本發(fā)明的主題在于一種機(jī)動(dòng)車(chē)部件制造方法，其中所述機(jī)動(dòng)車(chē)部件通過(guò)組裝多種不同材料(比如金屬元件和聚合物材料)構(gòu)成，以賦予該部件特別的機(jī)械特征。

背景技術(shù)：

實(shí)際上，機(jī)動(dòng)車(chē)的某些結(jié)構(gòu)部件在沖擊時(shí)尤其受到影響。這些部件必須能夠提供承受沖擊時(shí)的力所必需的剛性和強(qiáng)度，并且吸收一部分能量以保持車(chē)輛的完好性和確保乘客的安全。這例如是比如中柱、外縱梁、車(chē)頂橫梁、保險(xiǎn)杠等結(jié)構(gòu)部件或者可能是車(chē)輛的任何其他結(jié)構(gòu)部件的情況。

這些結(jié)構(gòu)部件還必須具有足夠的強(qiáng)度，以局部地支持多種機(jī)械功能。這例如是機(jī)動(dòng)車(chē)中柱的情況，該中柱在側(cè)向沖擊時(shí)高度受到影響，并且還必須在借助于鉸鏈確保對(duì)后門(mén)的支承的同時(shí)借助于前門(mén)的關(guān)閉系統(tǒng)確保前門(mén)的結(jié)實(shí)。

在同等機(jī)械強(qiáng)度下，混合結(jié)構(gòu)部件還在改善了混合結(jié)構(gòu)部件的沖擊緩沖特性的同時(shí)允許減輕混合結(jié)構(gòu)部件的重量。

公開(kāi)EP1550604提出了一種混合結(jié)構(gòu)部件制造方法，其中成型被預(yù)先覆有可熱激活的表面覆層的金屬結(jié)構(gòu)元件。然后通過(guò)包覆成型在包括表面覆層的金屬結(jié)構(gòu)元件的表面上添加構(gòu)成肋的熱塑性材料。

還已知包括復(fù)合材料的混合結(jié)構(gòu)的情況，該復(fù)合材料包括其中的纖維在聚合物基質(zhì)中浸漬過(guò)的纖維層。該纖維層一般由單向纖維構(gòu)成并可能包括一個(gè)或多個(gè)額外的紡織纖維層。優(yōu)選地，在施加連接材料中間層之后直接在預(yù)成型的金屬結(jié)構(gòu)元件中通過(guò)熱沖壓來(lái)成型復(fù)合材料層。然后優(yōu)選地在與沖壓步驟所用的模具相同的模具中通過(guò)包覆成型熱塑性或熱固性的聚合物材料來(lái)實(shí)現(xiàn)呈現(xiàn)肋的形式的加強(qiáng)元件(éléments de rigidification)。復(fù)合材料覆蓋金屬結(jié)構(gòu)元件的所述表面的全部或局部，于是聚合物材料可以覆蓋全部或局部復(fù)合材料以及金屬結(jié)構(gòu)元件上被復(fù)合材料片材留出的空位的一部分。

為了制造復(fù)合結(jié)構(gòu)部件，需要在一般是平的的片材或尺寸更大的板材中提取復(fù)合材料幅。

該大尺寸片材可以是呈現(xiàn)為具有給定寬度的卷繞片材的形式或呈現(xiàn)為具有給定的長(zhǎng)度和寬度的板材的形式的連續(xù)片材；“大尺寸”在這里指的是能夠在同一大尺寸片材中提取多幅復(fù)合材料這種現(xiàn)象。

該復(fù)合材料幅的輪廓的形狀通過(guò)計(jì)算和/或經(jīng)由實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，以能夠在沖壓后匹配于金屬結(jié)構(gòu)元件的起伏形狀，同時(shí)考慮了在該沖壓操作時(shí)產(chǎn)生的施加于復(fù)合材料幅上的幾何形狀的改變。而且，為了以優(yōu)化的方式覆蓋金屬結(jié)構(gòu)的表面(所述表面一般由內(nèi)表面構(gòu)成)，應(yīng)獲得具有非常起伏不平的輪廓的材料幅的形狀，這些形狀需要精確的切割。

該操作方式的缺陷包括在大尺寸片材中提取材料幅時(shí)產(chǎn)生復(fù)合材料的邊角料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于將實(shí)施上述方法時(shí)產(chǎn)生的復(fù)合材料的邊角料量減少到幾近于零。

與普遍接受的理念相反，已經(jīng)顯示出：為了獲得期望的機(jī)械效果，只要在金屬結(jié)構(gòu)元件的內(nèi)表面的表面最受力的部分上存在纖維，復(fù)合材料幅就無(wú)需覆蓋整個(gè)表面。該發(fā)現(xiàn)允許為復(fù)合材料幅的形狀的簡(jiǎn)化鋪路。

根據(jù)本發(fā)明的方法涉及機(jī)動(dòng)車(chē)部件的制造，該方法包括組裝預(yù)成型的金屬結(jié)構(gòu)元件與復(fù)合材料幅的組裝步驟，其中所述復(fù)合材料幅包括至少一個(gè)其中的纖維在聚合物基質(zhì)中浸漬過(guò)或浸入過(guò)的纖維層，該復(fù)合材料幅覆蓋所述金屬結(jié)構(gòu)元件的至少一個(gè)表面的一部分。該復(fù)合材料幅在具有相互平行的上邊緣和下邊緣的矩形大尺寸片材中提取，該復(fù)合材料幅是通過(guò)沿著每條都從上邊緣延伸至下邊緣的第一切割線和第二切割線來(lái)提取大尺寸片材的一部分而獲得的。

該方法的特征在于，對(duì)于每條切割線都存在被布置在與上邊緣和下邊緣等距處的對(duì)稱(chēng)中心，使得切割線的任一點(diǎn)都是屬于所述切割線的另一點(diǎn)的相對(duì)于所述對(duì)稱(chēng)中心的對(duì)稱(chēng)點(diǎn)。

這些布置允許提取輪廓具有相同幾何形狀并因此能完美地重疊的復(fù)合材料幅，同時(shí)使邊角料僅限于大尺寸片材的位于所述片材的兩個(gè)縱向端部處的部分。如將在下文中可見(jiàn)，該操作方式可以被優(yōu)化，以使得最后的這些邊角料被減少到零。

并且，盡管有以上所述的限制，通過(guò)實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法所能夠?qū)崿F(xiàn)的幾何形狀的多樣性足以涵蓋制造機(jī)動(dòng)車(chē)部件的大部分實(shí)際情況。

在提取步驟之后，由此獲得的復(fù)合材料幅優(yōu)選地通過(guò)熱沖壓來(lái)與金屬結(jié)構(gòu)元件進(jìn)行組裝。

根據(jù)本發(fā)明的方法還可以單獨(dú)或組合地包括以下特征：

-相鄰幅的提取通過(guò)相繼地進(jìn)行沿著第一切割線的切割、然后沿著第二切割線的切割來(lái)實(shí)現(xiàn)。

-切割線的對(duì)稱(chēng)中心被布置在相互等距處。

-切割中的至少一個(gè)是直線的并與上下邊緣形成直角。

-由第一切割和第二切割形成的線在位于上邊緣或下邊緣上的點(diǎn)處相交。

-第一切割線和第二切割線部分地重合。

-復(fù)合材料幅能夠相互重疊。

-復(fù)合材料幅包括其中的單向纖維在聚合物材料基質(zhì)中浸漬過(guò)或浸入過(guò)的單向纖維層。

-復(fù)合材料幅通過(guò)疊置在大尺寸片材中提取的多個(gè)相同的復(fù)合材料幅而構(gòu)成。

-通過(guò)在允許將復(fù)合材料幅成型為金屬結(jié)構(gòu)元件的表面的形狀的溫度和壓強(qiáng)條件下進(jìn)行的對(duì)復(fù)合材料幅的熱沖壓來(lái)對(duì)該復(fù)合材料幅與金屬結(jié)構(gòu)元件進(jìn)行組裝。

-在金屬結(jié)構(gòu)元件與復(fù)合材料幅的組裝步驟完成之后，優(yōu)選地通過(guò)模制來(lái)使用具有加強(qiáng)肋的聚合物材料覆蓋金屬結(jié)構(gòu)元件的表面的復(fù)合材料幅的全部或局部。

-該聚合物材料在介于復(fù)合材料幅的總面積的10％至50％之間、優(yōu)選地15％至40％之間的面積上覆蓋該復(fù)合材料幅。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀僅作為示例提供而絕無(wú)任何限制性的附圖將更好地理解本發(fā)明，在這些附圖中：

-圖1示出了由復(fù)合材料構(gòu)成的大尺寸片材，在該片材中提取根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料幅。

-圖2示出了相鄰的兩個(gè)復(fù)合材料幅。

-圖3示出了由復(fù)合材料構(gòu)成的大尺寸片材，在該片材中提取梯形的復(fù)合材料幅。

-圖4示出了本發(fā)明的第一實(shí)施變型。

-圖5示出了本發(fā)明的第二實(shí)施變型。

-圖6示出了通過(guò)疊置兩個(gè)具有相同形狀和面積的幅獲得的復(fù)合材料幅。

-圖7示出了組裝之前的金屬結(jié)構(gòu)中柱和復(fù)合材料幅。

-圖8示出了在金屬結(jié)構(gòu)中沖壓復(fù)合材料幅之后的中柱。

-圖9示出了注射由聚合物材料制成的加強(qiáng)肋之后的中柱。

具體實(shí)施方式

圖1示出了具有長(zhǎng)度L和寬度I的大尺寸片材1，在該片材中提取多個(gè)構(gòu)成復(fù)合材料幅10的片材部分10a、10b。大尺寸片材1包括相互平行的下邊緣3和上邊緣4。

構(gòu)成片材的復(fù)合材料一般包括其中的纖維在熱塑性或熱固性聚合物材料基質(zhì)中浸漬過(guò)或浸入過(guò)的纖維層。該纖維層可以由單向纖維層或紡織纖維層或組合單向纖維與紡織纖維構(gòu)成。單向纖維被按照確定的間距相互平行地布置。這些纖維可以沿大尺寸片材的長(zhǎng)度的方向來(lái)定向和更一般而言沿大尺寸片材的寬度方向來(lái)定向。

單向纖維片材的工業(yè)制造通常通過(guò)實(shí)現(xiàn)依次卷繞的帶材來(lái)進(jìn)行，在所述帶材中纖維沿帶材解卷的方向布置。而且，當(dāng)期望獲得包括沿金屬結(jié)構(gòu)元件的長(zhǎng)方向(élancement)定向的纖維的復(fù)合材料幅時(shí)，在其中的纖維沿寬度方向定向的大尺寸片材中提取這些幅是合適的。

為了獲得所述大尺寸片材，可解卷帶材，并沿著垂直于帶材的加強(qiáng)纖維的方向的切割線來(lái)切割長(zhǎng)度等于所述大尺寸片材的寬度的帶材部分。

為了裁下帶材部分10a并獲得復(fù)合材料幅，可進(jìn)行沿著第一切割線101的切割，然后進(jìn)行沿著第二切割線102的切割。這些切割中的每個(gè)都在大尺寸片材的寬度中從下邊緣3一直延伸到上邊緣4。

第一切割線包括布置在與邊緣3和4等距處的對(duì)稱(chēng)中心Ω₁，第二切割線102包括同樣位于與邊緣3和4等距處的對(duì)稱(chēng)中心Ω₂。這些對(duì)稱(chēng)中心因此位于平行于這些邊緣并與這些邊緣等距的虛線xx’上。

第一切割線101被限定為使得該切割線的任一點(diǎn)都是屬于該同一切割線101的另一點(diǎn)相對(duì)于中心Ω₁的對(duì)稱(chēng)點(diǎn)。并且，第二切割線102的任一點(diǎn)都是所述第二切割線102的另一點(diǎn)相對(duì)于中心Ω₂的對(duì)稱(chēng)點(diǎn)。

隨后的幅的切割通過(guò)交替地實(shí)施沿著第一切割線101的切割然后沿著第二切割線102的切割來(lái)進(jìn)行。還應(yīng)注意到兩個(gè)相鄰對(duì)稱(chēng)中心(Ω₁、Ω₂、Ω₃、Ω₄)的間隔距離是恒定的。

通過(guò)使幅10a的下邊緣103a與幅10b的上邊緣104b對(duì)接并使幅10a的上邊緣104a與幅10b的下邊緣103b對(duì)接，來(lái)獲得可疊置的復(fù)合材料幅10，如圖2中所示。

然而，要指出的是，大尺寸片材1的布置在該片材的兩個(gè)縱向端部處的部分9對(duì)應(yīng)于邊角料。因此，為了減少這些邊角料，可進(jìn)行布置以使得大尺寸片材的長(zhǎng)度L對(duì)應(yīng)于整數(shù)個(gè)幅10，如圖1中所示。

為了進(jìn)一步減少由該工業(yè)操作產(chǎn)生的邊角料量，提出通過(guò)實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)垂直于上下邊緣3和4的直線切割111來(lái)提取片材部分，如圖3中所示。

第二切割線112的形狀可以是任意的，只要其遵守上文所述的對(duì)稱(chēng)準(zhǔn)則。要指出的是，兩個(gè)連續(xù)幅的組合具有矩形的形狀。

而且，為了將邊角料減少到零，可選擇長(zhǎng)度等于由并置兩個(gè)相同的幅構(gòu)成的矩形的寬度(在本示例中為下邊緣114的長(zhǎng)度a與上邊緣113的長(zhǎng)度b的和)的整數(shù)倍的這樣的大尺寸片材。

圖4示出了第一替代實(shí)施例，其中第一切割線和第二切割線在點(diǎn)A處相交，該點(diǎn)A被布置在兩條邊緣之一上。這些切割線可以具有多種形狀。

由此，部分13的第一切割線與邊緣垂直。如上文所述，該布置允許將邊角料減少到零。第二切割線132的形狀在本發(fā)明所限定的限制范圍內(nèi)可以是任意的。當(dāng)?shù)诙懈罹€132是直線的時(shí)候，所獲得的幅具有直角三角形的形狀。

形成其中第一切割和第二切割均不垂直于邊緣的幅14和15的片材部分在片材的起始和結(jié)束處產(chǎn)生邊角料9。

圖5示出了另一替代實(shí)施例，其中第一切割和第二切割在其長(zhǎng)度的一部分上重合?？紤]到所要求的對(duì)稱(chēng)性，該重合被實(shí)現(xiàn)于切割的與每條邊緣均垂直的兩部分上。

幅16通過(guò)第一切割161和第二切割162來(lái)獲得。該第二切割162是直線的，并垂直于邊緣。

幅17通過(guò)沿著線171和172切割來(lái)獲得。

一般性地，單向纖維的方向被選擇為平行于要制造的復(fù)合材料部件的最大尺寸并用作主要方向XX’(還可參照?qǐng)D7)。在這些條件下，單向纖維將沿大尺寸片材的寬度方向定向，如圖1所示。

當(dāng)復(fù)合材料片材1具有多個(gè)單向纖維層時(shí)，這些單向纖維優(yōu)選地全部沿同一主要方向XX’排列。

如圖6所示地，有用地可以疊置在不同的大尺寸片材中或在同一大尺寸片材中提取的兩個(gè)幅，以構(gòu)成單個(gè)復(fù)合材料幅。于是兩個(gè)幅中的每個(gè)的聚合物基質(zhì)(被選擇為能夠相互兼容)在熱沖壓步驟時(shí)的壓強(qiáng)和溫度作用下被緊密地焊接在一起。

纖維可以具有相同或不同的性質(zhì)，并從比如玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維、金屬纖維、芳綸纖維等纖維中選擇。

包裹纖維的聚合物基質(zhì)可以是熱塑性類(lèi)型的，并有用地可以從脂肪族聚酰胺(PA)、聚鄰苯二甲酰胺(PPA)、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、甚至聚丙烯以及它們的混合物中選擇。示例性地，可以使用聚酰胺66(PA66)、聚酰胺6(PA6)。聚合物基質(zhì)還可以是熱固性類(lèi)型的。由此優(yōu)選地可以選擇聚酯樹(shù)脂、乙烯基酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂或者它們的混合物。

復(fù)合材料幅的厚度可以為3至6mm，有利地3至5mm，優(yōu)選地4至5mm。

圖7示出了用于構(gòu)成機(jī)動(dòng)車(chē)中柱8的經(jīng)成型的金屬結(jié)構(gòu)元件6、以及與該元件關(guān)聯(lián)并具有直角梯形形狀的復(fù)合材料幅11。一般通過(guò)沖制金屬片材獲得的該金屬結(jié)構(gòu)元件具有整體呈凹形的內(nèi)表面61和與內(nèi)表面61相對(duì)的外表面62。

復(fù)合材料幅的單向纖維5沿著對(duì)應(yīng)于金屬結(jié)構(gòu)元件的最長(zhǎng)的方向的主要方向XX’定向。

在熱沖壓操作之前先在金屬結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料幅之間夾置連接材料層。

圖8示出了在熱沖壓操作之后獲得的結(jié)構(gòu)，在該沖壓操作期間復(fù)合材料幅被模制在金屬結(jié)構(gòu)元件的內(nèi)表面61上。

可觀察到纖維5已經(jīng)被橫向地移動(dòng)，并且在沖壓之前在幅上觀察到的纖維之間的規(guī)則間距(見(jiàn)圖7)受到了強(qiáng)烈的局部擾亂。這些運(yùn)動(dòng)允許盡量地貼合金屬結(jié)構(gòu)元件的表面。

而且，在尋求確保對(duì)金屬結(jié)構(gòu)元件的內(nèi)表面61的大致規(guī)則的覆蓋的同時(shí)，通過(guò)計(jì)算和/或連續(xù)實(shí)驗(yàn)的方式來(lái)確定復(fù)合材料幅的尺寸。因此，在調(diào)整該方法時(shí)，要特別注意沖壓步驟，在該步驟期間復(fù)合材料幅可能會(huì)具有超出要覆蓋的表面的邊界的超出部分。這些多余材料部分如果產(chǎn)生就會(huì)需要操作人員介入以去除多余材料，并且會(huì)導(dǎo)致增加不期望的邊角料。因此，可調(diào)整幅的尺寸以消除這些多余材料部分。

在實(shí)現(xiàn)熱沖壓操作之后，進(jìn)行同時(shí)實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)肋7的通過(guò)注射聚合物材料的模制，其中所述加強(qiáng)肋7覆蓋復(fù)合材料幅11的全部或局部，從而覆蓋金屬結(jié)構(gòu)元件6的全部或局部。應(yīng)確保聚合物材料在介于混合結(jié)構(gòu)部件的表面的總面積的10％至50％之間、優(yōu)選地15％至40％之間的面積上覆蓋復(fù)合材料幅。

由此獲得如圖9所示的機(jī)動(dòng)車(chē)部件8，該部件具有所有期望的機(jī)械性質(zhì)和抗沖擊強(qiáng)度。

術(shù)語(yǔ)表

1 大尺寸矩形片材

10、10a、10b、11、12、13、14、15、16、17 復(fù)合材料幅

101、111、121、131、141、151、161、171 第一切割線

102、112、122、132、142、152、162、172 第二切割線

3 大尺寸片材的下邊緣

4 大尺寸片材的上邊緣

103a、103b、113 復(fù)合材料幅的下邊緣

104a、104b、114 復(fù)合材料幅的上邊緣

5 復(fù)合材料幅的加強(qiáng)纖維

6 中柱的金屬結(jié)構(gòu)元件

61 金屬結(jié)構(gòu)元件的內(nèi)表面

62 金屬結(jié)構(gòu)元件的外表面

7 由聚合物材料制成的加強(qiáng)肋

8 構(gòu)成機(jī)動(dòng)車(chē)中柱的具有混合結(jié)構(gòu)的機(jī)動(dòng)車(chē)部件

9 邊角料

L 大尺寸片材的長(zhǎng)度

I 大尺寸片材的寬度

a 梯形的下底的長(zhǎng)度

b 梯形的上底的長(zhǎng)度

c 直角三角形復(fù)合材料幅的下邊緣的長(zhǎng)度

Ω₁、Ω₂、Ω₃、Ω₄ 切割線的對(duì)稱(chēng)中心