CN108859737B - 用于车辆的复合连接机构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于车辆的复合连接机构及其制造方法，属于车辆领域。该复合连接机构包括：水箱横梁、钢支架横梁、固定件、胶层；水箱横梁的两端分别通过固定件与钢支架横梁的上端连接；胶层设置于水箱横梁上与钢支架横梁接触的接触面上；其中，水箱横梁的材料为碳纤维与树脂的复合材料，水箱横梁中碳纤维的质量百分比为50％～60％。该复合连接机构具有结构简单、质量轻化、高强度、防腐性能好等优点，并且，该复合连接机构的制造方法简单，可广泛应用于车辆中。

Description

用于车辆的复合连接机构及其制造方法

技术领域

本发明涉及车辆领域，特别涉及一种用于车辆的复合连接机构及其制造方法。

背景技术

车辆中各个部件之间的紧固连接，对于车辆的使用性能和用户使用的舒适性能等有着重要的影响。举例来说，在车辆中，水箱作为发动机散热的一个液体回路，能够吸收发动机缸体的热量，防止发动机过热而影响车辆的使用性能。其中，水箱的上方设置有水箱横梁，水箱横梁对水箱起到限位作用，水箱横梁的两端分别与一个钢支架横梁连接，钢支架横梁固定于车辆上，水箱横梁的上端对发动机的机盖进行限位。

在相关技术中，水箱横梁的两端分别通过螺栓与钢支架横梁连接。并且，水箱横梁和钢支架横梁的材料均为金属。

发明人发现相关技术至少存在以下问题：

相关技术中，由于水箱横梁、钢支架横梁、以及螺栓的材料均为金属，不可避免地出现腐蚀，导致水箱横梁不能稳固地对发动机的机盖进行限位。并且，由于水箱横梁的材料为金属，不利于车辆的轻化，不利于降低车辆的能量消耗。

发明内容

本发明实施例提供了一种用于车辆的复合连接机构及其制造方法，可解决相关技术中的技术问题。具体技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种用于车辆的复合连接机构，所述复合连接机构包括：水箱横梁、钢支架横梁、固定件、胶层；

所述水箱横梁的两端分别通过所述固定件与所述钢支架横梁的上端连接；

所述胶层设置于所述水箱横梁上与所述钢支架横梁接触的接触面上；

其中，所述水箱横梁的材料为碳纤维与树脂的复合材料，所述水箱横梁中所述碳纤维的质量百分比为50％～60％。

在一种可能的设计中，所述固定件为铆钉；

所述水箱横梁的两端分别设置有多个第一连接孔，所述钢支架横梁上设置有多个第二连接孔；

所述铆钉胶铆连接于所述第一连接孔、所述胶层、所述第二连接孔中。

在一种可能的设计中，所述铆钉采用自冲铆的方式使所述水箱横梁与所述钢支架横梁连接。

在一种可能的设计中，所述树脂为乙烯基酯树脂。

在一种可能的设计中，所述水箱横梁的厚度为3～5mm；

所述第一连接孔的孔径为2～4mm。

另一方面，本发明实施例还提供了一种上述提及的任一种所述的用于车辆的复合连接机构的制造方法，所述方法包括：

将碳纤维制成的碳布置于涂层液中进行浸渍，得到第一浸渍碳布，所述涂层液包括：质量比例为100:1～5:15～25的树脂、浸润剂、固化剂；

对所述第一浸渍碳布同时进行压延辊和闪蒸操作，挥发所述浸润剂，得到碳纤维与所述树脂复合的第二浸渍碳布；

将多层所述第二浸渍碳布进行铺层，得到预浸料；

对所述预浸料进行切割，得到预制件；

将所述预制件进行压缩成型，得到水箱横梁；

在所述水箱横梁的两端涂覆胶层，并将所述胶层与钢支架横梁粘结，采用固定件将所述水箱横梁与所述钢支架横梁连接，得到所述复合连接机构；

所述水箱横梁中所述碳纤维的质量百分比为50％～60％。

在一种可能的设计中，所述浸润剂为聚酰亚胺；

所述树脂为乙烯基酯树脂。

在一种可能的设计中，所述闪蒸的温度为60℃～80℃。

在一种可能的设计中，所述将多层所述第二浸渍碳布进行铺层，得到预浸料，包括：

将多层所述第二浸渍碳布按照与指定基准线之间呈+45°、0°、-45°、+90°、-45°、0°、+45°的角度顺次进行铺层，得到所述预浸料。

在一种可能的设计中，所述方法还包括：

在所述将碳纤维制成的碳布置于涂层液中进行浸渍之前，对所述碳布进行拉伸。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的用于车辆的复合连接机构及其制造方法，通过选用以碳纤维和树脂的复合材料制作的水箱横梁，使该水箱横梁具有高强度、低质量、耐腐蚀且抗疲劳性能好等优点，利于使车辆轻化，降低车辆的能量消耗，优化车辆的使用性能，还能够避免水箱横梁发生腐蚀，进而利于水箱横梁与钢支架横梁之间的稳固连接。通过在水箱横梁上与钢支架横梁接触的接触面上设置胶层，不仅增加了水箱横梁与钢支架横梁之间的连接力度，还可避免钢支架横梁等金属与碳纤维之间发生电荷腐蚀，起到防腐作用。综上，该复合连接机构具有结构简单、质量轻化、高强度、防腐性能好等优点，并且，该复合连接机构的制造方法简单，可广泛应用于车辆中。

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用于车辆的复合连接机构的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的水箱横梁与钢支架横梁之间的连接示意图。

其中，附图标记分别表示：

1-水箱横梁，101-第一连接孔，

2-钢支架横梁，

3-固定件，

4-胶层。

具体实施方式

除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。在对本发明实施方式作进一步地详细描述之前，对理解本发明实施例一些术语给出定义。

车辆的重量对于其性能和所消耗的能量有着重要的影响，举例来说，车辆轻化后，其加速性提高，惯性减小，制动距离减小，车辆控制的灵敏性、稳定性、噪声振动等也有明显改善，其所消耗的能量减少，利于降低环境污染。为了使车辆轻化，可以采用复合材料代替金属材料。然而，采用复合材料代替金属材料后，例如，以碳纤维复合材料替代金属材料的水箱横梁1后，如果沿用原来采用螺栓的机械连接，会出现螺栓对碳纤维复合材料的损伤，会造成碳纤维分层，出现剪切破坏，影响水箱横梁1的强度。为了解决这一问题，本发明实施例提供了一种用于车辆的复合连接机构。

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车辆的复合连接机构，如附图1所示，该复合连接机构包括：水箱横梁1、钢支架横梁2、固定件3、胶层4。其中，水箱横梁1的两端分别通过固定件3与钢支架横梁2的上端连接，参见附图2。胶层4设置于水箱横梁1上与钢支架横梁2接触的接触面上。其中，水箱横梁1的材料为碳纤维与树脂的复合材料，水箱横梁1中碳纤维的质量百分比为50％～60％。举例来说，水箱横梁1中的碳纤维的质量百分比可以为50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％等。

本发明实施例提供的用于车辆的复合连接机构，通过选用以碳纤维和树脂的复合材料制作的水箱横梁1，使该水箱横梁1具有高强度、低质量、耐腐蚀且抗疲劳性能好等优点，利于使车辆轻化，降低车辆的能量消耗，优化车辆的使用性能，还能够避免水箱横梁1发生腐蚀，进而利于水箱横梁1与钢支架横梁2之间的稳固连接。通过在水箱横梁1上与钢支架横梁2接触的接触面上设置胶层4，不仅增加了水箱横梁1与钢支架横梁2之间的连接力度，还可避免钢支架横梁2等金属与碳纤维之间发生电荷腐蚀，起到防腐作用。综上，该复合连接机构具有结构简单、质量轻化、高强度、防腐性能好等优点，可广泛应用于车辆中。

作为一种示例，水箱横梁1设置于水箱的上方，且对水箱起到限位作用，水箱横梁1的中部设置有限位孔，用于对发动机的机盖进行限位。水箱横梁1的两端分别与两个钢支架横梁2的上端胶铆连接，两个支架横梁焊接于车辆上。如此设置，将水箱和发动机限位于车辆上。

在本发明实施例中，固定件3可以设置为多种，作为一种示例，如附图1所示，固定件3为铆钉；如附图2所示，水箱横梁1的两端分别设置有多个第一连接孔101，钢支架横梁2上设置有多个第二连接孔；铆钉胶铆连接于第一连接孔101、胶层4、第二连接孔中。

铆钉容易获取，连接方式简单，并且，通过铆接和胶粘结的配合作用，使得水箱横梁1与钢支架横梁2之间具有优异的连接力度。

此时，通过设置胶层4，水箱横梁1与钢支架横梁2之间通过铆钉连接时的连接强度是不设置胶层4时，水箱横梁1与钢支架横梁2之间通过铆钉连接时连接强度的2.5倍。

其中，胶层4可以为购自3M(中国)公司的3MDP420胶水。

此外，采用铆接和胶粘结的自动化程度较高，在相关技术中，金属材料的水箱横梁1由内板和外板组成，需要焊接和钻孔，并且，需要采用螺栓使内板和外板连接。在本发明实施例中，碳纤维与树脂复合材料的水箱横梁1可一体成型，并且采用铆接和胶粘结的耗时短，安装简单。

铆钉可以通过多种方式铆接于水箱横梁1与钢支架横梁2之间，为了进一步地增加水箱横梁1与钢支架横梁2之间的连接力度，作为一种示例，铆钉采用自冲铆的方式使水箱横梁1与钢支架横梁2连接。

其中，自冲铆(Self Piercing Riveting，SPR)又称自刺穿铆接，锁铆。

自冲铆是一种用于连接两种或两种以上板材的冷连接技术。铆钉穿透顶层板材，例如水箱横梁1之后，在铆模的作用下铆钉尾部的中空结构扩张刺入而并不穿透底层板材，例如钢支架横梁2，从而形成牢固的铆接点，使得水箱横梁1与钢支架横梁2之间牢固连接。

采用自冲铆方式的自动化程度高、稳定、孔小、碳纤维断裂少，应力小，能够保证水箱横梁1的机械强度。采用胶层4的连接方式，可以减少钢支架横梁2、铆钉等金属与碳纤维之间发生电荷腐蚀，起到防腐的作用。

此外，铆钉和胶层4的质量小于直径为7mm螺钉的质量，碳纤维与树脂复合材料的水箱横梁1的重量为0.638kg，相关技术中金属材料的水箱横梁1的重量为1.69kg，这使得碳纤维与树脂复合材料的水箱横梁1的重量减重约60％。

考虑到与碳纤维能够形成机械强度优良的水箱横梁1，并且，具有良好的耐高温性能，以适用于车辆中，树脂可以为乙烯基酯树脂。

作为一种示例，如附图2所示，水箱横梁1的两端向下弯曲，钢支架横梁2呈弯曲的弧形结构，钢支架横梁2的上端与水箱横梁1的两端圆滑过渡连接。

如此设置水箱横梁1和钢支架横梁2的结构，利于两者之间的连接。并且，便于增大钢支架横梁2与车辆之间的接触面积，利于钢支架横梁2稳固地焊接于车辆上。

进一步地，为了降低该复合连接机构的质量，可以在钢支架横梁2上设置减重孔。设置减重孔，还方便钢支架横梁2与车辆之间的连接。

作为一种示例，水箱横梁1的厚度为3～5mm，例如，水箱横梁1的厚度可以为3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm等。第一连接孔101的孔径为2～4mm，例如可以为2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm等。相应地，第二连接孔的孔径为2～4mm。

如此设置水箱横梁1的厚度，可以满足车辆中水箱横梁1机械强度的使用要求。如此设置第一连接孔101的孔径，不会影响水箱横梁1的机械强度，还利于水箱横梁1与钢支架横梁2之间的稳固连接。

另一方面，本发明实施例还提供了一种上述提及的任一种用于车辆的复合连接机构的制造方法，该方法包括：

步骤101、将碳纤维制成的碳布置于涂层液中进行浸渍，得到第一浸渍碳布，涂层液包括：质量比例为100:1～5:15～25的树脂、浸润剂、固化剂。

其中，树脂、浸润剂、固化剂之间的质量比例可以为100:1:15、100:2:16、100:3:17、100:4:18、100:5:19、100:5:20、100:2:21、100:3:22、100:4:23、100:5:24、100:5:25等。

步骤102、对第一浸渍碳布同时进行压延辊和闪蒸操作，挥发浸润剂，得到碳纤维与树脂复合的第二浸渍碳布。

需要说明的是，浸润剂的沸点比树脂的沸点低，通过闪蒸可将浸润剂分离出去，避免其影响水箱横梁1的机械强度。通过压延辊，可使碳纤维和树脂复合为一体，并且保证第二浸渍碳布的厚度均一，利于后期得到力学性能均一的水箱横梁1。

步骤103、将多层第二浸渍碳布进行铺层，得到预浸料。

通过将多层第二浸渍碳布进行铺层，能够得到机械强度优良的预浸料，利于后期得到力学性能均一的水箱横梁1。

步骤104、对预浸料进行切割，得到预制件。

通过对预浸料进行切割，便于得到不同形状的预制件，利于后期制造水箱横梁1。

步骤105、将预制件进行压缩成型，得到水箱横梁1。

步骤106、在水箱横梁1的两端涂覆胶层4，并将胶层4与钢支架横梁2粘结，采用固定件3将水箱横梁1与钢支架横梁2连接，得到复合连接机构；水箱横梁1中碳纤维的质量百分比为50％～60％。

上述制造方法简单，能够制造得到具有结构简单、质量轻化、高强度、防腐性能好等优点的复合连接机构，可广泛应用于车辆中。

在步骤101中，涂层液包括：质量比例为100:1～5:15～25的树脂、浸润剂、固化剂。通过添加浸润剂，并与树脂和固化剂协同配合作用，能够使树脂均匀分布，增加碳纤维表面的润湿性能，使碳纤维与树脂紧密地贴合。通过添加固化剂，并与树脂和固化剂协同配合作用，能够使树脂固化于碳纤维表面上，利于树脂与碳纤维复合，进而保证水箱横梁1的机械强度。

浸润剂和树脂可以选为多种，考虑到各组分之间的相溶性好，工艺条件简单的前提下，浸润剂为聚酰亚胺；树脂为乙烯基酯树脂。

其中，浸润剂可以由上海麦可门提供的型号为Hydrosize HP-1632的聚酰亚胺。

树脂可以为美国迈图公司提供的EPON 896X环氧树脂，固化剂可以为美国迈图公司提供的EPIKURE 3389环氧固化剂。

考虑到在进行闪蒸时，不仅可以将浸润剂蒸出，还不会影响树脂的性能，闪蒸的温度为60℃～80℃，例如可以为60℃、64℃、68℃、70℃、72℃、76℃、78℃、80℃等。

为了能够充分利用碳纤维的各项异性，使最后得到的水箱横梁1具有极高的力学性能，可以采用如下方式对第二浸渍碳布进行铺层。具体地，步骤103包括：将多层第二浸渍碳布按照与指定基准线之间呈+45°、0°、-45°、+90°、-45°、0°、+45°的角度顺次进行铺层，得到预浸料。

需要说明的是，在铺层时，可以以一条水平线作为指定基准线。即，铺设的每层第二浸渍碳布分别与该指定基准线之间的夹角为上述角度。“+”、“-”分别表示指定基准线的两侧，如果以指定基准线的第一侧的方向为“+”，则第二浸渍碳布与指定基准线第一侧之间的夹角为+n°，对应地，第二浸渍碳布与指定基准线第二侧之间的夹角为-n°。

考虑到后期能够得到机械强度均一的水箱横梁1，在进行步骤101之前，可以对碳布进行拉伸，以得到整齐的碳纤维布，便于后期制得性能均一的水箱横梁1。

考虑到能够对预制件的尺寸规格容易进行辨别，以方便后期进行压缩成型，得到水箱横梁1，在对预浸料进行切割后，进行标记，得到预制件。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，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 (8)

1.一种用于车辆的复合连接机构，其特征在于，所述复合连接机构包括：水箱横梁(1)、钢支架横梁(2)、固定件(3)、胶层(4)；

所述水箱横梁(1)的两端分别通过所述固定件(3)与所述钢支架横梁(2)的上端连接；

所述胶层(4)设置于所述水箱横梁(1)上与所述钢支架横梁(2)接触的接触面上；

其中，所述水箱横梁(1)的材料为碳纤维与树脂的复合材料，所述水箱横梁(1)中所述碳纤维的质量百分比为50％～60％；

所述固定件(3)为铆钉；

所述水箱横梁(1)的两端分别设置有多个第一连接孔(101)，所述钢支架横梁(2)上设置有多个第二连接孔；

所述铆钉胶铆连接于所述第一连接孔(101)、所述胶层(4)、所述第二连接孔中，所述铆钉采用自冲铆的方式使所述水箱横梁(1)与所述钢支架横梁(2)连接，所述铆钉穿透所述水箱横梁(1)之后，在铆模的作用下铆钉尾部的中空结构扩张刺入而并不穿透所述钢支架横梁(2)；

所述水箱横梁(1)为一体成型结构；

所述水箱横梁(1)的两端向下弯曲，所述钢支架横梁(2)呈弯曲的弧形结构，所述钢支架横梁(2)的上端与所述水箱横梁(1)的两端圆滑过渡连接。

2.根据权利要求1所述的复合连接机构，其特征在于，所述树脂为乙烯基酯树脂。

3.根据权利要求1所述的复合连接机构，其特征在于，所述水箱横梁(1)的厚度为3～5mm；

所述第一连接孔(101)的孔径为2～4mm。

4.一种权利要求1～3任一项所述的用于车辆的复合连接机构的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：

将碳纤维制成的碳布置于涂层液中进行浸渍，得到第一浸渍碳布，所述涂层液包括：质量比例为100:1～5:15～25的树脂、浸润剂、固化剂；

对所述第一浸渍碳布同时进行压延辊和闪蒸操作，挥发所述浸润剂，得到碳纤维与所述树脂复合的第二浸渍碳布；

将多层所述第二浸渍碳布进行铺层，得到预浸料；

对所述预浸料进行切割，得到预制件；

将所述预制件进行压缩成型，得到水箱横梁(1)；

在所述水箱横梁(1)的两端涂覆胶层(4)，并将所述胶层(4)与钢支架横梁(2)粘结，采用固定件(3)将所述水箱横梁(1)与所述钢支架横梁(2)连接，得到所述复合连接机构；

所述水箱横梁(1)中所述碳纤维的质量百分比为50％～60％。

5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述浸润剂为聚酰亚胺；

所述树脂为乙烯基酯树脂。

6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述闪蒸的温度为60℃～80℃。

7.根据权利要求4～6任一项所述的制造方法，其特征在于，所述将多层所述第二浸渍碳布进行铺层，得到预浸料，包括：

将多层所述第二浸渍碳布按照与指定基准线之间呈+45°、0°、-45°、+90°、-45°、0°、+45°的角度顺次进行铺层，得到所述预浸料。

8.根据权利要求4～6任一项所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括：

在所述将碳纤维制成的碳布置于涂层液中进行浸渍之前，对所述碳布进行拉伸。

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