Способ изготовления рулевого колеса транспортного средства
METHOD FOR MANUFACTURING OF VEHICLE STEERING WHEEL

Изобретение относится к способам изготовления рулевых колес в различных областях транспортного машиностроения и, в частности, может быть использовано в автомобильной промышленности при производстве транспортных средств.
Известен «Каркас колеса рулевого управления» (Патент на полезную модель RU №69007, МПК B62D 1/04, дата приоритета 25.04.2006, опубл. 10.12.2007), реализующий способ изготовления, который представляет собой конструкцию, состоящую из обода, ступицы, спицы, при этом все элементы каркаса соединяют между собой посредством сварки.
К недостаткам данного технического решения следует отнести то обстоятельство, что во время сварки, под воздействием высоких температур (более 1000°С), происходит изменение структуры металла, возникают напряжения, что ведет к деформации как отдельных элементов, так и каркаса в целом, что снижает его прочность. Кроме того, производство каркаса колеса рулевого управления с использованием сварки чрезвычайно трудоемкий и длительный процесс.
Известен «Каркас колеса рулевого управления» (Патент на полезную модель RU №90755, МПК B62D 1/00, дата приоритета 11.02.2009, опубл. 20.01.2010), реализующий способ изготовления, который представляет собой конструкцию, состоящую из обода, ступицы, пластин, при этом все элементы каркаса соединены между собой с помощью материала-соединителя, например пластмассы или сплава на основе алюминия. В форме материал-соединитель из жидкого состояния переходит в твердое и соединяет отдельные элементы каркаса в одно целое.
К недостаткам данной конструкции следует отнести то обстоятельство, что при данном соединении из-за разности материалов соединителя и деталей каркаса могут возникнуть концентраторы напряжений, приводящие к снижению прочностных характеристик при эксплуатации рулевого колеса.
Известно «Рулевое колесо» (Патент RU №2359858 С1, МПК B62D 1/04, дата приоритета 16.11.2007, опубл. 27.06.2009), реализующее способ, включающий в себя каркас, состоящий из обода и перекладин, верхнего пенопластового элемента, установленного на верхней части каркаса, нижнего пенопластового элемента, установленного на нижней части каркаса в контакте с верхним пенопластовым элементом, и кожаную оплетку, закрывающую верхний и нижний пенопластовые элементы, где каркас из стали или легкого сплава изготавливают литьем под давлением или собирают его из обода и перекладин, образованных отдельно и соединяемых между собой сваркой.
К недостаткам данного технического решения модели следует отнести достаточно сложное конструктивное и технологическое выполнение каркаса рулевого колеса, приводящие к концентраторам напряжений и снижающих прочностные характеристики.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению по способу изготовления является «Рулевое колесо для транспортного средства и способ его изготовления» (Патент RU №2390457 С1, МПК B62D 1/04, дата приоритета 30.08.2007, опубл. 27.05.2010), включающие в себя следующие этапы: изготовление каркаса рулевого колеса со ступицей, ободом и, по меньшей мере, одной спицей за счет изготовления ступичной вставки, литья под давлением полимерной матрицы вокруг ступичной вставки для получения ступицы. Ступица имеет образующую внутреннюю часть в виде полой формы, и во внутренней части ступицы расположены структуры жесткости, литья под давлением и/или литья с внутренним давлением газа или воды из полимерной матрицы, по меньшей мере, одной спицы и обода. По меньшей мере, одна спица соединяет ступицу с ободом, и, по меньшей мере, частично каркас рулевого колеса закрыт покрытием. Полимерная матрица содержит термопласт из полипропилена, полибутилентерефталата, полиамида или их смесей, которые содержат волокнистый материал, в качестве которого применяются карбоновые волокна, металлические волокна, волокна органических продуктов или стеклянные волокна.
К недостаткам данного способа изготовления следует отнести то обстоятельство, что при данном способе литья в полимерной матрице волокнистый материал недостаточно ориентирован в структуре соединения термопласта, что снижает прочностные характеристики, которые зависят от доли волокнистого материала и его длины, кроме того, необходимо, чтобы армированная волокном полимерная матрица расплавлялась бережно, поскольку только таким щадящим образом можно поместить ее с армированными стеклянными волокнами необходимого количества и длины в литьевую форму, что значительно увеличивает трудоемкость и усложняет процесс изготовления, снижая технологичность, а также снижает качество, ведущие к снижению прочностных характеристик рулевого колеса.
Решаемой технической задачей изобретения способа изготовления рулевого колеса транспортного средства является повышение технологичности с одновременным повышением прочностных характеристик за счет упрощения процесса изготовления.
Технический результат достигается тем, что в способе изготовления рулевого колеса транспортного средства, включающем этапы, изготовление силового каркаса рулевого колеса с металлической ступичной вставкой, ободом и спицами, выполненного из полимерного композиционного материала, содержащего карбоновые, или металлические, или органические, или стеклянные волокна, покрытие обода вспененным или литым пенополиуретаном и кожаной или текстильной декоративной отделкой обода в виде чехла, согласно которому силовой каркас формируют по гибридной технологии, состоящей из приливаемой части, закладных элементов ступичной вставки и внешней силовой оболочки, содержащей пакет из n-го количества слоев препрега, углепластика или стеклопластика, заданной толщины каждый, обеспечивающих равновесный баланс между жесткостью на кручение и на изгиб, далее консолидированных с помощью связующего методом термоформования в единую оболочку, воспринимающую большую часть внешней нагрузки, в несколько этапов, при этом получают выкройки препрега на плоттере, затем их выкладывают в соответствии со структурой армирования пакета в оснастке для консолидации предварительно нагретого пакета источником излучения до температуры выше заданной температуры плавления связующего препрега в плоскую заготовку на пневматическом или гидравлическом прессе и придают пространственную структуру предварительно нагретой консолидированной заготовки в оснастке, а затем производят ее финальное формование на пневматическом или гидравлическом прессе, для чего производят усиление внешней силовой оболочки путем оформления в литьевой форме литьем под давлением приливаемых частей, производят впрыск полимерного композиционного материала, содержащего карбоновые, или металлические, или органические, или стеклянные волокна, с массовой долей 40% с закладными элементами, внешней силовой оболочки, нагревая источником излучения до температуры выше заданной температуры плавления связующего препрега, и ступичной вставки, выдерживают под давлением и охлаждают в соответствии с основными этапами процесса литья под давлением и конкретной маркой материала, после чего производят извлечение силового каркаса из литьевой формы.
Для пояснения сущности предлагаемого изобретения рассмотрим чертежи:
- фиг. 1 - общий вид рулевого колеса,
- фиг. 2 - разрез рулевого колеса, где
1 - внешняя силовая оболочка;
2 - металлическая ступичная вставка;
3 - приливаемая часть;
4 - спицы;
5 - полиуретановое покрытие обода;
6 - чехол декоративной отделки обода;
7 - обод.
Заявляемый способ изготовления каркаса рулевого колеса транспортного средства осуществляют по гибридной технологии, состоящей из приливаемой части, закладных элементов, внешней силовой оболочки и ступичной вставки следующим образом:
1) Изготавливают внешнюю силовую оболочку 1, представляющую собой пакет, например, из n-го количества слоев препрега, из углепластика или стеклопластика, заданной толщины каждый, обеспечивающих равновесный баланс между жесткостью на кручение и на изгиб, консолидированных с помощью связующего методом термоформования в единую оболочку, воспринимающую большую часть внешней нагрузки, в несколько этапов, включающих в себя получение выкроек препрега на плоттере, их выкладки в соответствии со структурой армирования пакета в оснастке для консолидации предварительно нагретого пакета источником излучения до температуры выше заданной температуры плавления связующего препрега в плоскую заготовку в пневматическом или гидравлическом прессе и придают пространственную структуру нагретой предварительно консолидированной заготовки в оснастке, затем производят ее финальное формование в пневматическом или гидравлическом прессе.
2) Литьем, штамповкой или другим механическим способом изготавливают металлическую ступичную вставку 2.
3) На литейном пресс-автомате в литьевой форме литьем под давлением для последующего усиления внешней силовой оболочки оформляют приливаемую часть 3 путем укладки в открытую литьевую форму закладных элементов, где внешняя силовая оболочка 1 и ступичная вставка 2 являются закладными элементами, осуществляя нагрев внешней силовой оболочки источником излучения до температуры выше заданной температуры плавления связующего препрега, затем закрывая литьевую форму и производят впрыск полимерного композиционного материала, содержащего карбоновые, или металлические, или органические, или стеклянные волокна, с массовой долей 40% с закладными элементами, внешней силовой оболочки 1 и ступичной вставки 2, выдерживают под давлением и охлаждают в соответствии с основными этапами процесса литья под давлением и конкретной маркой материала, после чего производят извлечение силового каркаса из литьевой формы.
4) На обод наносят покрытие 5 вспененным или литым полиуретаном.
5) Проводится кожаная или текстильная декоративная отделка 6 обода 7 в виде чехла 5.
Технико-экономические преимущества по сравнению с известными аналогами: Предложенное техническое решение способа изготовления рулевого колеса позволяет повысить технологичность и создавать конструкции рулевых колес с повышенными стабильными прочностными характеристиками при меньшем весе.