CN114313024B - 一种复合材料汽车门槛及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合材料汽车门槛，属于汽车车身技术领域，包括外板、内板、内板加强板及加强梁，所述外板及内板合围形成内部具有中空腔体的门槛梁，腔体内设置有内板加强板及加强梁，所述内板加强板紧贴加强梁，加强梁由外管及芯管束组成，所述芯管束是由多个不同或相同截面形状的芯管组合而成，芯管束位于外管内，芯管束的外表面与外管的内表面紧密贴合。本发明的复合材料门槛，加强梁中的芯管束由不同材料不同截面的芯管组合而成，从而以不同的材料特性和结构特征来协同发挥性能，如此可实现性能的定制化设计，充分发挥连续纤维复合材料的高强度和金属材料的变形吸能相比传统的金属门槛可以实现碰撞性能和轻量化效果的双重提升。

Description

一种复合材料汽车门槛及其制备方法

技术领域

本发明属于汽车车身技术领域，具体涉及一种复合材料汽车门槛及其制备方法。

背景技术

汽车轻量化是汽车节能减排的重要途径之一，这对轻质材料的应用产生了更大的需求。同时随着碰撞法规的日益严苛，对于汽车碰撞安全的要求也在日益提升。汽车门槛在侧碰工况中能够有效的抵抗变形，减少车内乘员伤害。

传统的汽车门槛多为金属材料，在固定的吸能下，侵入量较大，同时轻量化效果不佳。将金属材料和连续纤维复合材料同时应用于门槛，可以实现碰撞性能和轻量化效果的双重提升，但是工艺方法和连接方案是技术难点，且制造成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合材料汽车门槛及其制备方法，实现车身具有较好的侧碰性能，同时具有良好的轻量化效果，并且制造成本低。

本发明通过如下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种复合材料汽车门槛，包括外板1、内板2、内板加强板3及加强梁4，所述外板1及内板2合围形成内部具有中空腔体的门槛梁，腔体内设置有内板加强板3及加强梁4，所述内板加强板3紧贴加强梁4，所述加强梁4由外管41及芯管束组成，所述芯管束是由多个不同或相同截面形状的芯管组合而成，芯管束位于外管41内，芯管束的外表面与外管41的内表面紧密贴合。

进一步地，所述芯管由金属材料或连续纤维复合材料中的任意一种制成，且不同的芯管所用材料可以不同，所述的外管41是由连续纤维复合材料制成。

进一步地，所述的连续纤维复合材料中的纤维包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维中的一种。

进一步地，所述的外管41呈凸形，与内板加强板3与内板2形成的腔体仿形设计，可与内板加强板3和内板2形成的空间成缩小的相似形。

进一步地，所述芯管的截面为圆形、三角形、矩形或其他多边形的任意组合，所述的芯管的外表面与外管的内表面紧密贴合。

进一步地，所述芯管两两贴合面的位置设有结构胶层，胶层厚度为0.3mm-2mm。

进一步地，所述加强梁4通过粘接或铆接固定于腔体内。

第二方面，本发明提供了一种复合材料汽车门槛的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1：制备外板、内板和内板加强板；

步骤S2：制备金属材料芯管和连续纤维复合材料芯管；

步骤S3：制备芯管束；

在每个芯管两两贴合面的位置施加结构胶，然后利用工装夹具，按照设定的布置方式，将芯管组合固定在一起，然后根据所选择的结构胶的特性，进行常温或高温固化，制备得到芯管束；

步骤S4：制备加强梁；

以步骤S3的芯管束作为芯模，利用缠绕设备，将连续纤维束或连续纤维带浸渍树脂，然后在芯管束的表面上进行缠绕，缠绕方向与芯管束的轴向呈+45°或-45°角，每一轮缠绕方向按照+45°和-45°交替进行，直到缠绕到指定的厚度，然后固化成型，缠绕的部分即为外管，整体即为加强梁；

步骤S5：将外板、内板和内板加强板通过点焊连接在一起组成门槛，然后通过粘接或铆接的方式将加强梁固定于门槛内。

进一步地，步骤S2中金属材料芯管，采用如下任意一种制备方法得到：

(1)采用拉挤成型设备，拉挤制备芯管；

(2)采用辊压成型设备，按照芯管的形状辊压成闭口形状，然后将闭合处进行焊接。

进一步地，步骤S2中连续纤维复合材料芯管，采用如下任意一种制备方法得到：

(1)树脂导入工艺，在充气芯模上将连续纤维单向带或连续纤维织物按照设定的方式进行铺叠，然后放入模具并合模，将充气芯模充气膨胀，使铺叠好的单向带或织物紧密贴合模具型腔，然后导入树脂，加热固化成型；

(2)预浸料热压工艺，在充气芯模上将连续，将连续纤维预浸料按照设定的方式进行铺叠，然后放入模具并合模，将充气芯模充气膨胀，使铺叠好的预浸料密贴合模具型腔，加热固化成型；

(3)预浸料卷管工艺，采用卷管机，将连续纤维预浸料在芯模上按照设定的方式进行卷制，然后在表面缠绕热缩带，然后加热固化成型；

(4)缠绕工艺，采用缠绕设备，将连续纤维束浸渍树脂，然后在芯模上按照设定的方式进行缠绕，然后加热固化成型；

(5)拉挤工艺，在拉挤设备中，将连续纤维束浸渍树脂，然后经过口模拉挤成型；

(6)编织拉挤工艺，在编织拉挤设备中，将连续纤维束进行编织，然后浸渍树脂，然后经过口模拉挤成型。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明提出的复合材料门槛，采用复合材料加强梁，加强梁中的芯管束由不同材料不同截面的芯管组合而成，从而以不同的材料特性和结构特征来协同发挥性能，如此可实现性能的定制化设计，充分发挥连续纤维复合材料的高强度和金属材料的变形吸能。相比传统的金属门槛可以实现碰撞性能和轻量化效果的双重提升。

本发明提出的复合材料门槛制造方法，外板、内板和内板加强板采用常规用材及工艺制备，芯管根据所用材料的不同选择不同的工艺，整体而言工艺自由度极高且实现性强。通过结构胶将芯管粘接组合为芯管束，再在芯管束的外表面缠绕成外管形成加强梁，使得外管与芯管束紧密贴合，从而使得加强梁的各部分形成有机的整体。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的一种复合材料汽车门槛提供的结构示意图；

图2为图1的A-A向剖面示意图；

图3为本发明的一种复合材料汽车门槛的加强梁的结构示意图；

图4为图3的B-B向剖面示意图；

图5为本发明的一种复合材料汽车门槛的芯管束的结构示意图；

图中：1、外板；2、内板；3内板加强板；4、加强梁；41、外管；42、芯管束；421、一号芯管；422、二号芯管；423、三号芯管；424、四号芯管；425、五号芯管；426、六号芯管；43、结构胶。

具体实施方式

为清楚、完整地描述本发明所述技术方案及其具体工作过程，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：

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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

如图1至图5所示，本发明提供了一种复合材料汽车门槛，包括外板1、内板2、内板加强板3及加强梁4，所述外板1及内板2合围形成内部具有中空腔体的门槛梁，腔体内设置有内板加强板3及加强梁4，所述内板加强板3紧贴加强梁4，所述加强梁4由外管41及芯管束组成，所述芯管束是由多个不同或相同截面形状的芯管组合而成，芯管束位于外管41内，芯管束的外表面与外管41的内表面紧密贴合。

所述芯管由金属材料或连续纤维复合材料中的任意一种制成，且不同的芯管所用材料可以不同，所述的外管41是由连续纤维复合材料制成。

所述的连续纤维复合材料中的纤维包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维中的一种。

所述的外管41呈凸形，与内板加强板3与内板2形成的腔体仿形设计，可与内板加强板3和内板2形成的空间成缩小的相似形。

所述芯管的截面为圆形、三角形、矩形或其他多边形的任意组合，所述的芯管的外表面与外管的内表面紧密贴合。

所述芯管两两贴合面的位置设有结构胶层，胶层厚度为0.3mm-2mm。

所述加强梁4通过粘接或铆接固定于腔体内。

实施例2

如图1及图2所示，本实施例提供了一种复合材料汽车门槛，能够实现车身具有较好的侧碰性能，同时具有良好的轻量化效果，并且制造成本低，包括外板1、内板2、内板加强板3及加强梁4，所述外板1及内板2合围形成内部具有中空腔体的门槛梁，腔体内设置有内板加强板3及加强梁4，所述内板加强板3紧贴加强梁4，所述加强梁4由外管41及芯管束组成，所述芯管束是由多个不同或相同截面形状的芯管组合而成，芯管束位于外管41内，芯管束的外表面与外管41的内表面紧密贴合。

如图3、图4及图5所示，本实施例的芯管束由六个截面不同的芯管组合而成，所述六个截面不同的芯管分别为一号芯管421、二号芯管422、三号芯管423、四号芯管424、五号芯管425及六号芯管426，其中一号芯管421、二号芯管422和三号芯管423采用连续碳纤维复合材料制成，四号芯管424采用热成型钢制成，五号芯管425和六号芯管426采用铝型材制成；一号芯管421、二号芯管422、三号芯管423和四号芯管424的截面为矩形，五号芯管425和六号芯管426的截面为三角形。所述六个芯管之间两两贴合面的位置设有结构胶层，胶层厚度为0.3mmmm。

实施例3

本实施例提供了一种复合材料汽车门槛的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1：制备外板、内板和内板加强板；

步骤S2：制备金属材料芯管和连续纤维复合材料芯管；

步骤S3：制备芯管束；

在每个芯管两两贴合面的位置施加结构胶，然后利用工装夹具，按照设定的布置方式，将芯管组合固定在一起，然后根据所选择的结构胶的特性，进行常温或高温固化，制备得到芯管束；

步骤S4：制备加强梁；

以步骤S3的芯管束作为芯模，利用缠绕设备，将连续纤维束或连续纤维带浸渍树脂，然后在芯管束的表面上进行缠绕，缠绕方向与芯管束的轴向呈+45°或-45°角，每一轮缠绕方向按照+45°和-45°交替进行，直到缠绕到指定的厚度，然后固化成型，缠绕的部分即为外管，整体即为加强梁；

步骤S5：将外板、内板和内板加强板通过点焊连接在一起组成门槛，然后通过粘接或铆接的方式将加强梁固定于门槛内。

步骤S2中金属材料芯管，采用如下任意一种制备方法得到：

(1)采用拉挤成型设备，拉挤制备芯管；

(2)采用辊压成型设备，按照芯管的形状辊压成闭口形状，然后将闭合处进行焊接。

步骤S2中连续纤维复合材料芯管，采用如下任意一种制备方法得到：

(1)树脂导入工艺，在充气芯模上将连续纤维单向带或连续纤维织物按照设定的方式进行铺叠，然后放入模具并合模，将充气芯模充气膨胀，使铺叠好的单向带或织物紧密贴合模具型腔，然后导入树脂，加热固化成型；

(2)预浸料热压工艺，在充气芯模上将连续，将连续纤维预浸料按照设定的方式进行铺叠，然后放入模具并合模，将充气芯模充气膨胀，使铺叠好的预浸料密贴合模具型腔，加热固化成型；

(3)预浸料卷管工艺，采用卷管机，将连续纤维预浸料在芯模上按照设定的方式进行卷制，然后在表面缠绕热缩带，然后加热固化成型；

(4)缠绕工艺，采用缠绕设备，将连续纤维束浸渍树脂，然后在芯模上按照设定的方式进行缠绕，然后加热固化成型；

(5)拉挤工艺，在拉挤设备中，将连续纤维束浸渍树脂，然后经过口模拉挤成型；

(6)编织拉挤工艺，在编织拉挤设备中，将连续纤维束进行编织，然后浸渍树脂，然后经过口模拉挤成型。

实施例4

本实施例提供了一种复合材料汽车门槛的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1：制备外板、内板和内板加强板，通过金属板材冲压成型；

步骤S2：制备金属材料芯管和连续纤维复合材料芯管；

针对五号芯管和六号芯管，拉挤成型设备，按照铝型材的制备方式进行制备。针对四号芯管，采用辊压成型设备，将热成型钢按照芯管的形状辊压成闭口形状，然后将闭合处进行焊接，然后进行淬火处理。针对一号芯管、二号芯管和三号芯管可采用以下制备方法的任意一种：

(1)树脂导入工艺，在充气芯模上将连续纤维单向带或连续纤维织物按照设定的方式进行铺叠，然后放入模具并合模，将充气芯模充气膨胀，使铺叠好的单向带或织物紧密贴合模具型腔，然后导入树脂，加热固化成型；

(2)预浸料热压工艺，在充气芯模上将连续，将连续纤维预浸料按照设定的方式进行铺叠，然后放入模具并合模，将充气芯模充气膨胀，使铺叠好的预浸料密贴合模具型腔，加热固化成型；

(3)预浸料卷管工艺，采用卷管机，将连续纤维预浸料在芯模上按照设定的方式进行卷制，然后在表面缠绕热缩带，然后加热固化成型；

(4)缠绕工艺，采用缠绕设备，将连续纤维束浸渍树脂，然后在芯模上按照设定的方式进行缠绕，然后加热固化成型；

(5)拉挤工艺，在拉挤设备中，将连续纤维束浸渍树脂，然后经过口模拉挤成型；

(6)编织拉挤工艺，在编织拉挤设备中，将连续纤维束进行编织，然后浸渍树脂，然后经过口模拉挤成型。

步骤S3：制备芯管束；

在每个芯管两两贴合面的位置施加结构胶，然后利用工装夹具，按照设定的布置方式，将芯管组合固定在一起，然后根据所选择的结构胶的特性，进行常温或高温固化，制备得到芯管束；

步骤S4：制备加强梁；

以步骤S3的芯管束作为芯模，利用缠绕设备，将连续纤维束或连续纤维带浸渍树脂，然后在芯管束的表面上进行缠绕，缠绕方向与芯管束的轴向呈+45°或-45°角，每一轮缠绕方向按照+45°和-45°交替进行，直到缠绕到指定的厚度，然后固化成型，缠绕的部分即为外管，整体即为加强梁；

步骤S5：将外板、内板和内板通过点焊连接在一起组成门槛，然后通过粘接或铆接的方式将加强梁固定于门槛内。

步骤S2中金属材料芯管，采用如下任意一种制备方法得到：

(1)采用拉挤成型设备，拉挤制备芯管；

(2)采用辊压成型设备，按照芯管的形状辊压成闭口形状，然后将闭合处进行焊接。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种复合材料汽车门槛，其特征在于，包括外板(1)、内板(2)、内板加强板(3)及加强梁(4)，所述外板(1)及内板(2)合围形成内部具有中空腔体的门槛梁，腔体内设置有内板加强板(3)及加强梁(4)，所述内板加强板(3)紧贴加强梁(4)，所述加强梁(4)由外管(41)及芯管束组成，所述芯管束是由多个不同或相同截面形状的芯管组合而成，芯管束位于外管(41)内，芯管束的外表面与外管(41)的内表面紧密贴合；

所述芯管由金属材料或连续纤维复合材料中的任意一种制成，且不同的芯管所用材料不同，所述的外管(41)是由连续纤维复合材料制成；所述外管(41)以缠绕的方式将不同材质组合的芯管束缠绕为一体，形成一体缠绕的整体复合加强梁。

2.如权利要求1所述的一种复合材料汽车门槛，其特征在于，所述的连续纤维复合材料中的纤维包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维中的一种。

3.如权利要求1所述的一种复合材料汽车门槛，其特征在于，所述的外管(41)呈凸形，与内板加强板(3)与内板(2)形成的腔体仿形设计，与内板加强板(3)和内板(2)形成的空间成缩小的相似形。

4.如权利要求1所述的一种复合材料汽车门槛，其特征在于，所述芯管的截面为圆形、三角形、矩形或其他多边形的任意组合，所述的芯管的外表面与外管的内表面紧密贴合。

5.如权利要求1所述的一种复合材料汽车门槛，其特征在于，所述芯管两两贴合面的位置设有结构胶层，胶层厚度为0.3mm-2mm。

6.如权利要求1所述的一种复合材料汽车门槛，其特征在于，所述加强梁(4)通过粘接或铆接固定于腔体内。

7.如权利要求1所述的一种复合材料汽车门槛的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：制备外板、内板和内板加强板；

步骤S2：制备金属材料芯管和连续纤维复合材料芯管；

步骤S3：制备芯管束；

在每个芯管两两贴合面的位置施加结构胶，然后利用工装夹具，按照设定的布置方式，将芯管组合固定在一起，然后根据所选择的结构胶的特性，进行常温或高温固化，制备得到芯管束；

步骤S4：制备加强梁；

以步骤S3的芯管束作为芯模，利用缠绕设备，将连续纤维束或连续纤维带浸渍树脂，然后在芯管束的表面上进行缠绕，缠绕方向与芯管束的轴向呈+45°或-45°角，每一轮缠绕方向按照+45°和-45°交替进行，直到缠绕到指定的厚度，然后固化成型，缠绕的部分即为外管，整体即为加强梁；

步骤S5：将外板、内板和内板加强板通过点焊连接在一起组成门槛，然后通过粘接或铆接的方式将加强梁固定于门槛内。

8.如权利要求7所述的一种复合材料汽车门槛的制备方法，其特征在于，步骤S2中金属材料芯管，采用如下任意一种制备方法得到：

(1)采用拉挤成型设备，拉挤制备芯管；

(2)采用辊压成型设备，按照芯管的形状辊压成闭口形状，然后将闭合处进行焊接。

9.如权利要求7所述的一种复合材料汽车门槛的制备方法，其特征在于，步骤S2中连续纤维复合材料芯管，采用如下任意一种制备方法得到：

(1)树脂导入工艺，在充气芯模上将连续纤维单向带或连续纤维织物按照设定的方式进行铺叠，然后放入模具并合模，将充气芯模充气膨胀，使铺叠好的单向带或织物紧密贴合模具型腔，然后导入树脂，加热固化成型；

(2)预浸料热压工艺，在充气芯模上将连续，将连续纤维预浸料按照设定的方式进行铺叠，然后放入模具并合模，将充气芯模充气膨胀，使铺叠好的预浸料密贴合模具型腔，加热固化成型；

(3)预浸料卷管工艺，采用卷管机，将连续纤维预浸料在芯模上按照设定的方式进行卷制，然后在表面缠绕热缩带，然后加热固化成型；

(4)缠绕工艺，采用缠绕设备，将连续纤维束浸渍树脂，然后在芯模上按照设定的方式进行缠绕，然后加热固化成型；

(5)拉挤工艺，在拉挤设备中，将连续纤维束浸渍树脂，然后经过口模拉挤成型；

(6)编织拉挤工艺，在编织拉挤设备中，将连续纤维束进行编织，然后浸渍树脂，然后经过口模拉挤成型。

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