CN220924316U - 一种复合材料汽车中顶横梁及其生产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及碳纤维技术领域，尤其涉及一种复合材料汽车中顶横梁及其生产系统，包括梁体，梁体包括由外至内依次设置的外部碳纤维织物层、中间纱线层及内部碳纤维织物层，梁体沿其宽度方向设有若干并列排布的空腔，且梁体沿其宽度方向上的一端的拐角部位向外延伸有翻边；本实用新型利用碳纤维织物及纱线所形成的复合材料来制备汽车中顶横梁，实现了汽车的轻量化要求，且利用薄壁空腔结构，不仅能提高整体的刚性，还能进一步减重，采用弯曲拉挤工艺，不仅使横梁纵向有一定的曲率，曲率‑随形保证中顶横梁与汽车顶盖和两侧车架之间的连接，而且系统自动化程度高，适合批量连续化生产，生产效率高。

Description

一种复合材料汽车中顶横梁及其生产系统

技术领域

本实用新型涉及碳纤维技术领域，尤其涉及一种复合材料汽车中顶横梁及其生产系统。

背景技术

随着汽车工业的发展，以钢材或者是铝合金型材为主的金属材料已不能顺应汽车轻量化发展的需要，汽车中顶横梁结构是汽车车身的重要组成部分，主要对汽车顶盖外板起到支撑作用，加强顶盖总成的刚度和强度、保证车架的扭转刚度并承受纵向载荷等。但是金属型材的顶梁，重量、体积都比较大，不利于车辆的空间布置和轻量化设计，且其耐腐蚀性差，使用寿命短。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：为了解决现有技术中金属型材的顶梁，重量、体积都比较大，不利于车辆的空间布置和轻量化设计，且其耐腐蚀性差，使用寿命短的问题，现提供一种复合材料汽车中顶横梁及其生产系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种复合材料汽车中顶横梁包括梁体，所述梁体包括由外至内依次设置的外部碳纤维织物层、中间纱线层及内部碳纤维织物层，碳纤维及纱线所形成的复合材料满足汽车轻量化的要求，可替代现有的金属型材；所述梁体沿其宽度方向设有若干并列排布的空腔，空腔结构在提高整体刚性的同时，也可实现减重，且梁体沿其宽度方向上的一端的拐角部位向外延伸有翻边，翻边设计可改善中顶横梁的扭转变形。

上述技术方案利用碳纤维织物及纱线所形成的复合材料来制备汽车中顶横梁，不仅达到了减重、节能的目的，还提高了力学性能及抗疲劳性，且利用空腔结构，进一步提高了横梁整体的刚性且减少了重量，另外通过翻边的设计改善了横梁的扭转变形。

进一步的，所述外部碳纤维织物层及内部碳纤维织物层均为多轴向碳纤维织物，实现了轻量化并满足了横梁的性能要求。

进一步的，所述中间纱线层为玻纤纱线、碳纤维纱线、玄武岩纱线中的一种或者两种以上的组合，提高了成型效率并实现了减重。

一种复合材料汽车中顶横梁的生产系统，包括：

用于放置纱线的纱架，纱架前的张力杆可控制纱线的整体张力；

用于对来自纱架的纱线进行导向的导纱装置；

用于对来自导纱装置的纱线除湿的集纱器，集纱器中带有红外加热装置，可实现纱线的在线除湿，从而避免制件不良；

用于为来自集纱器的纱线提供胶液的胶槽系统；

用于使碳纤维织物包覆来自胶槽系统的纱线的毡架，碳纤维织物放在毡架上，通过导毡装置将织物顺势包覆水平方向的纱线，并变成满足设计要求的截面形状；

用于对来自毡架的纱线及碳纤维织物进行预成型的多功能模架，其包括用于预成型板、芯棒及用于安装芯棒的芯棒固定板，织物同带胶纱线通过预成型板的挤压实现胶液的浸润，芯棒用于制品成型，所述芯棒数量、尺寸与空腔数量、尺寸相对应且位置可调；芯棒内置芯棒调节系统，其包括感应器及控制器，当芯棒移位时，移动方向信号和距离信号通过感应器传递给控制器，从而实现芯棒位置的在线自动调节，避免了芯棒移位而导致的制件尺寸不合格的问题。

用于对来自多功能模架的预成型制品加热固化的模具，且模具型腔曲率可调；

用于对纱线及碳纤维织物进行牵引的牵引系统。

进一步的，模具与牵引系统之间设有多个多功能导辊，多个多功能导辊分布在制品的两侧，且按照一定曲率等距或者不等距设置，并且多功能导辊曲率可根据制品的曲率进行调节，从而实现制品从出模到牵引系统的过渡。

进一步的，所述芯棒包括金属段及塑料段，且两者通过套筒胶接连接，塑料段材质为聚四氟乙烯，其中金属段具有较高强度，其位于多功能模架及模具中以使制品成型，塑料段强度及重量均低于金属段，其位于模具后方工序中主要起导向作用，金属段与塑料段的结合一方面保证了制品的成型质量，另一方面可达到芯棒减重的目的，从而减小了对芯棒固定板的强度要求，提高了芯棒安装的稳定性。

进一步的，所述模具具有三个加热区，分别为第一加热区、第二加热区及第三加热区，第一加热区的温度设置为60-100℃，第二加热区的温度设置为100-180℃，第三加热区的温度设置为100-200℃。

本实用新型的有益效果：本实用新型利用碳纤维织物及纱线所形成的复合材料来制备汽车中顶横梁，实现了汽车的轻量化要求，且利用薄壁空腔结构，加之合理的纤维铺层，不仅能提高整体的刚性，还能进一步减重。采用弯曲拉挤工艺，结合多功能模架、多功能芯棒、多功能导向辊以及芯棒调节系统可以成型多腔的弯曲拉挤型材，不仅使横梁纵向有一定的曲率，曲率-随形保证中顶横梁与汽车顶盖和两侧车架之间的连接，而且自动化程度高，适合批量连续化生产，生产效率高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是中顶横梁的结构示意图；

图2是中顶横梁的截面示意图；

图3是中顶横梁的生产系统图；

图4是芯棒调节系统的结构示意图。

图中：

1、纱架；2、纱线；3、导纱装置；4、集纱器；5、胶槽系统；6、毡架；7、织物；8、多功能模架；9、芯棒调节系统；901、感应器；902、控制器；10、芯棒；11、模具；12、多功能导辊；13、牵引系统；14、切割装置；15、梁体；1501、空腔；1502、翻边。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

实施例一：

如图1和图2所示，本实用新型是一种复合材料汽车中顶横梁，包括材质为纤维复合材料的梁体15，所述梁体15沿其宽度方向设有若干并列排布的空腔1501，空腔1501数量可为但不仅限于两个，本实施例中具有两个空腔1501，且梁体15沿其宽度方向上的一端的拐角部位向外延伸有翻边1502，从而形成截面为“白”字形薄壁双腔结构，截面外宽为55-70mm，外高为80-95mm，壁厚为2.5-3mm，翻边1502长度为15-30mm。空腔1501结构在提高整体刚性的同时，也可实现减重，翻边1502设计可改善中顶横梁的扭转变形。

梁体15包括由外至内依次设置的外部碳纤维织物层、中间纱线层及内部碳纤维织物层，复合材料制备过程中用的树脂选用浸润性好、固化收缩率低的环氧树脂，外部为横梁外轮廓部分，内部指横梁外轮廓部分。碳纤维织物7及纱线2所形成的复合材料满足汽车轻量化的要求，可替代现有的金属型材，且外部碳纤维织物层及内部碳纤维织物层均为多轴向碳纤维织物，中间纱线层为玻纤纱线、碳纤维纱线、玄武岩纱线中的一种或者两种以上的组合，进一步实现了轻量化且满足了横梁的性能要求、提高了成型效率。

实施例二：

如3和图4所示，一种复合材料汽车中顶横梁的生产系统，包括：

用于放置纱线2的纱架1，纱架1前的张力杆可控制纱线2的整体张力；

用于对来自纱架1的纱线2进行导向的导纱装置3；

用于对来自导纱装置3的纱线2除湿的集纱器4，集纱器4中带有红外加热装置，可实现纱线2的在线除湿，从而避免制件不良；

用于为来自集纱器4的纱线2提供胶液的胶槽系统5；

用于使碳纤维织物7包覆来自胶槽系统5的纱线2的毡架6，碳纤维织物7放在毡架6上，通过导毡装置将织物7顺势包覆水平方向的纱线2，并变成满足设计要求的截面形状；

用于对来自毡架6的纱线2及碳纤维织物7进行预成型的多功能模架8，其包括预成型板、芯棒10及用于安装芯棒10的芯棒固定板，织物7同带胶纱线2通过预成型板的挤压实现胶液的浸润，所述芯棒10数量、尺寸与空腔1501数量、尺寸相对应且位置可调，用于制品成型，本实施例中芯棒10数量为两个，截面呈“口”字形；芯棒10内置芯棒调节系统9，所述芯棒调节系统9包括感应器901及控制器902，当芯棒10移位时，移动方向信号和距离信号通过感应器901传递给控制器902，从而实现芯棒10位置的在线自动调节，避免了芯棒10移位而导致的制件尺寸不合格的问题。

用于对来自多功能模架8的预成型制品加热固化的模具11，且模具11型腔曲率可调，模具11具有三个加热区，分别为第一加热区、第二加热区及第三加热区，第一加热区的温度设置为60-100℃，第二加热区的温度设置为100-180℃，第三加热区的温度设置为100-200℃；所述芯棒10包括金属段及塑料段，且两者通过套筒胶接连接，塑料段材质为聚四氟乙烯，其中金属段具有较高强度，其位于多功能模架8及模具11中以使制品成型，塑料段强度及重量均低于金属段，其位于模具11后方工序中主要起导向作用，金属段与塑料段的结合一方面保证了制品的成型质量，另一方面可达到芯棒10减重的目的，从而减小了对芯棒10固定板的强度要求，提高了芯棒10安装的稳定性。

用于对出模后的制品进行导向的多功能导辊12，多个多功能导辊12分布在制品的两侧，且按照一定曲率等距或者不等距设置，并且多功能导辊12曲率可根据制品的曲率进行调节，从而实现制品从出模到牵引系统13的过渡；

用于对纱线2及碳纤维织物7进行牵引的牵引系统13；

用于对制品进行切割的切割装置14，切割装置14将制品切割成所需长度。

工作原理：

根据穿纱布局图将规定型号和数量的纱线2放置在纱架1上，纱线2可以是碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维一种或者是两种以上的组合，通过纱架1前的张力杆控制纱线2的整体张力，纱线2穿过纱架1后通过导纱装置3进入集纱器4，集纱器4中带有红外加热装置，可实现纱线2的在线除湿。

纱线2除湿后进入胶槽系统5，碳纤维织物7放在毡架6上，通过导毡装置将织物7顺势包覆水平方向的纱线2，而后碳纤维织物7和纱线2一起进入多功能模架8，织物7同带胶纱线2通过预成型板的挤压实现胶液的浸润，并通过芯棒10成型，芯棒10曲率随形，其包括金属段和塑料段，从而达到减重及减少芯棒10移位的风险，浸润过树脂的纱线2和织物7随后进入模具11加热固化，制品出模后经多功能导辊12导向后进入牵引系统13，整个系统依靠牵引系统13对制品进行牵引，模具11、多功能导辊12及牵引系统13曲率可调并相互匹配，出牵引后进入切割装置14，最终切割成想要的型材长度。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种复合材料汽车中顶横梁，其特征在于：包括梁体(15)，所述梁体(15)包括由外至内依次设置的外部碳纤维织物层、中间纱线层及内部碳纤维织物层，所述梁体(15)沿其宽度方向设有若干并列排布的空腔(1501)，且梁体(15)沿其宽度方向上的一端的拐角部位向外延伸有翻边(1502)。

2.根据权利要求1所述的一种复合材料汽车中顶横梁，其特征在于：所述外部碳纤维织物层及内部碳纤维织物层均为多轴向碳纤维织物。

3.一种生产系统，用于生产如权利要求1-2任一项所述的一种复合材料汽车中顶横梁，其特征在于：包括：

用于放置纱线(2)的纱架(1)；

用于对来自纱架(1)的纱线(2)进行导向的导纱装置(3)；

用于对来自导纱装置(3)的纱线(2)除湿的集纱器(4)；

用于为来自集纱器(4)的纱线(2)提供胶液的胶槽系统(5)；

用于使碳纤维织物(7)包覆来自胶槽系统(5)的纱线(2)的毡架(6)；

用于对来自毡架(6)的纱线(2)及碳纤维织物(7)进行预成型的多功能模架(8)，其包括预成型板、芯棒(10)及用于安装芯棒(10)的芯棒固定板，所述芯棒(10)数量与空腔(1501)数量相对应且位置可调；

用于对来自多功能模架(8)的预成型制品加热固化的模具(11)，且模具(11)型腔曲率可调；

用于对纱线(2)及碳纤维织物(7)进行牵引的牵引系统(13)。

4.根据权利要求3所述的一种生产系统，其特征在于：所述模具(11)与牵引系统(13)之间设有多个多功能导辊(12)，多个多功能导辊(12)分布在梁体(15)两侧，且曲率可调。

5.根据权利要求3所述的一种生产系统，其特征在于：所述芯棒(10)包括金属段及塑料段，且两者胶接连接。

6.根据权利要求3所述的一种生产系统，其特征在于：所述模具(11)具有三个加热区，分别为第一加热区、第二加热区及第三加热区，第一加热区的温度设置为60-100℃，第二加热区的温度设置为100-180℃，第三加热区的温度设置为100-200℃。