CN116812016A - 包含多种材料的混合结构仪表横梁支架及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明所提供的包含多种材料的混合结构仪表横梁支架及其制造工艺，在支架的不同位置和部件处通过高强度材料与轻质材料相互搭配，实现了支架管梁结构达到足够高强度的同时，有效降低了管壁厚度和重量。在制造中利用高压胀形结合注塑等工艺，能够以更高的加工精度和效率得到支架一体结构，从而显著降低了制造中的工装与人工成本。
Description
技术领域
本发明属于汽车零部件固定结构技术领域，具体涉及包含钢铝镁塑等多种材料的混合结构仪表横梁支架及其制造工艺。
背景技术
目前，汽车制造行业中仍较多采用全钢材料来制造车身骨架，将冲压或铸造预制好的管梁通过焊接方式进行组合。然而，全钢骨架结构自身重量大、零件数量多，并且制造中的工装夹具成本投入较大，较多的焊点对加工精度也构成了限制。在一些采用了铝塑材料的车身结构件中，对于仪表支架、主管梁等重要部件还需要以增大尺寸或管壁厚度等方式来保证必要的结构强度，使得车身难以进一步轻量化。因此，如何对车身结构部件及其制造工艺进行改进，在提高强调的同时降低重量，是本领域迫切需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，针对本领域中存在的技术问题，本发明提供了一种包含多种材料的混合结构仪表横梁支架，由横梁、车身连接支架、中通道支撑支架及转向管柱安装支架组成；
其中，所述车身连接支架固定设置于所述横梁的左右两端，用于分别与车身骨架连接；所述中通道支撑支架固定设置于所述横梁的中部，用于与下方车身骨架连接支撑所述仪表横梁支架，以及安装车辆中控台；所述转向管柱支架用于安装车辆转向柱；
所述横梁为包覆有碳纤维预浸料的金属管梁，所述车身连接支架为复合材料，通过注塑方式一体成形在所述金属管梁上；所述中通道支撑支架为复合材料，通过注塑方式一体成形在所述金属管梁上；所述转向管柱安装支架为铝镁合金材料，通过压铸注射方式一体成形在所述金属管梁上；
所述横梁通过以下高压胀形工艺步骤一体得到：
将金属管坯放入内表面铺贴有碳纤维预浸料的模具型腔内后，密封所述金属管坯两端，并将模具型腔内加热并将模具合模，向金属管坯端口内注入高压胀形介质，使金属管坯的外管壁贴模，利用所述高压胀形介质的压力使金属管坯形成预定的管截面形状，并使所述碳纤维预浸料包覆在部分金属管坯外表面，构成所述横梁；
所述中通道支撑支架和所述车身连接支架是在横梁成形后，通过向模具型腔内壁与金属管坯外壁之间形成的部分空间中注射入复合材料来成形得到；
所述转向管柱安装支架是在中通道支撑支架成形后，通过向模具型腔内壁与金属管坯外壁之间形成的部分空间中注射入铝镁合金材料来形成得到；
待模具型腔内冷却后脱模即得到了组合好的混合结构仪表横梁支架的一体结构。
进一步地，所述金属管坯具体选用高强钢或超高强钢材料或者是铝材；所述复合材料具体选用尼龙或双尼龙添加一定比例的玻璃纤维，或者是PP材料添加一定比例的玻璃纤维。
进一步地，所述金属管梁预定的管截面形状为卵形。
相应地，本发明还提供了相应的制造工艺，通过依次执行以下步骤整体性地得到所述包含多种材料的混合结构仪表横梁支架：
步骤一、准备用于制造横梁的金属管坯材料、用于制造中通道支撑支架和车身连接支架的复合材料、用于制造转向管柱安装支架的铝镁合金材料、碳纤维预浸料以及模具；
步骤二、将所述金属管坯放入内表面铺贴有碳纤维预浸料的模具型腔内后，密封所述金属管坯两端，并将模具型腔内加热至第一指定温度；
步骤三、将模具合模，向一侧金属管坯端口内注入高压胀形介质，使金属管坯的外管壁贴模，利用所述高压胀形介质的压力使金属管坯胀形形成预定的管截面形状，使金属管坯主体部分形成支架横梁，所述横梁左右两端则形成车身连接支架；所述碳纤维预浸料随着贴模而包覆在横梁部分外表面；
步骤四、调节所述模具型腔内温度至第二指定温度，向模具型腔内壁与金属管坯外壁之间形成的部分空间中注射入复合材料，在横梁中部形成所述中通道支撑支架和车身连接支架；
步骤五、调节所述模具型腔内温度至第三指定温度，向模具型腔内壁与金属管坯外壁之间形成的部分空间中注射入铝镁合金材料，在横梁上形成所述转向管柱安装支架；
步骤六、将高压胀形介质泄压回收，待模具型腔内冷却后脱模，所述混合结构仪表横梁支架的制造全部完成。
上述的第一、第二和第三指定温度可分别根据高压胀形、复合材料或铝镁合金注塑时实际需要来灵活地设定。
上述本发明所提供的包含多种材料的混合结构仪表横梁支架及其制造工艺，在支架的不同位置和部件处通过高强度材料与轻质材料相互搭配，实现了支架管梁结构达到足够高强度的同时，有效降低了管壁厚度和重量。在制造中利用高压胀形结合注塑等工艺，能够以更高的加工精度和效率得到支架一体结构，从而显著降低了制造中的工装与人工成本。
附图说明
图1为本发明所提供的混合结构仪表横梁支架立体图；
图2为本发明所提供混合结构仪表横梁支架的管梁截面优选结构图；
图3为本发明所提供的混合结构仪表横梁支架制造工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。
本发明所涉及的高强钢、超高强钢等术语在制造加工领域和材料领域有通用含义，本领域技术人员应当知晓，故在此不再赘述。
本发明提供的钢铝镁塑混合结构仪表横梁支架，如图1、2所示，由横梁4、车身连接支架1、中通道支撑支架3及转向管柱安装支架2组成；
其中，所述车身连接支架固定设置于所述横梁的左右两端，用于分别与车身骨架连接；所述中通道支撑支架固定设置于所述横梁的中部，用于与下方车身骨架连接支撑所述仪表横梁支架，以及用于安装车辆中控台；所述转向管柱支架用于安装车辆转向柱；
所述横梁为包覆有碳纤维预浸料的金属管梁，所述车身连接支架为复合材料，通过注塑方式一体成形在所述金属管梁上；所述中通道支撑支架为复合材料，通过注塑方式一体成形在所述金属管梁上；所述转向管柱安装支架为铝镁合金材料，通过压铸注射方式一体成形在所述金属管梁上。
所述横梁是通过以下高压胀形工艺步骤一体得到：
将金属管坯5放入内表面铺贴有碳纤维预浸料的模具型腔内后，密封所述金属管坯两端，并将模具型腔内加热并将模具合模，向金属管坯端口内注入高压胀形介质，使金属管坯的外管壁贴模，利用所述高压胀形介质的压力使金属管坯形成预定的管截面形状，并使所述碳纤维预浸料6包覆在部分金属管坯外表面，构成所述横梁；
所述中通道支撑支架是在横梁和车身连接支架成形后，通过向模具型腔内壁与金属管坯外壁之间形成的部分空间中注射入复合材料来成形得到；
所述转向管柱安装支架是在中通道支撑支架成形后，通过向模具型腔内壁与金属管坯外壁之间形成的部分空间中注射入铝镁合金材料来形成得到；
待模具型腔内冷却后脱模即得到了组合好的混合结构仪表横梁支架的一体结构。
所述金属管坯具体选用高强钢或超高强钢材料或者是铝材；所述复合材料具体选用尼龙或双尼龙添加一定比例的玻璃纤维，或者是PP材料添加一定比例的玻璃纤维。
所述金属管梁预定的管截面形状为图2所示的卵形。
相应地，本发明还提供了相应的制造工艺，如图3所示，通过依次执行以下步骤整体性地得到所述包含多种材料的混合结构仪表横梁支架：
步骤一、准备用于制造横梁的金属管坯材料、用于制造中通道支撑支架和车身连接支架的复合材料以及用于制造转向管柱安装支架的铝镁合金材料及碳纤维预浸料和模具；
步骤二、将所述金属管坯放入内表面铺贴有碳纤维预浸料的模具型腔内后，密封所述金属管坯两端，并将模具型腔内加热至第一指定温度；
步骤三、将模具合模，向一侧金属管坯端口内注入高压胀形介质，使金属管坯的外管壁贴模，利用所述高压胀形介质的压力使金属管坯胀形形成预定的管截面形状，使金属管坯主体部分形成支架横梁，所述横梁左右两端则形成车身连接支架；所述碳纤维预浸料随着贴模而包覆在横梁部分外表面；
步骤四、调节所述模具型腔内温度至第二指定温度，向模具型腔内壁与金属管坯外壁之间形成的部分空间中注射入复合材料，在横梁中部形成所述中通道支撑支架；
步骤五、调节所述模具型腔内温度至第三指定温度，向模具型腔内壁与金属管坯外壁之间形成的部分空间中注射入铝镁合金材料，在横梁上形成所述转向管柱安装支架；
步骤六、将高压胀形介质泄压回收，待模具型腔内冷却后脱模，所述混合结构仪表横梁支架的制造全部完成。
应理解，本发明实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种包含多种材料的混合结构仪表横梁支架，其特征在于：由横梁、车身连接支架、中通道支撑支架及转向管柱安装支架组成；
其中，所述车身连接支架固定设置于所述横梁的左右两端，用于分别与车身骨架连接；所述中通道支撑支架固定设置于所述横梁的中部，用于与下方车身骨架连接支撑所述仪表横梁支架，以及安装车辆中控台；所述转向管柱支架用于安装车辆转向柱；
所述横梁为包覆有碳纤维预浸料的金属管梁，所述车身连接支架为复合材料，通过注塑方式一体成形在所述金属管梁上；所述中通道支撑支架为复合材料，通过注塑方式一体成形在所述金属管梁上；所述转向管柱安装支架为铝镁合金材料，通过压铸注射方式一体成形在所述金属管梁上；
所述横梁通过以下高压胀形工艺步骤一体得到：
将金属管坯放入内表面铺贴有碳纤维预浸料的模具型腔内后，密封所述金属管坯两端，并将模具型腔内加热并将模具合模，向金属管坯端口内注入高压胀形介质，使金属管坯的外管壁贴模，利用所述高压胀形介质的压力使金属管坯形成预定的管截面形状，并使所述碳纤维预浸料包覆在部分金属管坯外表面，构成所述横梁；
所述中通道支撑支架和所述车身连接支架是在横梁热胀形后，通过向模具型腔内壁与金属管坯外壁之间形成的部分空间中注射入复合材料来成形得到；
所述转向管柱安装支架是在中通道支撑支架成形后，通过向模具型腔内壁与金属管坯外壁之间形成的部分空间中注射入铝镁合金材料来形成得到；
待模具型腔内冷却后脱模即得到了组合好的混合结构仪表横梁支架的一体结构。
2.如权利要求1所述的包含多种材料的混合结构仪表横梁支架，其特征在于：所述金属管坯具体选用高强钢或超高强钢材料或者是铝材；所述复合材料具体选用尼龙或双尼龙添加一定比例的玻璃纤维，或者是PP材料添加一定比例的玻璃纤维。
3.一种制造工艺，用于制造如权利要求1-2任一项所述的包含多种材料的混合结构仪表横梁支架，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤一、准备用于制造横梁的金属管坯材料、用于制造中通道支撑支架和车身连接支架的复合材料、用于制造转向管柱安装支架的铝镁合金材料以及碳纤维预浸料和模具；
步骤二、将所述金属管坯放入内表面铺贴有碳纤维预浸料的模具型腔内后，密封所述金属管坯两端，并将模具型腔内加热至第一指定温度；
步骤三、将模具合模，向一侧金属管坯端口内注入高压胀形介质，使金属管坯的外管壁贴模，利用所述高压胀形介质的压力使金属管坯胀形形成预定的管截面形状，使金属管坯主体部分形成支架横梁，所述横梁左右两端则形成车身连接支架；所述碳纤维预浸料随着贴模而包覆在横梁部分外表面；
步骤四、调节所述模具型腔内温度至第二指定温度，向模具型腔内壁与金属管坯外壁之间形成的部分空间中注射入复合材料，在横梁中部形成所述中通道支撑支架和车身连接支架；
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