一种汽车吸能盒及其二次成型工艺和成型装置的制作方法

[0001]
本发明涉及汽车吸能盒技术领域，具体涉及一种汽车吸能盒及其二次成型工艺和成型装置。


背景技术：

[0002]
汽车的吸能盒安装在前防撞梁和主梁之间，在汽车发生碰撞时，通过吸能盒的压溃分散碰撞力来抵抗前碰力，对汽车的安全性能起着至关重要的作用。
[0003]
随着汽车技术的不断发展，对汽车的安全性要求越来越高，特别是在前碰时，既要保护机舱的各零部件，又要确保乘员舱人员的人身安全，现有的吸能盒大多利用弹性材料进行单次的吸能，吸能效果差，且在对弹性材料的生产过程中，尤其是对圆形弹性结构的成型工艺中，现有的汽车吸能盒以及吸能盒的成型过程中，还存在以下缺陷：
[0004]
(1)目前大多采用结构单一的吸能盒，只能起到单次吸能效果，无法将冲击力进行有效的吸收，防护性能较差；
[0005]
(2)在吸能盒成型工艺中，对吸能盒后期打磨裁剪操作多，影响生产效率。


技术实现要素：

[0006]
本发明的目的在于提供一种汽车吸能盒及其二次成型工艺和成型装置，以解决现有技术中吸能盒只能起到单次吸能效果，无法将冲击力进行有效的吸收，防护性能较差，以及对吸能盒后期打磨裁剪操作多，影响生产效率的技术问题。
[0007]
为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
[0008]
一种汽车吸能盒，其中，所述第一吸能金属发泡结构包括具有弹性恢复力的弹性体，以及设置在所述弹性体内部的弹性材料；
[0009]
所述第二吸能弹性结构包括塑料软球，以及全包裹在所述塑料软球外表面的碳纤维预浸布，所述塑料软球和所述碳纤维预浸布共同组成碳纤维内胆，所述弹性材料完全包围在所述碳纤维预浸布的外表面。
[0010]
为解决上述技术问题，本发明还进一步提供下述技术方案：一种汽车吸能盒的二次成型工艺，包括以下步骤：
[0011]
步骤100、将汽车吸能盒从内到外分为两个部分，分别为第一吸能金属发泡结构和第二吸能弹性结构，其中，第二吸能弹性结构具体为碳纤维内胆；
[0012]
步骤200、将碳纤维内胆分为外碳纤维预浸料和内发泡支撑球，将外碳纤维预浸料置于所述吹塑模具内，并在所述外碳纤维预浸料的内部利用模压吹气工艺制作内发泡支撑球，挤压所述吹塑模具组合生成所述碳纤维内胆；
[0013]
步骤300、将碳纤维内胆定位放入浇注模具中，且利用浇注工艺在整个所述碳纤维球体全包裹弹性材料，通过固定加温加压条件二次成型得到第二吸能弹性结构；
[0014]
步骤400、把所述第二吸能弹性结构装入所述第一吸能金属发泡结构的弹性体内，得到汽车吸能盒。
[0015]
作为本发明的一种优选方案，在所述步骤200中，利用模压吹气工艺制作碳纤维内胆的具体实现方法为：
[0016]
步骤201、在所述外碳纤维预浸料的传输过程中对所述外碳纤维预浸料进行切割，生成与所述吹塑模具的型腔相同的半球形的吸能球预制体；
[0017]
步骤202、将吸能球预制体持续传输到所述吹塑模具的两个模件内；
[0018]
步骤203、将熔融状态的塑料型坯夹在所述吹塑模具中密封吹塑形成内发泡支撑球，在高压充气和高温固化后得到碳纤维内胆。
[0019]
作为本发明的一种优选方案，将吸能球预制体分成两路分别传输到所述吹塑模具的两个模件内，具体的实现方法为：
[0020]
将所述吹塑模具的两个模件完全打开至与两个所述吸能球预制体的输送表面平行；
[0021]
快速合并所述吹塑模具的两个模件，将熔融状态的塑料型坯固定夹持在所述吹塑模具中；
[0022]
对所述塑料型坯密封吹塑定型，得到外碳纤维预浸料和内发泡支撑球于一体的所述碳纤维内胆；
[0023]
对所述碳纤维内胆表面进行粗糙度加成处理，所述粗糙度加成处理具体为打磨、喷砂、粗糙度检测处理。
[0024]
为解决上述技术问题，本发明还进一步提供下述技术方案：一种汽车吸能盒的二次成型装置，包括碳纤维输送单元、一次吹塑定型单元和二次浇注成型单元，所述碳纤维输送单元与所述一次吹塑定型单元之间设有碳纤维切割单元，所述碳纤维切割单元按照固定的间隔时间和间隔长度切割所述外碳纤维预浸料并生成与所述碳纤维内胆的半个球表面积相同的吸能球预制体，所述碳纤维输送单元持续传输所述吸能球预制体至所述一次吹塑定型单元内并与所述塑料型坯共同组成所述碳纤维内胆；
[0025]
所述碳纤维内胆高温固化后定位放入所述二次浇注成型单元中，所述二次浇注成型单元利用浇注工艺将弹性材料浇注全包裹在整个所述碳纤维内胆外，所述碳纤维内胆在所述二次浇注成型单元通过固定加温加压条件二次成型得到第二吸能弹性结构。
[0026]
作为本发明的一种优选方案，所述碳纤维输送单元包括动力轮组，以及受所述动力轮组驱动的输送带，所述外碳纤维预浸料铺设在所述输送带上且在所述碳纤维切割单元的作用下被分切成多个均匀分布的所述吸能球预制体，所述吸能球预制体在所述输送带的驱动下转移至所述一次吹塑定型单元内，所述输送带上设有多个均匀分布的切割载位，所述碳纤维切割单元在所述切割载位下压并剪切所述外碳纤维预浸料以生成半球状的所述吸能球预制体，所述吸能球预制体在所述碳纤维切割单元复位后继续沿着所述输送带传输并分别转移至所述一次吹塑定型单元的吹塑模具内。
[0027]
作为本发明的一种优选方案，所述输送带包括两条传送链条，以及多组设置在两个所述传送链条之间的横向排列杆，所述横向排列杆的长短不同且每组所述横向排列杆的末端均形成一个圆形切割孔槽，所述切割载位设置在每个所述圆形切割孔槽的内部，所述切割载位主要由活动安装在每个所述横向排列杆上的弧形凹槽板组成，两个相邻的所述弧形凹槽板之间通过铰接活动连接，所有的所述弧形凹槽板组成与所述圆形切割孔槽同心分布的活动折叠圆环，且所有的所述弧形凹槽板的内壁共同连接有弹性支撑布，所述弹性支
撑布受到所述碳纤维切割单元的下压时变形至半球形形状。
[0028]
作为本发明的一种优选方案，位于上层的所述输送带下方设有下沉凿坑，所述下沉凿坑的球径与所述一次吹塑定型单元的型腔球径相同，且所述碳纤维切割单元下移过程中下压所述外碳纤维预浸料直至所述外碳纤维预浸料的表面完全贴合所述下沉凿坑的内表面，所述碳纤维切割单元沿着所述下沉凿坑的边缘切割所述外碳纤维预浸料生成半球形的所述吸能球预制体。
[0029]
作为本发明的一种优选方案，所述横向排列杆靠近所述弧形凹槽板的端部下表面设有框架板，且所述框架板的上端设有用于限制所述框架板移动范围的挡板，所述弧形凹槽板的边缘设有用于套设在所述框架板上的开口槽，且所述框架板上套设有与所述弧形凹槽板的下表面固定连接的压缩弹簧。
[0030]
作为本发明的一种优选方案，所述碳纤维切割单元包括直线动力件，以及与所述直线动力件连接的悬吊杆，所述悬吊杆上活动套设有平面板，且所述悬吊杆的下端固定设有实心球，所述实心球的外表面中间位置设有外接套环，所述外接套环的外侧通过所述凸起磁吸弧条吸附有压制定位圆环，所述外接套环与所述压制定位圆环形成用于切割所述外碳纤维预浸料的夹缝，所述压制定位圆环上通过多个均匀分布的连杆与所述平面板的下表面连接，所述悬吊杆的下端在两个所述凸起磁吸弧条之间的位置设有驱动电机，所述驱动电机的输出轴通过弧形弯杆设有双面均具有刀刃的切割刀片，所述切割刀片在所述直线动力件向下推动所述实心球完全嵌入所述下沉凿坑时恰好穿过所述夹缝内的所述外碳纤维预浸料，所述驱动电机带动所述切割刀片在所述外接套环和所述压制定位圆环之间的所述夹缝内旋转切割所述外碳纤维预浸料。
[0031]
作为本发明的一种优选方案，所述悬吊杆的长度与所述实心球的下移深度相同，所述悬吊杆的外表面设有若干均匀分布的竖向卡槽，所述平面板的中心位置设有沿着所述竖向卡槽移动的插杆，且所述直线动力件带动所述平面板与所述实心球同步下移直至所述压制定位圆环接触到所述外碳纤维预浸料，所述直线动力件继续推动所述实心球下移直至所述实心球完全嵌入在所述下沉凿坑的内部。
[0032]
本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
[0033]
(1)本发明利用金属外壳的弹性回复力、以及其内部弹性材料优良的弹性回复力和可塑性先进行一次吸能，当碰撞能量导致弹性材料变形到极限后，碰撞能量传递至碳纤维内胆中，碳纤维内胆开始吸收能量，待碳纤维内胆三能量积聚到极限时会发生爆破，实现对撞击能量的第二次吸收；
[0034]
(2)本发明将外碳纤维预浸料预先按照球形结构剪裁，后在吹塑模具内可直接生成一个球形的碳纤维内胆，相比碳纤维内胆先成型后裁剪的方式，提高了整个碳纤维内胆的生产效率和生产稳定性，并减少对碳纤维内胆的裁剪难度。
附图说明
[0035]
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
[0036]
图1为本发明实施例1提供的汽车吸能盒的实体结构示意图；
[0037]
图2为本发明实施例2提供的汽车吸能盒成型工艺的流程示意图；
[0038]
图3为本发明实施例3提供的汽车吸能盒制造装置的结构示意图；
[0039]
图4为本发明实施例3提供的碳纤维输送单元的俯视结构示意图；
[0040]
图5为本发明实施例3提供的碳纤维切割单元的复位结构示意图；
[0041]
图6为本发明实施例3提供的碳纤维切割单元的下压切割结构示意图；
[0042]
图7为本发明实施例3提供的输送带的侧切结构示意图。
[0043]
图中的标号分别表示如下：
[0044]
3-1-弹性体；3-2-塑料球；3-3-碳纤维包裹层；3-4-弹性材料；
[0045]
1-碳纤维输送单元；2-一次吹塑定型单元；3-二次浇注成型单元；4-碳纤维切割单元；5-下沉凿坑；6-框架板；7-挡板；8-开口槽；9-压缩弹簧；
[0046]
11-动力轮组；12-输送带；
[0047]
121-传送链条；122-横向排列杆；123-圆形切割孔槽；124-弧形凹槽板；125-弹性支撑布；
[0048]
41-直线动力件；42-悬吊杆；43-平面板；44-实心球；45-外接套环；46-凸起磁吸弧条；47-压制定位圆环；48-夹缝；49-连杆；410-驱动电机；411-弧形弯杆；412-切割刀片；413-竖向卡槽；414-插杆。
具体实施方式
[0049]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0050]
实施例1
[0051]
如图1所示，本发明提供了一种汽车吸能盒，从外到内依次包括第一级吸能结构和第二级吸能结构，其中，第一吸能金属发泡结构包括具有弹性恢复力的弹性体3-1，以及设置在弹性体3-1内部的弹性材料3-4；
[0052]
第二吸能弹性结构包括塑料软球3-2，以及全包裹在塑料软球3-2外表面的碳纤维预浸布3-3，塑料软球3-2和碳纤维预浸布3-3共同组成碳纤维内胆，弹性材料3-4完全包围在碳纤维预浸布3-3的外表面。
[0053]
本实施方式提供的汽车吸能盒包括金属外壳、弹性材料和碳纤维内胆三部分，金属外壳采用薄壁铝合金方管或采用铝合金薄板等发泡铝焊接制成，弹性材料采用的是高性能热塑性弹性体发泡材料，碳纤维内胆采用的是碳纤维复合材料，具体的，塑料软球是由高密度硬质聚氨酯发泡制成。
[0054]
当发生碰撞时，利用金属外壳的弹性回复力、以及其内部弹性材料优良的弹性回复力和可塑性先进行一次吸能，当碰撞能量导致弹性材料变形到极限后，碰撞能量传递至碳纤维内胆中，碳纤维内胆开始吸收能量，待碳纤维内胆三能量积聚到极限时会发生爆破，实现对撞击能量的第二次吸收。
[0055]
实施例2
[0056]
另外如图2所示，本发明还提供了一种汽车吸能盒的二次成型工艺，包括以下步骤：
[0057]
步骤100、将汽车吸能盒从内到外分为两个部分，分别为第一吸能金属发泡结构和第二吸能弹性结构，其中，第二吸能弹性结构具体为碳纤维内胆，第一吸能金属发泡结构包括金属弹性外壳，以及设置在金属弹性外壳内且包裹在碳纤维内胆外的弹性材料；
[0058]
步骤200、将碳纤维内胆分为外碳纤维预浸料和内发泡支撑球，将外碳纤维预浸料置于吹塑模具内，并在外碳纤维预浸料的内部利用模压吹气工艺制作内发泡支撑球，挤压吹塑模具组合生成碳纤维内胆；
[0059]
步骤300、将碳纤维内胆定位放入浇注模具中，且利用浇注工艺在整个碳纤维球体全包裹弹性材料，通过固定加温加压条件二次成型得到第二吸能弹性结构；
[0060]
步骤400、把第二吸能弹性结构装入第一吸能金属发泡结构内，得到汽车吸能盒。
[0061]
在本实施方式中，外碳纤维预浸料大多使用的是碳纤维预浸布，碳纤维预浸布是在经过高压高温技术将环氧树脂复合在碳纤维上。由碳纤维纱、环氧树脂、离型纸等材料，经过涂膜、热压、冷却、覆膜、卷取等工艺加工而成的复合材料称为碳纤维预浸料，又名碳纤维预浸布。
[0062]
其中外碳纤维预浸料的最主要的性能特征为：
①
强度高、密度小：碳纤维预浸料的强度可以达到钢材的6-12倍，密度只有钢材四分之一；
②
可塑性好：可根据模具形状做成任何形状，成型容易，便于加工；
③
耐腐蚀，寿命长，因此碳纤维预浸渍布具有质量轻，吸能能力强等优势，很大程度上提高了吸能盒的比吸能，更好的提升了车内乘客的安全系数。
[0063]
在步骤200中，利用模压吹气工艺制作碳纤维内胆的具体实现方法为：
[0064]
步骤201、在外碳纤维预浸料的传输过程中对外碳纤维预浸料进行切割生成吸能球预制体，其中吸能球预制体的球径略大于吹塑模具的型腔球径；
[0065]
步骤202、将吸能球预制体持续传输到吹塑模具的两个模件内；
[0066]
步骤203、将熔融状态的塑料型坯夹在吹塑模具中密封吹塑形成内发泡支撑球，在高压充气和高温固化后得到碳纤维内胆。
[0067]
步骤200主要利用外碳纤维预浸料和吹塑原理制造出一个碳纤维的吸能球，因此为了保证球形结构的完整性，以及减少对碳纤维内胆的修剪工作，本实施方式将外碳纤维预浸料预先按照吹塑模具的三个模件的半球形面积进行裁剪得到吸能球预制体，将吸能球预制体分成两路分别传输到吹塑模具的两个模件内，然后将两个模件合模对塑料型胚密封吹塑，并且塑料型胚与吸能球预制体固定粘附在一起，具体的实现方法为：
[0068]
将吹塑模具的两个模件完全打开至与两个吸能球预制体的输送表面平行；
[0069]
快速合并吹塑模具的两个模件，将熔融状态的塑料型坯固定夹持在吹塑模具中；
[0070]
对塑料型坯密封吹塑定型，得到外碳纤维预浸料和内发泡支撑球于一体的碳纤维内胆；
[0071]
对碳纤维内胆表面进行粗糙度加成处理，粗糙度加成处理具体为打磨、喷砂、粗糙度检测处理。
[0072]
将外碳纤维预浸料预先按照球形结构分切，在吹塑模具内可直接生成一个球形的碳纤维内胆，而如果仅仅将外碳纤维预浸料按照矩形结构分切，则需要对生成的碳纤维内胆进行大幅度的剪切打磨生成球形结构，因此碳纤维内胆本身已经初步具有球形结构，那
么此时的剪切打磨难度要远远比本实施方式提前按照球形结构分切的难度高很多，且影响效率，因此本实施方式提高了整个碳纤维内胆的生产效率和生产稳定性，并减少对碳纤维内胆的裁剪难度。
[0073]
实施例3
[0074]
如图3所示，本发明还提供了一种汽车吸能盒的二次成型装置，包括碳纤维输送单元1、一次吹塑定型单元2和二次浇注成型单元3，碳纤维输送单元1与一次吹塑定型单元2之间设有碳纤维切割单元4，碳纤维切割单元4按照固定的间隔时间和间隔长度切割外碳纤维预浸料并生成与碳纤维内胆的半个球表面积相同的吸能球预制体，碳纤维输送单元1持续传输吸能球预制体至一次吹塑定型单元2内并与塑料型坯共同组成碳纤维内胆。
[0075]
碳纤维内胆高温固化后定位放入二次浇注成型单元3中，二次浇注成型单元3利用浇注工艺将弹性材料浇注全包裹在整个碳纤维内胆外，碳纤维内胆在二次浇注成型单元3通过固定加温加压条件二次成型得到第二吸能弹性结构。
[0076]
第二吸能弹性结构放入定制好的薄壁铝合金方管或铝合金薄板，即可得到的汽车吸能盒。
[0077]
本实施方式对冲击能量进行二次吸收，有效的提高汽车的安全性，吸能效果增加≥8％，且力学强度高、强韧性好、比吸能高、具有极好的可靠性，适合多种车辆吸能盒，具有广阔的应用前景。
[0078]
如图4所示，碳纤维输送单元1包括动力轮组11，以及受动力轮组11驱动的输送带12，外碳纤维预浸料铺设在输送带12上且在碳纤维切割单元4的作用下被分切成多个均匀分布的吸能球预制体，吸能球预制体在输送带的驱动下转移至一次吹塑定型单元2内，输送带12上设有多个均匀分布的切割载位，碳纤维切割单元4在切割载位下压并剪切外碳纤维预浸料以生成半球状的吸能球预制体，吸能球预制体在碳纤维切割单元4复位后继续沿着输送带12传输并分别转移至一次吹塑定型单元2的吹塑模具内。
[0079]
输送带12包括两条传送链条121，以及多组设置在两个传送链条121之间的横向排列杆122，其中，动力轮组11主要为驱动齿轮，驱动齿轮通过与传送链条121的啮合带动输送带12持续传输外碳纤维预浸料。
[0080]
如图5至图7所示，横向排列杆122的长短不同且每组横向排列杆122的末端均形成一个圆形切割孔槽123，切割载位设置在每个圆形切割孔槽123的内部，切割载位主要由活动安装在每个横向排列杆122上的弧形凹槽板124组成，两个相邻的弧形凹槽板124之间通过铰接活动连接，所有的弧形凹槽板124组成与圆形切割孔槽123同心分布的活动折叠圆环，且所有的弧形凹槽板124的内壁共同连接有弹性支撑布125，弹性支撑布125受到碳纤维切割单元4的下压时变形至半球形形状。
[0081]
所有的弧形凹槽板124组成与圆形切割孔槽123同心分布的活动折叠圆环，因此当整个传输带12传动至两端的动力轮组11位置时，弧形凹槽板124实现无障碍折叠以继续传输。
[0082]
位于上层的输送带12下方设有下沉凿坑5，下沉凿坑5的球径与一次吹塑定型单元2的型腔球径相同，且碳纤维切割单元4下移过程中下压外碳纤维预浸料直至外碳纤维预浸料的表面完全贴合下沉凿坑5的内表面，碳纤维切割单元4沿着下沉凿坑5的边缘切割外碳纤维预浸料生成半球形的吸能球预制体。
[0083]
横向排列杆122靠近弧形凹槽板124的端部下表面设有框架板6，且框架板6的上端设有用于限制框架板6移动范围的挡板7，弧形凹槽板124的边缘设有用于套设在框架板6上的开口槽8，且框架板6上套设有与弧形凹槽板124的下表面固定连接的压缩弹簧9。
[0084]
弧形凹槽板124在实心球44的作用下先沿着框架板6共同下移一段距离，此时弧形凹槽板124位于横向排列杆122的下方，然后碳纤维切割单元4下压弹性支撑布125位置的外碳纤维预浸料并切割外碳纤维预浸料，在碳纤维切割单元4上移复位后，弹性支撑布125和压缩弹簧9共同带动弧形凹槽板124复位。
[0085]
具体的，碳纤维切割单元4包括直线动力件41，以及与直线动力件41连接的悬吊杆42，悬吊杆42上活动套设有平面板43，且悬吊杆42的下端固定设有实心球44，实心球44的外表面中间位置设有外接套环45，外接套环45的外侧通过凸起磁吸弧条46吸附有压制定位圆环47，外接套环45与压制定位圆环47形成用于切割外碳纤维预浸料的夹缝48，压制定位圆环47上通过多个均匀分布的连杆49与平面板43的下表面连接。
[0086]
悬吊杆42的下端在两个凸起磁吸弧条46之间的位置设有驱动电机410，驱动电机410的输出轴通过弧形弯杆411设有双面均具有刀刃的切割刀片412，切割刀片412在直线动力件41向下推动实心球44完全嵌入下沉凿坑5时恰好穿过夹缝48内的外碳纤维预浸料，驱动电机410带动切割刀片412在外接套环45和压制定位圆环27之间的夹缝48内旋转切割外碳纤维预浸料。
[0087]
其中，凸起磁吸弧条46在本实施方式的最佳使用数量为4个，且4个凸起磁吸弧条46十字交叉分布，即两个凸起磁吸弧条46之间的夹角为90
°
，驱动电机410带动弧形弯杆411转动，其中驱动电机410带动弧形弯杆411在90
°
的范围内来回旋转以确保分切外碳纤维预浸料。
[0088]
悬吊杆42的长度与实心球44的下移深度相同，悬吊杆42的外表面设有若干均匀分布的竖向卡槽413，平面板43的中心位置设有沿着竖向卡槽413移动的插杆414。
[0089]
直线动力件41带动平面板43与实心球44同步下移直至压制定位圆环47接触到外碳纤维预浸料，直线动力件41继续推动实心球44下移直至实心球44完全嵌入在下沉凿坑5的内部，此时外接套环45与压制定位圆环47之间的夹缝48与弧形凹槽板124组合形成的活动折叠圆环的凹槽位置重合，以确保稳定限制切割外碳纤维预浸料的位置。
[0090]
以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。

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