CN107264632A - 一种用于汽车的水箱横梁及水箱横梁制造方法 - Google Patents

一种用于汽车的水箱横梁及水箱横梁制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于汽车的水箱横梁及水箱横梁制造方法，属于汽车领域，该水箱横梁包括横梁本体和加强板，横梁本体为金属板，加强板为碳纤维复合材料板。因此，可以将水箱横梁上用于安装支架的安装孔置于横梁本体上，由于横梁本体是金属板，金属板本身具有较高的强度和刚度，因此无需安装孔过于复杂，可直接将安装支架通过安装孔焊接于横梁本体上，从而可以降低水箱横梁的成本。

Description

一种用于汽车的水箱横梁及水箱横梁制造方法
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别涉及一种用于汽车的水箱横梁及水箱横梁制造方法。
背景技术
随着节能减排要求的提高，汽车的轻量化越来越受到人们的重视。而水箱横梁作为汽车中的重要构件，对水箱横梁进行轻量化设计逐渐成为人们研究的热点。
近年来，先进复合材料的应用，尤其是碳纤维复合材料的应用逐渐受到人们的青睐。由于复合材料的比重远远小于传统金属的比重，因此将复合材料应用于汽车中可以大大降低汽车的车身重量。所以，相关技术中，通常采用复合材料的水箱横梁。
由于水箱横梁上需要安装的支架较多，也即在水箱横梁中存在较多的安装孔，当水箱横梁为复合材料的水箱横梁时，为了满足水箱横梁高强度和高刚度的要求，需设计复杂的安装孔，导致水箱横梁的成本上升，不利于水箱横梁的批量生产。
发明内容
为了解决相关技术中采用复合材料的水箱横梁的成本高的问题，本发明实施例提供了一种用于汽车的水箱横梁及水箱横梁制造方法。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种用于汽车的水箱横梁，所述水箱横梁包括：横梁本体和加强板；
所述横梁本体为U型金属板，所述横梁本体用于安装支架；
所述加强板为U型碳纤维复合材料板，所述加强板嵌套并粘结在所述横梁本体的U型槽内。
可选地，所述横梁本体的厚度在1毫米和1.5毫米之间。
可选地，所述加强板的厚度小于所述横梁本体的厚度。
另一方面，提供了一种用于汽车的水箱横梁制造方法，所述水箱横梁包括横梁本体和加强板，所述制造方法包括：
通过钣金冲压工艺形成结构为U型金属板的横梁本体；
将所述横梁本体放入第一预设模具中，并在放入所述横梁本体的第一预设模具的上方铺叠多层材料为单向碳纤维复合材料的预浸料；
在预设温度和预设压力下，通过第二预设模具将所述横梁本体和所述第一预设模具上铺叠的多层预浸料进行模压成型，得到所述水箱横梁；
其中，在模压成型的过程中，所述多层预浸料能够进行粘结以形成所述加强板。
可选地，所述在放入所述横梁本体的第一预设模具的上方铺叠多层材料为单向碳纤维复合材料的预浸料，包括：
确定在放入所述横梁本体的第一预设模具上需要铺叠的预浸料的铺叠层数和每一层预浸料的铺叠角度，所述铺叠角度为所述单向碳纤维复合材料中的晶体方向与预设方向之间的角度；
按照所述铺叠层数和每一层预浸料的铺叠角度，在放入所述横梁本体的第一预设模具的上方铺叠多层预浸料。
可选地，所述在放入所述横梁本体的第一预设模具的上方铺叠多层材料为单向碳纤维复合材料的预浸料之前，还包括：
采用预设溶剂对所述横梁本体进行清洗，所述预设溶剂用于清除所述横梁本体上的油污。
可选地，所述将所述横梁本体放入第一预设模具中，包括：
将所述横梁本体放入所述第一预设模具的预设位置处。
本发明可以实现的有益效果为：
本发明实施例提供的水箱横梁是由横梁本体和加强板构成，横梁本体为金属板，加强板为碳纤维复合材料板。因此，可以将水箱横梁上用于安装支架的安装孔置于横梁本体上，由于横梁本体是金属板，金属板本身具有较高的强度和刚度，因此无需安装孔过于复杂，可直接将安装支架通过安装孔焊接于横梁本体上，从而可以降低水箱横梁的成本。
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是本发明实施例提供的水箱横梁的结构示意图；
图2A是本发明实施例提供的一种用于汽车的水箱横梁的制造方法流程图；
图2B是本发明实施例提供的一种模压成型过程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、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。
本发明实施例提供了一种用于汽车的水箱横梁，参见图1，该水箱横梁100 包括：横梁本体101和加强板102。横梁本体101为U型金属板，且横梁本体用于安装支架。加强板102为U型碳纤维复合材料板，且加强板102嵌套并粘结在横梁本体101的U型槽内。
其中，横梁本体101主要用于安装支架，加强板102用于满足整个水箱横梁的强度需求。需在横梁本体101上安装的支架主要包括：冷凝器左安装支架、冷凝器右安装支架、大灯左安装支架本体、大灯右安装支架本体、前保险杠安装支架以及进气系统固定支架等。
由于加强板102为碳纤维复合材料板，而碳纤维复合材料相对于金属材料具有更高的强度，因此将加强板102嵌套并粘结在横梁本体101的U型槽内，以提高水箱横梁的强度。
进一步地，由于本发明实施例提供的水箱横梁包括加强板，因此相对于传统的横梁本体，本发明实施例提供的水箱横梁的横梁本体无需和传统的横梁本体一样的厚度。并且由于碳纤维复合材料高强度的特点，横梁本体101的厚度仅为传统的横梁本体的厚度的一半。具体地，传统的横梁本体的厚度一般在2.5 毫米左后，而本发明实施例提供的横梁本体101的厚度在1毫米到1.5毫米之间。
另外，在本发明实施例中，加强板102是为了加强板提高水箱横梁100的强度，而水箱横梁100包括的横梁本体101的厚度为传统的横梁本体的厚度的一般，也即加强板101承担的是另一半传统的横梁本体的强度。由于碳纤维复合材料的强度要远远大于金属材料的强度，所以对于同样的强度要求，碳纤维复合材料所需的厚度要远远小于金属材料的厚度，也即加强板102的厚度小于横梁本体101的厚度。
需要说明的是，水箱横梁100的其他尺寸，比如长度，U型槽的深度等，与使用该水箱横梁100的汽车自身的尺寸相关，也即，实际应用中，根据不同汽车型号，可以设置不同的该水箱横梁的长度、U型槽的深度等。
需要说明的是，加强板102的长度和横向本体101的长度是完全相同的，为了便于说明水箱横梁包括两层结构，所以图1仅仅给出了加强板102的部分，而不是整个加强板102，实际应用中，加强板102的长度和横梁本体101的长度是相同的。
本发明实施例提供的水箱横梁是由横梁本体和加强板构成，横梁本体为金属板，加强板为碳纤维复合材料板。因此，可以将水箱横梁上用于安装支架的安装孔置于横梁本体上，由于横梁本体是金属板，金属板本身具有较高的强度和刚度，因此无需安装孔过于复杂，可直接将安装支架通过安装孔焊接于横梁本体上，从而可以降低水箱横梁的成本。
本发明实施例除了提供上述用于汽车的水箱横梁，还提供用于汽车的水箱横梁100的制造方法，参见图2A，该方法包括：
在步骤201中，通过钣金冲压工艺形成结构为U型金属板的横梁本体。
具体地，将预设厚度的钣金材料通过机械冲压即可形成图1所示横梁本体 101。其中，机械冲压过程是在数控冲压床中完成的，也即在机械冲压前，预先在数控冲压床中设置冲压参数，如冲压深度也即U型槽的深度，并根据设置的冲压参数通过数控冲压床进行机械冲压。
在通过步骤201得到横梁本体101之后，为了后续便于横梁本体101和加强板102之间能够更好的粘结在一起，以提高水箱横梁的强度，先对通过钣金冲压工艺形成的横梁本体101进行清洗。也即，采用预设溶剂对横梁本体进行清洗，以去除横梁本体上阻碍横梁本体和加强板粘结在一起的物质。
其中，该预设溶剂用于清除横梁本体上的油污，具体地，该预设溶剂可以为丙酮、丁酮等有机溶剂，以清除横梁本体上的油污。
在步骤202中，将横梁本体放入第一预设模具中，并在放入横梁本体的第一预设模具的上方铺叠多层材料为单向碳纤维复合材料的预浸料。
参见图2B，将横梁本体101放入第一预设模具中，该第一预设模具为U型模具，且横梁本体101的尺寸和第一预设模具的尺寸相当，也即横梁本体101 恰好放入第一预设模具中。
为了便于后续准确放置用于形成加强板的碳纤维复合材料，以使加强板和横梁本体之间的位置对齐，因此，在将横梁本体放入第一预设模具中时，需对横梁本体进行精确定位，也即将横梁本体放入第一预设模具的预设位置处。
具体地，在放入横梁本体的第一预设模具的上方铺叠多层材料为单向碳纤维复合材料的预浸料的实现过程可以为：确定在放入横梁本体的第一预设模具上需要铺叠的预浸料的铺叠层数和每一层预浸料的铺叠角度。按照该铺叠层数和每一层预浸料的铺叠角度，在放入横梁本体的第一预设模具的上方铺叠多层预浸料。
其中，铺叠角度为单向碳纤维复合材料中的晶体方向与预设方向之间的角度。另外，在放入横梁本体的第一预设模具上需要铺叠的预浸料的铺叠层数是由加强板的厚度确定。也即，根据实际应用对水箱横梁的强度要求，确定加强板的工作强度，根据加强板的工作强度，从工作强度和材料厚度的对应关系中，即可确定加强板的厚度，根据加强板的厚度，即可确定在放入横梁本体的第一预设模具上需要铺叠的预浸料的铺叠层数。
例如，铺叠层数为5，每一层的铺叠角度为+45、-45、0、-45、+45。也即，在放入横梁本体的第一预设模具的上方铺叠的第一层预浸料的铺叠角度为45 度，第二层预浸料的铺叠角度为-45度，第三层预浸料的铺叠角度为0度，第四层预浸料的铺叠角度为-45度，第五层预浸料的铺叠角度为45度。
在步骤203中，在预设温度和预设压力下，通过第二预设模具将横梁本体和第一预设模具上铺叠的多层预浸料进行模压成型，得到水箱横梁。
参见图2B，在预设温度和预设压力下，将第二预设模具压入第一预设模具内，以使在第一预设模具上铺叠的多层预浸料在第二预设模具的压力下与横梁本体粘结在一起，从而得到水箱横梁。
其中，在模压成型的过程中，该多层预浸料能够进行粘结以形成加强板。另外，预设温度和预设压力为预先设置的温度和预先设置的压力，该预设温度通常为350℃，该预设压力通常为50MPa。
需要说明的是，第二预设模具为与第一预设模具对应的模具，如图2B所示，该第一预设模具为凹槽型模具，则第二预设模具为凸台型模具，实际应用中，该第一预设模具通常称为阴模，第二预设模具通常称为阳模。
本发明实施例提供了一种水箱横梁的制造方法，得到的水箱横梁是由横梁本体和加强板构成，横梁本体为金属板，加强板为碳纤维复合材料板。因此，可以将水箱横梁上用于安装支架的安装孔置于横梁本体上，由于横梁本体是金属板，金属板本身具有较高的强度和刚度，因此无需安装孔过于复杂，可直接将安装支架通过安装孔焊接于横梁本体上，从而可以降低水箱横梁的成本。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (7)

1.一种用于汽车的水箱横梁，其特征在于，所述水箱横梁包括：横梁本体和加强板；
所述横梁本体为U型金属板，所述横梁本体用于安装支架；
所述加强板为U型碳纤维复合材料板，所述加强板嵌套并粘结在所述横梁本体的U型槽内。
2.如权利要求1所述的水箱横梁，其特征在于，所述横梁本体的厚度在1毫米和1.5毫米之间。
3.如权利要求1或2所述的水箱横梁，其特征在于，所述加强板的厚度小于所述横梁本体的厚度。
4.一种用于汽车的水箱横梁制造方法，其特征在于，所述水箱横梁包括横梁本体和加强板，所述制造方法包括：
通过钣金冲压工艺形成结构为U型金属板的横梁本体；
将所述横梁本体放入第一预设模具中，并在放入所述横梁本体的第一预设模具的上方铺叠多层材料为单向碳纤维复合材料的预浸料；
在预设温度和预设压力下，通过第二预设模具将所述横梁本体和所述第一预设模具上铺叠的多层预浸料进行模压成型，得到所述水箱横梁；
其中，在模压成型的过程中，所述多层预浸料能够进行粘结以形成所述加强板。
5.如权利要求4所述的水箱横梁制造方法，其特征在于，所述在放入所述横梁本体的第一预设模具的上方铺叠多层材料为单向碳纤维复合材料的预浸料，包括：
确定在放入所述横梁本体的第一预设模具上需要铺叠的预浸料的铺叠层数和每一层预浸料的铺叠角度，所述铺叠角度为所述单向碳纤维复合材料中的晶体方向与预设方向之间的角度；
按照所述铺叠层数和每一层预浸料的铺叠角度，在放入所述横梁本体的第一预设模具的上方铺叠多层预浸料。
6.如权利要求4所述的水箱横梁制造方法，其特征在于，所述在放入所述横梁本体的第一预设模具的上方铺叠多层材料为单向碳纤维复合材料的预浸料之前，还包括：
采用预设溶剂对所述横梁本体进行清洗，所述预设溶剂用于清除所述横梁本体上的油污。
7.如权利要求4至6任一所述的水箱横梁制造方法，其特征在于，所述将所述横梁本体放入第一预设模具中，包括：
将所述横梁本体放入所述第一预设模具的预设位置处。
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