CN110001329A - 汽车底盘衬套及其成型方法 - Google Patents

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Abstract

汽车底盘衬套，由金属外套、内套和橡胶层硫化而成，其特征在于所述的内套为具有多层结构的纤维复合材质，内套的最内层为纤维编织物复合层，最外层为单向纤维拉挤复合层或纤维编织物复合层，最内层与最外层之间至少具有一层单向纤维拉挤复合层，且衬套中纤维编织物和单向纤维的体积比为1:9~4:6。本发明提将底盘衬套中重量占比最大的内套设计为多层结构的纤维复合材质，降低底盘衬套的重量，达到轻量化减重效果，内套的环向、轴向强度和耐磨性能均满足使用需求，减少内套环向失效和开裂失效概率，从而保证汽车底盘衬套的使用寿命和使用可靠性。本发明还提供一种汽车底盘衬套的成型方法。

Description

汽车底盘衬套及其成型方法
技术领域
本发明涉及一种汽车底盘衬套，属于汽车悬架中使用的弹性元件，本发明还涉及一种汽车底盘衬套的成型方法。
背景技术
随着科技的发展，汽车对高速行驶时的操纵稳定性及NVH性能的要求也越来越高。汽车悬架使用的弹性元件主要有橡胶衬套、减振器支承、悬架缓冲块、悬架弹簧等，其中最具代表的是橡胶衬套，它由外套、内套和橡胶层组成。橡胶衬套的作用主要是隔离路面引起的振动和冲击，衰减路面凹凸不平引起的大量高频振动，这对提高汽车行驶过程中的平顺性有着重要的作用。橡胶衬套按形状分为压缩型、剪切型和复合型三类，目前衬套的内套和外套均采用钢、铝等金属材质，重量较大、易腐蚀，且汽车底盘衬套的金属内套和外套均采用机械加工制造，工序多、耗时长，制造成本高。
随着汽车特别是新能源汽车轻量化需求的日益迫切，关于车体结构减重的研究也越来越多，其中采用低密度的高性能复合材料制备底盘衬套成为一个新的选择。复合材料的底盘衬套，除了具备优异的轻量化效果外，还具有疲劳寿命及损伤容限高、噪声小、舒适性好、耐腐蚀等特点。但复合材料的底盘衬套要克服的难题就是如何满足衬套的使用强度需求，保证复合材料的底盘衬套与金属橡胶材质的底盘衬套强度一致，克服复合材质结构强度弱，容易开裂的缺陷。
检索到的相关现有专利文献如下：
1、 CN201610227031.X，一种汽车底盘衬套橡胶组合物
2、 CN201611177964.9，一种汽车悬架橡胶衬套加工方法
3、 CN201720045992.9，一种汽车发动机底盘衬套
4、 CN201721375610.5，一种汽车底盘衬套
5、 US 20180215414A1，Bushing and a suspension assembly。
发明内容
本发明提供的汽车底盘衬套及其成型方法，将底盘衬套中重量占比最大的内套设计为多层结构的纤维复合材质，降低底盘衬套的重量，达到轻量化减重效果，内套的环向、轴向强度和耐磨性能均满足使用需求，减少内套环向失效和开裂失效概率，从而保证汽车底盘衬套的使用寿命和使用可靠性。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
汽车底盘衬套，由金属外套、内套和橡胶层硫化而成，其特征在于所述的内套为具有多层结构的纤维复合材质，内套的最内层为纤维编织物复合层，最外层为单向纤维拉挤复合层或纤维编织物复合层，最内层与最外层之间至少具有一层单向纤维拉挤复合层，且衬套中纤维编织物和单向纤维的体积比为1:9~4:6。
优选的，所述的内套为三层结构，包括内层、中间层和外层，内层和外层为纤维编织物复合层，中间层为单向纤维拉挤复合层。
优选的，所述的内套的纤维体积分数为60%以上，中间层的纤维用量与内套总纤维用量比值不低于70%。
以上所述的汽车底盘衬套的成型方法，其特征在于步骤如下：
S1:根据汽车底盘衬套的安装尺寸、内套的强度需求和衬套中纤维编织物和单向纤维的体积比，确定内套的层数及各层的厚度，根据汽车底盘衬套的减振需求设计橡胶层的厚度；
S2:通过拉挤、拉挤-缠绕或拉挤-浸渍成型工艺制造内套；
S3:将金属外套和内套放入橡胶硫化模具内，在模具中注入橡胶，并在100~150℃条件下硫化5~20min，形成相应厚度的橡胶层，即制得汽车底盘衬套。
优选的，所述的步骤S2通过拉挤成型工艺制造内套是指将内层和外层的纤维编织物和中间层的单向纤维按体积比为1:9~4:6的比例排布，纤维通过胶槽与树脂充分浸润后，进入加热的模具固化成型，拉挤速率为0.1~1.0m/min，固化成型的温度为80~150℃。
优选的，所述的步骤S2通过拉挤-缠绕成型工艺制造内套是指通过拉挤工艺形成内层和中间层，再通过缠绕成型工艺在中间层上形成外层。
优选的，拉挤工艺形成内层和中间层是指将单向纤维包裹纤维编织物，并通过胶槽和树脂充分浸润后进行预固化得到内层和中间层；通过缠绕成型工艺在中间层上形成外层是指用缠绕装置将单向缠绕或纤维编织物沿环向缠绕在中间层外表面，最后放入模具内进行固化成型。
优选的，进行预固化的温度为80~150℃, 拉挤工艺形成内层和中间层的过程中的拉挤速率为0.1~1.0m/min，最后放入模具内进行固化成型的温度为80~150℃。
优选的，所述的步骤S2通过拉挤-浸渍成型工艺制造内套是指通过拉挤成型工艺形成内层和中间层，再通过浸渍固化成型工艺在中间层上形成外层。
优选的，通过拉挤成型工艺形成内层和中间层是指将单向纤维包裹纤维编织物，并通过胶槽和树脂充分浸润后进行预固化得到内层和中间层；通过浸渍固化成型工艺在中间层上形成外层是指将预浸胶的二纤维维编织物套管套在中间层上，最后放入模具内进行固化成型。
优选的，进行预固化的温度为80~150℃, 拉挤工艺制造内层和中间层的过程中的拉挤速率为0.1~1.0m/min，最后放入模具内进行固化成型的温度为80~150℃。
本发明的有益效果是：
1、 本发明将底盘衬套中重量占比最大的内套设计为多层结构的纤维复合材质，降低底盘衬套的重量，达到轻量化减重效果。
2、 本发明中内套的最内层为纤维编织物复合层，最外层为单向纤维拉挤复合层或纤维编织物复合层，最内层与最外层之间至少具有一层单向纤维拉挤复合层，且衬套中纤维编织物和单向纤维的体积比为1:9~4:6，通过单向纤维拉挤复合层提供足够的轴向压缩强度，通过纤维编织物复合层提升耐磨损性能和环向强度，通过纤维编织物复合层与单向纤维拉挤复合层的结合，克服单向纤维复合材料环向强度弱、耐磨性能不足及纤维编织物复合层轴向强度弱的缺点，使内套的环向、轴向强度和耐磨性能均满足使用需求，减少内套环向失效和开裂失效概率，从而保证汽车底盘衬套的使用寿命和使用可靠性。
3、 采用低成本的拉挤或拉挤-缠绕或拉挤-浸渍成型工艺制造内套，降低成本、提升效率、减少缺陷，内套中各层的结合强度更好，各层厚度可根据强度需求调节。
附图说明
图1为汽车底盘衬套的结构示意图。
图2为汽车底盘衬套的剖视图。
具体实施方式
下面结合图1至图2对本发明的实施例做详细说明。
汽车底盘衬套，由金属外套1、内套2和橡胶层3硫化而成，其特征在于所述的内套2为具有多层结构的纤维复合材质，内套2的最内层为纤维编织物复合层，最外层为单向纤维拉挤复合层或纤维编织物复合层，最内层与最外层之间至少具有一层单向纤维拉挤复合层，且衬套2中纤维编织物和单向纤维的体积比为1:9~4:6。
如图所示，底盘衬套中重量占比最大的内套为多层结构的纤维复合材质，降低底盘衬套的重量，达到轻量化减重效果。其中内套2的最内层为纤维编织物复合层，最外层为单向纤维拉挤复合层或纤维编织物复合层，最内层与最外层之间至少具有一层单向纤维拉挤复合层，且衬套中纤维编织物和单向纤维的体积比为1:9~4:6，通过单向纤维拉挤复合层提供足够的轴向压缩强度，通过纤维编织物复合层提升耐磨损性能和环向强度，通过纤维编织物复合层与单向纤维拉挤复合层的结合，克服单向纤维复合材料环向强度弱及纤维编织物复合层轴向强度弱，耐磨性能不足的缺点，使内套的环向、轴向强度和耐磨性能均满足使用需求，减少内套环向失效和开裂失效概率，从而保证汽车底盘衬套的使用寿命和使用可靠性。
具体的，所述的内套2为三层结构，包括内层4、中间层5和外层6，内层4和外层6为纤维编织物复合层，中间层5为单向纤维拉挤复合层。内层4为纤维编织物复合层提升耐磨损性能和环向强度，中间层为单向纤维拉挤复合层提供足够的轴向压缩强度，外层为纤维编织物复合层以克服中间层环向强度弱的缺点。衬套在底盘安装后，内套主要受轴向压缩载荷作用，根据泊松效应，内套的环向应力相应较大，仅靠中间层的单向纤维拉挤复合层承载有可能发生结构开裂等环向失效模式。在内套中间层的内侧和外侧增加纤维编织物复合层可以有效避免环向失效。同时，橡胶衬套在使用过程中，会受到径向压缩或拉伸载荷作用，三层复合结构能有效防止内套在此工况下发生开裂失效。
其中，所述的内套2的纤维体积分数为60%以上，足够的纤维体积占比保证内套2的强度，中间层5的纤维用量与内套2总纤维用量比值不低于70%，保证中间层5的强度，从而保证内套5的轴向压缩强度。
以上所述的汽车底盘衬套的成型方法，其特征在于步骤如下：
S1:根据汽车底盘衬套的安装尺寸、内套2的强度需求和衬套2中纤维编织物和单向纤维的体积比，确定内套2的层数及各层的厚度，根据汽车底盘衬套的减振需求设计橡胶层3的厚度；
S2:通过拉挤、拉挤-缠绕或拉挤-浸渍成型工艺制造内套2；
S3:将金属外套1和内套2放入橡胶硫化模具内，在模具中注入橡胶，并在100~150℃条件下硫化5~20min，形成相应厚度的橡胶层3，即制得汽车底盘衬套。
采用低成本的拉挤或拉挤-缠绕或拉挤-浸渍成型工艺制造内套，降低成本、提升效率、减少缺陷，内套2中各层的结合强度更好，各层厚度可根据强度需求调节。
其中，所述的步骤S2通过拉挤成型工艺制造内套2是指将内层4和外层6的纤维编织物和中间层5的单向纤维按体积比为1:9~4:6的比例排布，纤维通过胶槽与树脂充分浸润后，进入加热的模具固化成型，拉挤速率为0.1~1.0m/min，固化成型的温度为80~150℃。
其中，所述的步骤S2通过拉挤-缠绕成型工艺制造内套2是指通过拉挤工艺形成内层4和中间层5，再通过缠绕成型工艺在中间层5上形成外层6。
具体的，拉挤工艺形成内层4和中间层5是指将单向纤维包裹纤维编织物，并通过胶槽和树脂充分浸润后进行预固化得到内层4和中间层5；通过缠绕成型工艺在中间层5上形成外层6是指用缠绕装置将单向缠绕或纤维编织物沿环向缠绕在中间层5外表面，最后放入模具内进行固化成型。
具体的，进行预固化的温度为80~150℃, 拉挤工艺形成内层4和中间层5的过程中的拉挤速率为0.1~1.0m/min，最后放入模具内进行固化成型的温度为80~150℃。
其中，所述的步骤S2通过拉挤-浸渍成型工艺制造内套2是指通过拉挤成型工艺形成内层4和中间层5，再通过浸渍固化成型工艺在中间层5上形成外层6。
具体的，通过拉挤成型工艺形成内层4和中间层5是指将单向纤维包裹纤维编织物，并通过胶槽和树脂充分浸润后进行预固化得到内层4和中间层5；通过浸渍固化成型工艺在中间层5上形成外层6是指将预浸胶的二纤维维编织物套管套在中间层5上，最后放入模具内进行固化成型。
具体的，进行预固化的温度为80~150℃, 拉挤工艺制造内层4和中间层5的过程中的拉挤速率为0.1~1.0m/min，最后放入模具内进行固化成型的温度为80~150℃。
以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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。

Claims (10)

1.汽车底盘衬套，由金属外套（1）、内套（2）和橡胶层（3）硫化而成，其特征在于所述的内套（2）为具有多层结构的纤维复合材质，内套（2）的最内层为纤维编织物复合层，最外层为单向纤维拉挤复合层或纤维编织物复合层，最内层与最外层之间至少具有一层单向纤维拉挤复合层，且衬套（2）中纤维编织物和单向纤维的体积比为1:9~4:6。
2.根据权利要求1所述的汽车底盘衬套，其特征在于所述的内套（2）为三层结构，包括内层（4）、中间层（5）和外层（6），内层（4）和外层（6）为纤维编织物复合层，中间层（5）为单向纤维拉挤复合层。
3.根据权利要求2所述的汽车底盘衬套，其特征在于所述的内套（2）的纤维体积分数为60%以上，中间层（5）的纤维用量与内套（2）总纤维用量比值不低于70%。
4.权利要求1至权利要求3任一项所述的汽车底盘衬套的成型方法，其特征在于步骤如下：
S1:根据汽车底盘衬套的安装尺寸、内套（2）的强度需求和衬套（2）中纤维编织物和单向纤维的体积比，确定内套（2）的层数及各层的厚度，根据汽车底盘衬套的减振需求设计橡胶层（3）的厚度；
S2:通过拉挤、拉挤-缠绕或拉挤-浸渍成型工艺制造内套（2）；
S3:将金属外套（1）和内套（2）放入橡胶硫化模具内，在模具中注入橡胶，并在100~150℃条件下硫化5~20min，形成相应厚度的橡胶层（3），即制得汽车底盘衬套。
5.根据权利要求4所述的汽车底盘衬套的成型方法，其特征在于所述的步骤S2通过拉挤成型工艺制造内套（2）是指将内层（4）和外层（6）的纤维编织物和中间层（5）的单向纤维按体积比为1:9~4:6的比例排布，纤维通过胶槽与树脂充分浸润后，进入加热的模具固化成型，拉挤速率为0.1~1.0m/min，固化成型的温度为80~150℃。
6.根据权利要求4所述的汽车底盘衬套的成型方法，其特征在于所述的步骤S2通过拉挤-缠绕成型工艺制造内套（2）是指通过拉挤工艺形成内层（4）和中间层（5），再通过缠绕成型工艺在中间层（5）上形成外层（6）。
7.根据权利要求6所述的汽车底盘衬套的成型方法，其特征在于拉挤工艺形成内层（4）和中间层（5）是指将单向纤维包裹纤维编织物，并通过胶槽和树脂充分浸润后进行预固化得到内层（4）和中间层（5）；通过缠绕成型工艺在中间层（5）上形成外层（6）是指用缠绕装置将单向缠绕或纤维编织物沿环向缠绕在中间层（5）外表面，最后放入模具内进行固化成型；
进行预固化的温度为80~150℃, 拉挤工艺形成内层（4）和中间层（5）的过程中的拉挤速率为0.1~1.0m/min，最后放入模具内进行固化成型的温度为80~150℃。
8.根据权利要求4所述的汽车底盘衬套的成型方法，其特征在于所述的步骤S2通过拉挤-浸渍成型工艺制造内套（2）是指通过拉挤成型工艺形成内层（4）和中间层（5），再通过浸渍固化成型工艺在中间层（5）上形成外层（6）。
9.根据权利要求8所述的汽车底盘衬套的成型方法，其特征在于通过拉挤成型工艺形成内层（4）和中间层（5）是指将单向纤维包裹纤维编织物，并通过胶槽和树脂充分浸润后进行预固化得到内层（4）和中间层（5）；通过浸渍固化成型工艺在中间层（5）上形成外层（6）是指将预浸胶的二纤维维编织物套管套在中间层（5）上，最后放入模具内进行固化成型。
10. 根据权利要求9所述的汽车底盘衬套的成型方法，其特征在于进行预固化的温度为80~150℃, 拉挤工艺制造内层（4）和中间层（5）的过程中的拉挤速率为0.1~1.0m/min，最后放入模具内进行固化成型的温度为80~150℃。
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