一種水箱橫梁及汽車的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水箱橫梁及汽車，屬于汽車領(lǐng)域。所述水箱橫梁采用孔邊Z-PIN增強(qiáng)的夾芯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，由上至下包括復(fù)合材料織物上層面板層、中間泡沫夾芯加強(qiáng)層及復(fù)合材料織物下層面板層，通過Z-PIN銷釘對復(fù)合材料水箱橫梁開孔孔邊進(jìn)行增強(qiáng)。所述汽車包括所述水箱橫梁。本發(fā)明采用包括復(fù)合材料織物上層面板層、中間泡沫夾芯加強(qiáng)層及復(fù)合材料織物下層面板層的三明治夾芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)汽車水箱橫梁，通過Z-PIN銷釘對復(fù)合材料水箱橫梁開孔孔邊進(jìn)行增強(qiáng)，能有效提高如汽車水箱橫梁類開孔復(fù)合材料制件的抗分層能力，故而在保證水箱橫梁剛度強(qiáng)度的同時(shí)，最大限度降低了水箱橫梁的重量。
【專利說明】一種水箱橫梁及汽車
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車領(lǐng)域，特別涉及一種水箱橫梁及汽車。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著節(jié)能減排要求的提高，汽車的輕量化越來越受到人們的重視。以水箱橫梁為例加以說明，水箱橫梁是汽車中重要的結(jié)構(gòu)件，因此需要對水箱橫梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)以達(dá)到減重目的。
[0003]近年來，先進(jìn)復(fù)合材料的應(yīng)用，尤其是碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用可以大大降低了汽車的車身重量。目前汽車工業(yè)的復(fù)合材料成型工藝主要是液體成形工藝為主，如VARTM(Vacuum Assisted Resin Transfer molding,真空輔助樹脂傳遞成型)和 RTM(ResinTransfer molding)。在該類液體成形工藝前期都涉及纖維織物預(yù)制體的鋪貼編織。常規(guī)的纖維預(yù)制體制造可采用三維機(jī)織、針織、縫紉等方法，以提高復(fù)合材料的面間力學(xué)性能。
[0004]然而，在汽車結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料輕量化設(shè)計(jì)和制造過程中，一些傳統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)在復(fù)合材料化設(shè)計(jì)中，需要提高復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)抗裂紋生長的耐疲勞能力，特別是要防止復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在后續(xù)機(jī)加工過程中的分層開裂。由于水箱橫梁制件存在較多的安裝孔，因此，采用復(fù)合材料制造過程中，急需解決復(fù)合材料制孔過程中普遍存在的孔邊分層難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)復(fù)合材料制孔過程中普遍存在的孔邊分層難題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種水箱橫梁及汽車，能夠在保證水箱橫梁剛度強(qiáng)度的同時(shí)，最大限度降低了水箱橫梁的重量。所述技術(shù)方案如下:
[0006]一方面，提供了一種水箱橫梁，所述水箱橫梁采用孔邊Z-PIN增強(qiáng)的夾芯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，由上至下包括復(fù)合材料織物上層面板層、中間泡沫夾芯加強(qiáng)層及復(fù)合材料織物下層面板層，通過Z-PIN銷釘對復(fù)合材料水箱橫梁開孔孔邊進(jìn)行增強(qiáng)。
[0007]具體地，所述復(fù)合材料織物上層面板層和所述復(fù)合材料織物下層面板層采用碳纖維織物鋪層或者碳纖維與玻璃纖維混紡織物鋪層。
[0008]具體地，中間泡沫夾芯加強(qiáng)層采用硬質(zhì)泡沫材料。
[0009]具體地，所述中間泡沫夾芯加強(qiáng)層采用PVC硬質(zhì)泡沫、聚氨酯或PMI泡沫。
[0010]具體地，所述通過Z-PIN銷釘對復(fù)合材料水箱橫梁開孔孔邊進(jìn)行增強(qiáng)，是在所述水箱橫梁預(yù)制體的制造過程中使用Z-PIN銷釘對預(yù)制體的待打孔區(qū)域進(jìn)行增強(qiáng)。
[0011]具體地，所述Z-PIN銷釘直徑為0.5mm-1.5mm。
[0012]具體地，所述Z-PIN銷釘采用不銹鋼、鈦合金或碳纖維復(fù)合材料制成。
[0013]具體地，所述孔邊Z-PIN增強(qiáng)的夾芯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中所述Z-PIN銷釘行列間距為2mm-5mm0
[0014]具體地，所述預(yù)制體的待打孔區(qū)域進(jìn)行增強(qiáng)是在后續(xù)機(jī)加工工序過程中出現(xiàn)孔徑大于或等于20mm的區(qū)域進(jìn)行增強(qiáng)，所述在制造過程中使用Z-PIN銷釘對預(yù)制體的待打孔區(qū)域進(jìn)行增強(qiáng)滿足保持孔邊外緣至少兩排以上的所述Z-PIN銷釘。
[0015]另一方面，提供了一種汽車，所述汽車所述的水箱橫梁。
[0016]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0017]本發(fā)明采用包括復(fù)合材料織物上層面板層、中間泡沫夾芯加強(qiáng)層及復(fù)合材料織物下層面板層的三明治夾芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)汽車水箱橫梁，通過Z-PIN銷釘對復(fù)合材料水箱橫梁開孔孔邊進(jìn)行增強(qiáng)，能有效提高如汽車水箱橫梁類開孔復(fù)合材料制件的抗分層能力，故而在保證水箱橫梁剛度強(qiáng)度的同時(shí)，最大限度降低了水箱橫梁的重量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的水箱橫梁的示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的復(fù)合材料織物上層面板層的示意圖；
[0021]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的中間泡沫夾芯加強(qiáng)層的示意圖；
[0022]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的復(fù)合材料織物下層面板層的示意圖；
[0023]圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的Z-PIN銷釘?shù)闹踩牍ば蛄鞒虉D。
[0024]圖中各符號表示含義如下:
[0025]I復(fù)合材料織物上層面板層，2中間泡沫夾芯加強(qiáng)層，3復(fù)合材料織物下層面板層，4Z-PIN銷釘，5Z-PIN銷釘泡沫預(yù)制體，6纖維預(yù)制體，7超聲植入轉(zhuǎn)換器，8殘余的泡沫預(yù)制體。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0027]實(shí)施例一
[0028]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種水箱橫梁，所述水箱橫梁采用孔邊Z-PIN增強(qiáng)的夾芯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，由上至下包括復(fù)合材料織物上層面板層1、中間泡沫夾芯加強(qiáng)層2及復(fù)合材料織物下層面板層3，通過Z-PIN銷釘4對復(fù)合材料水箱橫梁開孔(圖中未標(biāo)出)孔邊進(jìn)行增強(qiáng)。
[0029]本發(fā)明采用包括復(fù)合材料織物上層面板層1、中間泡沫夾芯加強(qiáng)層2及復(fù)合材料織物下層面板層3的三明治夾芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)汽車水箱橫梁，通過Z-PIN銷釘4對復(fù)合材料水箱橫梁開孔孔邊進(jìn)行增強(qiáng)，提高了防止裂紋擴(kuò)展的抗疲勞能力，能有效提高如汽車水箱橫梁類開孔復(fù)合材料制件的抗分層能力，故而在保證水箱橫梁剛度強(qiáng)度的同時(shí)，最大限度降低了水箱橫梁的重量。
[0030]具體地，如圖2及圖4所示，所述復(fù)合材料織物上層面板層I和所述復(fù)合材料織物下層面板層3采用碳纖維織物鋪層或者碳纖維與玻璃纖維混紡織物鋪層。
[0031]具體地，如圖3所示，中間泡沫夾芯加強(qiáng)層2采用硬質(zhì)泡沫材料。[0032]更具體地，所述中間泡沫夾芯加強(qiáng)層2采用PVC硬質(zhì)泡沫、聚氨酯或PMI泡沫。
[0033]具體地，如圖1所示，所述通過Z-PIN銷釘4對復(fù)合材料水箱橫梁開孔孔邊進(jìn)行增強(qiáng)，是在所述水箱橫梁預(yù)制體的制造過程中使用Z-PIN銷釘4對預(yù)制體的待打孔區(qū)域進(jìn)行增強(qiáng)。
[0034]通過Z-PIN銷釘4對復(fù)合材料水箱橫梁開孔孔邊進(jìn)行增強(qiáng)，工藝可行性如下:
[0035]近年來，在國外發(fā)展了一種Z-PIN工藝，即將Z向銷釘植入復(fù)合材料內(nèi)來進(jìn)行層間力學(xué)性能增強(qiáng)，從而提高復(fù)合材料的抗分層破壞能力。該項(xiàng)技術(shù)在Fl方程式賽車上已經(jīng)獲得應(yīng)用。目前國外的Z-PIN工藝主要是針對預(yù)浸料工藝開發(fā)的，即將Z-PIN銷釘4植入預(yù)浸料中，再固化成型。
[0036]上述結(jié)構(gòu)工藝如下:
[0037]為了推廣高效低成本的Z-PIN工藝，本發(fā)明通過借鑒Z-PIN工藝，并將Z-PIN銷釘4植入干態(tài)的纖維預(yù)制體6中，即在復(fù)合材料干態(tài)預(yù)制體中引入Z-PIN，對復(fù)合材料進(jìn)行層間增強(qiáng)，以適應(yīng)目前汽車工業(yè)采用的液體成形工藝平臺應(yīng)用的需要。Z-PIN增強(qiáng)纖維預(yù)制體6的具體操作過程，如圖2所示，四個(gè)圖例表示步驟1-4，
[0038]步驟1:準(zhǔn)備Z-PIN銷釘泡沫預(yù)制體5及纖維預(yù)制體6 ；
[0039]步驟2 =Z-PIN銷釘4植入，具體通過超聲植入轉(zhuǎn)換器7將Z-PIN銷釘泡沫預(yù)制體5中的Z-PIN銷釘4植入纖維預(yù)制體6 ；
[0040]步驟3 =Z-PIN銷釘4植入第一階段，移除殘余的泡沫預(yù)制體8 ；
[0041 ] 步驟4 =Z-PIN銷釘4植入第二階段，將剩余的Z-PIN銷釘4植入纖維預(yù)制體6中。
[0042]通過上述工藝，將Z-PIN銷釘4植入纖維織物預(yù)制體中，即將Z向銷釘植入增強(qiáng)織物的層與層之間，以提高復(fù)合材料制件的抗層間剪切強(qiáng)度和模量，從而提高制件的整體力學(xué)性能。
[0043]由此可見，本發(fā)明所采用的復(fù)合材料水箱橫梁結(jié)構(gòu)，主要針對復(fù)合材料RTM成型技術(shù)。既將復(fù)合材料水箱橫梁設(shè)計(jì)成泡沫夾芯結(jié)構(gòu)，并在復(fù)合材料水箱橫梁泡沫夾芯預(yù)制體的成型過程中用Z-PIN銷釘4對待加工制孔的纖維預(yù)制體6區(qū)域進(jìn)行局部加強(qiáng)，Z-PIN銷釘層間加強(qiáng)后的復(fù)合材料水箱橫梁泡沫夾芯預(yù)制體在成型模具中被液體樹脂浸潤，并固化成型。這種由Z-PIN銷釘4加強(qiáng)的復(fù)合材料水箱橫梁，從根本上解決了復(fù)合材料制孔過程的分層問題，并抑制了孔邊裂紋擴(kuò)展。
[0044]具體地,參見圖1所示，所述Z-PIN銷釘4直徑為0.5mm-1.5mm。
[0045]具體地，參見圖1所示，所述Z-PIN銷釘4采用不銹鋼、鈦合金或碳纖維復(fù)合材料制成。
[0046]具體地，參見圖1所示，所述孔邊Z-PIN增強(qiáng)的夾芯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中所述Z-PIN銷釘4行列間距為2mm-5mm。當(dāng)然，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，所述孔邊Z-PIN增強(qiáng)的夾芯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中所述Z-PIN銷釘4行列間距，根據(jù)實(shí)際由所用的Z-PIN銷釘4泡沫預(yù)制體中的銷釘間距確定。
[0047]具體地，參見圖1所示，所述預(yù)制體的待打孔區(qū)域進(jìn)行增強(qiáng)是在后續(xù)機(jī)加工工序過程中出現(xiàn)孔徑大于或等于20mm的區(qū)域進(jìn)行增強(qiáng)，所述在制造過程中使用Z-PIN銷釘4對預(yù)制體的待打孔區(qū)域進(jìn)行增強(qiáng)以滿足保持孔邊外緣至少兩排以上的所述Z-PIN銷釘4。
[0048]本發(fā)明所述孔邊Z-PIN增強(qiáng)夾芯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的水箱橫梁，實(shí)際進(jìn)行的Z-PIN銷釘4增強(qiáng)工序是在夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料水箱橫梁預(yù)制體制造過程進(jìn)行，在復(fù)合材料液體成型后起到復(fù)合材料層間加強(qiáng)的作用，有效防止了復(fù)合材料水箱橫梁的孔加工過程中的分層現(xiàn)象。
[0049]實(shí)施例二
[0050]另一方面，參見圖1，本發(fā)明還提供了一種汽車，所述汽車所述的水箱橫梁，本實(shí)施例中所述水箱橫梁與實(shí)施例一種的所述水箱橫梁結(jié)構(gòu)相同，因此，關(guān)于水箱橫梁結(jié)構(gòu)部分本實(shí)施例不再贅述。
[0051]本發(fā)明所述汽車包括實(shí)施例一中所述水箱橫梁的全部特征，因此本發(fā)明采用包括復(fù)合材料織物上層面板層1、中間泡沫夾芯加強(qiáng)層2及復(fù)合材料織物下層面板層3的三明治夾芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)汽車水箱橫梁，通過Z-PIN銷釘4對復(fù)合材料水箱橫梁開孔孔邊進(jìn)行增強(qiáng)，提高了防止裂紋擴(kuò)展的抗疲勞能力，能有效提高如汽車水箱橫梁類開孔復(fù)合材料制件的抗分層能力，故而在保證水箱橫梁剛度強(qiáng)度的同時(shí)，最大限度降低了水箱橫梁的重量。
[0052]上述本發(fā)明實(shí)施例序號僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。
[0053]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種水箱橫梁，其特征在于，所述水箱橫梁采用孔邊Z-PIN增強(qiáng)的夾芯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，由上至下包括復(fù)合材料織物上層面板層、中間泡沫夾芯加強(qiáng)層及復(fù)合材料織物下層面板層，通過Z-PIN銷釘對復(fù)合材料水箱橫梁開孔孔邊進(jìn)行增強(qiáng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水箱橫梁，其特征在于，所述復(fù)合材料織物上層面板層和所述復(fù)合材料織物下層面板層采用碳纖維織物鋪層或者碳纖維與玻璃纖維混紡織物鋪層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水箱橫梁，其特征在于，中間泡沫夾芯加強(qiáng)層采用硬質(zhì)泡沫材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水箱橫梁，其特征在于，所述中間泡沫夾芯加強(qiáng)層采用PVC硬質(zhì)泡沫、聚氨酯或PMI泡沫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水箱橫梁，其特征在于，所述通過Z-PIN銷釘對復(fù)合材料水箱橫梁開孔孔邊進(jìn)行增強(qiáng)，是在所述水箱橫梁預(yù)制體的制造過程中使用Z-PIN銷釘對預(yù)制體的待打孔區(qū)域進(jìn)行增強(qiáng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水箱橫梁，其特征在于，所述Z-PIN銷釘直徑為0.5mm-1.5mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水箱橫梁，其特征在于，所述Z-PIN銷釘采用不銹鋼、鈦合金或碳纖維復(fù)合材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水箱橫梁，其特征在于，所述孔邊Z-PIN增強(qiáng)的夾芯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中所述Z-PIN銷釘行列間距為2mm-5mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水箱橫梁，其特征在于，所述預(yù)制體的待打孔區(qū)域進(jìn)行增強(qiáng)是在后續(xù)機(jī)加工工序過程中出現(xiàn)孔徑大于或等于20mm的區(qū)域進(jìn)行增強(qiáng)，所述在制造過程中使用Z-PIN銷釘對預(yù)制體的待打孔區(qū)域進(jìn)行增強(qiáng)滿足保持孔邊外緣至少兩排以上的所述Z-PIN銷釘。
10.一種汽車，其特征在于，所述汽車包括權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的水箱橫梁。
【文檔編號】B32B9/04GK103465970SQ201310408309
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】張靜, 宣善勇, 李進(jìn), 張道理, 方舟, 陳效華 申請人:奇瑞汽車股份有限公司