IT202000021133A1

IT202000021133A1 - Metodo di fabbricazione di un componente strutturale di un autoveicolo a sezione cava in materiale composito, in particolare un braccio per sospensione, e braccio per sospensione ottenuto mediante il metodo

Info

Publication number: IT202000021133A1
Application number: IT102020000021133A
Authority: IT
Inventors: Salvatore Sottile; Andrea Santini; Marco Goia
Original assignee: Marelli Suspension Systems Italy S P A
Priority date: 2020-09-07
Filing date: 2020-09-07
Publication date: 2022-03-07
Also published as: EP4210974A1; WO2022049558A1; CN116018253A

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Metodo di fabbricazione di un componente strutturale di un autoveicolo a sezione cava in materiale composito, in particolare un braccio per sospensione, e braccio per sospensione ottenuto mediante il metodo"

DESCRIZIONE

Settore tecnico

La presente invenzione si colloca, in generale, nel settore automobilistico; in particolare, l?invenzione si riferisce a un metodo di fabbricazione di un componente strutturale di un autoveicolo a sezione cava in materiale composito, particolarmente di un braccio per sospensione di autoveicolo, e a un braccio per sospensione ottenuto mediante tale metodo.

Tecnica nota

Il braccio per sospensione ? un elemento del cinematismo che viene realizzato dal sistema di sospensione anteriore o posteriore del veicolo.

Fondamentalmente, il braccio per sospensione ha una funzione portante e di collegamento tra parti mobili (montante ruota, sistema ammortizzatore) e parti fisse (scocca, telaio, traversa) del veicolo. La tipologia delle parti collegate varia in funzione dell?architettura.

Nell?ambito dei componenti strutturali di sospensione e, pi? nello specifico, di un braccio di sospensione per autoveicolo, i materiali comunemente utilizzati sono ghise, allumini ed acciai, secondo processi tecnologici ben noti quali stampaggio lamiera, forgiatura e pressofusione nelle diverse configurazioni.

L?evoluzione tecnologica nella produzione di questi componenti, cos? come la richiesta sempre pi? stringente di ridurre il peso dei componenti strutturali di sospensione, ha comportato il passaggio sempre pi? frequente alla configurazione di prodotto con lamiera stampata, mono-guscio o biguscio a seconda delle prestazioni finali richieste a livello vettura.

Nel caso di componenti metallici a sezioni cave, si rendono quindi necessarie lavorazioni tecnologiche successive come, a titolo di esempio, la saldatura nelle varianti continua ed a punti, con i relativi vincoli di progettazione (dimensionamento alette, accessibilit? della torcia, ecc.).

Allo scopo di alleggerire ulteriormente i componenti, nel settore automobilistico ? invalso il ricorso ai materiali compositi, generalmente lavorati mediante pultrusione.

Nel caso per? di componenti cavi con forme complesse, quali i bracci per sospensione, la pultrusione non ? idonea, sicch? la tecnica nota non contempla soluzioni per realizzare un componente strutturale di un autoveicolo (quale, in particolare, un braccio di sospensione) che, pur conservando forma e funzionalit? di un tradizionale componente metallico, presenti caratteristiche migliorate in termini di peso e flessibilit?.

Tali limitazioni, comprensibilmente, pregiudicano la possibilit? di disporre di una componentistica pi? performante rispetto alle configurazioni note.

Sintesi dell?invenzione

Uno scopo della presente invenzione ? di ovviare ai summenzionati problemi.

Per ottenere tale risultato, un componente strutturale di un veicolo, ad esempio un braccio di sospensione, un montante di sospensione, un trave del telaio ecc., viene realizzata a partire da cariche di materiale composito, modellate mediante stampaggio a compressione in pressa a stampo chiuso a formare (almeno) due semigusci che, una volta assemblati, delimiteranno la cavit? interna del componente finale. L?anima cava, formata dai due semigusci assemblati, viene poi posizionata all?interno di uno stampo, e la geometria finale viene realizzata tramite sovrastampaggio in pressa a stampo chiuso con l?utilizzo di materiale d?apporto di tipo composito che, una volta chiuso lo stampo, andr? a riempire tutte le cavit? dello stesso, realizzando cos? una scocca avente la geometria finale del componente.

Al termine del processo, l?anima cava risulta quindi sigillata all?interno di un blocco monolitico, modellato con la geometria del componente finale.

Grazie a una tale configurazione, il componente strutturale in composito a sezione cava secondo l'invenzione ? pi? leggero rispetto a un corrispondente componente tradizionale in acciaio, alluminio o ghisa, mantenendo inalterate le proprie prestazioni.

I due (o pi?) gusci interni, formanti l?anima cava del componente, sono realizzati mediante il noto processo di stampaggio a compressione in pressa a stampo chiuso.

Il materiale considerato ? un composito rinforzato in fibre che possono essere continue (fibre unidirezionali o tessuti con diversi bilanciamenti e/o diversi orientamenti), discontinue, oppure miste (struttura ibrida comprendente un laminato a fibra continua unidirezionale o bilanciato secondo una sequenza di impilamento dipendente dalle caratteristiche meccaniche che si vogliono conseguire, rinforzata da nervature co-stampate realizzate in fibra discontinua).

La resina pu? essere sia termoindurente che termoplastica.

I due semigusci costituenti la cavit? potranno quindi essere realizzati tramite fibra (ad esempio, fibra di vetro, carbonio, basalto, aramidica) continua, fibra discontinua, fibra discontinua con rinforzi in fibra continua o viceversa, secondo le succitate tecniche di stampaggio a compressione in pressa a stampo chiuso (di per s? note).

La superficie interna dei due semigusci formanti l?anima cava potr? essere dotata di un sistema di nervature atto ad aumentare la resistenza dell?anima cava alla deformazione.

L?anima cava viene realizzata tramite assemblaggio dei due semigusci. L?assemblaggio pu? avvenire mediante tecniche note di giunzione geometrica, giunzione continua (ad esempio, incollaggio o saldatura per attrito), o giunzione discontinua (ad esempio, chiodatura o rivettatura) per interposizione di inserti metallici. Le sedi degli inserti potranno essere co-stampate direttamente nelle superfici dei due (o pi?) semigusci, formanti la cavit?. L?adesione all?interfaccia polimero/metallo pu? essere migliorata chimicamente, secondo le tecniche note di attivazione superficiale, o meccanicamente, realizzando opportune geometrie o praticando opportuni trattamenti o lavorazioni secondo le tecniche note.

La geometria finale viene realizzata per successivo sovrastampaggio dell?anima cava e del materiale composito rinforzato, secondo le tecnologie note di stampaggio a compressione in pressa a stampo chiuso. L?adesione tra le superfici esterne della cavit? e il materiale d?apporto, convenientemente polimerizzato dopo cottura in stampo caldo o solidificato in stampo freddo (a seconda della tipologia della matrice del materiale, e quindi della tipologia di stampaggio a compressione in pressa a stampo chiuso), potr? essere migliorata in modo meccanico (ad esempio, tramite particolari geometrie e/o lavorazioni superficiali, quali la sabbiatura), chimico (ad esempio, tecniche laser di attivazione superficiale), o tramite interposizione di un mezzo terzo (ad esempio, un incollante di tipo noto).

Durante l?operazione di sovrastampaggio della scocca esterna sull?anima cava, potr? essere previsto il co-stampaggio di inserti metallici, che potranno formare rispettive sedi per boccole, giunti sferici ecc., in modo da permettere il successivo collegamento del componente ai diversi componenti della vettura.

I suddetti ed altri scopi e vantaggi sono raggiunti, secondo un aspetto dell?invenzione, da un metodo di fabbricazione di un componente strutturale di un autoveicolo a sezione cava in materiale composito, particolarmente un braccio per sospensione di autoveicolo, e a un braccio per sospensione ottenuto mediante tale metodo, aventi le caratteristiche definite nelle rivendicazioni annesse. Breve descrizione dei disegni

Verranno ora descritte le caratteristiche funzionali e strutturali di alcune forme di attuazione e realizzazione preferite di un metodo di fabbricazione e di un braccio di sospensione secondo l?invenzione. Si fa riferimento ai disegni allegati, in cui:

- la figura 1 ? una vista prospettica schematica di un componente strutturale di un autoveicolo, in particolare un braccio per sospensione automobilistica, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

- le figure 2 e 3 sono rispettivamente una vista schematica prospettica e in esploso di un?anima cava inglobata all?interno del braccio per sospensione di figura 1, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

- le figure 4 e 5 sono due viste schematiche prospettiche di una porzione di una scocca esterna che ingloba un semiguscio dell?anima interna, rispettivamente in assenza e in presenza di una nervatura di rinforzo associata al semiguscio, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione; e

- le figure da 6 a 8 sono rispettivamente una vista prospettica di un braccio per sospensione in una condizione di assemblaggio della scocca esterna e dell?anima cava, una sezione parziale del braccio di fig. 6 in cui ? visibile la scocca interna, e una sezione parziale del braccio di fig. 6 in cui ? visibile la scocca interna munita di una nervatura di rinforzo, secondo due rispettive forme di realizzazione della presente invenzione.

Descrizione dettagliata

Prima di spiegare nel dettaglio una pluralit? di forme di realizzazione dell?invenzione, va chiarito che l?invenzione non ? limitata nella sua applicazione ai dettagli costruttivi e alla configurazione dei componenti presentati nella seguente descrizione o illustrati nei disegni. L?invenzione ? in grado di assumere altre forme di realizzazione e di essere attuata o realizzata praticamente in diversi modi. Si deve anche intendere che la fraseologia e la terminologia hanno scopo descrittivo e non vanno intese come limitative.

Inoltre, nella descrizione che segue si far? principalmente riferimento alla realizzazione di un braccio per una sospensione automobilistica. Si intente per? che il metodo secondo l?invenzione si applica in generale a qualsiasi componente strutturale di un autoveicolo che, per caratteristiche geometriche, meccaniche e/o funzionali, si presti ad essere realizzata mediante il procedimento rivendicato (ad esempio, il montante di una sospensione automobilistica, un trave di un telaio ecc.).

Un metodo per la fabbricazione di un componente strutturale di un autoveicolo, a sezione cava e in materiale composito, comprende la fase di predisporre dei pre-impregnati di materiale composito. Tali materiali appartengono alla tipologia tradizionalmente nota come ?pre-preg?, e potranno presentarsi inizialmente sotto forma di lastre, fogli o genericamente come cariche di consistenza semisolida o pastosa.

Successivamente, detti pre-impregnati di materiale composito vengono sagomati mediante stampaggio a compressione in pressa a stampo chiuso, in modo tale da ottenere due rispettivi semigusci 10. In sostanza, il materiale viene caricato nello stampo e, sotto la pressione impartita dalla pressa (secondo la nota tecnica dello stampaggio a compressione in pressa a stampo chiuso), scorrer? all?interno della matrice fino a che gli venga impressa la forma voluta, in questo caso a semiguscio.

Quindi, i due semigusci 10 vengono assemblati, in modo tale che tali semigusci 10 mutuamente affacciati formino un?anima 12 al cui interno sia definita una cavit? 14.

Sono quindi predisposte delle ulteriori cariche di rivestimento di materiale composito, che vengono posizionate all?interno dello stampo.

Mediante stampaggio a compressione in pressa a stampo chiuso, dette cariche di rivestimento vengono modellate in modo tale che ciascun semiguscio 10 ne sia interamente ricoperto, cos? che dette cariche di rivestimento creino una scocca esterna 16 che inglobi interamente l?anima 12.

Secondo una forma di attuazione preferita, il metodo di cui sopra ? configurato per ottenere un componete strutturale nella forma di un braccio per sospensione automobilistica.

Convenientemente, il materiale composito impiegato per la realizzazione deli semigusci 10 e/o per la realizzazione della scocca esterna 16 comprende una matrice in resina termoplastica o termoindurente.

Preferibilmente, il materiale composito impiegato per la realizzazione deli semigusci 10 e/o per la realizzazione della scocca esterna 16 ? un materiale selezionato dal gruppo comprendente gli Sheet Molding Compounds (?SMCs?), gli Advanced Sheet Molding Compounds (?A-SMCs?), i Glass Fiber Sheet Molding Compounds (?GFSMC?), i Carbon Fiber Sheet Molding Compounds (?CFSMCs?), e i Bulk Molding Compounds (?BMCs?). Si tratta di materiali compositi ben noti al tecnico del ramo.

Secondo una forma di attuazione, la fase di accoppiare a vicenda i semigusci 10 viene eseguita mediante incollaggio o saldatura per attrito dei bordi di un semiguscio 10 all?altro semiguscio 10.

Secondo una forma di attuazione alternativa, la fase di accoppiare a vicenda i semigusci 10, in cui la fase (c) viene eseguita mediante chiodatura o rivettatura reciproca dei bordi dei semigusci 10.

Pu? inoltre essere prevista la fase di predisporre una pluralit? di inserti metallici 18, atti ad accogliere boccole e/o porzioni di giunti sferici, e la fase di costampare la scocca esterna 16 e detti inserti metallici 18.

Secondo una forma di attuazione, il metodo comprende la fase di applicare nervature 20 a uno o entrambi i semigusci 10, tali nervature 20 essendo atte a conferire ai semigusci 10 una maggior resistenza alla deformazione (ad esempio, una maggior rigidezza flessionale e/o torsionale, e/o fungere da supporto all?anima interna 12 durante la fase di sovrastampaggio della scocca esterna 16, per evitare che l?anima 12 si deformi o collassi). Le nervature 20 si estendono all?interno della cavit? 14, e possono essere configurate come un reticolo di lamine estese tra le pareti interne dell?anima cava 12.

Secondo un aspetto dell?invenzione, un braccio di sospensione 9 per una sospensione automobilistica ? ottenuto mediante un metodo secondo una qualsiasi delle forme di attuazione del metodo di cui sopra, detto braccio di sospensione 9 comprendendo l?anima 12, in materiale composito e cava al proprio interno, la quale anima 12 ? incorporata nella scocca esterna 16, in materiale composito e comprendente una pluralit? di sedi 17 atte ad accogliere mezzi per il collegamento di detto braccio di sospensione 9 a un veicolo.

Sono stati descritti diversi aspetti e forme di realizzazione di un metodo di fabbricazione di un componente automobilistico e un braccio di sospensione ottenuto con tale metodo secondo l?invenzione. Si intende che ciascuna forma di realizzazione pu? essere combinata con qualsiasi altra forma di realizzazione. L?invenzione, inoltre, non ? limitata alle forme di realizzazione descritte, ma potr? essere variata entro l?ambito definito dalle rivendicazioni annesse.

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Metodo per la fabbricazione di un braccio di sospensione (9) per una sospensione automobilistica, comprendente le fasi di:

a) predisporre dei pre-impregnati di materiale composito;

b) mediante stampaggio a compressione in pressa a stampo chiuso, sagomare detti pre-impregnati di materiale composito in modo tale da ottenere due rispettivi semigusci (10);

c) assemblare i due semigusci (10), in modo tale che i due semigusci (10) mutuamente affacciati formino un?anima (12) al cui interno sia definita una cavit? (14);

d) predisporre delle ulteriori cariche di rivestimento di materiale composito, e posizionarle all?interno dello stampo;

e) mediante stampaggio a compressione in pressa a stampo chiuso, sagomare dette cariche di rivestimento in modo tale che ciascun semiguscio (10) sia interamente ricoperto da dette cariche di rivestimento, cos? che dette cariche di rivestimento creino una scocca esterna (16) che inglobi interamente l?anima (12).

2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui il materiale composito delle fasi (a) e/o (d) comprende una matrice in resina termoplastica o termoindurente.

3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il materiale composito delle fasi (a) e/o (d) ? un materiale selezionato dal gruppo comprendente gli Sheet Molding Compounds (SMCs), gli Advanced Sheet Molding Compounds (A-SMCs), i Glass Fiber Sheet Molding Compounds (GFSMC), i Carbon Fiber Sheet Molding Compounds (CFSMCs), e i Bulk Molding Compounds (BMCs).

4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la fase (c) viene eseguita mediante incollaggio o saldatura per attrito dei bordi di un semiguscio (10) all?altro semiguscio (10).

5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui la fase (c) viene eseguita mediante chiodatura o rivettatura reciproca dei bordi dei semigusci (10).

6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre la fase di predisporre una pluralit? di inserti metallici (18), atti ad accogliere boccole e/o porzioni di giunti sferici, e la fase di costampare la scocca esterna (16) e detti inserti metallici (18).

7. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre la fase di applicare nervature (20) a uno o entrambi i semigusci (10), atte a conferire ai semigusci (10) una maggior resistenza alla deformazione, dette nervature (20) estendendosi all?interno della cavit? (14).

8. Braccio di sospensione (9) per una sospensione automobilistica, ottenuto mediante un metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, detto braccio di sospensione (9) comprendendo un?anima (12), in materiale composito e cava al proprio interno, detta anima (12) essendo incorporata in una scocca esterna (16), in materiale composito e comprendente una pluralit? di sedi (17) atte ad accogliere mezzi per il collegamento di detto braccio di sospensione (9) a un veicolo.