CN109703624B - 一种具有抗弯特性的汽车顶盖横梁及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有抗弯特性的汽车顶盖横梁，包括碳纤维的空心梁、微结构填充物和碳纤维层合板，所述微结构填充物粘合在碳纤维层合板上放置在空心梁中，所述空心梁为变径方管，包括上壁、下壁和左右侧壁，所述上壁带弧度呈两端薄中间厚的走势，所述微结构填充物截面呈柱状体交叉于一点的结构，所述柱状体两端为半圆形，采用微结构填充顶盖横梁，使顶盖横梁的碰撞吸能效果得到很好的改进，为了增强顶盖横梁的刚度，采用高比强度，高比模量的碳纤维复合材料，结合顶盖横梁的受力特点，空心梁采用中间厚两边薄的结构，优化了材料的分布，使顶盖横梁的强度得到提高，从而进一步获得良好的安全效果。
Description
技术领域
本发明涉及汽车零部件制造领域，特别是一种具有抗弯特性的汽车顶盖横梁及其制作方法。
背景技术
随着乘用车的普及，乘用车的安全性日益受到关注。汽车的安全性分为主动安全技术和被动安全技术，其中主动安全技术主要作用在车辆发生碰撞之前，用来帮助驾驶员规避交通事故的发生，被动安全则是在汽车碰撞事故发生后，来最大程度的减少车辆驾驶者或乘员受到的伤害。
现在的车身防变形技术主要用于车身的前部，侧部，后部，对于车顶的变形没有采取有效措施。虽然一般的碰撞不会使车顶产生足以伤及乘员的变形，但是，车辆往往因为碰撞而产生翻滚，此时将会有较大的外力作用于车顶，使车顶有可能产生较大的变形，并伤及乘员，因此加强车顶的安全防护非常重要。
现在技术下，很多汽车车型对车顶横梁的设计仅考虑其支撑作用，在安全上并没有专门的设计，同时也没有考虑到汽车发生翻滚事故时顶盖横梁的受力特点，仅仅把顶盖横梁设计成中空的钢制薄壁结构或实心带孔钢板结构，不能起到很好的缓冲减震作用，这就使乘用车发生翻滚事故时，由于车顶变形造成人员伤亡的事故屡有发生。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种具有抗弯特性的汽车顶盖横梁。
为实现以上目的，提供以下技术方案：
一种具有抗弯特性的汽车顶盖横梁，包括碳纤维的空心梁、微结构填充物和碳纤维层合板，所述微结构填充物粘合在碳纤维层合板上放置在空心梁中，所述空心梁为变径方管，包括上壁、下壁和左右侧壁，所述上壁带弧度呈两端薄中间厚的走势，所述微结构填充物截面呈柱状体交叉于一点的结构，所述柱状体两端为半圆形，所述微结构填充物的柱状体数量大于等于2，所述每个柱状体的端点围成正多边形，所述微结构填充物等间距粘合在碳纤维层合板的上下面，所述碳纤维层合板个数大于等于1，所述微结构填充物空心梁左右侧壁有距离。
优选地，所述微结构填充物截面呈X状，包括第一顶点、第二顶点、第三顶点和第四顶点，四个顶点连线围成一个正方形。
优选地，所述空心梁上壁包括第一圆弧段、第二圆弧段和直线段，所述直线段置于第一圆弧段和第二圆弧段之间，并与第一圆弧段和第二圆弧段圆滑过渡，第一圆弧段和第二圆弧段弧度相同，所述直线段厚度大于下壁厚度。
优选地，所述空心梁上壁直线段长度为上壁长度的1/3-4/9。
一种具有抗弯特性的汽车顶盖横梁的制作方法，包括以下步骤：
S1：根据空心梁结构制作出向外凸的下模具和向内凹的为上模具；
S2：将碳纤维编织布铺设到下模具上，根据空心梁厚度的不同铺设不同层数的碳纤维编织布；
S3：合模，并对模具进行气密性检查；
S4：将环氧树脂、固化剂按4：1的比例调和，之后将调好的混合物加入RTM注塑机中，利用注塑机的压力将环氧树脂，固化剂的混合物注射到模具中；
S5：将注射好的模具放入加热温度为50℃的烘箱中进行加热，加热时间1个小时，使其固化成型；
S6：打开烘箱，取出模具，自然冷却30分钟，进行脱模得到空心梁；
S7：将微结构填充物建立三维模型；
S8：将三维模型放置在3D打印设备中进行打印；
S9：将微结构填充物等间距的粘合在碳纤维层合板的上下面；
S10：采用压力均布且随型的上下夹具将粘合的微结构填充物与碳纤维层合板夹紧并放入到空心梁中；
S11：将夹具取出。
本发明的有益效果为：
1、采用微结构填充顶盖横梁，使顶盖横梁的碰撞吸能效果得到很好的改进，为了增强顶盖横梁的刚度，采用高比强度，高比模量的碳纤维复合材料，结合顶盖横梁的受力特点，空心梁采用中间厚两边薄的结构，优化了材料的分布，使顶盖横梁的强度得到提高，从而进一步获得良好的安全效果。
2、微结构填充物本身的弹性，微结构填充物会膨胀变形使其两端紧紧的贴合在顶盖横梁的上下壁板上，这样，在顶盖横梁受到撞击产生变形时，贴合在顶盖横梁上的微结构填充物就会受力产生变形，通过自身的变形吸收能量，以减轻汽车翻滚等危险工况对车内乘员的伤害。
附图说明
图1为汽车顶盖横梁剖面图；
图2为汽车顶盖横梁E-E方向截面图；
图3为空心梁截面图；
图4为微结构填充物主视图；
图5为汽车顶盖横梁的制作方法流程图；
图6为夹具夹取粘合状态的微结构填充物示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
另外，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1、图2所示的一种具有抗弯特性的汽车顶盖横梁，包括碳纤维的空心梁100、微结构填充物200和碳纤维层合板300，所述微结构填充物200粘合在碳纤维层合板300上放置在空心梁100中，所述空心梁100为变径方管，包括上壁110、下壁104和左右侧壁105，所述上壁110带弧度呈两端薄中间厚的走势，所述微结构填充物200截面呈柱状体交叉于一点的结构，所述柱状体两端为半圆形，所述微结构填充物200的柱状体数量大于等于2，所述每个柱状体的端点围成正多边形，所述微结构填充物200等间距粘合在碳纤维层合板300的上下面，所述碳纤维层合板300个数大于等于1，所述微结构填充物200与空心梁100左右侧壁105有距离。
其中，如图4所示的微结构填充物200截面呈X状，包括第一顶点A、第二顶点B、第三顶点C和第四顶点D，四个顶点连线围城一个正方形。
其中，如图3所示的空心梁100上壁110包括第一圆弧段101、第二圆弧段103和直线段102，所述直线段102置于第一圆弧段101和第二圆弧段103之间，并与第一圆弧段101和第二圆弧段103圆滑过渡，第一圆弧段101和第二圆弧段103弧度相同，所述直线段102厚度大于下壁104厚度；所述空心梁100上壁110直线段102长度为上壁110长度的1/3-4/9。
本实施例优选1/3，直线段102厚度为4mm，下壁110的厚度为3mm，直线段到下壁的距离在1.6-2.4cm之间，优选厚度为2cm，左右侧壁105的厚度均为2mm，横梁的宽度8cm；碳纤维复合材料层合板厚度为1mm。
可在空心梁100两端开有螺纹孔，将汽车顶盖横梁固定在汽车上。
如图5所示一种具有抗弯特性的汽车顶盖横梁的制作方法，包括以下步骤：
S1：根据空心梁100结构制作出向外凸的下模具和向内凹的上模具；
S2：将碳纤维编织布铺设到下模具上，根据空心梁100厚度的不同铺设不同层数的碳纤维编织布；
S3：合模，并对模具进行气密性检查；
S4：将环氧树脂、固化剂按4：1的比例调和，之后将调好的混合物加入RTM注塑机中，利用注塑机的压力将环氧树脂，固化剂的混合物注射到模具中；
S5：将注射好的模具放入加热温度为50℃的烘箱中进行加热，加热时间1个小时，使其固化成型；
S6：打开烘箱，取出模具，自然冷却30分钟，进行脱模得到空心梁100；
S7：将微结构填充物200建立三维模型；
S8：将三维模型放置在3D打印设备中进行打印；
S9：将微结构填充物200等间距的粘合在碳纤维层合板300的上下面；
S10：如图6所示采用压力均布且随型的上下夹具400将粘合的微结构填充物200与碳纤维层合板300夹紧并放入到空心梁100中；
S11：将夹具取出。
其中，本实施例制作的顶盖横梁优选的碳纤维编织布的厚度为0.2mm，空心梁两端厚度为2mm，所以铺设的碳纤维编织布为10层，之后，逐渐过渡到中间厚度大的区域即直线段102，该区域碳纤维编织布为20层，在制作空心梁时，根据空心梁不同部位厚度的不同，铺设层数不同的碳纤维编织布，这样才能够保证碳纤维横梁按照预先设计的厚度进行过渡。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种具有抗弯特性的汽车顶盖横梁，其特征在于，包括碳纤维的空心梁、微结构填充物和碳纤维层合板，所述微结构填充物粘合在碳纤维层合板上放置在空心梁中，所述空心梁为变径方管，包括上壁、下壁和左右侧壁，所述上壁带弧度呈两端薄中间厚的走势，所述微结构填充物截面呈柱状体交叉于一点的结构，所述柱状体两端为半圆形，所述微结构填充物的柱状体数量大于等于2，每个柱状体的端点围成正多边形，所述微结构填充物等间距粘合在碳纤维层合板的上下面，所述碳纤维层合板个数大于等于1，所述微结构填充物与空心梁左右侧壁有距离。
2.根据权利要求1所述的一种具有抗弯特性的汽车顶盖横梁，其特征在于，所述微结构填充物截面呈X状，包括第一顶点、第二顶点、第三顶点和第四顶点，四个顶点连线围成一个正方形。
3.根据权利要求1所述的一种具有抗弯特性的汽车顶盖横梁，其特征在于，所述空心梁上壁包括第一圆弧段、第二圆弧段和直线段，所述直线段置于第一圆弧段和第二圆弧段之间，并与第一圆弧段和第二圆弧段圆滑过渡，第一圆弧段和第二圆弧段弧度相同，所述直线段厚度大于下壁厚度。
4.根据权利要求3所述的一种具有抗弯特性的汽车顶盖横梁，其特征在于，所述空心梁上壁直线段长度为上壁长度的1/3-4/9。
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