一种轻量化复合油箱托架及制造方法与流程

1.本技术涉及汽车技术领域，特别涉及一种轻量化复合油箱托架及制造方法。


背景技术：

2.随着国家法规对商用车的重量要求日益严苛，整车重量是商用车的一个重要指标，对于无法达成法规指标的车型，直接影响了该车型的销售合规性，会严重影响销量。因此，为了达成整车重量指标，轻量化零件的开发和应用具有重要意义，也是当前商用车发展的最核心、最关键的技术之一。同时，整车零件经轻量化后，整车重量下降，用户的载货量会相应增多，提高了用户的经济收益，具有可观的经济价值，可以提高整车的商品竞争力。
3.在一些相关技术中，商用车的油箱托架用于连接汽车油箱与车架，对油箱起承载和固定作用，要求要具有可靠的强度与刚度，以保障油箱的稳定与安全。因此，多采用高强度，料厚较厚的钢材作为油箱托架的基材，但是整体重量较重，不利于整车轻量化。
4.在另一些相关技术中，一种轻量化油箱托架，包括托板、侧条、安装孔、减重孔和垫片，托板的边缘固定连接有侧条，托板和侧条的正面均开设有安装孔，托板的表面开设有减重孔，且托板的内侧固定连接有垫片，托板包括上金属片、下金属片、支撑块、泡沫层和胶黏层，上金属片和下金属片之间固定连接有支撑块，且上金属片和下金属片之间铺设有泡沫层，上金属片和下金属片的内侧分别涂布有胶黏层。通过设置泡沫层和减重孔，可以在油箱托架制造的过程中，减少了托架内部金属材料的比重，减轻了托架整体的重量，使得该托架更加轻量化；
5.但是其整体重量还是较重，并且托板包括固定连接的上金属片、下金属片和支撑块，其需要焊接连接，焊接易引起的局部应力缺陷，焊接的一致性难以保证存在结构风险，在制造时较为繁琐，制造成本较高。


技术实现要素：

6.本技术实施例提供一种轻量化复合油箱托架及制造方法，以解决相关技术中油箱托架整体重量较大，并且各部件之间的焊接质量难以保证的问题。
7.第一方面，提供了一种轻量化复合油箱托架，其包括：
8.金属支架，其上设有连接部和粘接部，连接部用于和车架连接；
9.非金属托架，其上设有容置所述金属支架的安装空间，所述粘接部与所述安装空间的内壁通过粘接结构连接。由于金属支架与车架连接，金属支架上通过粘接结构粘接非金属托架，从而进行承托油箱；其中金属支架是为保证与车架连接的强度，非金属托架可以提供足够的油箱承托力的同时，在结构强度能够保证的情况下，油箱托架整体重量减小，并且由于两者为异种材料，通过粘接结构粘接，避免焊接易引起的局部应力缺陷，从而使得连接处的结构强度更为稳定。
10.一些实施例中，所述非金属托架采用cft塑料制成。
11.一些实施例中，所述粘接结构采用高性能丙烯酸酯结构胶制成。
12.一些实施例中，所述金属支架采用横截面为u型的连接板，连接板的背部平面为所述连接部；连接板两侧的外表面为所述粘接部；
13.所述非金属托架的横截面为u型，并且u型的内部空间为所述安装空间。
14.一些实施例中，所述非金属托架包括相互垂直设置的第一部分和第二部分，第一部分和第二部分通过圆弧过渡部分连接；第一部分与所述金属支架连接；
15.加强板，其设置在第一部分、第二部分和圆弧过渡部分上，并且沿第一部分、第二部分和圆弧过渡部分的延伸方向分布。
16.一些实施例中，所述第一部分的长度与所述金属支架的长度不相等，并且第一部分的底端与金属支架的底端平齐。
17.一些实施例中，所述非金属托架的厚度为金属支架的厚度的1.4倍。
18.一些实施例中，所述非金属托架上设有油箱安装孔。
19.第二方面，提供了一种轻量化复合油箱托架的制造方法，其包括以下步骤：
20.制造满足承托要求的非金属托架和金属支架；
21.在所述金属支架的粘接部和非金属托架的安装空间内涂上结构胶；
22.通过工装夹具，将所述粘接部和安装空间的内壁贴紧，并使非金属托架和金属支架保持夹紧至第一设定时间，形成所述粘接结构；
23.将相连接的所述非金属托架金属支架放置第二设定时间，使粘接结构完全固化，以完成轻量化复合油箱托架的制造。
24.一些实施例中，所述非金属托架包括相互垂直设置的第一部分和第二部分，第一部分和第二部分通过圆弧过渡部分连接；第一部分与所述金属支架连接；加强板，其设置在第一部分、第二部分和圆弧过渡部分上，并且沿第一部分、第二部分和圆弧过渡部分的延伸方向分布；
25.制造满足承托要求的所述非金属托架包括以下步骤：
26.获取原金属托架承托油箱所需的结构强度，并作为参考结构强度；
27.建立非金属托架的仿真模型，并进行验证其实际结构强度；
28.若实际结构强度大于等于参考结构强度，则按照该模型对应的尺寸制造；
29.若实际结构强度小于参考结构强度，则调整仿真模型的第一部分、第二部分和圆弧过渡部分的厚度，圆弧过渡部分的半径，以及加强板的宽度；然后重新进行验证非金属托架的实际结构强度。
30.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
31.本技术实施例提供了一种轻量化复合油箱托架及制造方法，由于金属支架与车架连接，金属支架上通过粘接结构粘接非金属托架，从而进行承托油箱；其中金属支架是为保证与车架连接的强度，非金属托架可以提供足够的油箱承托力的同时，在结构强度能够保证的情况下，油箱托架整体重量减小，并且由于两者为异种材料，通过粘接结构粘接，避免焊接易引起的局部应力缺陷，从而使得连接处的结构强度更为稳定。
32.金属支架采用横截面为u型的连接板，连接板的背部平面为连接部；连接板两侧的外表面为粘接部；连接部如图中标记c所示，连接部为一个平面，其上设有螺孔；连接部如图中标记b所示。非金属托架的横截面为u型，并且u型的内部空间为安装空间。由于设置成以上的结构，金属支架和非金属托架在保证强度的同时，可以最大程度上的减轻重量。并且也
便于进行粘接，即将上述的高性能丙烯酸酯结构胶涂敷在粘接部上，金属支架和非金属托架可以相互接触形成一个完整体封闭的筒状结构，如图所示的，从而使得连接之后的筒状结构加强连接性，并且具有较强的缓冲能力，因为其筒状结构内有缓冲的空间。另外也限制了金属支架在安装空间内的位置，避免连接夹持时，发生位移。
附图说明
33.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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本技术的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为本技术实施例提供的轻量化复合油箱托架的爆炸示意图；
35.图2为本技术实施例提供的图1中a-a处的结构示意图。
36.图中：1、金属支架；2、非金属托架；200、第一部分；201、第二部分；202、圆弧过渡部分；203、加强板；204、油箱安装孔。
具体实施方式
37.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
38.本技术实施例提供了一种轻量化复合油箱托架及制造方法，以解决相关技术中油箱托架整体重量较大，并且各部件之间的焊接质量难以保证的问题。
39.请参阅图1和图2，一种轻量化复合油箱托架，其包括金属支架1和非金属托架2；金属支架1上设有连接部和粘接部，连接部用于和车架连接；非金属托架2上设有容置金属支架1的安装空间，粘接部与安装空间的内壁通过粘接结构连接。
40.其中，非金属托架2可采用cft塑料制成；粘接结构可采用高性能丙烯酸酯结构胶制成。金属支架1使用dl510材质钢件。
41.下面对为何选择以上材料进行解释说明：
42.以塑代钢是用高强度复合材料来替换钢材的轻量化技术，替换材料的选择，需保证原零件的强度与刚度，常规油箱托架通常采用dl510，是一种优质热轧碳素钢作为原材料，热轧高韧性碳素钢的化学成分按重量百分比计组成为：c：0.60～0.80％、si：0.10～0.60％、mn：0.70～1.70％、p≤0.020％、s≤0.020％、o≤0.002％、n≤0.006％、al≤0.004％、as≤0.007％，h≤0.00015％，余量为fe和不可避免的杂质。该热轧高韧性碳素钢无需添加合金元素或再进行热处理，抗拉强度≥510mpa。
43.dl510与铝合金、cft材料性能对比如下表一和表二，进行说明：
[0044][0045]
表一
[0046]
cft复合材料参数：
[0047]
性能单位数值拉伸强度0
°
mpa800拉伸强度90
°
mpa360拉伸模量gpa31弯曲模量gpa18冲击强度kj/m2250热变形温度℃155密度kg/m31500纤维含量％60
[0048]
表二
[0049]
由上表可见，同等性能下，对比dl510钢材，铝合金不具备轻量化优势，采用cft复合材料，同等性能下，可降重73％，效果明显。因此，选用cft复合材料来代替钢材。cft复合材料可以一次注塑成型。cft(主要包括gfrt和cfrt)是一种具有更高性能的轻量化新材料，也是近年来新技术发展最快的复合材料之一，可分为四种类型：
[0050]
(1)连续单丝纤维单向排列的cft(又称单向连续纤维增强热塑性复合材料预浸带)。美国某公司开发的连续单丝玻纤增强热塑性浸淆pp带，可用于制备热塑性复合输送管道和模压厚度可控的热塑性片材或型材，具有突出的机械力学性能和加工成形性；
[0051]
(2)玻璃纤维毡增强热塑性复合材料(gmt)。我国科学家发明了更轻质的针刺玻纤毡增强pp热塑性复合材料(s-gmt)，通过不同长纤维尺寸(15-25mm)的短切针刺毡作为纤维缠绕骨架结构来实现增强作用；
[0052]
(3)连续纤维编织布增强热塑性复合材料(2d-cft)，包括前浸溃和后浸渍、原应聚合浸渍、混合纤维纱浸渍等各种先进浸渍工艺技术与复合制备方法，提高了两相界面结合强度与力学性能；
[0053]
(4)多角度、多相复合结构的连续纤维编织布增强热塑性复合材料(3d-cft)，包括编织物(带、布、毡)结构、三明治夹层实心结构与三明治夹心发泡结构、z型多层立柱结构等新型cft复合材料结构设计，以及热塑性树脂基体(resin)的“原位”和“离位”增强增韧、结
构/功能一体化的设计与全自动化智能制造技术发展，从而提高高性能的连续碳纤维增强热塑性复合材料(cfrt)的综合性能。
[0054]
本技术中所运用的形式为上述的第二种)玻璃纤维毡增强热塑性复合材料(gmt)。
[0055]
故而，将传统的钢材质油箱托架改为金属与复合材料粘接形式成型零件，其中与车架连接的金属支架1仍使用dl510材质钢件，与油箱固定的非金属托架2采用cft的非金属复合材料，此种cft复合材料的强度与钢材相当，但密度远低于钢材，因此零件更轻，从而实现轻量化。
[0056]
另外，高性能丙烯酸酯结构胶的参数如下表三
[0057][0058]
高性能丙烯酸酯结构胶具有高强度,高韧性，以及快速固化的特点，固化操作时间3～6分钟，适用于热塑性材料、金属、复合材料自粘和互粘，尤其适合粘接金属，不锈钢、碳钢和铝，无需底涂。
[0059]
其也可参考相关技术中，cn103320020a该高性能丙烯酸酯结构胶粘剂由两种组分组成，该两种组分分别通过如下步骤制备：1)在常温常压下，将31-42重量份甲基丙烯酸甲酯、41-52重量份丙烯酸投入第一反应釜中，再投入11-22重量份丁腈橡胶、21-32重量份对苯二酚，搅拌24小时混匀，制得第一组分；2)将31-42重量份甲基丙烯酸甲酯、21-32重量份abs树脂、11-18重量份三乙胺、21-32重量份对苯二酚投入第二反应釜中，搅拌24小时混匀，制得第二组分。本发明提供的高性能丙烯酸酯结构胶粘剂生产工艺，其制备的丙烯酸酯结构胶粘剂粘接材料广泛、粘接强度高、室温固化快。
[0060]
因此由于金属支架1与车架连接，金属支架1上通过粘接结构粘接非金属托架2，从而进行承托油箱；其中金属支架1是为保证与车架连接的强度，非金属托架2可以提供足够的油箱承托力的同时，在结构强度能够保证的情况下，油箱托架整体重量减小，并且由于两者为异种材料，通过粘接结构粘接，避免焊接易引起的局部应力缺陷，从而使得连接处的结构强度更为稳定。
[0061]
另外，采用塑料成型和粘接工艺，使得加工成型工序少，可一次注塑成型，且不存在加工应力和焊接应力，减少了零件的工艺缺陷风险，有效避免了车辆颠簸瞬间发生断裂而造成燃油箱脱落引起的安全事故；还不需投入焊接生产线，同时避免的焊接引起的局部应力缺陷，实施起来生产投入更少，操作方便，工艺性强，无表面处理，可有效的降低零件成本，产品成本为原金属制品的80～90％。
[0062]
在一些优选的实施例中，对于金属支架1和非金属托架2的具体结构，以及粘接的位置进行说明：
[0063]
金属支架1采用横截面为u型的连接板，连接板的背部平面为连接部；连接板两侧
的外表面为粘接部；连接部如图1中标记c所示，连接部为一个平面，其上设有螺孔；连接部如图1中标记b所示。非金属托架2的横截面为u型，并且u型的内部空间为安装空间。
[0064]
由于设置成以上的结构，金属支架1和非金属托架2在保证强度的同时，可以最大程度上的减轻重量。并且也便于进行粘接，即将上述的高性能丙烯酸酯结构胶涂敷在粘接部上，金属支架1和非金属托架2可以相互接触形成一个完整体封闭的筒状结构，如图2所示的，从而使得连接之后的筒状结构加强连接性，并且具有较强的缓冲能力，因为其筒状结构内有缓冲的空间。另外也限制了金属支架1在安装空间内的位置，避免连接夹持时，发生位移。
[0065]
进一步的，为保证非金属托架2的结构强度，进行了以下的设置：
[0066]
非金属托架2包括相互垂直设置的第一部分200和第二部分201，第一部分200和第二部分201通过圆弧过渡部分202连接；第一部分200与金属支架1连接；
[0067]
加强板203，其设置在第一部分200、第二部分201和圆弧过渡部分202上，并且沿第一部分200、第二部分201和圆弧过渡部分202的延伸方向分布。
[0068]
这样的设置，非金属托架2近似l型的结构，便于和金属支架1连接，并承托油箱。其中的圆弧过渡部分202使得应力分布均匀，并且圆弧过渡部分202的强度与其圆弧对应的半径有关。其中非金属托架2的强度与厚度和加强板203的宽度也有关系。非金属托架2的厚度为金属支架1的厚度的1.4倍。
[0069]
进一步的，第一部分200的长度与金属支架1的长度不相等，并且第一部分200的底端与金属支架1的底端平齐。这样的设置可以便于进行金属支架1与车架的安装；例如，图1中所示的，使得第一部分200的长度小于金属支架1的长度，第一部分200不会阻挡标记c处的连接。
[0070]
进一步的，非金属托架2上设有油箱安装孔204，通过油箱安装孔204将油箱安装在非金属托架2上。
[0071]
本技术还提出了一种轻量化复合油箱托架的制造方法，其包括以下步骤：
[0072]
制造满足承托要求的非金属托架2和金属支架1；
[0073]
在金属支架1的粘接部和非金属托架2的安装空间内涂上结构胶；
[0074]
通过工装夹具，将粘接部和安装空间的内壁贴紧，并使非金属托架2和金属支架1保持夹紧至第一设定时间，形成粘接结构；
[0075]
将相连接的非金属托架2金属支架1放置第二设定时间，使粘接结构完全固化，以完成轻量化复合油箱托架的制造。
[0076]
在一些优选的实施例中，非金属托架2包括相互垂直设置的第一部分200和第二部分201，第一部分200和第二部分201通过圆弧过渡部分202连接；第一部分200与金属支架1连接；加强板203，其设置在第一部分200、第二部分201和圆弧过渡部分202上，并且沿第一部分200、第二部分201和圆弧过渡部分202的延伸方向分布；
[0077]
制造满足承托要求的非金属托架2包括以下步骤：
[0078]
获取原金属托架承托油箱所需的结构强度，并作为参考结构强度；参考结构强可以理解为：在实际分析中，原金属托架承托油箱是作为对比参考，不能作为标准。而且如无原始零件，也没法进行参考。强度不是对比出来的，也不是越大越好。比如油箱重50kg，托架静态就要至少承受500n。算上加速度，要乘以一个系数。用这个力去核算零件能否承受的
住，这个才是标准。不同材料要求都是一样的。铁强一些，就可以薄一点，塑料弱一点，就要厚一点。
[0079]
建立非金属托架2的仿真模型，并进行验证其实际结构强度；
[0080]
若实际结构强度大于等于参考结构强度，则按照该模型对应的尺寸制造；
[0081]
若实际结构强度小于参考结构强度，则调整仿真模型的第一部分200、第二部分201和圆弧过渡部分202的厚度，圆弧过渡部分202的半径，以及加强板203的宽度；然后重新进行验证非金属托架2的实际结构强度。
[0082]
从而可以根据实际的油箱的尺寸大小进行设计非金属托架2的尺寸，即第一部分200、第二部分201和圆弧过渡部分202的厚度，圆弧过渡部分202的半径，以及加强板203的宽度。
[0083]
应当理解的是，工装夹具只要是能够将金属支架1的粘接部和非金属托架2夹持，两者进行稳定的连接即可，并且也不会对两者造成损坏，其要求的夹持力较小，保证两者之间不发生位移即可。
[0084]
在保证零件强度的前提下，实现了油箱托架的轻量化，且零件结构简单，加工成型工序少，生产投入相对较少，较钢材产品工艺性优良，成本更低，具有竞争力。采用轻量化油箱托架的整车，不但可以帮助整车达成国家要求的重量法规，满足销售合规性；还能提高用户的载货量，给用户带来了可观的经济收益，可以有效提高整车的商品竞争力。
[0085]
仿真模型是被仿真对象的相似物或其结构形式。它可以是物理模型或数学模型。但并不是所有对象都能建立物理模型。例如为了研究飞行器的动力学特性，在地面上只能用计算机来仿真。为此首先要建立对象的数学模型，然后将它转换成适合计算机处理的形式，即仿真模型。具体地说，对于模拟计算机应将数学模型转换成模拟排题图；对于数字计算机应转换成源程序。
[0086]
工作原理：
[0087]
(1)采用了以塑代钢的轻量化技术，将一种cft复合非金属材料，代替了连接油箱支架的钢材，此种cft复合材料的油箱托架强度与钢材相当，但密度远低于钢材，相对传统纯钢材油箱托架重量大幅下降，轻量化优势明显；同时，为了保证零件连接部位的强度，与车架连接的金属支架1仍采用dl510材质钢件，因钢材与非金属托架2连接为异种材料连接，两者连接需采用异种材料连接技术，使用了一种特殊粘胶来实现此技术，此粘胶可实现非金属托架2与钢材的粘接，且保证达到焊接同等的连接强度。
[0088]
此外非金属托架2为cft复合材料，cft复合材料为塑料，塑料成型较钢材成型，加工成型工序少，可一次注塑成型，存在加工应力和焊接应力，减少了零件的工艺缺陷风险，有效避免了车辆颠簸瞬间发生断裂而造成燃油箱脱落引起的安全事故；采用粘接工艺，不需要投入焊接生产线，设备投入成本低；非金属托架2不会氧化锈蚀，表面可采用零件本色，对比钢材不需要表面处理。基于以上原因，此种轻量化复合油箱托架产品成本为原钢材成本的80～90％。
[0089]
(2)金属支架1采用横截面为u型的连接板，连接板的背部平面为连接部；连接板两侧的外表面为粘接部；连接部如图1中标记c所示，连接部为一个平面，其上设有螺孔；连接部如图1中标记b所示。非金属托架2的横截面为u型，并且u型的内部空间为安装空间。由于设置成以上的结构，金属支架1和非金属托架2在保证强度的同时，可以最大程度上的减轻
重量。并且也便于进行粘接，即将上述的高性能丙烯酸酯结构胶涂敷在粘接部上，金属支架1和非金属托架2可以相互接触形成一个完整体封闭的筒状结构，如图2所示的，从而使得连接之后的筒状结构加强连接性，并且具有较强的缓冲能力，因为其筒状结构内有缓冲的空间。另外也限制了金属支架1在安装空间内的位置，避免连接夹持时，发生位移。
[0090]
(3)非金属托架2包括相互垂直设置的第一部分200和第二部分201，第一部分200和第二部分201通过圆弧过渡部分202连接；第一部分200与金属支架1连接；加强板203，其设置在第一部分200、第二部分201和圆弧过渡部分202上，并且沿第一部分200、第二部分201和圆弧过渡部分202的延伸方向分布。这样的设置，非金属托架2近似l型的结构，便于和金属支架1连接，并承托油箱。其中的圆弧过渡部分202使得应力分布均匀，并且圆弧过渡部分202的强度与其圆弧对应的半径有关。其中非金属托架2的强度与厚度和加强板203的宽度也有关系。非金属托架2的厚度为金属支架1的厚度的1.4倍。进一步的，第一部分200的长度与金属支架1的长度不相等，并且第一部分200的底端与金属支架1的底端平齐。这样的设置可以便于进行金属支架1与车架的安装。
[0091]
在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术的限制。
[0092]
需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
[0093]
以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。