CN108819071A - 一种smc轻量化高强度塑料备胎仓及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种SMC轻量化高强度塑料备胎仓及其制造方法，包括备胎仓本体，以及用于与车身纵梁和后地板下板连接的金属嵌件，备胎仓本体的材质为SMC，金属嵌件的一部分嵌于备胎仓本体内；胎仓本体对应金属嵌件的部位增厚。备胎仓本体上设有多个加强筋和径向设置的加强凸台；备胎仓本体采用SMC通过模压工艺成型，备胎仓本体与金属嵌件是在模压时通过分子间作用力结合在一起，连接牢固，不易松脱；备胎仓可以通过整车的电泳，通过金属嵌件与车身其它零件焊接连接。本发明的利于减轻整车重量，可减少CO2排放，对于新能源汽车有利于提高续航里程。

Description

一种SMC轻量化高强度塑料备胎仓及其制造方法
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种SMC轻量化高强度塑料备胎仓及其制造方法。
背景技术
现有备胎仓的主体结构为钣金，作为重要的结构件及功能件，金属起到了高强度、耐冲击、抗腐蚀等可靠性能，但在整车减重降低能耗的大趋势下，金属的高密度导致的其产品自重较重，成为了摆在新一代造车人面前的难题。欧盟在2009年通过了第443号法规，旨在控制二氧化碳的排放，长期目标是到2020年，二氧化碳排放控制在95g/Km。中国的长期目标是到2020年，二氧化碳排放控制在112g/Km。中国向《联合国气候变化框架公约》秘书处正式递交的应对气候变化国家自主贡献文件中提出并确定了自主行动目标：到2030年左右碳排放达到峰值且将努力早日达峰；单位国内生产总值碳排放强度比2005年下降60％～65％。另一方面新能源汽车在世界各地如火如荼发展，其中难题之一就是提高续航里程，而减轻车身重量是轻量化最有效的途径之一。
SMC是Sheet molding compound的缩写，即片状模塑料。
发明内容
本发明旨在提供SMC轻量化高强度塑料备胎仓及其制造方法，该备胎仓利于减轻整车重量。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种SMC轻量化高强度塑料备胎仓，包括备胎仓本体，以及用于与车身纵梁和后地板下板连接的金属嵌件，备胎仓本体的材质为SMC，金属嵌件的一部分嵌于备胎仓本体内。
进一步的，金属嵌件为龙门架结构，龙门架结构由L型角边条弯制而成，L型角边条的一边嵌入备胎仓本体中，L型角边条的另一外露于备胎仓本体。
进一步的，备胎仓本体对应金属嵌件的部位增厚。
其中，SMC轻量化高强度塑料备胎仓还包括设置在备胎仓本体上的备胎仓紧固支架总成。
进一步的，备胎仓本体的下表面设有多个径向设置的加强凸台,加强凸台围绕备胎仓本体的中心间隔设置。
进一步的，备胎仓本体上表面设置有加强筋。
其中，备胎仓本体上设有漏液孔。
优选地，备胎仓本体对应金属嵌件的区域的厚度为5mm，其余部位厚度为2.5mm，所述金属嵌件的厚度为1mm。
包括上述SMC轻量化高强度塑料备胎仓的车体，所述金属嵌件与车体两侧的车身纵梁以及后地板下板焊接连接。
进一步的，备胎仓本体位于车体后防撞梁内侧，后排座椅前侧。
上述SMC轻量化高强度塑料备胎仓的制造方法，包括以下步骤，
步骤一，将原材料切片，获得多片切料；
步骤二，将金属嵌件放置在备胎仓模压下模具上；
步骤三，辅料：将多块切料辅设在备胎仓模压下模具上；
步骤四，模压成型；
步骤五，冷却。
进一步的，所述步骤一中，将原材料切为L1，L2，L3，L4，B1，B2六中规格的矩形切料，L1尺寸为530*105mm，共2片；L2尺寸为125mm*530mm，共1片；L3尺寸为229*105mm，共2片；L4尺寸为229*125mm，共1片；B1尺寸为370*530mm，共1片；B2尺寸为370*229mm，共1片。
进一步的，所述步骤三中，在备胎仓模压下模具的左边缘和右边缘各放一片L1规格的矩形切料，每片L1规格的矩形切料上重叠放置有一片L3规格的矩形切料，L1和L3规格的矩形切料的长边均与备胎仓模压下模具的左边缘和右边缘平行；
B1规格的矩形切料放于备胎仓模压下模具的中部，B2规格的矩形切料重叠放于B1规格的矩形切料上，B1和B2规格的矩形切料的长边均与备胎仓模压下模具的左边缘和右边缘平行；
L2规格的矩形切料放于备胎仓模压下模具的下边缘，L4规格的矩形切料重叠放于L2规格的矩形切料上，L2和L4规格的矩形切料的长边均与备胎仓模压下模具的下边缘平行。
进一步的，步骤一之前，将原材料在恒温恒湿的环境中存储14天，温度为25℃±5℃；湿度为50％±10％。
进一步的，所述步骤二中，金属嵌件的温度需控制在16℃-28℃。
进一步的，所述步骤四中，模压压力为800T±10T，调平力为150T±10T，模压时间为70s±4s，模压合模速度为450mm/s±10mm/s；上模进温为179℃±10℃，下模进温为173℃±10℃，上模温度始终比下模温度高3℃-7℃。
进一步的，所述步骤五中，冷却时间120s-240s，压力为1Mpa-2Mpa，零件表面温度小于50℃时停止冷却。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的备胎仓本体采用SMC制得，利于减轻整车重量，可减少CO2排放，对于新能源汽车有利于提高续航里程；其备胎仓本体与金属嵌件是在模压时通过分子间作用力结合在一起，连接牢固，不易松脱。
附图说明
图1是备胎仓的三维立体图；
图2是备胎仓本体嵌件区域的断面图；
图3是金属嵌件的三维立体图；
图4是图3中A处的局部放大图；
图5是备胎仓与车身连接的示意图；
图6是备胎仓与车身连接的端面图；
图7是辅料时的布置图；
图中：1-备胎仓本体、2-金属嵌件、3-车身纵梁、4-后地板下板、5-备胎仓紧固支架总成、6-加强凸台、7-加强筋、8-漏液孔、9-备胎仓模压下模具、10-后尾翼、21-定位孔、22-嵌入部分、23-焊接部分。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
如图1、2所示，本发明公开的SMC轻量化高强度塑料备胎仓，包括备胎仓本体1、备胎仓紧固支架总成5，以及用于与车身纵梁3和后地板下板4连接的金属嵌件2，备胎仓本体1的材质为SMC，金属嵌件2的一部分嵌于备胎仓本体1内。备胎仓紧固支架总成5通过螺钉与备胎仓本体1上固接。
如图3、4所示，金属嵌件2上用于与备胎仓本体1适配的定位孔21，金属嵌件2为龙门架结构，龙门架结构由L型角边条弯制而成，L型角边条的一边嵌入备胎仓本体1中，L型角边条的另一外露于备胎仓本体1。L型角边条埋入备胎仓本体1中的嵌入部分22的宽度为25mm-35mm；外露的焊接部分23的宽度为25mm-35mm。L型角边条两条边的夹角不限于90°，可以大于90度，也可以小于90度。
备胎仓本体1的下表面设有多个径向设置的加强凸台6,加强凸台6围绕备胎仓本体1的中心间隔设置，备胎仓本体1的上表面的局部地方向下凹形成加强凸台6，从上表面看，加强凸台6的位置为凹槽，凹槽宽度为30mm-50mm之间。备胎仓本体1上加强凸台6外侧有直径为10mm-30mm的漏液孔8。备胎仓本体1上表面设置有加强筋7，加强筋7为凸条。
备胎仓本体1和金属嵌件2是在模压时通过分子间作用力结合在一起，如图2所示，备胎仓本体1对应金属嵌件2的区域通过增加料厚来包裹金属嵌件2的形式实现两个零件的连接。备胎仓本体1与金属嵌件2是在模压时通过分子间作用力结合在一起，连接牢固，不易松脱。备胎仓本体1主料厚为2.5mm，嵌件本体厚度为1mm，在金属嵌件2区域备胎仓本体1的厚度为5mm。该备胎仓可以通过整车的电泳，通过金属嵌件2与车身其它零件焊接连接。
如图5,6所示，一种汽车车体，其包括上述SMC轻量化高强度塑料备胎仓，金属嵌件2与车体两侧的车身纵梁3以及后地板下板4焊接连接。备胎仓本体1位于车体后防撞梁内侧，后排座椅前侧。
上述SMC轻量化高强度塑料备胎仓的制造方法，备胎仓采用片状模塑料模压成型，原材料为含有25％长玻纤的不饱和树脂，其中玻纤长度为10mm到50mm。在进行加工前，对原材料进行检验，并将原材料在恒温恒湿的环境中存储14天，温度为25℃±5℃；湿度为50％±10％。
其制造工艺包括以下步骤，
步骤一，将原材料切片，获得多片切料；然后进行称重，称重精度为±0.05g；本实施方式中将原材料切为L1，L2，L3，L4，B1，B2六中规格的矩形切料，L1尺寸为530*105mm，共2片；L2尺寸为125mm*530mm，共1片；L3尺寸为229*105mm，共2片；L4尺寸为229*125mm，共1片；B1尺寸为370*530mm，共1片；B2尺寸为370*229mm，共1片。
步骤二，将金属嵌件2放置在备胎仓模压下模具9上，金属嵌件的温度需控制在16℃-28℃；
步骤三，辅料：将多块切料辅设在备胎仓模压下模具9上；如图7所示，正视备胎仓模压下模具9时，备胎仓模压下模具9的下边缘对应的是备胎仓与后地板下板连接的一侧。本实施方式中，在备胎仓模压下模具9的左边缘和右边缘各放一片L1规格的矩形切料，每片L1规格的矩形切料上再重叠放置一片L3规格的矩形切料，L1和L3规格的矩形切料的长边均与备胎仓模压下模具9的左边缘和右边缘平行。L1规格的矩形切料上侧短边与备胎仓模压下模具9上边缘的距离在50mm-100mm之间；L3规格的矩形切料的下侧短边距离L1规格矩形切料的下侧短边120mm-150mm。
B1规格的矩形切料放于备胎仓模压下模具9的中部，B2规格的矩形切料重叠放于B1规格的矩形切料上，B1和B2规格的矩形切料的长边均与备胎仓模压下模具9的左边缘和右边缘平行；B1规格的矩形切料上侧短边与备胎仓模压下模具9上边缘的距离在70mm-120mm之间；B1规格的矩形切料的左侧长边与备胎仓模压下模具9左边缘的距离在350mm-400mm之间。
L2规格的矩形切料放于备胎仓模压下模具9的下边缘，L4规格的矩形切料重叠放于L2规格的矩形切料上，L2和L4规格的矩形切料的长边均与备胎仓模压下模具9的下边缘平行；L2规格矩形切料的左侧短边与备胎仓模压下模具9左边缘的距离在250mm-300mm之间；L4规格矩形切料的右侧短边与L2规格矩形切料的右侧短边的距离在100mm-130mm之间。本实施方式中的尺寸、间隔距离等参数可以根据备胎仓的尺寸而进行适度调整。
步骤四，模压成型；模压压力为800T±10T，调平力为150T±10T，模压时间为70s±4s，模压合模速度为450mm/s±10mm/s；上模进温为179℃±10℃，下模进温为173℃±10℃，上模温度始终比下模温度高3℃-7℃。
步骤五，冷却：冷却时间120s-240s，压力为1Mpa-2Mpa，冷却完成后零件表面温度小于50℃。取下零件后需将零件挂置，不能挤压。
本发明采用SMC替代了传统的金属作为主体材料，其的密度为1.7～1.8g/cm3，密度比铝低30％，比钢低75％。SMC的机械性能如模量、拉伸强度等比金属材料低，但通过了增加金属嵌件以及产品壁厚，结合CAE强度分析结果，在薄弱结构处根据具体情况增加不同类型的加强筋结构，从而达到金属备胎仓的机械性能要求，综合减重效果达30％以上，最大减重可达2-4公斤。从而减轻整车重量，据统计，整车重量每减轻10kg能够每公里减少1g的CO2排放。本发明可以取代金属备胎仓，并且具有减重效果，在低速碰撞和车身刚度及振动测试时满足各项法规和客户性能要求。
当然，本发明还可有其它多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (15)

1.一种SMC轻量化高强度塑料备胎仓，包括备胎仓本体(1)，其特征在于:还包括用于与车身纵梁(3)和后地板下板(4)连接的金属嵌件(2)，备胎仓本体(1)的材质为SMC，金属嵌件(2)的一部分嵌于备胎仓本体(1)内。
2.根据权利要求1所述的SMC轻量化高强度塑料备胎仓，其特征在于：金属嵌件(2)为龙门架结构，龙门架结构由L型角边条弯制而成，L型角边条的一边嵌入备胎仓本体(1)中，L型角边条的另一外露于备胎仓本体(1)。
3.根据权利要求1或2所述的SMC轻量化高强度塑料备胎仓，其特征在于：备胎仓本体(1)对应金属嵌件(2)的部位增厚。
4.根据权利要求1所述的SMC轻量化高强度塑料备胎仓，其特征在于：还包括设置在备胎仓本体(1)上的备胎仓紧固支架总成(5)。
5.根据权利要求1所述的SMC轻量化高强度塑料备胎仓，其特征在于：备胎仓本体(1)的下表面设有多个径向设置的加强凸台(6),加强凸台(6)围绕备胎仓本体(1)的中心间隔设置。
6.根据权利要求1或4所述的SMC轻量化高强度塑料备胎仓，其特征在于：备胎仓本体(1)上表面设置有加强筋(7)。
7.根据权利要求1所述的SMC轻量化高强度塑料备胎仓，其特征在于：备胎仓本体(1)上设有漏液孔(8)。
8.根据权利要求2所述的SMC轻量化高强度塑料备胎仓，其特征在于：备胎仓本体(1)对应金属嵌件(2)的区域的厚度为5mm，所述金属嵌件(2)的厚度为1mm。
9.包括权利要求1-8中任一项权利要求所述的SMC轻量化高强度塑料备胎仓的车体，其特征在于：金属嵌件(2)与车体的车身纵梁(3)和后地板下板(4)焊接连接。
10.根据权利要求9所述的车体，其特征在于：备胎仓本体(1)位于车体后防撞梁内侧，后排座椅前侧。
11.权利要求1-8中任一项权利要求所述的SMC轻量化高强度塑料备胎仓的制造方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一，将原材料切片，获得多片切料；
步骤二，将金属嵌件(2)放置在备胎仓模压下模具(9)上；
步骤三，辅料：将多块切料辅设在备胎仓模压下模具(9)上；
步骤四，模压成型；
步骤五，冷却。
12.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于：所述步骤一中，将原材料切为L1，L2，L3，L4，B1，B2六中规格的矩形切料，L1尺寸为530*105mm，共2片；L2尺寸为125mm*530mm，共1片；L3尺寸为229*105mm，共2片；L4尺寸为229*125mm，共1片；B1尺寸为370*530mm，共1片；B2尺寸为370*229mm，共1片。
13.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于：所述步骤三中，在备胎仓模压下模具(9)的左边缘和右边缘各放一片L1规格的矩形切料，每片L1规格的矩形切料上重叠放置有一片L3规格的矩形切料，L1和L3规格的矩形切料的长边均与备胎仓模压下模具(9)的左边缘和右边缘平行；
B1规格的矩形切料放于备胎仓模压下模具(9)的中部，B2规格的矩形切料重叠放于B1规格的矩形切料上，B1和B2规格的矩形切料的长边均与备胎仓模压下模具(9)的左边缘和右边缘平行；
L2规格的矩形切料放于备胎仓模压下模具(9)的下边缘，L4规格的矩形切料重叠放于L2规格的矩形切料上，L2和L4规格的矩形切料的长边均与备胎仓模压下模具(9)的下边缘平行。
14.根据权利要求11、12或13所述的制造方法，其特征在于：步骤一之前，将原材料在恒温恒湿的环境中存储14天，温度为25℃±5℃；湿度为50％±10％。
15.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于：所述步骤二中，金属嵌件的温度需控制在16℃-28℃；
所述步骤四中，模压压力为800T±10T，调平力为150T±10T，模压时间为70s±4s，模压合模速度为450mm/s±10mm/s；上模进温为179℃±10℃，下模进温为173℃±10℃，上模温度始终比下模温度高3℃-7℃；
所述步骤五中，冷却时间120s-240s，压力为1Mpa-2Mpa，零件表面温度小于50℃时停止冷却。
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