CN114802486B - 一种轻质金属高强纯电动客车复合结构及连接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轻质金属高强纯电动客车复合结构及连接工艺，包括主动连接段及被动连接段，主动连接段及被动连接段为空心管结构，主动连接段及被动连接段内均设置有夹芯，主动连接段的端部设置有向外扩展的外扩段，外扩段的自由端设置有内径与被动连接段外径相等的外套环，被动连接段的端部设置有向内收缩且与外扩段相配合的内缩段，内缩段的自由端设置有外径与主动连接段内径相等的内套环，外套环的侧壁切割向内折叠形成多条卡条，被动连接段的两端及两端的内缩段向内开设有与卡条一一对应的卡槽。主动连接段与被动连接段采用磁脉冲连接。本发明采用简单型腔作为骨架，具有结构简单，成本低下，设计效率高，轻量化效果好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及汽车结构技术领域，特别涉及一种轻质金属高强纯电动客车复合结构及连接工艺。
背景技术
随着国家和地方政策扶持力度不断加强，以及充电桩和动力总成等核心技术不断提升，未来纯电动车市场发展前景很可观。其中，以公交车和大巴车为主的纯电动客车作为纯电动车商业化的先锋，在公共交通领域已成为国家主推路线。目前，纯电动客车车身结构主要由桁架和蒙皮组成。桁架材质主要为高强钢，连接方式为焊接，以满足强度、刚度及其疲劳耐久需求。
然而，电池成本高以及续驶里程短成为了制约纯电动客车发展的最大问题。当前，采用轻量化技术来降低整车质量可以较好的缓和上述问题，也是推动纯电动客车行业快速发展的有力举措之一。因此，铝、镁等轻质金属成为了纯电动客车车身结构用材的首选。但若要保证其相关强度、刚度和NVH等性能要求，则需要以较厚壁厚或者复杂截面来设计桁架结构，但随之而来的轻量化效果提升有限，且制造成本高，阻碍了铝、镁等轻质金属在纯电动客车中的优良应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种轻质金属高强纯电动客车复合结构及连接工艺，采用简单型腔作为骨架，结构简单，成本低下，设计效率高，轻量化效果好等优点，可以为铝、镁等轻质金属应用于纯电动客车提供助力。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种轻质金属高强纯电动客车复合结构，包括主动连接段及被动连接段，所述主动连接段及所述被动连接段均为空心管结构，所述主动连接段及所述被动连接段内均设置有数量为≥0且与其内径相配合的夹芯，所述主动连接段的每一端部均设置有向外扩展的外扩段，每一外扩段的自由端均设置有内径与所述被动连接段外径相等的外套环，所述被动连接段的每一端部均设置有向内收缩且与所述外扩段相配合的内缩段，每一内缩段的自由端均设置有外径与所述主动连接段内径相等的内套环，每一外套环的侧壁均切割向内折叠形成多条卡条，每一被动连接段的两端及两端的内缩段均向内开设有与所述卡条一一对应的卡槽。
进一步优选的，所述主动连接段可为双向主动连接段、三向主动连接段或四向主动连接段。
进一步优选的，所述主动连接段及所述被动连接段的截面均为圆形或矩形。
进一步优选的，贯穿所述夹芯开设有多个镂空孔。
进一步优选的，所述夹芯的两端均设置有用于将其与所述主动连接段内壁或所述被动连接段内壁连接的粘连聚合物。
进一步优选的，所述主动连接段及所述被动连接段与所述夹芯连接的侧壁均开设有多个小圆通孔，若所述主动连接段及所述被动连接段与所述夹芯连接位置为承载的关键位置，则所述主动连接段及所述被动连接段与所述夹芯连接的侧壁不设置所述小圆通孔。
进一步优选的，所述卡条形成的内径不小于所述内套环的外径，所述卡槽并未延伸至所述内套环处，使得所述卡条需要弹性形变才能卡入到所述卡槽内。
本发明还提供一种轻质金属高强纯电动客车复合结构的连接工艺，所述主动连接段与所述被动连接段采用磁脉冲连接，所述磁脉冲连接工艺包括：
S1、室温环境下，正对卡槽，放入填充块，填满被动连接段在卡槽处的内部空心区域，将卡槽处的圆弧外轮廓打磨光滑，填充块可为聚氨酯、铝、镁等泡沫件，或者高熔点聚合物块、碳纤维块等，填充块通过比较其熔点和最优连接温度进行选择，填充块熔点应高于最优连接温度；
S2、利用摄像头，在磁脉冲之前，拍摄主动连接段设置夹芯处和主动连接段结合处的外表面初始图片；
S3、基于磁脉冲设备，对主动连接段和被动连接段接口处加热至一定的温度，施加较小的磁脉冲电流给予主动连接段和被动连接段接口处的预变形，拍摄连接后的主动连接段设置夹芯处和主动连接段结合处的外表面变形图片；
S4、基于变形图片和初始图片，获得结合处的最大变形量，若结合处的最大变形量与目标变形量之差大于所规定的阈值，以当前温度值作为最优连接温度，再施加较大磁脉冲电流，一次完成磁脉冲连接；
若结合处的最大变形量与目标变形量之差小于所规定的阈值，提高主动连接段和被动连接段接口处的加热温度，继续施加较小的磁脉冲电流给予主动连接段和被动连接段接口处的预变形，直至结合处的最大变形量与目标变形量之差大于所规定的阈值。
S5、将主动连接段和被动连接段接口处进行旋转，快速重复多次步骤S5中的上述流程。
S6、完成步骤S5的流程后，对被动连接段的卡槽处加热至填充块的分解温度，将填充块完全分解。
进一步优选的，步骤S5中旋转角度为30°、45°、60°或90°。
进一步优选的，步骤S1中填满被动连接段在卡槽处的内部空心区域的填充块可为聚氨酯、铝、镁泡沫件，或者高熔点聚合物块、碳纤维块。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
其一、采用简单型腔作为骨架，简单型腔采用主动连接段和被动连接段作为胞元，并在局部填充夹芯结构，以空间排列组合的方式组成承载所用的桁架结构，主动连接段可设计为双向、三向和四向连接，以满足桁架结构交叉连接需求，具有结构简单，成本低下，设计效率高，轻量化效果好等优点，可以为铝、镁等轻质金属应用于纯电动客车提供助力；
其二、主动连接段的卡条和被动连接段卡槽的设计，可使得卡条在施力卡入卡槽后，不能将其反向拔出，加强两者之间的连接自锁能力，并增强结构的摩擦阻尼，提高接口的连接强度、力学服役性能和整体的抗扭转、抗弯性能；
其三、主动连接段和被动连接段的结合处还采用磁脉冲连接，即填充块、摄像头和最优连接温度识别相结合的复合连接工艺，连接快速方便，减少连接工艺试错成本，获得最优连接温度，从而可以最大限度的提高主动连接段和被动连接段的结合处的连接质量，以满足桁架结构的强度、刚度及其疲劳耐久需求；
其四、在主动连接段及被动连接段与夹芯连接的侧壁均开设有小圆通孔，利用小孔吸音的原理，提高整车的NVH性能。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的剖视图；
图3是三向主动连接段的整体结构及剖视图；
图4是四向主动连接段的整体结构及剖视图；
图5是磁脉冲连接工艺的流程图。
图中：1、主动连接段；11、外扩段；12、外套环；2、被动连接段；21、内缩段；22、内套环；3、夹芯；31、镂空孔；4、粘连聚合物；5、小圆通孔；6、卡条；7、卡槽。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例，参照图1-4，一种轻质金属高强纯电动客车复合结构，包括主动连接段1及被动连接段2，主动连接段1及被动连接段2均为空心管结构，主动连接段1可为双向主动连接段1、三向主动连接段1或四向主动连接段1，本实施例采用的是双向主动连接段1，主动连接段1及被动连接段2为圆形或矩形，本实施例采用的是圆形截面结构，主动连接段1及被动连接段2内均设置有数量为≥0且与其内径相配合的夹芯3，三向主动连接段1及四向主动连接段1内不填充夹芯3，上述夹芯3的填充个数除与所在的位置的局部强度要求有关之外，还与整车振动特性有关，局部填充个数还可根据整车CAE振动特性分析确定，以改善整车的NVH性能，夹芯3所用材料可根据整车CAE力学性能分析确定。
贯穿夹芯3开设有三个镂空孔31，夹芯3还可为塑料、泡沫铝、蜂窝铝和点阵结构等，夹芯3的两端均设置有用于将其与主动连接段1内壁或被动连接段2内壁连接的粘连聚合物4；主动连接段1及被动连接段2与夹芯3连接的侧壁均开设有多个小圆通孔5，若该位为承载的关键位置，则该位置不设置小圆通孔5，上述小圆通孔5之间的间距与小圆通孔5直径之间的倍数关系还与主动段夹芯3结构和被动段夹芯3结构在被动连接段2和主动连接段1中的填充个数有关，填充个数越多，随机圆孔之间的间距与圆孔直径之间的倍数关系应随之增大，并且若主动连接段1及被动连接段2与夹芯3连接位置为承载的关键位置，则主动连接段1及被动连接段2与夹芯3连接的侧壁不设置小圆通孔5，保证承载强度的同时，利用小孔吸音，提高整车的NVH性能。
主动连接段1的每一端部均设置有向外扩展的外扩段11，每一外扩段11的自由端均设置有内径与被动连接段2外径相等的外套环12，被动连接段2的每一端部均设置有向内收缩且与外扩段11相配合的内缩段21，每一内缩段21的自由端均设置有外径与主动连接段1内径相等的内套环22，每一外套环12的侧壁均切割向内折叠形成多条卡条6，每一被动连接段2的两端及两端的内缩段21均向内开设有与卡条6一一对应的卡槽7，卡条6形成的内径不小于内套环22的外径，卡槽7并未延伸至内套环22处，使得卡条6需要弹性形变才能卡入到卡槽7内，卡条6从内套环22处逐渐变形卡入到卡槽7内后，便不能将其反向拔出，加强两者之间的连接自锁能力，提高接口的连接强度和整体的抗扭转、抗弯性能。
卡槽7数量不小于2，两两中心对称，相邻卡槽的间距大小与卡槽数量相关，具体数量可根据接口的强度要求确定，此外，卡槽7数量还对摩擦阻尼提升有影响，并对现有连接工艺步骤S4的旋转角度有影响。此外，卡条6、卡槽7、外扩段11、外套环12、内缩段21、内套环22的组合，能够明显提高结构本身的摩擦阻尼，其能量耗散程度的提高，可以减弱磁脉冲连接瞬间带来的过大冲击能量，提高接口连接质量，进而使得接口的力学服役性能得到了提升。此外，由于该处的双重厚度叠加，对接口结合处的力学性能没有影响，还可以减轻重量，进一步提升整车的轻量化效果。
参照图5，一种轻质金属高强纯电动客车复合结构的连接工艺，所述主动连接段1与所述被动连接段2采用磁脉冲连接，所述磁脉冲连接工艺包括：
S1、室温环境下，正对卡槽7，放入填充块，填满被动连接段2在卡槽7处的内部空心区域，将卡槽7处的圆弧外轮廓打磨光滑；
S2、利用摄像头，在磁脉冲之前，拍摄主动连接段1设置夹芯3处和主动连接段1结合处的外表面初始图片；
S3、基于磁脉冲设备，对主动连接段1和被动连接段2接口处加热至一定的温度，施加较小的磁脉冲电流给予主动连接段1和被动连接段2接口处的预变形，拍摄连接后的主动连接段1设置夹芯3处和主动连接段1结合处的外表面变形图片；
S4、基于变形图片和初始图片，获得结合处的最大变形量，若结合处的最大变形量与目标变形量之差大于所规定的阈值，以当前温度值作为最优连接温度，再施加较大磁脉冲电流，一次完成磁脉冲连接；
若结合处的最大变形量与目标变形量之差小于所规定的阈值，提高主动连接段1和被动连接段2接口处的加热温度，继续施加较小的磁脉冲电流给予主动连接段1和被动连接段2接口处的预变形，直至结合处的最大变形量与目标变形量之差大于所规定的阈值。
S5、主动连接段1和被动连接段2接口处旋转60°，快速重复步骤S5中的上述两次流程，完成主动连接段1与被动连接段2的连接。
S6、完成步骤S5的流程后，对被动连接段2的卡槽7处加热至填充块的分解温度，将填充块完全分解。
上述连接工艺的填充块可以提供能量缓冲、交互通道，降低连接时瞬间所产生的过大冲击能量，提高接口磁脉冲的连接质量。
上述填充块、摄像头和最优连接温度识别相结合的复合连接工艺，连接快速方便，可以减少试错成本，获得最优连接温度，从而可以最大限度的提高主动连接段和被动连接段的结合处的连接质量，以满足桁架结构的强度、刚度及其疲劳耐久需求。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种轻质金属高强纯电动客车复合结构，包括主动连接段（1）及被动连接段（2），其特征在于：所述主动连接段（1）及所述被动连接段（2）均为空心管结构，所述主动连接段（1）及所述被动连接段（2）内均设置有数量为≥0且与其内径相配合的夹芯（3），所述主动连接段（1）的每一端部均设置有向外扩展的外扩段（11），每一外扩段（11）的自由端均设置有内径与所述被动连接段（2）外径相等的外套环（12），所述被动连接段（2）的每一端部均设置有向内收缩且与所述外扩段（11）相配合的内缩段（21），每一内缩段（21）的自由端均设置有外径与所述主动连接段（1）内径相等的内套环（22），每一外套环（12）的侧壁均切割向内折叠形成多条卡条（6），每一被动连接段（2）的两端及两端的内缩段（21）均向内开设有与所述卡条（6）一一对应的卡槽（7）；
所述主动连接段（1）与所述被动连接段（2）采用磁脉冲连接，所述磁脉冲连接工艺包括：
S1、室温环境下，正对卡槽（7），放入填充块，填满被动连接段（2）在卡槽（7）处的内部空心区域，将卡槽（7）处的圆弧外轮廓打磨光滑；
S2、利用摄像头，在磁脉冲之前，拍摄主动连接段（1）设置夹芯（3）处和主动连接段（1）结合处的外表面初始图片；
S3、基于磁脉冲设备，对主动连接段（1）和被动连接段（2）接口处加热至一定的温度，施加较小的磁脉冲电流给予主动连接段（1）和被动连接段（2）接口处的预变形，拍摄连接后的主动连接段（1）设置夹芯（3）处和主动连接段（1）结合处的外表面变形图片；
S4、基于变形图片和初始图片，获得结合处的最大变形量，若结合处的最大变形量与目标变形量之差大于所规定的阈值，以当前温度值作为最优连接温度，再施加较大磁脉冲电流，一次完成磁脉冲连接；
若结合处的最大变形量与目标变形量之差小于所规定的阈值，提高主动连接段（1）和被动连接段（2）接口处的加热温度，继续施加较小的磁脉冲电流给予主动连接段（1）和被动连接段（2）接口处的预变形，直至结合处的最大变形量与目标变形量之差大于所规定的阈值；
S5、将主动连接段（1）和被动连接段（2）接口处进行旋转，快速重复多次步骤S5中的上述流程；
S6、完成步骤S5的流程后，对被动连接段（2）的卡槽（7）处加热至填充块的分解温度，将填充块完全分解。
2.根据权利要求1所述的一种轻质金属高强纯电动客车复合结构，其特征在于：所述主动连接段（1）可为双向主动连接段（1）、三向主动连接段（1）或四向主动连接段（1）。
3.根据权利要求1所述的一种轻质金属高强纯电动客车复合结构，其特征在于：所述主动连接段（1）及所述被动连接段（2）的截面均为圆形或矩形。
4.根据权利要求1所述的一种轻质金属高强纯电动客车复合结构，其特征在于：贯穿所述夹芯（3）开设有多个镂空孔（31）。
5.根据权利要求1所述的一种轻质金属高强纯电动客车复合结构，其特征在于：所述夹芯（3）的两端均设置有用于将其与所述主动连接段（1）内壁或所述被动连接段（2）内壁连接的粘连聚合物（4）。
6.根据权利要求1所述的一种轻质金属高强纯电动客车复合结构，其特征在于：所述主动连接段（1）及所述被动连接段（2）与所述夹芯（3）连接的侧壁均开设有多个小圆通孔（5），若所述主动连接段（1）及所述被动连接段（2）与所述夹芯（3）连接位置为承载的关键位置，则所述主动连接段（1）及所述被动连接段（2）与所述夹芯（3）连接的侧壁不设置所述小圆通孔（5）。
7.根据权利要求1所述的一种轻质金属高强纯电动客车复合结构，其特征在于：所述卡条（6）形成的内径不小于所述内套环（22）的外径，所述卡槽（7）并未延伸至所述内套环（22）处，使得所述卡条（6）需要弹性形变才能卡入到所述卡槽（7）内。
8.根据权利要求1所述的一种轻质金属高强纯电动客车复合结构，其特征在于，步骤S5中旋转角度为30°、45°、60°或90°。
9.根据权利要求1所述的一种轻质金属高强纯电动客车复合结构，其特征在于：步骤S1中填满被动连接段（2）在卡槽（7）处的内部空心区域的填充块可为聚氨酯、铝、镁泡沫件，或者高熔点聚合物块、碳纤维块。
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