BRPI0612445A2 - artigo estrutural para uso em um veìculo, método para produzir um artigo estrutural, e coluna de teto de suporte estrutural para uso em um veìculo - Google Patents
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Abstract
ARTIGO ESTRUTURAL PARA USO EM UM VEìCULO, METODO PARA PRODUZIR UM ARTIGO ESTRUTURAL, E COLUNA DE TETO DE SUPORTE ESTRUTURAL PARA USO EM UM VEìCULO. coluna de teto de suporte estrutural para uso em um veículo incluindo um corpo alongado formado poligonal com interior oco, tendo uma configuração curvada selecionada no sentido do comprimento, que corresponde a uma localização em pelo menos um dos colunaes A, B, C de um veículo. Um primeiro flange suporte de componente sendo formado integrado, tal como por meio de porções de extremidade sobrepostas que se estendem pelo menos parcialmente no sentido do comprimento a partir de uma localização na seção transversal. Um flange de suporte de componente fixado em uma localização de seção transversal associada ao corpo, por exemplo por soldagem.
Description
"ARTIGO ESTRUTURAL PARA USO EM UM VEÍCULO, MÉTODO PARAPRODUZIR UM ARTIGO ESTRUTURAL, E COLUNA DE TETO DESUPORTE ESTRUTURAL PARA USO EM UM VEÍCULO".
Campo da Invenção
Normas Federais e Organizações de Proteção a Consumidorvem requerendo um desempenho melhor quanto a capotamentose impactos frontais e laterais, o que torna necessárioaumentar a resistência à f lambagem a 2,5 vezes o pesodo veículo, para manter a integridade das portas e cabineem impactos em alta velocidade.
A invenção se relaciona à fabricação de componentesestruturais e de resistência a impacto de automóveis.
Mais particularmente, a presente invenção se relacionaa uma estrutura de coluna dianteiro de um veículo,visando reforçar o coluna dianteiro por enrijecimento ouusando um dispositivo que aumente a resistência do colunadianteiro conformado oco com seção transversal fechada.
Tipicamente, os engenheiros automotivos buscam aumentara resistência das vigas de teto, colunaes, e curvas,acoplando esta estrutura a uma base rígida (chassi, oumonobloco). Soluções convencionais usualmente incluemadicionar múltiplas peças metálicas estampadas maisgrossas para uma maior resistência, o que limitao processo de formação. Um produto tubular com maiorrigidez torcional e resistência, no entanto, pode sernão adequado para ser acoplado de modo prático a umacavidade não-cilíndrica (tal como colunaes) no veículo.
Uma limitação que a invenção pretende resolver.
Descrição da Técnica Anterior
A presente construção de vigas e cabeceiras de teto,reforços oscilantes, estrutura dianteira, e suportes deradiador são tradicionalmente feitos de várias peçasestampadas compreendendo uma porção de chassi. Maisrecentemente, estruturas de teto e suportes de radiadorcomeçaram a substituir peças estampadas por um componenteformado em peça única produzida por hidro-formação.
Um exemplo de estrutura espacial hidro-formada tendo umpar de vigas estruturais lateralmente espaçadas e quese estendem lateralmente é dado em USPN 6.926.350 deGabbianelli et al, que também inclui um par de estruturasdianteiras verticais, cada uma delas conectada àrespectiva estrutura de viga lateral, para formar o parde colunaes A. Um par de estruturas de viga de teto éincluído, a extremidade dianteira de cada uma dasestruturas conectada à extremidade superior do coluna Aassociado, um conjunto de anel traseiro conecta asporções superiores do mesmo à estrutura de viga de teto,e as porções de base do mesmo com as estruturas de vigalateral. 0 conjunto de anel traseiro, adicionalmente,incluindo um membro superior invertido em forma de Utubular hidro-formado, tendo uma porção transversal eum par de pernas que se estende para baixo a partir deextremidades opostas da porção transversal, um par demembros laterais hidro-formados tubulares, e umaestrutura transversal rigidamente conectada em forma deanel entre as segundas extremidades dos membros laterais.A patente U.S. N0 2005/0088012 de Yoshida descreveum coluna dianteiro de veículo com membros de chassiinterno e externo unidos em uma forma substancialmentetubular. A porção dianteira do membro de chassi internoé orientada em direção à frente do veículo e tem pelomenos uma porção curvada servindo como seção absorvedorade choques. Uma porção traseira do membro de chassiinterno é orientada em direção à parte posterior doveículo e tem um membro de reforço de estrutura de seçãofechada acoplada à mesma servindo como seção de altarigidez. 0 membro de reforço pode ter a seção transversalde forma circular ou retangular.
Finalmente, Yamamoto et al em USPN 6.692.065 descreveuma estrutura de chassi de veículo para ser arranjadaem torno de uma abertura de porta por uma estruturatubular hidro-formada em forma de tubo, e instaladana abertura de porta formando uma estrutura básica.0 lado interno da estrutura tubular voltada para o painelexterno consiste de uma parede de enrijecimento. Qualparede de enrijecimento se oculta em um espaço fechadoentre o painel externo e a parede interna.
Sumário da Invenção
A presente invenção descreve um membro estruturalalongado e método associado, produzido por um processode formação por rolos, extrusão, ou hidro-formação.
0 membro estrutural incorporando um flange integrado ousoldado, provendo um flange para soldar (solda a ponto)painéis de chassi (por exemplo, estrutura de montagem dajanela ou em outros painéis de estrutura) ao membroestrutural. Os componentes formados por rolos de seçãofechada, que definem um membro estrutural alongado,substituem uma construção que emprega múltiplas peçasestampadas com seção de peça única, que podem serformados por rolos ou extrudados retos ou estiradoscurvados, ao longo de uma geometria composta.
A presente invenção elimina componentes ou etapas nafabricação de componentes estruturais e de impacto, edispensa chapas mais grossas e/ou membros de reforçoque requerem operações complexas de fabricação, daireduzindo custos de operação e ferramental associadosaos processos convencionais de fabricação.
Estruturas típicas de teto incluem colunaes A, viga deteto, e colunaes BeC para reforço de veículo. Ainvenção combina estes membros comumente individuaisformando um membro estrutural de peça única com flangeintegrado. Adicionalmente a aplicação de coluna, o membroestrutural alongado da invenção também pode serreconfigurado para uma aplicação de painel oscilanteinferior.
A formação por rolos de peça única em componente curvado-estirado (ou um componente estrutural formado emdispositivo) substitui (na presente invenção) osseguintes componentes de um sistema de viga de teto:
1- um painel de coluna A interno;
2- um painel de coluna A externo;3- um reforço de coluna A;
4- um painel de viga de teto para o lado interno;
5- um painel de viga de teto para o lado externo;
6- uma extensão de coluna A; e
7- um reforço de coluna C,
todos estes componentes usados em uma típica construçãode chassi. Em conseqüência, a invenção é vantajosa quantoà quantidade de ferramental, pelo fato de eliminar muitasmatrizes de estampar, máquinas de solda, dispositivos desolda, dispositivos de verificação, e adicionalmenteprovendo vantagem de peso, se empregada alternativamartensítica.
Descrição Resumida dos Desenhos
Agora fazendo referência aos desenhos anexos, que devemser tomados em conexão com a descrição detalhada quese segue, onde os números de referência se referema partes similares nas diversas vistas, onde:
a figura 1 é uma vista lateral de um membro tubular depeça única com um flange soldado integrado;
a figura 2 é um detalhe da figura 1, mostrando uma seçãodo membro tubular de peça única com um flange soldadointegrado;
a figura 3 é uma vista em perspectiva de um colunatubular flangeado único com um flange adicional soldado; e
a figura 4 é uma seção transversal tomada ao longo dalinha A-A na figura 1 do coluna tubular flangeado de peçaúnica com um flange adicional soldado, de acordo coma presente invenção.
Descrição da Configuração Preferida
Referindo-se aos desenhos anexos, uma configuraçãopreferida da invenção será agora descrita como segue.
Uma estrutura de teto, geralmente ilustrada em 40,(figura 1) inclui uma seção de coluna A 10, uma seção deviga de teto 42, e uma seção de coluna B ou C 60.
A figura 2 ilustra uma seção vista em corte transversalampliada da mostrada na figura 1, da seção de coluna A 10incluindo um membro tubular de peça única 8 e um membrode flange soldado 30. O membro tubular de peça única 8substitui os painéis interno e externo associadosàs vigas de teto e aos colunaes A e ao membro de extensãode coluna A reduzindo os custos de fabricação e montagemde partes adicionais e etapas de fabricação.
A forma tubular da estrutura de teto 40 aumentaintegridade estrutural de todo membro e, em conseqüência,a estrutura de teto reforçada 40 dispensa um inserto dereforço de coluna A adicional. Como descrito, o membroestrutural alongado da invenção também é adequado paraser usado em outras aplicações não se limitando a painéisoscilantes, configurações de pára-choques, etc.
0 membro tubular de peça única adicionalmente nãose limita a ser empregado no comprimento da estrutura deteto 40. Em variações de estrutura de teto 40, o membrotubular de peça única 8 pode ser limitado em comprimentoà seção de coluna A 10, seção de viga de teto 42, e/ouseções de coluna B ou C 60. Formar estas seçõesseparadamente requer etapas subseqüentes de soldagem e/oucolagem adicionais para unir os membros, aumentando oscustos de fabricação.
Referindo-se à figura 4, (e também à vista em perspectivada figura 3) a seção transversal da seção de coluna A, 10tomada transversalmente à seção transversal A-A daestrutura de teto 40 (figuras 1 a 7) ilustram um membrotubular de peça única 8 e um membro de flange soldado 3 0feitos de aço. 0 membro tubular de peça única 8 (figura4) inclui uma parede de topo 24, um painel externo 26, eum painel interno 28, tipicamente formados como membro depeça única e a seguir sendo curvados próximo à estruturade coluna. 0 painel externo 2 6 adicionalmente inclui umaparede lateral 14, uma parede de base 18, e uma parede deflange 20, enquanto o painel interno 2 8 adicionalmenteinclui paredes laterais 14' e 14'', uma parede de base15' e uma parede de flange 12 tendo uma parede de topo 16ligando painel externo e painel interno.Após subseqüente curvamento de chapa de metal formadapor rolos, o membro tubular de peça única 10 obtidoapresenta uma forma fechada poligonal, i.e. tal como umartigo facetado incluindo seções triangular, retangular,pentagonal e hexagonal etc. feito por soldagem como dadoem 22, ademais incluindo um flange integrado entre asrespectivas paredes de flange externa e interna 20 e 12para suportar um componente. Assim, o membro tubularde peça única 10 forma um primeiro flange selecionado eformado integrado (tal como, selo de porta), como em 50.
0 flange de selo de porta 50 inclui um selo de porta 52(figura 4) envolvendo a parede de flange externa 2 0 ea parede de flange interna 12.
A parede de topo 16 de um membro tubular de peça única 8(figura 4) a seguir é unida à parede de base 32 do membrode flange 30 por solda 24. Em conseqüência, uma pernaassociada do membro de flange soldado 3 0 adicionalmentese estende do membro tubular de peça única 10 formandouma parede lateral 34, na qual é suportada uma janela devidro (não ilustrada) , que adicionalmente pode seradicionada ao membro tubular 8 em uma etapa subseqüente.
A subseqüente etapa de acoplamento do membro de flangesoldado secundário 3 0 também será eliminada se o membrotubular de peça única 8 ter um comprimento limitadoà seção de coluna A 10 ou não se estender ao longo detodo comprimento da estrutura de teto 40 (figura 1). Comomencionado, uma configuração preferida prevê que umflange em peça única e integrado (como ilustrado em 50 eproduzido pelas porções 12 e 20) pode ser formadopor rolos a partir de um material de chapa de aço.
Mais uma vez com referência à figura 3, desejavelmenteuma porção selecionada de uma das paredes 12 ou 2 0(com referência à porção de parede 12', definida porlinhas tracejadas que se estendem axialmente 23)é cortada ao longo e fora da localização de solda 22para reduzir a espessura da parede de flange (i.e. pa-rapassar de uma espessura de duas paredes para uma parede),para prover integridade estrutural, uma vez que foidescoberto que um conjunto soldado de duas camadas temcaracterísticas de fixação superiores em relação a umaconfiguração de três camadas.
Dado adicionalmente às limitações associadas à técnicade formação por rolos, tipicamente se entende quequalquer flange adicional (por exemplo, como em 30)é aplicada separada, por exemplo, por solda. No entanto,a presente invenção não prevê configurações e aplicações(formação por rolo, hidro-formação, etc.), onde mais queflange pode ser formado integrado no membro estruturalalongado, produzido de acordo com a presente invenção.A seção transversal poligonal do membro tubular de peçaúnica 10 (figura 4) de novo se limita à configuraçãopreferida da presente invenção. Devido à eterna demandade estilo na indústria automotiva, a necessidade demembros mais fortes e ocupando menor espaço é essencial.
Em conseqüência, em muitas situações, seções transversaisvariáveis e diferentes painéis de coluna externo einterno são altamente desejáveis. A técnica de formaçãopor rolos, dentre outras técnicas, permite e possibilitavariações nos painéis de coluna externo e interno.Dada a descrição estrutural acima, o método de formaçãoda estrutura de teto 40 (figura 1) será agora rapidamenteresumido. 0 membro tubular de peça única e o membro deflange soldado preferivelmente são formados a partir deuma fina chapa de aço que durante o processo de formaçãopor rolos é uma chapa substancialmente contínua,alimentada a partir de uma grande bobina. A largura dachapa é selecionada com base na dimensão final acabadadesejada dos membros de flange tubular para permitirformação de membros únicos e múltiplos, simultaneamente.A largura inicial da chapa de aço plana alimentada pelabobina, por conseguinte corresponde substancialmenteà largura de uma quantidade pré-determinada de membros,como desenvolvida plana.
A chapa de aço é alimentada a partir de uma bobina em umamáquina de formação por rolos que, de maneira conhecida econvencional, transforma a chapa de aço progressivamentea medida que esta passa através da máquina, de modo aconformar a chapa longitudinalmente. A chapa contínuacorrugada então segue para uma prensa de corte, quesecciona a chapa contínua corrugada em um espaçamentoque corresponde ao comprimento desejado da(s)estrutura(s) de teto acabada(s).
Em uma etapa subseqüente, a estrutura de teto é aquecidaa uma temperatura elevada para prover uma transformaçãometalúrgica nos membros metálicos. No método preferido,esta transformação metalúrgica é uma transição deaustenização, e pelo fato de, para este propósito,as partes serem aquecidas a mais que 900°C.
A seguir do tratamento térmico apropriado, a estrutura deteto é temperada. 0 fluido de têmpera tipicamenteé um líquido, geralmente a base de água, embora outrosmeios de têmpera possam ser empregados. A etapa detêmpera endurece o metal e fixa a forma da peça na formadada na etapa de formação. 0 membro estrutural resultanteconsiste de um Aço de Ultra-Alta Resistência (IJHSSUltra-High Resistance Steel) e, portanto, requer menorespessura e, mais importante, e provê um melhorempacotamento. Em conseqüência, um coluna UHRS atendemais efetivamente aos requisitos de impacto, enquantoos membros de aço de baixa resistência de técnicaanterior requerem espessura maior, ou estruturasadicionais de reforço para atender os mesmos requisitos.
Embora uma configuração particularmente preferida dainvenção tenha sido descrita em detalhes com propósitoilustrativo, deve ser reconhecido que várias variações emodificações do aparelho descrito, incluindo um rearranjode partes, estão contidas no escopo da presente invenção,sem sair daquele dado nas reivindicações anexas.
Claims (26)
1. - Artigo estrutural para uso em um veículo,caracterizado pelo fato de compreender:um corpo alongado de formato tubular com interioroco tendo um número selecionado de lados; eum flange suporte de componente formado integradocom o citado corpo que se estende pelo menos parcialmenteno sentido do comprimento a partir de uma dadalocalização de seção transversal.
2. - Artigo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o citado flange formadointegrado adicionalmente compreender paredes quese estendem das extremidades associadas ao citado corpo.
3. - Artigo, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de adicionalmente compreenderseccionar uma porção de parede de flange selecionada etopada fora de uma localização que prende as citadasparedes uma à outra.
4. - Artigo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de adicionalmente compreenderum flange secundário afixado ao longo de uma localizaçãode seção transversal associada ao citado corpo.
5. - Artigo, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de o citado corpo ter forma etamanho específicos, sendo que o citado flange é afixadoao citado corpo por meio de pelo menos um dentre: umadesivo, uma solda elétrica, solda fraca, brasagem, soldaforte, e fixadores mecânicos.
6. - Artigo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o citado corpo apresentarforma e tamanho específicos, e ser feito em aço.
7. - Artigo, de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de o citado aço adicionalmentecompreender aço martensítico.
8. - Artigo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o citado corpo apresentarforma e tamanho específicos, e ser incorporado a umacoluna de teto associado a um veículo.
9.- Artigo, de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de a citada configuração decoluna de teto definida no citado corpo adicionalmentecompreender pelo menos um dentre: um painel de coluna Ainterno, um painel externo de coluna A, um reforço decoluna A, um painel de viga de teto para o lado interno,um painel de viga de teto para o lado externo, umaextensão de coluna A, e um reforço de coluna C.
10.- Artigo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o citado corpo apresentarforma e tamanho específicos, e ser construído de acordocom pelo menos um dentre: um processo de formação porrolos e um processo de hidro-formação.
11.- Artigo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o citado corpo apresentar umaconfiguração alongada curvada combinada e pelo menosuma configuração de seção transversal dentre retangular,pentagonal ou hexagonal.
12.- Método para produzir um artigo estrutural,caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:prover uma chapa metálica tendo uma espessuraselecionada;progressivamente transformar a citada chapa metálicaem um corpo alongado tendo uma seção transversal em formapoligonal fechada com interior oco; econcorrentemente, formar paredes que se estendemda extremidade associada da citada chapa em pelo menosum flange integrado, que se estendem pelo menosparcialmente no sentido do comprimento ao longo do citadocorpo.
13.- Método, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de adicionalmente compreendera etapa de prender as citadas paredes uma à outradefinindo um flange integrado.
14.- Método, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de adicionalmente compreendera etapa de secionar uma porção de parede de flange topadae selecionada de uma localização onde as citadas paredessão presas uma à outra.
15. - Método, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de adicionalmente compreendera etapa de fixar um flange secundário ao longo de umalocalização de seção transversal associada ao citadocorpo.
16. - Método, de acordo com a reivindicação 15,caracterizado pelo fato de adicionalmente compreendera etapa de fixar o citado flange secundário porpelo menos um dentre: um adesivo, uma solda elétrica, umasolda fraca, brasagem, solda forte, e fixadoresmecânicos.
17. - Método, de acordo com a reivindicação 12caracterizado pelo fato de adicionalmente compreenderprensar para seccionar um comprimento desejado de citadocorpo alongado.
18. - Método, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de adicionalmente compreendera etapa de formar o citado corpo através de pelo menosum processo dentre os processos: formação por rolo ehidro-formação.
19. - Método, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de adicionalmente compreendera etapa de aquecer o citado corpo formado a partirda citada chapa metálica a uma elevada temperatura paraprovocar uma transformação metalúrgica.
20. - Método, de acordo com a reivindicação 19,caracterizado pelo fato de a citada etapa de aquecercompreender elevar a temperatura do citado corpoa uma temperatura suficiente para provocar uma transiçãode austenização no citado aço.
21. - Método, de acordo com a reivindicação 20,caracterizado pelo fato de adicionalmente compreendera etapa de imergir o citado aço austenizado em um banhode tempera para obter um aço de resistência ultra-alta.
22.- Método, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de a citada etapa de formaro citado corpo tendo uma seção transversal poligonaladicionalmente compreender formar pelo menos uma dentreseção transversal retangular, pentagonal, hexagonal.
23.- Coluna de teto de suporte estrutural para usoem um veículo, caracterizado pelo fato de compreender:um corpo alongado formado poligonal com interior ocotendo uma configuração curvada selecionada no sentido docomprimento correspondendo à localização em pelo menosum coluna de veículo A, B, C;um primeiro flange de suporte de componente formadointegrado por porções de extremidade sobrepostasdo citado corpo, que se estende pelo menos parcialmenteno sentido do comprimento a partir de uma dadalocalização de seção transversal; eum flange suporte de componente secundário emuma localização de seção transversal adicional, associadoao citado corpo.
24.- Artigo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o citado flange formadointegrado adicionalmente compreender soldar uma à outraas paredes que se estendem de extremidade associadaao citado corpo.
25.- Artigo, de acordo com a reivindicação 24,caracterizado pelo fato de adicionalmente compreenderseccionar uma porção de uma parede selecionada e topadafora da localização de solda fixando as citadas paredesuma à outra.
26.- Coluna, de acordo com a reivindicação 23,caracterizado pelo fato de o citado flange secundárioser fixado ao citado corpo pelo menos por um dentre: umadesivo, uma solda elétrica, uma solda fraca, brasagem,uma solda forte, e fixadores mecânicos.
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