CN110816184B - 一种热塑性复合材料控制臂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热塑性复合材料控制臂，属于汽车技术领域，包括第一衬套、第二衬套和球销，还包括两个片体、两个环形连接件和连接结构，其中一个片体对应各环形连接件均设有一个第一镶嵌孔，另一个片体对应各环形连接件均设有一个第二镶嵌孔，各环形连接件的两端分别嵌设于对应的第一镶嵌孔和对应的第二镶嵌孔，两个环形连接件内分别镶嵌有第一衬套和第二衬套，球销设置于连接结构上，连接结构连接于两个片体之间；片体由连续纤维增强热塑性复合材料制成，环形连接件由纤维增强热塑性塑料注塑而成。相比于现有的金属材料的控制臂，大幅度降低了控制臂的重量，避免了局部受力不均的情况出现，且便于控制臂的回收和再加工。

Description

一种热塑性复合材料控制臂及其制备方法

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种热塑性复合材料控制臂及其制备方法。

背景技术

汽车控制臂用于车身与转向轮的联接，承受着车架与车轮之间的转向力和转向力矩，是汽车悬架系统中重要的导向零件，对汽车的平稳性有重要影响。

传统的汽车控制臂有锻造式、双片式钢板焊接式、单片钢板冲压式。受限于钢板的变形能力，在进行锻造、翻边等工艺常会出现局部受力不均而导致裂痕的现象，产品合格率低；另一方面采用传统金属材料使得控制臂的轻量化减重空间已非常有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热塑性复合材料控制臂及其制备方法，实现控制臂具有较好的力学性能，同时具有良好的轻量化效果。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种热塑性复合材料控制臂，包括第一衬套、第二衬套和球销，其特征在于，还包括两个片体、两个环形连接件和连接结构，其中一个所述片体对应各环形连接件均设有一个第一镶嵌孔，另一个所述片体对应各环形连接件均设有一个第二镶嵌孔，各环形连接件的两端分别嵌设于对应的所述第一镶嵌孔和对应的所述第二镶嵌孔，两个所述环形连接件内分别镶嵌有所述第一衬套和所述第二衬套，所述球销设置于所述连接结构上，所述连接结构连接于两个所述片体之间；

所述片体由连续纤维增强热塑性复合材料制成，所述环形连接件由纤维增强热塑性塑料注塑而成。

进一步地，每个所述片体向远离另一个所述片体的方向凸设有具有型腔的凸起，两个所述型腔相对设置。

进一步地，每个所述片体背离另一个所述片体的一侧沿其周向设置有环形翻边。

进一步地，所述环形连接件包括环形本体，所述环形本体的外周面上沿其周向向外凸设有两个环形卡边，两个所述片体均位于两个环形卡边之间，且分别抵接于对应的所述环形卡边。

进一步地，每个所述环形卡边背离另一个所述环形卡边的一侧设置有沿其周向分布的多个凸筋，所述凸筋连接于所述环形本体。

进一步地，所述连接结构包括安装筒和连接于所述安装筒的连接板，所述球销安装于所述安装筒内，所述连接板连接于两个所述片体之间。

进一步地，每个片体均向远离另一个所述片体的方向弯折形成夹板，所述连接板连接于两个所述夹板之间，所述夹板与所述安装筒对应的位置设置有让位缺口。

进一步地，所述连接板上开设有第一紧固孔，两个夹板与所述第一紧固孔对应的位置均开设有第二紧固孔，紧固件穿过相对应的三个紧固孔实现将连接板连接于两个所述夹板之间。

为实现上述目的，本发明还提供了一种热塑性复合材料控制臂的制备方法，包括以下步骤：

对连续纤维增强热塑性复合材料片材进行预热。

将经过预热的连续纤维增强热塑性复合材料片材放入对应的模具型腔内，通过模压成型制得两个片体；

将连接结构连接在两个片体之间；

将两个片体和连接结构放入对应的注塑模具内，将第一衬套和第二衬套分别放置在注塑模具内的预设位置，采用纤维增强热塑性塑料通过注塑成型制得环形连接件，环形连接件镶嵌在对应的两个镶嵌孔内，第一衬套和第二衬套分别镶嵌在对应的环形连接件内。

进一步地，对连续纤维增强热塑性复合材料片材进行预热的预热温度为160℃～340℃，升温速率为5℃/s～15℃/s。

本发明的有益效果为：

本发明提出的热塑性复合材料控制臂，片体由连续纤维增强热塑性复合材料制成，环形连接件由纤维增强热塑性塑料注塑而成，相比于现有的金属材料的控制臂，大幅度降低了控制臂的重量，实现控制臂的轻量化，避免了局部受力不均的情况出现，使得控制臂具有较好的刚度和强度，并且环形连接件对片体和衬套进行固定，避免了机械连接所需的开孔处理，避免了传统过盈配合的应力。此外，采用热塑性复合材料制成的控制臂，便于控制臂的回收和再加工。

本发明提出的热塑性复合材料控制臂的制备方法，采用热塑性复合材料制得控制臂，使得控制臂在具有较好的强度和刚度的同时，实现控制臂的轻量化。并且通过注塑成型的环形连接件将两个片体连接为一体，同时对衬套进行包覆固定，避免了机械连接所需的开孔处理，避免了传统过盈配合的应力，且自动化程度高，能够提高生产效率。

附图说明

图1是本发明提供的热塑性复合材料控制臂的拆解示意图；

图2是本发明提供的片体的结构示意图；

图3是本发明提供的连接结构的结构示意图；

图4是本发明提供的环形连接件的结构示意图。

图中：

1、片体；101、第一镶嵌孔；102、第二镶嵌孔；11、凸起；12、环形翻边；13、夹板；131、让位缺口；132、第二紧固孔；2、环形连接件；21、环形本体；22、环形卡边；23、凸筋；3、连接结构；31、安装筒；32、连接板；321、第一紧固孔；4、球销；5、第一衬套；6、第二衬套；7、紧固件。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1至图4所示，本实施例提供了一种热塑性复合材料控制臂，主要应用于汽车，用于车身和转向轮的联接，承受车架与车轮之间的转向力和转向力矩。

具体而言，该热塑性复合材料控制臂包括第一衬套5、第二衬套6、球销4、两个片体1、两个环形连接件2和连接结构3。其中，两个片体1均为类似三角形结构，两个片体1中，其中一个片体1的两个角均开设有对应各环形连接件2的第一镶嵌孔101，另一个片体1的两个角均开设有对应各环形连接件2的第二镶嵌孔102，个环形连接件2的两端分别嵌设于对应的第一镶嵌孔101和对应的第二镶嵌孔102，通过两个环形连接件2将两个片体连接为一体。两个环形连接件2内分别镶嵌有第一衬套5和第二衬套6，第一衬套5和第二衬套6用于连接汽车的副车架。球销4设置于连接结构3上，连接结构3连接于两个片体1之间，且位于片体1剩余的一个角上，球销4用于连接汽车的转向节，球销4为现有技术中的常见结构，在此不再详细赘述。

上述片体1由连续纤维增强热塑性复合材料模压成型，环形连接件2由纤维增强热塑性塑料注塑成型。连续纤维增强热塑性复合材料具有轻质、高刚度，高韧性等特性，是以连续纤维作为增强材料，以热塑性树脂为基体。选用的连续纤维可以是多层编织类型或多层多方向复合类型，纤维种类可以是碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的任何一种或几种复合应用。树脂可以是聚酰胺6(PA6)、聚酰胺66(PA66)、聚邻苯二酰胺(PPA)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)中的任何一种。

如图1和图2所示，每个片体1向远离另一个片体1的方向凸设有具有型腔的凸起11，两个凸起11的两个型腔相对设置，两个型腔之间形成中空腔体，在本实施例中，凸起11为弧形凸起，当然在其他实施例中，凸起11的形状还可设置为方形、矩形等。此外，凸起11相对对应的片体1的高度的为5mm～10mm，即能够增强片体1的强度和刚度，又便于片体1的加工。

每个片体1背离另一个片体1的一侧沿周向设置有环形翻边12，环形翻边12的高度为15mm～30mm，环形翻边12与凸起11的作用相同，在一定程度上增加片体1的结构，使得片体1具有较好的弯曲强度，提高控制臂的工作性能，延长控制臂的使用寿命。

为了连接连接结构3，每个片体1用于安装的球销4的一角均向远离另一个片体1的方向弯折形成夹板13，连接结构3连接于两个夹板13之间，具体而言，两个夹板13平行间隔设置，两个夹板13之间具有间隙。在本实施例中，构成片体1的凸起11、环形翻边12、夹板13均由连续纤维增强热塑性复合材料一体加工成型。

如图1和图3所示，连接结构3包括安装筒31和连接于安装筒31的连接板32，球销4安装于安装筒31内，连接板32连接于两个夹板13之间。在本实施例中，连接板32为扇形结构，连接板32通过螺栓连接于两个夹板13之间，具体地，连接板32位于两个夹板13之间的间隙内，连接板32上开设有第一紧固孔321，两个夹板13与第一紧固孔321对应的位置均开设有第二紧固孔132，紧固件7穿过对应的三个紧固孔实现将连接板32连接在两个夹板13之间，为了提高连接的稳定性，连接板32上设置有三个第一紧固孔321，三个紧固孔321处于同一个圆周上，当然在其他实施例中，第一紧固孔321的数量还可设置为三个以上。优选地，在本实施例中，紧固件7为螺栓。

为了便于连接结构3的安装，夹板13与安装筒31对应的位置设置有让位缺口131。通过设置让位缺口131，能够延长连接板32伸入到两个夹板13之间的长度，从而增强连接板32和夹板13的连接强度，从而增强球销4的安装稳定性。在本实施例中，安装筒31为圆筒形结构，相应地，让位缺口131为弧形缺口。当连接板32连接在两个夹板13之间后，安装筒31与夹板13之间的距离为0.5mm～2mm，在保证连接强度的同时，避免夹板13和安装筒31之间产生摩擦干涉，提高球销4的安装稳定性。

如图1和图4所示，环形连接件2包括环形本体21，环形本体21的外周面上沿其周向向外凸设有两个环形卡边22，两个片体1均位于环形卡边22之间，两个片体1相互抵接且分别抵接于对应的环形卡边22，在本实施例中，环形卡边22的宽度为3mm～10mm，在保证对两个片体1稳定紧固的同时，节省材料，降低制造成本。每个环形卡边22背离另一个环形卡边22的一侧设置有沿其周向分布的多个凸筋23，凸筋23用于提高环形连接件2的结构强度。上述第一衬套5和第二衬套6分别设置于一个环形连接件2内。其中，第一衬套5和第二衬套6的结构相同，均包括由内至外依次套设的衬套内管、橡胶套管和衬套外管，衬套内管和衬套外管均为金属材质，并且与橡胶套管一体硫化而成。衬套外管的外部做滚花处理，提高衬套与环形连接件2的镶嵌强度。

在本实施例中，构成环形连接件2的环形本体21、环形卡边22和凸筋23由纤维增强热塑性塑料一体注塑成型。在成型过程中，将第一衬套5和第二衬套6分别放置在一个第一镶嵌孔101和对应的第二镶嵌孔102内，在本实施例中，第一镶嵌孔101和第二镶嵌孔102的直径相同，第一镶嵌孔101的直径比衬套外管的直径大5mm～10mm，纤维增强热塑性塑料熔融后进入到衬套外管和镶嵌孔之间的空间内，随后冷却形成环形连接件2，环形连接件2通过两个环形卡边22将两个片体1连接为一体，而且将衬套包覆在内部，保证了衬套和片体1无间隙连接，避免了传统过盈配合的应力。

综上，本实施例提供的热塑性复合材料控制臂，片体1由连续纤维增强热塑性复合材料制成，环形连接件2由纤维增强热塑性塑料注塑而成，相比于现有的金属材料的控制臂，大幅度降低了控制臂的重量，实现控制臂的轻量化，避免了局部受力不均的情况出现，使得控制臂具有较好的刚度和强度，并且环形连接件2同时对片体1和衬套进行固定，避免了机械连接所需的开孔处理，避免了传统过盈配合的应力。此外，采用上述热塑性复合材料制成的控制臂，便于控制臂的回收和再加工。

本实施例还提供了一种上述热塑性复合材料控制臂的制备方法，具体包括以下步骤：

第一步：对连续纤维增强热塑性复合材料片材进行预热。

在制备上述热塑性复合材料控制臂时，按照预设的纤维方向摆放纤维增强热塑性复合材料片材，然后按照片体展开时的形状的轮廓进行裁切，得到两块对应两个片体1的纤维增强热塑性复合材料片材。随后对连续纤维增强热塑性复合材料片材进行预热，加热的方式可采用气流加热、红外辐射加热、电阻丝加热灯，加热温度为160℃～340℃，升温速率为5℃/s～15℃/s。

第二步：将经过预热的连续纤维增强热塑性复合材料片材放入对应的模具型腔内，通过模压成型制得两个片体1。

具体而言，将两块连续纤维增强热塑性复合材料片材分别放入对应的第一模具的模具型腔内，第一模具具有两个模具型腔，分别对应两个片体1。随后对连续纤维增强热塑性复合材料片材进行加压，连续纤维增强热塑性复合材料片材在压力的作用下成型，再将两个片体1托模后进行修正裁边后得到最终的片体1。上述模压成型采用的压力范围为500t～1000t。

第三步：将连接结构3连接在两个片体1之间。

得到上述两个片体1之后，将连接结构3的连接板32通过螺栓螺母连接在两个夹板13之间，实现球销4的固定，同时通过连接板32对两个片体1进行初步固定，便于后续环形连接件2的注塑成型。

第四步：将两个片体1和连接结构3放入对应的模具型腔内，将第一衬套5和第二衬套6分别放置在模具型腔内的预设位置，采用纤维增强热塑性塑料注塑成型制得环形连接件2，环形连接件2分别镶嵌在对应的镶嵌孔内，第一衬套5和第二衬套6分别镶嵌在对应的环形连接件2内。

在将连接结构3和两个片体1进行连接后，将两个片体1和连接结构3放入注塑模具内，将第一衬套5和第二衬套6分别放置在一个第一镶嵌孔101和对应的第二镶嵌孔102内，每个衬套和对应的镶嵌孔之间具有间隙。随后采用纤维增强热塑性塑料在注塑模具内注塑成型得到环形连接件2，第一衬套5和第二衬套6分别镶嵌在形成的两个环形连接件2内，并且环形连接件2将两个片体1连接为一体，最终得到该热塑性复合材料控制臂。上述注塑过程中的注塑速率为50g/s～100g/s，注射的压力为50MPa～150MPa。

综上，本实施例提供的热塑性复合材料控制臂的制备方法，采用热塑性复合材料制得控制臂，使得控制臂在具有较好的强度和刚度的同时，实现控制臂的轻量化。并且通过注塑成型的环形连接件2将两个片体1连接为一体，同时对衬套进行包覆固定，避免了机械连接所需的开孔处理，避免了传统过盈配合的应力，且自动化程度高，能够提高生产效率。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种热塑性复合材料控制臂的制备方法，所述热塑性复合材料控制臂包括第一衬套(5)、第二衬套(6)和球销(4)，其特征在于，还包括两个片体(1)、两个环形连接件(2)和连接结构(3)，其中一个所述片体(1)对应各环形连接件(2)均设有一个第一镶嵌孔(101)，另一个所述片体(1)对应各环形连接件(2)均设有一个第二镶嵌孔(102)，各环形连接件(2)的两端分别嵌设于对应的所述第一镶嵌孔(101)和对应的所述第二镶嵌孔(102)，两个所述环形连接件(2)内分别镶嵌有所述第一衬套(5)和所述第二衬套(6)，所述球销(4)设置于所述连接结构(3)上，所述连接结构(3)连接于两个所述片体(1)之间；所述片体(1)由连续纤维增强热塑性复合材料制成，所述环形连接件(2)由纤维增强热塑性塑料注塑而成；

所述热塑性复合材料控制臂的制备方法，包括以下步骤：

对连续纤维增强热塑性复合材料片材进行预热；

将经过预热的连续纤维增强热塑性复合材料片材放入对应的模具型腔内，通过模压成型制得两个片体；

将连接结构连接在两个片体之间；

将两个片体和连接结构放入对应的注塑模具内，将第一衬套和第二衬套分别放置在注塑模具内的预设位置，采用纤维增强热塑性塑料通过注塑成型制得环形连接件，环形连接件镶嵌在对应的两个镶嵌孔内，第一衬套和第二衬套分别镶嵌在对应的环形连接件内。

2.根据权利要求1所述的热塑性复合材料控制臂的制备方法，其特征在于，每个所述片体(1)向远离另一个所述片体(1)的方向凸设有具有型腔的凸起(11)，两个所述型腔相对设置。

3.根据权利要求2所述的热塑性复合材料控制臂的制备方法，其特征在于，每个所述片体(1)背离另一个所述片体(1)的一侧沿其周向设置有环形翻边(12)。

4.根据权利要求1所述的热塑性复合材料控制臂的制备方法，其特征在于，所述环形连接件(2)包括环形本体(21)，所述环形本体(21)的外周面上沿其周向向外凸设有两个环形卡边(22)，两个所述片体(1)均位于两个环形卡边(22)之间，且分别抵接于对应的所述环形卡边(22)。

5.根据权利要求4所述的热塑性复合材料控制臂的制备方法，其特征在于，每个所述环形卡边(22)背离另一个所述环形卡边(22)的一侧设置有沿其周向分布的多个凸筋(23)，所述凸筋(23)连接于所述环形本体(21)。

6.根据权利要求1所述的热塑性复合材料控制臂的制备方法，其特征在于，所述连接结构(3)包括安装筒(31)和连接于所述安装筒(31)的连接板(32)，所述球销(4)安装于所述安装筒(31)内，所述连接板(32)连接于两个所述片体(1)之间。

7.根据权利要求6所述的热塑性复合材料控制臂的制备方法，其特征在于，每个片体(1)均向远离另一个所述片体(1)的方向弯折形成夹板(13)，所述连接板(32)连接于两个所述夹板(13)之间，所述夹板(13)与所述安装筒(31)对应的位置设置有让位缺口(131)。

8.根据权利要求7所述的热塑性复合材料控制臂的制备方法，其特征在于，所述连接板(32)上开设有第一紧固孔(321)，两个夹板(13)与所述第一紧固孔(321)对应的位置均开设有第二紧固孔(132)，紧固件(7)穿过相对应的三个紧固孔实现将连接板(32)连接于两个所述夹板(13)之间。

9.根据权利要求1所述的热塑性复合材料控制臂的制备方法，其特征在于，对连续纤维增强热塑性复合材料片材进行预热的预热温度为160℃～340℃，升温速率为5℃/s～15℃/s。

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