一种复合材料车身A柱下端补强结构的制作方法

一种复合材料车身a柱下端补强结构
技术领域
1.本发明属于汽车车身零部件技术领域，尤其涉及一种复合材料车身a柱下端补强结构。


背景技术：

2.现有材料中，连续纤维增强复合材料具有较高的比刚度、比强度，可替代金属，实现零部件轻量化；连续纤维增强热塑性复合材料模压与注塑工艺结合，可实现一步成型，具有成型周期短、生产效率高等优势。
3.汽车在正面碰撞过程中，特别是正面小偏置碰撞，前车轮后移挤压车身a柱下端，断面结构压溃、梁结构发生弯折，力承载和传递能力变弱，造成车身结构侵入量过大、危害乘员安全。现有方案多为增加金属补强板，但却导致车身增重较多，不利于车身轻量化，同时不能有效减小结构变形。


技术实现要素：

4.为了克服上述问题，本发明提供一种复合材料车身a柱下端补强结构，以解决现有技术中存在的采用金属制作车身a柱补强板不利于车身的轻量化设计、无法有效避免结构压溃的问题。
5.本发明所采用的技术方案是：
6.一种复合材料车身a柱下端补强结构，包括复合材料结构体1，所述复合材料结构体1包括：
7.梁体11，其内设有容置腔，由连续纤维复合材料制成；
8.筋体12，为网格状结构，设于所述容置腔两侧且与所述梁体11连接，由非连续纤维复合材料制成；
9.封边13，所述封边13绕着梁体11的边缘环绕一圈设置，由非连续纤维复合材料制成；
10.其中，所述梁体11、筋体12和封边13在一套模具中进行加工成型；加工时，所述连续纤维复合材料的铺层通过热压复合为一体形成所述梁体11，向所述模具的模腔内注入与所述连续纤维复合材料相同基体的所述非连续纤维复合材料，形成所述筋体12和封边13；
11.其中，还包括膨胀体2，所述膨胀体2由发泡材料制成，安装于所述复合材料结构体1上。
12.所述连续纤维复合材料为连续纤维增强热塑性复合材料，包括热塑性树脂材料和增强纤维材料。
13.所述连续纤维增强热塑性复合材料中的增强纤维材料质量含量在50％到75％之间。
14.所述非连续纤维复合材料为非连续纤维增强热塑性复合材料，包括热塑性树脂材料和增强纤维材料。
15.所述非续纤维增强热塑性复合材料中的增强纤维材料质量含量在45％到55％之间。
16.所述热塑性树脂材料为聚酰胺。
17.所述增强纤维材料由碳纤维、玄武岩纤维或者玻璃纤维中的一种或多种制成。
18.所述梁体11由连续纤维增强热塑性复合材料预浸料通过铺层方式叠加形成。
19.所述膨胀体2安装于所述复合材料结构体1之后，整体安装于车身a柱下端第一壳体31之上。
20.所述第一壳体31上设有圆形孔311，所述卡接结构121穿过所述圆形孔311安装于车身a柱下端第一壳体31之上。
21.本发明的有益效果：
22.本发明提出的复合材料车身a柱下端补强结构，由连续纤维复合材料制成的作为补强结构主体的梁体作为主承载结构，筋体和封边由非连续纤维复合材料一体注塑制成，且与梁体连接，作为次承载结构，同时实现复合材料结构体一步成型；膨胀体在车身涂装烘烤工艺过程中膨胀固化，填充复合材料结构体与车身金属壳体之间的间隙，将补强结构最终固定在车身壳体空腔之内，避免补强结构在车身壳体间晃动。本发明由于采用了连续纤维复合材料，具有高比模量、高比强度的优点，能够在提高车身结构力承载和传递能力的同时，减小车身结构侵入量，从而在碰撞中保护乘员安全。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
24.图1是本发明的结构示意图；
25.图2是本发明的分解结构示意图；
26.图3是本发明安装于车身壳体的一个视角结构示意图；
27.图4是图3中a-a截面的示意图；
28.图5是图3中b-b截面的示意图；
29.图中：
30.1、复合材料结构体；11、梁体；12、筋体；121、卡接结构；13、封边；2、膨胀体；31、车身第一壳体；311、圆形孔；32、车身第二壳体。
具体实施方式
31.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
32.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连
通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
34.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
35.实施例1
36.为了解决汽车在正面碰撞过程中，特别是正面小偏置碰撞，前车轮后移挤压车身a柱下端，车身断面结构压溃、梁结构发生弯折，力承载和传递能力变弱，造成车身结构侵入量过大，危害乘员安全的问题。本实施例提供一种复合材料车身a柱下端补强结构。
37.参见图1-图5，一种复合材料车身a柱下端补强结构，包括复合材料结构体1、膨胀体2。
38.本实施例中，复合材料结构体1包括梁体11、筋体12和封边13。其中梁体11由连续纤维复合材料制成，其内设有容置腔；
39.具体地，梁体11形成有v形开口的容置腔。采用连续纤维复合材料制作的梁体11具有高模量、高强度等优点，能够减小车身断面压溃、梁结构发生弯折，有效传递正面碰撞力，实现车身的轻量化设计。
40.筋体12，为网格状结构，设于所述容置腔两侧且与所述梁体11连接，由非连续纤维复合材料制成；非连续纤维复合材料的成本相对于连续纤维复合材料相对较低，采用非连续纤维复合材料制作筋体12，能够降低生产成本；网格状结构的筋体12设于容置腔两侧且与梁体11连接，能够增加复合材料结构体1的刚度及在碰撞过程中对能量的吸收。
41.可选地，形成筋体12的单个网格板的厚度为2mm到3mm之间。筋体12的布局根据需要进行设置。
42.封边13绕着梁体11周向设置，即封边13绕着梁体11的边缘环绕一圈设置，由非连续纤维复合材料形成。在梁体11的周向设置封边13后，无需对梁体11进行修边，在制作复合材料结构体1时能提高施工速度，降低施工成本。
43.连续纤维复合材料为连续纤维增强热塑性复合材料，连续纤维增强热塑性复合材料具有强度高、重量轻、耐腐蚀和环保可回收等优点，具体地，本实施例中，连续纤维增强热塑性复合材料包括热塑性树脂材料和增强纤维材料，即其以热塑性树脂材料为基体，以连续纤维作为增强材料。可选地，热塑性树脂材料为聚酰胺6或者聚酰胺66。可选地，增强纤维材料由碳纤维、玄武岩纤维或者玻璃纤维中的一种或多种制成，当由多种材料制成时，可采用多种增强纤维混合编织在一起形成。本实施例中，连续纤维增强热塑性复合材料中的增强纤维材料质量含量在50％到75％之间。
44.具体地，本实施例中，梁体11由连续纤维增强热塑性复合材料单向带预浸料或正交编织预浸料形成连续纤维增强热塑性复合材料铺层，通过热压的方式将多层铺层复合到一起形成梁体11。具体地，连续纤维增强热塑性复合材料单向带预浸料或正交编织预浸料为连续纤维和热塑性树脂材料通过热塑性预浸料制作工艺拉挤形成。因为增强纤维材料由碳纤维、玄武岩纤维或者玻璃纤维中的一种或多种制成，相应的，连续纤维增强热塑性复合材料铺层可以是碳纤维预浸料、玄武岩预浸料或者玻璃纤维预浸料中的一种形成的铺层，也可以是碳纤维预浸料、玄武岩预浸料和玻璃纤维预浸料中的两种或者三种混合形成的铺层。
45.本实施例中，非连续纤维复合材料为非连续纤维增强热塑性复合材料，其成本相对于连续纤维增强热塑性复合材料的成本较低。具体地，非连续纤维增强热塑性复合材料包括热塑性树脂材料和增强纤维材料，即其以热塑性树脂材料为基体，以非连续纤维作为增强材料。可选地，热塑性树脂材料为聚酰胺6或者聚酰胺66。可选地，增强纤维材料为碳纤维、玄武岩纤维或者玻璃纤维中的一种或多种制成，当由多种材料制成时，可以将注塑粒料按比例混合。本实施例中，非续纤维增强热塑性复合材料中的增强纤维材料质量含量在45％到55％之间。
46.具体地，本实施例中，筋体12上设有卡接结构121，卡接结构121由非连续纤维增强热塑性复合材料制成。
47.本实施例中，膨胀体2安装于复合材料结构体1之上，具体地，膨胀体2安装于所述复合材料结构体1之后，整体安装于车身a柱下端的车身第一壳体31之上，在车身后续的工艺过程中焊接车身第二壳体32，补强结构封闭在车身结构空腔之内。在车身涂装烘烤工艺过程中膨胀体2固化，填充复合材料结构体1与车身金属壳体之间的间隙，将补强结构最终固定在车身壳体之上，避免补强结构在车身壳体间晃动。优选地，膨胀体2由高刚性发泡材料制成，能够更有效地传递复合材料结构体1和车身金属壳体之间的载荷。
48.具体地，卡接结构121穿过所述车身第一壳体31上的圆形孔311安装于车身a柱下端的车身第一壳体31之上，实现补强结构在车身壳体上初步固定。
49.本实施例中，在生产复合材料结构体1时，将梁体11、筋体12、卡接结构121和封边13在一套模具中进行加工成型。首先，将连续纤维增强热塑性复合材料的铺层通过热压的方式复合为一体形成梁体11，然后向模具的模腔内注入与连续纤维增强热塑性复合材料相同基体的非连续纤维增强热塑性复合材料，形成筋体12、卡接结构121和封边13，这样注射完成后，梁体11、筋体12、卡接结构121和封边13成为一体，保证各个部件之间的连接强度，进而保证复合材料结构体1的整体性能。
50.实施例2
51.先采用连续纤维增强热塑性复合材料铺层通过热压的方式复合为一体形成梁体11，然后将梁体11放入模具中，采用非连续纤维增强热塑性复合材料注射形成筋体12、卡接结构121和封边13，这样注射完成后，梁体11、筋体12、卡接结构121和封边13成为一体，保证各个部件之间的连接强度，进而保证复合材料结构体1的整体性能。
52.筋体12通过在模具中注射与梁体11连接，保证了筋体12与梁体11的连接稳定性，防止当梁体11受到的撞击力过大时筋体12脱离梁体11，同时填充车身结构腔体空间，减少膨胀体2的使用量，降低应用成本。
53.封边13通过在模具中注射与梁体11连接，省去了梁体11的修边工序，减少了复合材料结构体1的施工工艺周期，从而降低施工成本。
54.复合材料结构体1与车身结构腔体之间留有5mm到10mm的间隙，不影响底涂电泳液在车身结构腔体内的流动及补强结构附近钣金表面的底涂漆膜形成，膨胀体2在车身涂装烘烤工艺过程中膨胀固化，填充复合材料结构体1与车身金属壳体之间的间隙，将补强结构最终固定在车身壳体之上，避免补强结构在车身壳体间晃动。
55.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明的保护范围并不局限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
56.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
57.此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。