CN215706656U - 一种复合材料商用车蒙皮加强结构 - Google Patents

Abstract

一种复合材料商用车蒙皮加强结构，从内到外包括内蒙皮、泡沫夹芯和外蒙皮，所述复合材料商用车蒙皮加强结构还包括若干组金属预埋组件，所述若干组金属预埋组件嵌设于泡沫夹芯内部，且若干组金属预埋组件的上下端面与外蒙皮和内蒙皮内侧共固化一体成型，每个金属预埋组件包括金属型材和设于金属型材内部的胶粘剂层、金属背板和填充泡沫层，其中金属型材为中空结构，金属背板通过胶粘剂层与金属型材内部顶端连接，填充泡沫层设于金属型材中空结构内部，用于填充连接金属背板的金属型材内部。本新型采用金属预埋组件设计，将其内嵌至复合材料内外蒙皮及夹芯结构中，提高受载处性能，将载荷有效传递至内外蒙皮，解决大载荷下的机械连接强度问题。

Description

一种复合材料商用车蒙皮加强结构

技术领域

本实用新型属于商用车技术领域，具体涉及一种复合材料商用车蒙皮加强结构。

背景技术

目前新能源商用车配套的多动力电池系统，导致整车装备质量过重，挤占载客及载货空间，从另一方面来讲，燃油消耗、二氧化碳排放及续航里程对于商用车的评价指标同样至关重要。从节能、环保、法规、新能源及客户的需求来说，引入新材料、新工艺、新技术，是目前商用车轻量化技术发展最重要的推动力。

传统商用车车身由主次承力金属骨架和蒙皮，通过焊接组装在一起，其结构零部件数量多、质量过重、装配复杂，且存在一定的公差累积。对于轻量化商用车车身，仅保留主承力骨架，由复合材料夹芯蒙皮替代原有的金属蒙皮，通过胶粘与铆接装配，实现整车扭转刚度的提升，并在减重方面具备相当可观的优势。蒙皮内外表面通常需要连接具有不同承载要求的组件，对于简单的复合材料蒙皮结构，预埋单片金属板加强只能连接承载要求较小的组件，其连接强度低，且易出现复材面板与夹芯材料分离等缺陷。对于承受载荷要求较高的组件，例如电池箱总成、空调系统、座椅支撑、天窗内饰等，简单的复合材料蒙皮加强结构难以满足性能需求，针对此问题，提出一种新的复合材料蒙皮加强结构，提高受载处机械连接强度，满足大载荷工况要求。

实用新型内容

解决的技术问题：针对现有技术的不足，本实用新型提供一种复合材料商用车蒙皮加强结构，采用金属预埋组件设计，将其内嵌至复合材料内外蒙皮及夹芯结构中，提高受载处性能，将载荷有效传递至内外蒙皮，解决大载荷下的机械连接强度问题。

技术方案：一种复合材料商用车蒙皮加强结构，从内到外包括内蒙皮、泡沫夹芯和外蒙皮，所述复合材料商用车蒙皮加强结构还包括若干组金属预埋组件，所述若干组金属预埋组件嵌设于泡沫夹芯内部，且若干组金属预埋组件的上下端面与外蒙皮和内蒙皮内侧共固化一体成型，每个金属预埋组件包括金属型材和设于金属型材内部的胶粘剂层、金属背板和填充泡沫层，其中金属型材为中空结构，金属背板通过胶粘剂层与金属型材内部顶端连接，填充泡沫层设于金属型材中空结构内部，用于填充连接金属背板的金属型材内部。此结构方案能够在安装点受载时将载荷同时传递到内外蒙皮上，防止复合材料蒙皮出现板芯分层、局部压溃、安装点紧固件拉脱失效等缺陷，提高复合材料蒙皮整体性能及产品质量。

作为优选，所述金属型材采用“口”字封闭形式，厚度为0.5~3 mm。

作为优选，所述内蒙皮和外蒙皮为复合材料铺层结构，单侧蒙皮的厚度为0.5~3mm。

作为优选，所述泡沫夹芯和填充泡沫层为硬质泡沫，泡沫夹芯的厚度为2~60 mm，填充泡沫层尺寸与型材型腔一致，占满金属型材内部空间。

作为优选，所述泡沫夹芯内部开槽，开槽尺寸与金属预埋组件外表面轮廓一致，保证能够将金属预埋组件放入泡沫开槽位置中，且金属预埋组件的外轮廓高度低于泡沫夹芯厚度0.5~2 mm，预留一定装配间隙，防止成型过程中对内外蒙皮模具的损坏，此间隙通过内外蒙皮的复合材料（铺层材料或树脂流动）填实。

作为优选，所述金属背板的厚度为0.5~3mm，胶粘剂层的厚度为0.5~3mm，胶粘剂层为结构胶。

作为优选，所述内蒙皮和外蒙皮与金属预埋组件连接处的外表面设有刻线标识。

有益效果：本新型通过提出一种新能源商用客车车身的复合材料蒙皮加强结构，泡沫夹芯处内嵌金属预埋组件，能够增加受载处机械连接强度，将载荷有效传递至内外蒙皮，此结构作为一种优选的设计方案，对复合材料夹芯结构在商用车上的应用提供更合理的设计方法，提供更充足的设计空间，实现商用客车整体轻量化目标。

本新型所述金属型材采用“口”字封闭形式，上下表面与蒙皮内侧接触，并在金属型材内部粘接金属背板，填充泡沫夹芯，此结构方案能够在安装点受载时将载荷同时传递到内外蒙皮上，防止复合材料蒙皮出现板芯分层、局部压溃、安装点紧固件拉脱失效等缺陷，提高复合材料蒙皮整体性能及产品质量。

附图说明

图1 为本实用新型所述复合材料商用车蒙皮加强结构示意图；

图2为本实用新型所述金属预埋组件断面示意。

图中各数字标号代表如下：1.外蒙皮；2. 泡沫夹芯；3. 内蒙皮；4. 金属预埋组件；5.金属型材；6.胶粘剂层；7.金属背板；8.填充泡沫层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本新型作进一步描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

商用车蒙皮内外表面通常需要连接一些有不同承载要求的组件，常用连接方式为铆接和螺接。对于承载较小的组件，例如装饰板、摄像头托板、线束支架等，可选择在蒙皮单侧打铆钉或拉铆螺栓、拉铆螺母；对于承载有一定要求的组件，例如扶手管梁等，可选择在单侧蒙皮表面预埋金属板配合机械连接；对于承载较大的组件，例如电池箱总成、空调系统、座椅支撑、天窗内饰等，可采用金属预埋组件（即本发明所述复合材料商用车蒙皮加强结构）配合机械连接方案，金属型材同时接触内外蒙皮，不仅仅靠单侧蒙皮及夹芯传递载荷，能够有效提升机械连接强度。

实施例1

参见图1和图2，所述复合材料商用车蒙皮加强结构，从内到外包括内蒙皮3、泡沫夹芯2和外蒙皮1，所述复合材料商用车蒙皮加强结构还包括若干组金属预埋组件（金属预埋组件的分布和个数根据实际需求（外部配合件的分布等）由本领域技术人员设定），所述若干组金属预埋组件嵌设于泡沫夹芯2内部，且若干组金属预埋组件的上下端面与外蒙皮1和内蒙皮3内侧共固化一体成型，每个金属预埋组件4包括金属型材5和设于金属型材5内部的胶粘剂层6、金属背板7和填充泡沫层8，其中金属型材5为中空结构，金属背板7通过胶粘剂层6与金属型材5顶端内部连接，填充泡沫层8设于金属型材5中空结构内部，用于填充连接金属背板7的金属型材5内部。此结构方案能够在安装点受载时将载荷同时传递到内外蒙皮上，防止复合材料蒙皮出现板芯分层、局部压溃、安装点紧固件拉脱失效等缺陷，提高复合材料蒙皮整体性能及产品质量。

上述复合材料商用车蒙皮加强结构组装方法如下：装配时，先组装金属预埋组件4，在金属型材5顶端内部涂敷胶粘剂层6，然后粘接金属背板7，再用填充泡沫层8填充于金属型材5中空结构内部。然后在铺层过程中将若干组金属预埋组件嵌设于泡沫夹芯2内部，再与复合材料内外蒙皮共固化一体成型即可。

实施例2

同实施例1，区别在于，所述金属型材5采用“口”字封闭形式，厚度为0.5~3 mm。所述内蒙皮3和外蒙皮1为复合材料铺层结构，单侧蒙皮的厚度为0.5~3mm。所述泡沫夹芯2和填充泡沫层8为硬质泡沫，泡沫夹芯2的厚度为2~60 mm，填充泡沫层8尺寸与型材型腔一致，占满金属型材5内部空间。所述泡沫夹芯2内部开槽，开槽尺寸与金属预埋组件4外表面轮廓一致，保证能够将金属预埋组件4放入泡沫开槽位置中，且金属预埋组件4的外轮廓高度低于泡沫夹芯2厚度0.5~2 mm，预留一定装配间隙。所述金属背板7的厚度为0.5~3mm，胶粘剂层6的厚度为0.5~3mm，胶粘剂层6的胶粘剂为结构胶。

内外蒙皮的复合材料采用连续纤维（包括但不限于碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维或以上混合纤维等）增强树脂（包括但不限于环氧、聚氨酯、不饱和、乙烯基等树脂）基复合材料，泡沫夹芯2及金属预埋组件4内部填充泡沫层采用硬质泡沫（PU、PVC、PET、PMI等闭孔类）材料，整体采用液体灌注（包扩但不限于VARI、LP-RTM、HP-RTM等相关的变种工艺）工艺成型，纤维布及泡沫夹芯2按照既定的铺层角度、顺序及位置铺贴于模具表面，合模后内部抽真空，并采用一定注胶压力将树脂注入模具型腔内部，树脂在大气压作用下实现流动浸润纤维，在一定时间下固化一体成型。考虑复合材料蒙皮结构特点及刚度需求，单侧蒙皮厚度取值范围0.5mm~3mm，泡沫夹芯2厚度取值范围2mm~60mm，泡沫在铺层操作前根据类型不同选择模内发泡或CNC机加成型，包括为金属预埋组件4预留贯通槽，开槽尺寸与金属型材5尺寸一致。

金属预埋组件4需在铺层操作前装配完成。考虑到蒙皮整体轻量化目标，金属型材5优选为铝材料，厚度取值范围0.5mm~3mm。考虑安装点连接强度及可靠性，金属背板7优选为钢材料，厚度取值范围0.5mm~3mm。胶粘剂选用满足环境及粘接性能的结构胶（单双组分的环氧胶、聚氨酯胶或丙烯酸胶），胶层取值范围0.5mm~3mm。粘接前对金属表面采用砂纸打磨，去除氧化皮、杂质，并采用异丙醇进行擦拭、清洁，去除打磨后的粉末，提高金属件接触表面胶接质量。胶接可采用手动胶枪或针管向金属件表面进行注胶，严格控制注胶量，面贴合粘接后采用大力钳将金属件夹持并保持一段时间，无需等待胶层完全固化，即可在金属型材腔内部填充形状相匹配的泡沫夹芯2，占满内部空间。由于泡沫密度远小于树脂密度，如不填充泡沫，在液体成型工艺过程中，型腔内部会被树脂填充，增加额外重量。局部缝隙有未完全填充泡沫部分，成型过程中靠树脂流动填实即可。蒙皮在采用双面模具成型（例如LP-RTM或HP-RTM工艺）过程中，如果金属型材件加工误差偏大，会导致模具直接卡在金属型材表面，产品表面出现缺陷，更严重情况下会损坏模具造成危险。为防止上述情况发生，金属预埋组件4与蒙皮预留0.5mm~2mm间隙，此间隙可通过铺层材料或树脂流动填实。

实施例3

同实施例2，区别在于，所述内蒙皮3和外蒙皮1与金属预埋组件4连接处的外表面设有刻线标识。复材蒙皮成型脱模后，金属预埋组件4已内嵌至蒙皮内部一体固化，难以精确找到金属预埋组件4及安装点位置。在不影响产品外观前提下，可采用预先在模具上刻线，蒙皮成型后会在产品表面对应位置显现刻线标识，按照此刻线进行切割打孔或紧固件安装，保证安装点精度。

Claims (7)

1.一种复合材料商用车蒙皮加强结构，从内到外包括内蒙皮、泡沫夹芯和外蒙皮，其特征在于，所述复合材料商用车蒙皮加强结构还包括若干组金属预埋组件，所述若干组金属预埋组件嵌设于泡沫夹芯内部，且若干组金属预埋组件的上下端面与外蒙皮和内蒙皮内侧共固化一体成型，每个金属预埋组件包括金属型材和设于金属型材内部的胶粘剂层、金属背板和填充泡沫层，其中金属型材为中空结构，金属背板通过胶粘剂层与金属型材顶端内部连接，填充泡沫层设于金属型材中空结构内部，用于填充连接金属背板的金属型材内部。

2.根据权利要求1所述的一种复合材料商用车蒙皮加强结构，其特征在于，所述金属型材采用“口”字封闭形式，厚度为0.5~3 mm。

3.根据权利要求1所述的一种复合材料商用车蒙皮加强结构，其特征在于，所述内蒙皮和外蒙皮为复合材料铺层结构，单侧蒙皮的厚度为0.5~3mm。

4.根据权利要求1所述的一种复合材料商用车蒙皮加强结构，其特征在于，所述泡沫夹芯和填充泡沫层为硬质泡沫，泡沫夹芯的厚度为2~60 mm，填充泡沫层尺寸与型材型腔一致，占满金属型材内部空间。

5.根据权利要求1所述的一种复合材料商用车蒙皮加强结构，其特征在于，所述泡沫夹芯内部开槽，开槽尺寸与金属预埋组件外表面轮廓一致，且金属预埋组件的外轮廓高度低于泡沫夹芯厚度0.5~2 mm。

6.根据权利要求1所述的一种复合材料商用车蒙皮加强结构，其特征在于，所述金属背板的厚度为0.5~3mm，胶粘剂层的厚度为0.5~3mm。

7.根据权利要求1所述的一种复合材料商用车蒙皮加强结构，其特征在于，所述内蒙皮和外蒙皮与金属预埋组件连接处的外表面设有刻线标识。

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