专利名称:车辆保险杠组件及其制造方法
本发明涉及车辆保险杠组件，特别是用塑料制成的车辆保险杠组件。
多年以来，人们用于制造车辆保险杠的材料有许多种。而最近一段时期，特别是第二次世界大战刚结束后钢铁短缺这段时期，尽管有时在一些乡村和城市地区奔弛的车辆上还能看到一些木制保险杠，但钢制保险杠已占了统治地位。
虽然钢制保险杠具有比其它大多数材料制成的保险杠强度高的优点，但钢制保险杠通常比用塑料、橡胶或木材制成的保险杠要重，结果使安装了这种钢制保险杠的车辆油耗增加。此外，钢制保险杠通常必须用抗腐蚀材料覆盖或涂覆，以防止或减缓其损伤。因此，或多或少出于这些原因，最近人们把注意力放在了用合成材料方面，比如热塑性塑料和热固性树脂、合成橡胶和泡沫材料来制造车辆保险杠。而相比热固性材料来说，用热塑性材料制造保险杠，其优点特别显著。
先有技术已公开了许多种用合成材料制成的保险杠。这些保险杠可见于授予林德沃的美国专利4，134，610号，伯吉斯等的美国专利3，666，310号，埃哥特的美国专利3，944，271号，柯雷尔的美国专利3，690，710号，黑斯等的美国专利3，938，840号，伊格韦的美国专利3，829，141号，麦肯泽尔的美国专利3，734，557号，克罗达的美国专利4，320，913号，休伯等的美国专利4，171，143号、4，208，069号和4，241，945号以及德洛马斯特等的美国专利4，466，646号中。
如先有技术所公知的，“装饰型保险杠”的设计只不过是为了使保险杠有个漂亮的外表、并不是为了在车辆与其它物体碰撞时吸收巨大的冲击能量。那些设计成为在碰撞时吸收巨大能量的保险杠称为“结构型保险杠”，除外表外，用于承受冲撞的保险杠部分称为“结构型构件”。正如前述专利所描述的，虽然以前在保险杠装置中用热塑性材料来做钢制加强或抗冲击构件的装饰性构件，几乎没有什么保险杠使用热塑性材料来做结构型构件。
在某些方面非常类似于授予斯科里洛的美国专利4，348，042基本设计思想的一种热塑性结构型保险杠已广泛地用做一些汽车的生产模型。斯科里洛专利公开了一种由一前罩和一加强梁组成的保险杠，它们分别用金属板单独成形、然后焊接到一起。在类似的使用热塑性塑料的设计中，前罩和加强梁分别在单独的工序中用热塑性树脂注塑成形。然后前罩和加强梁通过线性带焊联接在一起，最后装配到汽车上。
线性带焊是一种固定联接热塑性构件的工艺，通过摩擦构件使它们沿焊缝联接到一起。这是因为摩擦产生了热，结果使沿焊缝的塑料熔化。联接到一起的构件随后放到一定的位置上并使其冷却。这使得熔化的塑料逐渐凝固，最后两构件粘结到一起。
然而，不幸的是，使用线性带焊联接热塑性构件使焊缝附近的热塑性材料的化学稳定性大大下降。尽管从结构上讲，线性带焊具有满意的粘结力，这种工艺还有其它一些缺点。
线性带焊不象其它的将两个塑料构件联接起来的方法，它的缺点是必须使用线性带焊机。线性带焊机通常很笨重，有时还要侵占其它工艺设备的使用空间。线性带焊机还需要大量的投资用来配套和维修，而且操作者需具备专门的技术，从而使整个产品的成本大大提高。还有一个缺点是这种焊接使构件局部应力集中，使整个产品强度下降。
由于线性带焊要求构件在同样的温度下熔化，因此所有需焊接到一起的构件必须使用同一种材料制成。虽然这一事实对于其它一些设计来说不算是一种缺点，但对于类似于斯科里洛专利的保险杠来说却是一个很大的缺点，这里前罩既有装饰作用也在结构上起作用。通常人们期望保险杠的可见部分具有平滑、均匀的外表，并且其表面最好适合于涂覆，比如镀铬。然而，大部分具有优良表面特性的热塑性材料并不具有足够的抗冲击能力，它们不适宜做为结构型构件。因此，需要分开考虑结构性和装饰性的作用，以便在选择适当的材料时有更大的自由。
分开考虑装饰性和结构性作用的优点还在于大部分热塑性材料经长期的紫外线照射后会大量剥蚀。实际上所有车辆的保险杠在使用中都要受到这种照射，具有暴露的结构性构件的保险杠，比如类似于斯科里洛设计的保险杠，与其它保险杠，比如本发明的保险杠相比，更易于遭受破坏，本发明中至少用一种构件做装饰性使用和用于遮盖结构性构件使其免于受紫外线辐射。
从先有技术可知，结构型保险杠通常有一个抗力构件来承受冲击，该构件在车辆与其它物体碰撞时吸收能量，并会产生变形和裂纹。抗力构件可以由一块橡胶材料构成，通过将热固性材料注入铸模中，然后将其放入一定的温度环境中，就可制成一种合成橡胶结构型构件。过去，在结构性构件由热塑性塑料制成的保险杠中，结构性构件通常通过注模制成。但是，由于一些典型的注模问题，比如开浇口和浇注的问题，使得模具尺寸增加并复杂化，因此结构性构件一般由两个或多个单独的注模件组成。
虽然注塑相对其它种铸模工艺来说有许多优点、但事实是先有技术中的生产工艺要求整个产品至少要由两个单独的工件组成，这些工艺分别制成后再联接到一起，而且随着工件数量的增加，生产效率会更低。因此，由一个工件形成结构性构件比先有技术的工艺优越得多。
注塑形成的热塑性塑料保险杠的另一个缺点是在注塑大而长的构件时，比如加强结构性构件或保险杠的面板，为了尽量注满模具需多开浇口，这样就会产生垂直接合线。因为在碰撞时，构件常沿接合线损坏，带有注塑面板的注塑结构性构件在受到碰撞时极易沿一条垂直轴线损坏。然而压挤成形长的构件通常会产生水平接合线。因此，在本发明中，将压挤成形的结构性构件与注塑成形的面板组合在一起，使一个构件的接合线垂直于另一个的接合线，这些，整个组件就不易被破坏。
本发明的车辆保险杠组件包括一个大至为管形的热塑性塑料加强梁，一块面板以及把所述面板安装到所述加强梁上的装置或方法。根据本发明，加强梁包括这样一种材料，根据美国材料试验标准D-790(0.05英寸/分钟)，该材料在华氏72度时，其弯曲模量大约为100，000磅/英寸2至500，000磅/英寸2，根据美国材料试验标准D-698(264磅/英寸21/4英寸厚样品)，其变形温度至少为华氏155度。
本发明还包括下列步骤的制造车辆保险杠组件的方法1)通过铸模第一种材料形成一面板;
2)通过压挤成形第二种材料形成一管状部分;
3)所说的管状部分被吹模形成一大至为管状的加强梁;
4)把所说的面板安装到所说的加强梁上。
参照附图和下列的详细说明将会对本发明有更好的理解，其中图1是部分剖去的本发明车辆保险杠的后透视图;
图2是沿图1所示实施方案的2-2线所取的截面图;
图3是沿图1所示实施方案的3-3线所取的截面图;
图4是部分剖去的，图1所示实施方案的顶视图;
图5是一派生的实施方案的截面图。
参看图1，本发明的车辆保险杠组件在附图中通常以标号10表示。该保险杠组件包括有一面板12，一加强梁14和把面板和加强梁安装到一起的装置或方法。
加强梁14是一有一定尺寸大小的细长构件。参看图2，该梁有一壁16，壁16限定一空腔18。尽管加强梁的壁16在局部地区不连续，比如图1所示的螺栓孔20或卡口21，壁16总的来说还是连续的。壁16所取的厚度根据所选的塑料、要安装这种保险杠组件的车辆的大小和重量、以及其它一些因素变化。然而，在大多数实施方案中、壁16的厚度最好取在大约0.1至0.25英寸之间。
为了提供适当的功能，壁16的各个部分可能会凹进或凸出。参看图3，壁16的第一部分22向壁16的第二部分24方向变形，从而使相对的壁面接触形成一安装肋26。如下面所详述的，壁部分22和24可冲有孔，以便插入紧固件将保险杠组件安装到车辆上。壁部分22的变形形成一凹槽28，其中可容纳紧固件或安装装置，比如螺母30。参看图4，壁16的其它部分也可局部变形以形成一个或多个加强肋，使梁的结构得到加强，比如相互毗邻的壁16的第三部分32和第四部分34。
参看图1，根据本发明的方法，虽然加强梁通过吹模形成，这样通常会使加强梁的端点部分，比如梁端36封闭，加强梁的腔18仍会通过比如螺栓孔20与外界直接连通，从而腔的内部总是处于常压状态。尽管腔18和/或其它部分，比如凹槽28中可塞满增强泡沫材料，比如聚氨脂泡沫，以便在受到碰撞时提供额外的能量吸收装置，但这仍不理想。
对于本发明，重要的是加强梁就其物理特性来说应是非弹性的，它应在发生冲撞时能够吸收巨大的冲击能量，而不是把冲击能量传递到车辆上。因此对于本发明，重要的是加强梁包括这样一种材料，根据美国材料试验标准D-790(0.05英寸/分钟压铸样品)，该材料在华氏72度时，其弯曲模量大约为100，000磅/英寸2至500，000磅/英寸2，最好是大约为200，000磅/英寸2至400，000磅/英寸2。
这意味着虽然加强梁材料是一种含有弹性体成分的材料，比如ABS塑料，该种塑料内含有一种融合进一种固相的橡胶，加强梁并不具有弹性体，比如天然或合成橡胶的那种可压缩性，因此加强梁在发生碰撞时具有吸收冲击力的能力，而不是象先有技术的那些弹性体保险杠或一些泡沫那样仅仅被压缩。然而，钢和热固性加强塑料的弯曲模量高过1，000，000磅/英寸2，相对来说加强梁材料的弯曲模量是很小的。这就使得加强梁在与其它物体碰撞时，只弯曲而不断裂，同时吸收大部分冲击能量，而不是象传统保险杠的钢制结构性构件那样，只是将所有的冲击能量传递到车辆上。大多数传统型保险杠把能量吸收寄托在设置在车体和保险杠组件之间的缓冲器上，而本发明的加强梁的能量吸收特性可减低缓冲器的作用，或者可完全取消缓冲器。
本发明还有一个要点是加强梁材料的变形温度，根据美国材料试验标准D-698(264磅/英寸21/4英寸厚样品)，至少为华氏155度，最好至少为华氏180度，从而加强梁在通常的使用条件下是比较坚硬的。
适合于作为加强梁的制造材料通常是热塑性树脂。先有技术中有许多合适的树脂材料，包括ABS共聚树脂，聚酰胺，冲击性能得到改进的聚烯烃邻苯二甲酸二烯丙基酯，聚脂，聚碳酸脂和多亚苯基醚或各种它们的混合和组合物。加强梁材料优先选用ABS共聚树脂、聚碳酸酯树脂、或是多亚苯基醚树脂，或者是各种它们的混合或组合物。ABS共聚树脂是最好的，如先有技术中所公知的，这些塑料可能包含有其它一些成分，比如防老化剂，稳定剂，增加填充剂比如弹性体粒子，以及增光剂比如滑石、玻璃、高岭土和碳酸钙，以便增强塑料材料和/或加强所需的特性。
参看图2，面板12是一块比较薄而且细长的构件，面板12整个遮盖住加强梁14，从而当把车辆保险杠组件10装到车辆上后，加强梁14不会受到阳光的直接照射。该面板包括延伸在加强梁14和车体(图未示)之间的上裙部38，以及在加强梁下方伸展的下裙部40。
面板内部至少沿其一部分有一根肋条，以便使加强梁14安置在面板12中。在图5所示的一个派生的实施方式中，在面板内部的一部分上形成一个或多个紧固件，比如卡头44，以便把面板12固定到加强梁14上。
参看图1，面板12在其每个端部最好各有一个人形的部分，如图中的46和48，它们超出加强梁的端部14，在把保险杠组件安装到车辆上后，它们沿着车体延伸，如图中的盖过端部36的L形部分48。
面板可以有这样的作用，即在发生碰撞时，尽可能宽地把冲击力分散到加强梁的各个部分上。然后，面板的作用只是为了装饰和遮盖住加强梁使其免于暴晒，而不是象结构性构件那样需具有吸收巨大冲击能的作用，因此制造面板的材料不需要具有吸收巨大冲击能的作用。在最佳实施方案中，面板材料包括一种合成材料，比如一种热塑性树脂或较硬的合成橡胶，在华氏72度时，它们的弯曲模量大约为75，000磅/英寸2至500，000磅/英寸2，根据美国材料试验标准D-790(0.05英寸/分钟，压铸样品)。最好用在华氏72度时，弯曲模量大约为100，000至400，000磅/英寸2的热塑性树脂，比如含有ABS共聚材料的合成橡胶。另外，较可取的是，面板材料的变形温度。根据美国材料试验标准D-648(264磅/英寸21/4英寸厚样品)，至少为华氏155度，最好是华氏170度。
当然面板材料也可选用用于制造加强梁的热塑性树脂，不过这大可不必。使面板和加强梁具有不同的作用较可取，因为适用于一种用途的塑料对于其它一些用途确实有些不合适。无论在什么情况下，面板材料应能够在通常外界条件下保持其模制形状，在出模后其外表应适于电镀或涂复。从先有技术中可知，适于做面板的材料包括ABS共聚树脂，聚酯，聚酰胺，聚碳酸酯，聚酯-聚碳酸酯共聚物，以及它们的各种混合和组合物，比如ABS/聚碳酸酯组合物，ABS/聚酯组合物和ABS/尼龙组合物。面板塑料可能另外含有添加剂，比如紫外线稳定剂，填充剂，防老化剂和其它一些用于加入加强梁材料中的上述添加剂。
面板应取的厚度取决于所选的面板材料，以及面板是否要电镀或涂复，还有其它一些因素，通常面板的厚度最好取大约0.08英寸至0.2英寸。
参看图2，面板12可通过各种安装装置装到加强梁14上，比如通过涂在面板12和加强梁14之间的粘结剂50。从先有技术中可找出许多合适的粘结剂，比如丙烯酸盐，氯丁橡胶，聚胺酯，环氧树脂，常温硫化聚硅氧烷和多硫化合物粘结剂。除了使用粘结剂外，加强梁14还可通过一个或多个卡紧紧固件，比如图5所示的卡头44与面板12连接，卡头通过贯穿加强梁的壁16的卡口21与加强梁啮合。其它的把面板和加强梁安装到一起的措施包括用机械式紧固件和熔焊。
本发明还包括制造本发明保险杠组件的方法。根据本发明，将第一种材料铸模，最好是注塑一种塑料材料以形成面板。然而，其它热塑性塑料材料的保险杠结构性构件是由多个紧固在一起的注塑件组成，而本发明的保险杠加强梁是由一个工件组成的，它是通过压挤第二种材料形成管形件，最好大至为圆筒形件而制成的。管形件随后最好在红热的状态下从压挤机中取出，再放入模具中，向模具中导入空气，对管形件的空腔进行吹模，最后形成加强梁。
第一种材料用于制造面板，而第二种材料用于制造加强梁，它们分别从上面列举的材料中选取，以便制成保险杠组件。若面板通过注塑制成，那么第一种材料就是热塑性塑料。无论在何种情况下，第二种材料都选用热塑性材料，它们可能与面板材料相同或不同。
加强梁的模具应是这样的，即在吹模后，管形件被模制成加强梁，而此时加强梁最好适合于安装到车辆上，比如使管壁的第一部分向其第二部分变形以形成一安装肋。在模具中适当的位置设置柱杆或销子，以便在吹模时销子穿过管壁以形成螺栓孔。加强装置，比如加强肋，可通过把模具做成一定的形状，从而在吹模时使管形件的第三部分靠向其第四部分而形成。
经模具铸造后，面板安装到加强梁上，最好是通过压迫加强梁上的至少一个卡口连接件将加强梁装到面板的内部，或者也可是同时在加强梁的外表面或面板的内部涂抹粘结剂将两构件粘结在一起。当然面板可以在把加强梁装到车辆上后再安装到加强梁上，但最好是先把它组合成保险杠，然后再装到车辆上。
保险杠组件可直接装到车体上，也可在它们之间设置缓冲器系统。比如，参看图3，把螺栓52穿过安装肋26上的螺栓孔54，在另一面拧上螺母30，就可将加强梁装到车体上。在图4所示派生的实施方案中，凹槽58中装进带螺纹的螺柱或螺栓56，然后在另一面拧上螺母(图未示)，或者，如果螺栓56可自己攻丝，也可直接拧紧在车体上。
固紧装置比如螺母30可先固定住，比如在吹模形成加强梁时，把螺母30嵌在壁16的第一部分22上，或者把螺母30的一部分制成金属支架60，支架60可局部加强壁16，同时在拧紧螺栓52时，可防止螺母30转动。在另一个实施方案中，当面板尚未装上或者其中一个凹槽比如凹槽28与组件外界连通时，在拧紧螺栓52时也可采用人工把螺母30夹持在位，当然这样做不太可取。
应当理解的是，在不超出本发明的精神范围，除上述实施方案外，本发明还可有很多变化和改进，它们都应包括在本发明中，应受到下面权利要求
的限制。
勘误表 CPME86457权利要求
1.一种车辆保险杠组件的特征包括有一大至为管形的加强梁、一面板，以及把所说面板装到所说加强梁上的装置和/或方法，其中所说的加强梁包含这样一种材料，根据美国材料试验标准D-790(0.05英寸/分钟)，该材料在华氏72度时的弯曲模量大约是100，000磅/英寸2至500，000磅/英寸2，根据美国材料试验标准D-698(269磅/英寸21/4英寸厚样品)，其变形温度至少为华氏155度。
2.如权利要求
1所述的车辆保险杠组件，其特征是所述的加强梁包含这样一种材料，根据美国材料试验标准D-790(0.05英寸/分钟)，该材料在华氏72度时的弯曲模量大约是200，000磅/英寸2至400，000磅/英寸2。
3.如权利要求
1所述的车辆保险杠组件，其特征所述的加强梁包含这样一种材料，该材料的变形温度至少为华氏180度。
4.如权利要求
2所述的车辆保险杠组件，其特征所述大至为管形的加强梁的管壁厚度大约是0.1英寸至0.25英寸。
5.如权利要求
1所述的车辆保险杠组件，其特征是所述的面板包含这样一种材料，根据美国材料试验标准D-790(0.05英寸/分钟)，该材料在华氏72度时的弯曲模量大约是75，000磅/英寸2至500，000磅/英寸2。
6.如权利要求
5所述的车辆保险杠组件，其特征是所述的面板包含这样一种材料，根据美国材料试验标准D-648(264磅/英寸21/4英寸厚样品)，该材料的变形温度至少为华氏155度。
7.如权利要求
5所述的车辆保险杠组件，其特征是所述面板的的厚度大约是0.08英寸至0.2英寸。
8.如权利要求
1所述的车辆保险杠组件，其特征是所述加强梁管壁的另一部分靠近所述壁的第二部分以形成一安装肋，所述壁的第一部分和第二部分适于容纳把所述加强梁安装到车体上的装置。
9.如权利要求
8所述的车辆保险杠组件，其特征是所述加强梁壁的第三部分靠近所述壁的第四部分以形成一加强肋。
10.如权利要求
1所述的车辆保险杠组件，其特征是所述的加强梁直接与外界空气相通。
11.如权利要求
1所述的车辆保险杠组件，其特征是把所述面板安装到所述加强梁上的装置是涂抹在所述面板和加强梁之间的粘结剂。
12.如权利要求
1所述的车辆保险杠组件，其特征是所述的面板通过卡紧装置安装到所述加强梁上。
13.如权利要求
1所述的车辆保险杠组件，其特征是所述的组件基本上由一个大至为管形的加强梁，一面板以及用于把所述面板安装到所述加强梁上的装置和/或方法组成。
14.用于制造车辆保险杠组件的方法，其特征包括有下列步骤1)通过铸模第一种材料形成一面板;2)通过压挤成形第二种材料形成一管状部分;3)吹模所述的管状部分形成一大至为管状的加强梁;4)把所述的面板安装到所述的加强梁上。
15.如权利要求
14所述的方法，其特征是通过吹模所述的管状部分使所述部分的管壁的第一部分靠近所述壁的第二部分以形成一安装肋，从而使加强梁适于安装到车体上。
16.如权利要求
15所述的方法，其特征是通过吹模所述的管状部分形成所述的加强梁，从而使所述部分的管壁的第三部分靠近所述壁的第四部分以形成一加强肋。
17.如权利要求
14所述的方法，其特征是所述的第一种材料在华氏72度时，根据美国材料试验标准D-790(0.05英寸/分钟)，其弯曲模量大约是75，000磅/英寸2至500，000磅/英寸2，所述第二种材料在华氏72度时，根据美国材料试验标准D-790(0.05英寸/分钟)，其弯曲模量大约是100，000磅/英寸2至500，000磅/英寸2，根据美国材料试验标准D-648(264磅/英寸21/4英寸厚样品)，所述第一种和第二种材料的变形温度至少是华氏155度。
18.如权利要求
14所述的方法，其特征是所述面板通过涂抹在所述面板和所述加强梁至少之一上的粘结剂安装到所述加强梁上，涂抹粘结剂后把所述面板和所述加强梁沿所述粘结剂贴在一起。
专利摘要
一种车辆保险杠组件有一大致管形的加强梁、 一面板、和把该面板装上该加强梁的装置。加强梁的 材料根据美国材料试验标准D-790，在华氏72度时 的弯曲模量由100,000至500,000磅/英寸
文档编号B60R19/24GK86106567SQ86106567
公开日1987年4月15日 申请日期1986年10月16日
发明者罗伯特·约翰·史密斯 申请人:博格-华纳化学品公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan