CN112721264B - 用于前雨刮器系统的折弯横杆的成型方法及前雨刮器系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于前雨刮器系统的折弯横杆的成型方法及前雨刮器系统，其折弯横杆、衬套支座及连杆机构均由复合材料成型，故折弯横杆、衬套支座及连杆机构的重量相较于传统的金属构件显著减轻。因此，整个前雨刮器系统的重量显著减轻，有利于汽车的轻量化设计。而在上述用于前雨刮器系统的折弯横杆的成型方法中，折弯横杆采用分段成型的方式成型，使得通过缠绕工艺生产折弯横杆成为可能。得到多段独立的短节筒状结构后，通过粘接拼接成完整的折弯横杆，并通过充入的尼龙材料与短节筒状结构内壁的粘合剂配合以增强拼接的强度。最终，可在使折弯横杆的重量显著减轻的前提下，保证折弯横杆的结构强度。
Description
技术领域
本发明涉及汽车制造技术领域，特别涉及一种用于前雨刮器系统的折弯横杆的成型方法及前雨刮器系统。
背景技术
汽车的前雨刮器系统一般由雨刮电机、五连杆机构、折弯横杆及衬套支座等部件构成。其中，五连杆机构及折弯横杆一般通过分冲压设备完成制作，而左右两侧的衬套支座则通过压铸方式完成。各部件别成型后，在定位工装逐一装配完成。但是，由于单个的金属冲压件及压铸件便具有较大的质量，故导致整个前雨刮器系统的重量较大，不利于汽车的轻量化设计。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够减轻前雨刮器系统重量的用于前雨刮器系统的折弯横杆的成型方法及前雨刮器系统。
一种用于前雨刮器系统的折弯横杆的成型方法，包括步骤：
利用复合纤维材料并通过缠绕工艺制得多段中空的短节筒状结构；
向每个所述短节筒状结构的内壁涂布粘合剂；
将所述多段短节筒状结构粘接，并通过吹塑工艺向每个所述短节筒状结构内充入尼龙材料。
在其中一个实施例中，所述复合纤维材料包括玻璃纤维、芳纶纤维及固化环氧树脂，且所述玻璃纤维及所述芳纶纤维在所述复合纤维材料中的质量占比均为20％。
在其中一个实施例中，所述固化环氧树脂中掺杂有纳米二氧化硅。
上述用于前雨刮器系统的折弯横杆的成型方法，通过将折弯横杆分为多段短节筒状结构独立成型，使得通过缠绕工艺生产折弯横杆成为可能。得到多段独立的短节筒状结构后，通过粘接拼接成完整的折弯横杆，并通过充入的尼龙材料与短节筒状结构内壁的粘合剂配合以增强拼接的强度。可见，最终得到的折弯横杆由复合纤维材料成型，且整体呈中空结构。因此，采用上述方法得到的折弯横杆的重量显著减轻，有利于汽车的轻量化设计。
一种前雨刮器系统，包括：
由上述优选实施例中任一项所述的用于前雨刮器系统的折弯横杆的成型方法所制得的折弯横杆；
设于所述折弯横杆的两端的衬套支座，每个所述衬套支座内设有转轴；及
连杆机构，与所述转轴传动连接；
其中，所述衬套支座及所述连杆机构均由复合材料成型。
在其中一个实施例中，所述衬套支座由聚丙烯、质量占比为60％的玻璃纤维颗粒及质量占比为15％滑石粉注塑成型。
在其中一个实施例中，所述衬套支座上具有一体成型的安装柱。
在其中一个实施例中，所述连杆机构的杆体由多层玻璃纤维铺层及复合颗粒混合成型，所述复合颗粒包括聚丙烯颗粒及质量占比为20％的玻璃纤维颗粒。
在其中一个实施例中，还包括雨刮电机、线束插接板及电机支板，所述雨刮电机包括电机外壳及输出轴，所述电机外壳、所述线束插接板及所述电机支板均由复合材料成型，所述电机外壳与所述折弯横杆卡持，所述输出轴与所述连杆机构传动连接，所述线束插接板及所述电机支板与所述电机外壳固定连接。
在其中一个实施例中，所述电机外壳由聚丙烯及质量占比为30％的玻璃纤维注塑成型，所述线束插接板由聚丙烯及质量占比为40％玻璃纤维注塑成型，所述电机支板由聚丙烯及质量占比为50％玻璃纤维注塑成型。
在其中一个实施例中，所述电机支板上设有一体成型的螺栓柱。
上述前雨刮器系统，其折弯横杆的重量显著减轻。而且，由于衬套支座及连杆机构均由复合材料成型，故衬套支座及连杆机构的重量也显著减轻。因此，整个前雨刮器系统的重量显著减轻，有利于汽车的轻量化设计。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，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为本发明较佳实施例中前雨刮器系统的结构示意图；
图2为图1所示前雨刮器系统另一角度的结构示意图；
图3为图1所示前雨刮器系统中衬套支座的结构示意图；
图4为本发明较佳实施例中用于前雨刮器系统的折弯横杆的成型方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据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“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
请参阅图1及图2，本发明较佳实施例中的前雨刮器系统10包括折弯横杆100、衬套支座200及连杆机构300。其中：
折弯横杆100为非直线型的杆状结构，起支撑及连接作用。衬套支座200设于折弯横杆100的两端。而且，每个衬套支座200内设有转轴210。转轴210在衬套支座200内可转动，并用于与雨刮条(图未示)实现连接。连杆机构300与转轴210传动连接。连杆机构300包括多个相互转动连接的杆体310，可以是四连杆或五连杆的结构。连杆机构300的另一端可与电机的输出轴传动连接，从而将电机的动能传递至转轴210，以使转轴210带动雨刮器摆动。
其中，折弯横杆100由复合纤维材料成型；衬套支座200及连杆机构300均由复合材料成型。相较于传统的金属压铸件及金属钣金件，上述折弯横杆100、衬套支座200及连杆机构300的重量将显著减轻。因此，整个前雨刮器系统10的重量显著减轻，有利于汽车的轻量化设计。同时，由于复合材料的优异耐磨性及耐腐蚀性，前雨刮器系统100的综合产品性能也能得到显著提升。
此外，由于折弯横杆100为非直线型的杆状结构，故常规的复合材料的加工方法不适用于折弯横杆100的成型。因此，本发明还提供一种新型的用于前雨刮器系统的折弯横杆的成型方法。
请参阅图4，本发明较佳实施例中的用于前雨刮器系统的折弯横杆的成型方法包括步骤S101～步骤S103。其中：
步骤S101，利用复合纤维材料并通过缠绕工艺制得多段中空的短节筒状结构。
具体的，折弯横杆100具有一定的弯度，故可将折弯横杆100划分为多段短节筒状结构，并使构成折弯横杆100的多段短节筒状结构大致呈直线型。直线型构件的成型可采用3D编织等缠绕工艺，如此，便可采用缠绕工艺将复合纤维材料连续缠绕以制备单独的短节筒状结构。而且，多段短节筒状结构拼接在一起后，便能够得到整体具有一定弯度的折弯横杆100。
在本实施例中，复合纤维材料包括玻璃纤维、芳纶纤维及固化环氧树脂，且玻璃纤维及芳纶纤维在复合纤维材料中的质量占比均为20％。
具体的，玻璃纤维、芳纶纤维在进行连续缠绕之前可放入装有固化环氧树脂的浸润槽内进行浸润，如此可使玻璃纤维及芳纶纤维的韧性更强。接着，当采用玻璃纤维及芳纶纤维连续缠绕形成短节筒状结构的骨架后，可将浸润槽内剩余的固化环氧树脂浸入该骨架并固化，从而得到结构强度较高的短节筒状结构。多段短节筒状结构可以同时成型。具体在本实施例中，一个折弯横杆100可由三段短节筒状结构拼接而成。
进一步的，在本实施例中，固化环氧树脂中掺杂有纳米二氧化硅。纳米二氧化硅能够改变固化环氧树脂的活性。在掺杂纳米二氧化硅后，所制得的短节筒状结构的韧性更好。
步骤S102，向每个短节筒状结构的内壁涂布粘合剂。
具体的，粘合剂可以是有机或无机粘合剂。粘合剂可通过喷涂、滚刷等方式涂布于短节筒状结构的内壁。粘合剂一般在短节筒状结构的内壁均匀分布，并形成厚度均匀的粘合剂层。
步骤S103，将多段短节筒状结构粘接，并通过吹塑工艺向每个短节筒状结构内充入尼龙材料。
具体的，多段短节筒状结构可通过PU胶水进行粘接。而且，粘接时，多段短节筒状结构之间的需按照预先设计的角度对接，以使拼接得到的整体结构符合折弯横杆100的弯度需求。
进一步的，多段短节筒状粘接完成后，短节筒状结构内壁的粘合剂并未固化。此时，通过注塑工艺充入尼龙材料，可使尼龙材料与粘合剂配合在折弯横杆100的内壁形成一层内衬结构。该内衬结构是一体的，且沿着折弯横杆100的延伸方向延伸。如此，该内衬结构可对短节筒状结构之间的粘接起到加强作用。因此，虽然折弯横杆100分段成型，但并不会因此而降低其结构强度。
而且，最终得到的折弯横杆100由复合纤维材料成型，且整体呈中空结构。因此，采用上述方法得到的折弯横杆100的重量显著减轻。譬如，传统采用压铸工艺制得的折弯横杆的质量一般达到0.5千克，而上述由复合纤维材料成型的折弯横杆100的质量可减小至0.25千克，降幅达到50％。
衬套支座200及连杆机构300成型时，可根据其具体的受力状况，设计相应的复合材料铺层结构(各向同性结构或各向异性的铺层结构)。另外，根据三维尺寸结构选用合适的制造工艺，如预浸料模压工艺、湿法模压以及3D编制工艺等进行加工。
衬套支座200为中空的筒状结构，转轴210可转动地设于衬套支座200内。转轴210一般为金属柱状结构，工作时高度转动以带动雨刮条快速摆动。
具体在本实施例中，衬套支座200由聚丙烯、质量占比为60％的玻璃纤维颗粒及质量占比为15％滑石粉注塑成型。
由于衬套支座200的结构相对比较复杂，具有空腔结构，故采用注塑工艺进行生产制造的可靠性更高。聚丙烯及玻璃纤维颗粒能够使衬套支座200在满足强度需求的同时，还具有较小的质量。譬如，传统采用压铸工艺制得的衬套支座单个质量一般达到0.2千克，而上述由复合材料成型的衬套支座200的单个质量可减小至0.1千克，降幅达到50％。
而且，滑石粉的添加使得衬套支座200具备更强的抗冲击性能，以抵抗转轴210高速转动所带来的冲击。
衬套支座200可通过粘接的方式与折弯横杆100实现连接。具体的，可先在两个衬套支座200的外表面分别涂满PU胶，再将两个衬套支座200同时插入折弯横杆100内部。接着，在定位工装上常温固化两个小时即可。组装完成后，还可通过液压控制机械手臂插拔动作来检测衬套支座200是否与折弯横杆100之间粘接可靠。
此外，折弯横杆100两端的衬套支座200的结构大致相同且相互对称。因此，在加工衬套制作200时，可设计开发一模两腔的注塑模具，以同时成型出左右两端的衬套支座200，从而提升加工效率。
请一并参阅图3，在本实施例中，衬套支座200上具有一体成型的安装柱220。安装柱220可与车身上预留的安装孔配合，将衬套支座200与车身连接。因此，安装柱220可替代原有的用于与车身连接的安装螺栓。因此，可进一步省略金属紧固件及相应的橡胶垫片等元件，使得前雨刮器系统10的重量进一步减轻重量。而且，由于减少了元件数量，故前雨刮器系统10的组装更加方便。
连杆机构300的多个杆体310可通过铰链、销轴进行连接，故相邻的杆体310相对于彼此可转动。在本实施例中，杆体310由多层玻璃纤维铺层及复合颗粒混合成型，复合颗粒包括聚丙烯颗粒及质量占比为20％的玻璃纤维颗粒。
具体的，连杆机构300中的多个杆体310分开成型，并可采用Surface-RTM工艺成型。玻璃纤维铺层及复合颗粒的混合结构具有较高的机械强度，能够满足连杆机构300传递动能的需求。
在本实施例中，前雨刮器系统10还包括雨刮电机400、线束插接板500及电机支板600，雨刮电机400包括电机外壳410及输出轴(图未示)，电机外壳410、线束插接板500及电机支板600均由复合材料成型。因此，前雨刮器系统10的重量进一步减轻。
其中，电机外壳410与折弯横杆100卡持。具体的，电机外壳410的外表面可形成卡槽，以卡持折弯横杆100，并确保折弯横杆100与电机外壳410不发生相对滑动。雨刮电机400的输出轴与连杆机构300传动连接。因此，雨刮电机400可通过连杆机构300带动雨刮条摆动。
线束插接板500及电机支板600与电机外壳410固定连接。电机外壳140套在电枢线圈(图未示)外部，并可通过螺栓与线束接插板500连接。电机支板600也可采用螺栓与电机外壳410相连。而且，电机支板600能够与车身的落水槽通过螺栓连接，从而将雨刮电机400固定于车身。
进一步的，具体在本实施例中，电机支板600上设有一体成型的螺栓柱610。螺栓柱610可与车身落水槽上预留的螺纹孔配合，从而将电机支板600与车身连接。也就是说，电机支板600可替代原有的用于与车身连接的安装螺栓。因此，可进一步省略金属紧固件及相应的橡胶垫片等元件，使得前雨刮器系统10的重量进一步减轻重量。而且，由于减少了元件数量，故前雨刮器系统10的组装更加方便。
具体在本实施例中，电机外壳410由聚丙烯及质量占比为30％的玻璃纤维注塑成型，线束插接板500由聚丙烯及质量占比为40％玻璃纤维注塑成型，电机支板600由聚丙烯及质量占比为50％玻璃纤维注塑成型。
聚丙烯及玻璃纤维构成的复合材料能够使电机外壳410、线束插接板500及电机支板600具有较高的机械强度。而且，由于电机外壳410、线束插接板500及电机支板600中玻璃纤维的含量存在差异，故三者的结构强度也存在一定的差异。
上述前雨刮器系统10，其折弯横杆100、衬套支座200及连杆机构300均由复合材料成型，故折弯横杆100、衬套支座200及连杆机构300的重量相较于传统的金属构件显著减轻。因此，整个前雨刮器系统10的重量显著减轻，有利于汽车的轻量化设计。而上述折弯横杆100采用分段成型的方式成型，使得通过缠绕工艺生产折弯横杆100成为可能。得到多段独立的短节筒状结构后，通过粘接拼接成完整的折弯横杆100，并通过充入的尼龙材料与短节筒状结构内壁的粘合剂配合以增强拼接的强度。最终，可在使折弯横杆100的重量显著减轻的前提下，保证折弯横杆100的结构强度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种用于前雨刮器系统的折弯横杆的成型方法，其特征在于，包括步骤：
利用复合纤维材料并通过缠绕工艺制得多段中空的短节筒状结构；
向每个所述短节筒状结构的内壁涂布粘合剂；
将多段所述短节筒状结构粘接，并通过吹塑工艺向每个所述短节筒状结构内充入尼龙材料。
2.根据权利要求1所述的用于前雨刮器系统的折弯横杆的成型方法，其特征在于，所述复合纤维材料包括玻璃纤维、芳纶纤维及固化环氧树脂，且所述玻璃纤维及所述芳纶纤维在所述复合纤维材料中的质量占比均为20％。
3.根据权利要求2所述的用于前雨刮器系统的折弯横杆的成型方法，其特征在于，所述固化环氧树脂中掺杂有纳米二氧化硅。
4.一种前雨刮器系统，其特征在于，包括：
由上述权利要求1至3任一项所述的用于前雨刮器系统的折弯横杆的成型方法所制得的折弯横杆；
设于所述折弯横杆的两端的衬套支座，每个所述衬套支座内设有转轴；及
连杆机构，与所述转轴传动连接；
其中，所述衬套支座及所述连杆机构均由复合材料成型。
5.根据权利要求4所述的前雨刮器系统，其特征在于，所述衬套支座由聚丙烯、质量占比为60％的玻璃纤维颗粒及质量占比为15％滑石粉注塑成型。
6.根据权利要求4所述的前雨刮器系统，其特征在于，所述衬套支座上具有一体成型的安装柱。
7.根据权利要求4所述的前雨刮器系统，其特征在于，所述连杆机构的杆体由多层玻璃纤维铺层及复合颗粒混合成型，所述复合颗粒包括聚丙烯颗粒及质量占比为20％的玻璃纤维颗粒。
8.根据权利要求4所述的前雨刮器系统，其特征在于，还包括雨刮电机、线束插接板及电机支板，所述雨刮电机包括电机外壳及输出轴，所述电机外壳、所述线束插接板及所述电机支板均由复合材料成型，所述电机外壳与所述折弯横杆卡持，所述输出轴与所述连杆机构传动连接，所述线束插接板及所述电机支板与所述电机外壳固定连接。
9.根据权利要求8所述的前雨刮器系统，其特征在于，所述电机外壳由聚丙烯及质量占比为30％的玻璃纤维注塑成型，所述线束插接板由聚丙烯及质量占比为40％玻璃纤维注塑成型，所述电机支板由聚丙烯及质量占比为50％玻璃纤维注塑成型。
10.根据权利要求8所述的前雨刮器系统，其特征在于，所述电机支板上设有一体成型的螺栓柱。
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