合材料制成的盒体吸收碰撞能量，通过固定在盒体两端的金属连接板与汽车前纵梁和前保横梁连接。本发明实施例提供的吸能盒在保留碳纤维增强树脂基复合材料吸能盒重量轻、比吸能量大的优点的前提下，避免了在碳纤维增强树脂基复合材料上进行打孔，从而避免了连接处应力集中问题；同时也避免了紧固螺栓与具有导电性的碳纤维接触产生电偶腐蚀问题。本发明实施例提供的吸能盒相对金属吸能盒减重比例达到55％以上，比吸能量达到28.36kJ/kg，较金属吸能盒比吸能量高出97％。同时，本发明实施例提供的吸能盒中碳纤维增强树脂基复合材料盒体与金属连接板通过卡槽连接，便于安装及拆卸维修。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种汽车吸能盒，其特征在于，所述吸能盒包括：第一连接板(1)、盒体(2)以及第二连接板(3)；
所述第一连接板(1)和所述第二连接板(3)分别固定在所述盒体(2)的两端，所述第一连接板(1)上设置有第一连接孔(103)，所述第二连接板(3)上设置有第二连接孔(303)；所述第一连接板(1)用于与汽车前纵梁连接，所述第二连接板(3)用于与汽车前保横梁连接；
所述盒体(2)的材质为碳纤维增强树脂基复合材料，所述第一连接板(1)和所述第二连接板(3)的材质为金属；
所述盒体(2)为一端开放、另一端封闭的中空柱体；所述盒体(2)封闭的一端的外表面设置有第一凸缘(201)，所述盒体(2)开放的一端的外表面设置有第二凸缘(203)；
所述第一连接板(1)上设置有与所述第一凸缘(201)相配合的第一卡槽(102)；所述第一凸缘(201)卡入所述第一卡槽(102)从而将所述第一连接板(1)与所述盒体(2)封闭的一端固定；
所述第二连接板(3)上设置有与所述第二凸缘(203)相配合的第二卡槽(304)；所述第二凸缘(203)卡入所述第二卡槽(304)从而将所述第二连接板(3)与所述盒体(2)开放的一端固定。
2.根据权利要求1所述的吸能盒，其特征在于，所述第一连接板(1)上设置有两条所述第一卡槽(102)，两条所述第一卡槽(102)的开口相对，所述第一凸缘(201)可在所述第一卡槽(102)内沿所述第一卡槽(102)的长度方向滑动；
所述第二连接板(3)上设置有两条所述第二卡槽(304)，两条所述第二卡槽(304)的开口相对，所述第二凸缘(203)可在所述第二卡槽(304)内沿所述第二卡槽(304)的长度方向滑动。
3.根据权利要求1所述的吸能盒，其特征在于，所述第二连接板(3)上设置有连接耳片301)，所述第二连接孔(303)设置在所述连接耳片(301)上；所述连接耳片(301)与所述第二卡槽(304)分别设置在所述第二连接板(3)相对的两个表面上。
4.根据权利要求1所述的吸能盒，其特征在于，所述第二连接板(3)上还设置有通孔(302)，所述通孔(302)的形状与所述盒体(2)开放的一端的截面形状相对应。
5.根据权利要求2所述的吸能盒，其特征在于，所述第一连接板(1)上还设置有挡块(104)，所述挡块(104)与所述第一卡槽(102)位于第一连接板(1)的同一个表面上，所述挡块(104)的长度方向与所述第一卡槽(102)的长度方向垂直。
6.根据权利要求1所述的吸能盒，其特征在于，所述碳纤维增强树脂基复合材料中碳纤维为3K～24K碳纤维，树脂为环氧树脂或者双马来酰亚胺树脂；
所述第一连接板(1)和所述第二连接板(3)的材质为铝合金或者钢。
7.根据权利要求2所述的吸能盒，其特征在于，所述第一凸缘(201)与所述第一卡槽(102)以及所述第二凸缘(203)与所述第二卡槽(304)之间通过胶粘剂粘接固定；所述第一凸缘(201)与所述第一卡槽(102)以及所述第二凸缘(203)与所述第二卡槽(304)之间的配合间隙为0.26mm～1.0mm。
8.一种权利要求1～7任一项所述的吸能盒的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括：
在所述盒体(2)与所述第一连接板(1)和所述第二连接板(3)固定的部位涂敷胶粘剂；
将所述第一连接板(1)和所述第二连接板(3)与所述盒体(2)组装后进行固化得到所述吸能盒；
将螺栓穿过所述第一连接板(1)上的第一连接孔(103)将所述第一连接板(1)与所述汽车前纵梁连接；将螺栓穿过所述第二连接板(3)上的第二连接孔(303)将所述第二连接板(3)与所述汽车前保横梁连接。
9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，所述胶粘剂为环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、有机硅树脂、聚苯并咪唑或者氰酸酯；固化条件为在100℃～150℃下加热90分钟～120分钟。
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|---|---|---|---|
| CN201610060810.5A CN105599716B (zh) | 2016-01-27 | 2016-01-27 | 一种汽车吸能盒及其使用方法 |
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