一种汽车底架及其制造方法、汽车与流程

本发明涉及汽车技术领域，具体是涉及一种汽车底架及其制造方法、汽车。

背景技术：

随着汽车保有量不断上升，带来能源危机的同时也给环境带来了巨大的危害。实现汽车轻量化成为当今主流方向。目前，汽车车身结构主要由白车身骨架、蒙皮及内饰件组成。其中，白车身底架作为主承力结构，其重量占整车钢架质量的一半左右，具有较大的减重空间。另一方面，车辆在使用过程中由于疲劳损伤，腐蚀等因素降低了车辆使用寿命。

申请号为cn201710152066.6的中国专利公开了一种碳纤维地铁底架及其制造方法，底架包括横筋、上蒙皮、下蒙皮以及蜂窝夹层，其中上蒙皮、下蒙皮和横筋均采用碳纤维预浸料，大大降低了底架的重量和耐腐蚀性。然而底架的制造方法采用多次固化成型，生产周期长，制造工艺复杂，上蒙皮和下蒙皮的尺寸很大，模具的制造成本高，对工艺要求严格，不适合汽车快速大批量化生产要求。

技术实现要素：

本发明的第一目的是提供一种工艺简单、制造速度快的汽车底架。

本发明的第二目的是提供一种包括上述汽车底架的汽车。

本发明的第三目的是提供一种上述汽车底架的制造方法。

为了实现上述的第一目的，本发明提供的汽车底架，包括上蒙皮、下蒙皮和筋梁，筋梁设置在上蒙皮和下蒙皮之间，上蒙皮由多块第一板体拼接而成，相邻的两块第一板体的连接处设置有第一搭接板，第一搭接板与第一板体之间通过第一紧固件固定连接，第一板体与筋梁之间通过第二紧固件固定连接；下蒙皮由多块第二板体拼接而成，相邻的两块第二板体的连接处设置有第二搭接板，第二搭接板与第二板体之间通过第三紧固件固定连接第二板体与筋梁之间通过第四紧固件固定连接；第一板体、第二板体和筋梁均由碳纤维材料制成。

由上述方案可见，上蒙皮由多块第一板体拼接而成，下蒙皮由多块第二板体拼接而成，可减小制造上蒙皮和下蒙皮的模具大小，简化上蒙皮和下蒙皮的生产工艺，提高生产效率，降低制造成本，上蒙皮和下蒙皮之间通过筋梁进行加固，提高汽车底架的受力强度；相邻的第一板体之间通过第一搭接板进行加固，相邻的第二板体之间通过第二搭接板进行加固，进一步提高上蒙皮和下蒙皮的强度；第一板体和筋梁之间固定，第二板体和筋梁之间固定，可快速实现上蒙皮与筋梁之间、下蒙皮与筋梁之间的连接固定安装，制造速度快。

进一步的方案是，相邻的两块第一板体的连接处形成第一搭接缝，第一搭接板设置在是第一搭接缝上；相邻的两块第二板体的连接处形成第二搭接缝，第二搭接板设置在第二搭接缝上。第一搭接缝与第二搭接缝错开排布。第一搭接缝和第二搭接缝之间的错开距离不小于500mm。

可见，将第一搭接缝与第二搭接缝错开排布，避免上蒙皮和下蒙皮在同一位置的强度被减弱，将上蒙皮和下蒙皮的减弱位置分散。

进一步的方案是，第一搭接板插入第一搭接缝内，第一搭接板的外表面与第一板体的表面平齐；第二搭接板插入第二搭接缝内，第二搭接板的表面与第二板体的表面平齐。

可见，这样设置的好处是使得第一搭接板与上蒙皮成为一体、第二搭接板与下蒙皮成为一体。

进一步的方案是，第一搭接缝的截面呈v字型，第一搭接板的内表面紧贴在第一搭接缝的表面上，第一紧固件为铆钉；第二搭接缝的截面呈v字型，第二搭接板的内表面紧贴在第二搭接缝的表面上，第三紧固件为铆钉。

进一步的方案是，筋梁包括横筋、纵筋和斜筋，横筋和斜筋设置在相邻的纵筋之间。

可见，通过横筋、纵筋和斜筋之间的交错排布，提高了筋梁的支撑强度。

进一步的方案是，横筋在与纵筋的接合处设置有第一切口，纵筋上设置有与第一切口配合的第二切口，横筋上设置有与第一切口连通的通孔，通过通孔向第一切口和第二切口的接合处注入补强材料。

可见，通过在横筋和纵筋的接合处设置切口，使得横筋和纵筋之间的连接更加紧密，在切口处注入补强材料，提高切口处的强度。

进一步的方案是，补强材料由1wt％的短切纤维、85wt％至95wt％的环氧树脂和4wt％至14wt％的硅粉组成。

可见，通过在补强材料中添加一定量的硅粉，减小补强材料的流动性，使得补强材料在切口位置进行补强，避免补强材料流动到切口以外的位置；短切纤维提高了补强材料的韧性，从而增强了切口处的抗拉伸强度。

进一步的方案是，短切纤维为聚丙烯腈基短切纤维，短切纤维的直径为6.91μm、长度为1mm至3mm。

进一步的方案是，环氧树脂的粘度为450cps至660cps。

进一步的方案是，第二紧固件和第四紧固件均为铆钉。

进一步的方案是，筋梁上的铆钉之间的行距为p、列距为s，铆钉的孔径为d，满足关系式：p/d≥6，s/d≥5。实验表明，这种连接方式不仅具有很好的连接效率，而且能保证筋梁与上蒙皮、下蒙皮之间的连接强度。

进一步的方案是，汽车底架还包括前轮挡板和后侧蒙皮，前轮挡板固定安装在上蒙皮和下蒙皮的两侧，后侧蒙皮固定安装在尾部两侧的筋梁上。

为了实现上述的第二目的，本发明提供一种汽车，包括上述汽车底架。

为了实现上述的第三目的，本发明提供的汽车底架的制造方法，包括：试装配，将上蒙皮固定在装配工装上，调整纵筋和部分横筋在上蒙皮上的安装位置，并在安装位置进行画线，以定位好的纵筋和横筋为基准，定位其余的横筋和斜筋，并用夹具将筋梁与上蒙皮夹紧；粘接，将筋梁粘接在上蒙皮上；固定上蒙皮，在筋梁与上蒙皮连接的位置安装第二紧固件进行固定；安装下蒙皮，将下蒙皮对准上蒙皮安装在筋梁的另一侧，然后将筋梁与下蒙皮进行粘接，并用夹具将筋梁与下蒙皮夹紧；固定下蒙皮，在筋梁与下蒙皮连接的位置安装第四紧固件进行固定。

由上述方案可见，本发明的汽车底架的制造方法具有工艺简单、制造速度快等优点。

附图说明

图1是本发明的汽车底架实施例的结构示意图。

图2是本发明的汽车底架实施例的结构分解图。

图3是本发明的汽车底架实施例的局部剖视图。

图4是本发明的汽车底架实施例的横筋和纵筋的配合结构图。

图5是本发明的汽车底架实施例的横筋和纵筋的结构分解图。

图6是本发明的汽车底架实施例的筋梁的排钉示意图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图1，图1是本发明的汽车底架实施例的结构示意图。在本实施例中，汽车底架包括上蒙皮1、下蒙皮2、筋梁3、前轮挡板4和后侧蒙皮5，筋梁3设置在上蒙皮1和下蒙皮2之间，前轮挡板4固定安装在上蒙皮1和下蒙皮2的两侧，后侧蒙皮5固定安装在尾部两侧的筋梁3上。上蒙皮1、下蒙皮2、筋梁3、前轮挡板4和后侧蒙皮5均由碳纤维材料制成。

参见图2，图2是本发明的汽车底架实施例的结构分解图。在本实施例中，上蒙皮1由四块第一板体11、12、13、14拼接而成，下蒙皮2由四块第二板体21、22、23、24拼接而成，四块第一板体11、12、13、14和四块第二板体21、22、23、24的形状根据汽车底架的结构而定，并不完全相同。在其他的实施方式中，上蒙皮1和下蒙皮2还可以由更多的第一板体和第二板体组成。由于上蒙皮1和下蒙皮2分解成了多块板体进行拼接，例如对于一个长度为12m的汽车底架，第一板体11、12、13、14和第二板体21、22、23、24中的每一个的长度在4m左右，只需要长度为4m左右的模具便可，大大降低了模具的制造成本和制造难度。可以采用热压罐工艺制造第一板体和第二板体。

筋梁3包括多根横筋31、多根纵筋32和多根斜筋33，横筋31和斜筋33设置在相邻的两条纵筋32之间。筋梁3可以采用拉挤工艺制造，在本实施例中，筋梁3为中空的矩形梁，从而减小筋梁3的重量。在其他的实施方式中，筋梁3还可以是工字梁或槽型梁。

参见图3，图3是本发明的汽车底架实施例的局部剖视图。图3显示的是第一板体11、12和第二板体21、22的连接处的剖视图。第一板体11和第一板体12的连接处设置有第一搭接板15。第一板体11和第一板体12的连接处形成第一搭接缝110，第一搭接缝110的截面呈v字型。第一搭接板15插入第一搭接缝110内，第一搭接板15的内表面150紧贴在第一搭接缝110的表面上，第一搭接板15的外表面151与第一板体11的表面111和第一板体12的表面120平齐。第一搭接板15与第一板体11和第一板体12之间通过第一紧固件16固定，上蒙皮1与筋梁3之间通过第二紧固件(图3中未示出)连接。在本实施例中，第一紧固件16和第二紧固件为铆钉。通过第一搭接板15将第一板体11和第一板体12连接，使得第一板体11和第一板体12成为一个整体。通过同样的方式可以在第一板体12和第一板体13、第一板体13和第一板体14的连接处设置第一搭接板，从而将第一板体11、12、13、14连接成整块的上蒙皮1。

第二板体21和第二板体22的连接处设置有第二搭接板25。第二板体21和第二板体22的连接处形成第二搭接缝210，第二搭接缝210的截面呈v字型。第二搭接板25插入第二搭接缝210内，第二搭接板25的内表面250紧贴在第二搭接缝210的表面上，第二搭接板25的外表面251与第二板体21的表面211和第二板体22的表面220平齐。第二搭接板25与第二板体21和第二板体22之间通过第三紧固件26固定，下蒙皮2与筋梁3之间通过第四紧固件连接。在本实施例中，第三紧固件26和第四紧固件为铆钉。通过第二搭接板25将第二板体21和第二板体22连接，使得第二板体21和第二板体22成为一个整体。通过同样的方式可以在第二板体22和第二板体23、第二板体23和第二板体24的连接处设置第二搭接板，从而将第二板体21、22、23、24连接成整块的下蒙皮2。

第一搭接缝110与第二搭接缝210错开排布，即第一搭接缝110在下蒙皮2上的投影与第二搭接缝210不重叠，第一搭接缝110和第二搭接缝210之间的错开距离l不小于500mm。第一搭接缝110和第二搭接缝210之间的错开距离是指第一搭接缝110在下蒙皮2上的投影与第二搭接缝210之间的距离。

参见图4和图5，图4是本发明的汽车底架实施例的横筋和纵筋的配合结构图，图5是横筋和纵筋的结构分解图。横筋31在与纵筋32的接合处设置有第一切口310，纵筋32上设置有与第一切口310配合的第二切口320，横筋31上设置有与第一切口310连通的通孔311，通过通孔311向第一切口310和第二切口320的接合处注入补强材料。补强材料由1wt％的短切纤维、85wt％至95wt％的环氧树脂和4wt％至14wt％的硅粉组成，通过添加硅粉减小补强材料的流动性，方便填充。其中，短切纤维为聚丙烯腈基短切纤维，短切纤维的直径为6.91μm、长度为1mm至3mm；环氧树脂的粘度为450cps至660cps，本实施例使用的环氧树脂为恒神el302环氧树脂。补强材料的使用方法为：注入补强材料后，先在25℃的条件下保持16h；再在70℃的条件下保持16h，使得补强材料充分固化。补强材料固化后能够提高横筋31和纵筋32的将接合处的抗挤压和抗拉伸能力，使得汽车底架在受到弯曲或扭转变形时有更好的性能。

本发明的汽车底架的制造方法包括以下步骤。

试装配，将上蒙皮固定在装配工装上，调整纵筋和部分横筋在上蒙皮上的安装位置，并在安装位置进行画线，以定位好的纵筋和部分横筋为基准，定位其余的横筋和斜筋，并用夹具将筋梁与上蒙皮夹紧。

粘接，粘接是指通过结构胶将筋梁粘接在上蒙皮上，防止筋梁发生移位。

铆接上蒙皮，在筋梁与上蒙皮连接的位置进行铆接固定，先在上蒙皮和筋梁的重叠的位置进行打孔；然后锪窝，以去除孔的边缘的毛刺；最后在孔内施铆，通过铆钉将上蒙皮与筋梁固定。通过试验研究发现，铆钉的排列采用双排、平行排列的形式，如图6所示，筋梁3上的铆钉30之间的行距为p、列距为s，铆钉30的孔径为d，当满足关系式p/d≥6，s/d≥5时，不仅具有较高的铆接效率，而且保证了上蒙皮与筋梁之间的结构强度。

安装下蒙皮，将下蒙皮对准上蒙皮安装在筋梁的另一侧，然后将筋梁与下蒙皮进行粘接，并用夹具将筋梁与下蒙皮夹紧。

铆接下蒙皮，在筋梁与下蒙皮连接的位置进行铆接固定，下蒙皮的铆接方式与上蒙皮相同。

经过以上的步骤便可完成汽车底架的制造，制造工艺简单、生产速度快，适合汽车快速大批量化生产要求。

本发明还提供一种包括上述的汽车底架的汽车。

最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，例如，上蒙皮、下蒙皮与筋梁之间的紧固件还可以使用螺钉等其他的方式固定。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。