CN100469640C - 具有内部隔板的液压成形部件 - Google Patents

Abstract

一种液压成形管状框架部件包括在从管状原料材料制造框架部件期间的液压成形过程期间形成的内部隔板。通过利用冲模穿透焊接通路开口的三边，内部隔板从一面切割而成，其中管状框架部件在液压成形过程期间形成。然后，隔板部件沿焊接通路开口的第四边弯曲，而形成包括跨越框架部件的相对表面之间距离的垂直部分和有利于焊接到相反表面的水平部分的折叠结构。配置内部隔板部件增加了管状框架部件的刚度，而减小了与液压成形管状框架部件关联的火柴盒式变形效应。具有内部隔板的框架部件尤其在制造汽车框架中优选。

Description

具有内部隔板的液压成形部件

相关申请的参照

本申请要求2004年11月8日申请的序号为60/625,912的美国临时专利申请的优选权，其内容通过参考并入这里。

技术领域

本发明涉及一种液压成形部件。

背景技术

汽车中的传统前端组件经常通过冲压和焊接几个独立构架部件制成。由于这些组件经常是多个各种框架部件的组合，因此制造过程的主要挑战之一是保持刚性。由于框架部件的每个被连接以形成组件，然后被附于汽车的主体部分，在前端实现所需或期望的刚性则更困难。这种问题有时被称作“火柴盒式变形”。火柴盒式变形是一种当汽车的金属片部分被附于框架而趋向于在铰接点晃动而从期望的优选直角方位向平行四边形方位移动时出现的现象。以这种方式扭曲金属片可导致前端结构的固有频率物性较差。

汽车的制造过程从使用MIG焊接过程发展而来，即其中在将两片金属结合在一起中，由焊接机堆积一条熔化材料线的焊接过程。点焊，一种有关两个电极之间的电流通过以熔化和结合放置在电极之间的两片金属的过程，在汽车制造中，正被更大程度地利用。点焊要求框架设计有助于使用点焊过程制造。例如，如果两个管状件被点焊，必须提供由点焊机电极到两个管状部件的邻接壁的通路。

液压成形管状件被频繁用在汽车主体结构的构造中，以利用点焊制造技术。液压成形是一种金属形成过程，该金属形成过程使用高压流体以将管状坯料向外膨胀到模具中，以便管状坯料与模具空腔的表面一致，从而形成具有特定断面形状的液压成形件。在制造过程期间，通过在模具空腔中插入剪切刀(cutout)，能够在具有特定断面形状压液成形件中形成通路开口，用于插入点焊机电极，这样管状壁的外周在扩张过程期间由剪切刀刺穿。剩余的金属小块通常从液压成形件完全去除。

在形成制造的汽车前端的过程中，汽车前端液压成形结构需要管到管和管到罩的焊接接合。这种焊接接合需要通过在液压成形结构件的一侧上通常去除大量材料的大型焊接通路开口。一旦工作的车辆前端被装配，液压成形管会经历弯曲或扭曲模态。在这种扭曲循环中，液压成形管趋向于火柴盒式变形，由此在管到管和管到罩接缝中生成较高的负载，而会导致材料疲劳和断裂。当液压成形部件形成有较大焊接通路开口时，更容易出现这种火柴盒式变形现象。通过增加材料的规格，通过使部件较大(增加部件的几何形状)，通过附加辅助加强件(例如通过焊接)，或使用预先形成的结构泡沫的传统方法，能够增加液压成形部件的刚度，所有这些方法均显著增加了汽车前端组件的制造成本。

汽车前端组装过程也必须完全利用管状液压成形部件的能力。多个现有专利描述了管状部件在混合前端组件中的使用，但没有解决火柴盒式变形问题。例如，Gerricke等的U.S.6,416,119描述了通过使用液压成形管构造的汽车前端。在Gerricke中，由多个管状部件形成的第一主体结构和由金属片形成的第二主体结构被以夹在中间的关系彼此焊接。然而，由于金属片结构被紧固到管状部件时会被扭曲，这种方法仍受到火柴盒式变形现象影响。

因此，存在对加入使用能够提供出众的刚度和刚度能力的液压成形管的前端结构的需要。还存在对一种使组件扭曲或火柴盒式变形趋势最小化的前端组件过程的需要。

发明内容

本发明的一个目的在于：通过提供用于液压成形管状框架部件的内部隔板，克服现有技术的缺点。

本发明的另一个目的在于提供一种过程，利用它，在制造管状框架部件的液压成形过程期间，能够形成管状框架部件用的内部隔板。

本发明的一个特性在于内部隔板的形成增加了管状框架部件的刚度。

本发明的一个优点在于在框架部件的扭曲负载作用下，在液压成形管状框架部件中提供内部隔板减少了框架部件中的火柴盒式变形现象。

本发明的另一个特性在于在由管状原料制造框架部件的液压成形过程期间形成了内部隔板。

本发明的另一个优点在于在液压成形过程结束后，内部隔板能够被点焊到位。

本发明的另一个特性在于：在由管状原料材料制造管状框架部件的液压成形过程期间，通过冲孔模形成内部隔板。

本发明的另一个优点在于内部隔板部件的形成不需要单独的制造步骤。

本发明的另一个优点在于：液压成形过程期间，与其中具有焊接通路孔的传统液压成形框架部件的形成有关的废料的量被减少了。

本发明的另一个目的在于提供一种结构耐用、制造成本低廉、无需维护、组装方便且使用方便、高效的用于液压成形部件的内部隔板。

本发明的另一个目的在于提供：一种用于制造具有内部隔板部件以增加液压成形框架部件的刚度的管状框架部件的液压成形过程。

根据本发明通过提供一种包括在液压成形过程期间形成的内部隔板部件的液压成形管状框架部件可以实现这些与其它目的、特征和优点，其中在液压成形过程期间框架部件由管状原料材料制成。通过利用冲模穿透焊接通路开口的三边，内部隔板从一面切割而成，其中管状框架部件在液压成形过程期间形成。然后，隔板部件沿焊接通路开口的第四边弯曲，而形成折叠结构，折叠结构包括跨越框架部件的相对表面之间的距离的垂直部分和有利于焊接到相对表面的水平部分。配置内部隔板部件增加了管状框架部件的刚度，而减小了与液压成形管状框架部件关联的火柴盒式变形效应。具有内部隔板的框架部件尤其在制造汽车框架中有利。

附图说明

通过对本发明的以下详细公开，特别是当与附图结合时，本发明的优点将会很清楚，其中：

图1是在汽车前端组件的制造中使用的其中形成大的焊接通路孔的传统液压成形框架部件的局部透视图；

图2是图1显示的传统液压成形部件的示意横断面视图，对断面的两侧称作“火柴盒式变形”的扭曲以虚线的形式进行描述；

图3是类似于图1的液压成形结构框架的局部透视图，但其根据本发明的原理形成以加入框架部件的内部整体隔板；

图4是图3所示的液压成形结构框架部件的示意横断面；

图5是经焊接通路开口的中央沿图3的直线5—5的液压成形结构框架部件的横断面视图；

图6是根据本发明的原理形成的液压成形结构框架部件的一部分的示意透视图；和

图7是沿图6所示的液压成形结构框架部件的纵向中心线的横断面视图。

具体实施方式

参照图3到图7，可以很好地看到：经加入本发明的原理的过程，形成汽车框架一部分的液压成形结构部件。汽车框架优选地由尽可能多的液压成形管状部件形成。这种管状部件可以经点焊以形成用于汽车前端的整体框架组件，以及汽车的其它框架部件。

液压成形是一种工艺，其中通过将标准管状原料部件放入形状对应于将形成的特定部件的模具。然后，液体被引入管状原料的内部而被加压，直到管状原料膨胀以呈现由构造的模具确定的形状。膨胀和再成形的管状原料现在具有实质不同的形状。通过冲模剪切刀(die cutout)，通路孔能够被形成再成形管状部件，以允许点焊电极通向相对邻接侧以在并置部件之间生成焊接结合。采用这种方式，能够大部分采用液压成形管状部件构造用于汽车的作为实例的框架。

图1中显示了传统的液压成形的结构部件10，其中：管状坯料在冲模中被膨胀，而焊接通路开口12形成在结构部件的一个表面中，通过切除通路开口12形成的“金属小块”或剩余坯料被从结构部件10完全去除。在图2中，称作“火柴盒式变形”的现象被示意地显示。在传递给汽车的前端框架结构的应力，尤其是扭转应力的作用下，液压成形部件会移动形成平行四边形横断面结构，而不是更结实的矩形横断面形状。

参照图3—7中所示的液压成形结构部件20，焊接通路开口22仅在开口22的三边刺穿，从而保持金属片或剩余坯料25附于开口22的未切割的第四边23。剩余坯料25然后由工具(未示出)成形，其尺寸为形成高度实质与液压成形结构部件20的内部高度相同的垂直部分26，和以相对于垂直部分为约直角弯曲的水平部分28。在形成垂直部分26后，由坯料25的剩余部分形成的水平部分28被形成。

然后，水平部分28被点焊到液压成形结构部件20的底侧29，以刚性固定成“L”形的剩余坯料25。剩余坯料25从部件20的顶侧21弯曲，其中坯料25经垂直部分26保持附于结构部件的顶侧21，然后再次弯曲成被焊接到部件20的底侧29的水平部分26。因此，剩余坯料25形成为液压成形结构部件20中的整体、内部隔板25。

隔板25实质提高了液压成形结构部件20的刚度，并大大增加了在扭曲负载下对火柴盒式变形现象的抑制。试验显示，几乎完全消除了火柴盒式变形现象。由于传统丢弃的材料被用于形成隔板25，由于不需要附加部件，提高液压成形结构部件的刚度的成本变得最小。不再需要为增加刚度而采取补充措施，包括增加材料的规格和增加部件的几何形状。

应该认识到：在本发明的原理和范围内，通过阅读本公开内容，本领域所属技术人员将想到或进行对已描述且图示以说明本发明的特性的部件的细节、材料、步骤和布置的变化。前述描述说明了本发明的优选实施例，然而，在不背离本发明的范围的情况下，基于描述的想法可以以其它实施方式采用。

Claims (19)

1.一种液压成形结构框架部件，由管状原料坯料形成并具有管状横断面结构，该管状横断面结构具有第一表面和与所述第一表面分离深度尺寸的相对的第二表面，所述液压成形结构框架部件形成有焊接通路开口，所述焊接通路开口形成在所述结构框架部件的所述第一表面中，所述液压成形结构框架部件包括：

内部隔板部件，该内部隔板部件在所述焊接通路开口处连接到所述结构框架部件的所述第一表面并焊接到所述结构框架部件的所述第二表面，以横跨所述深度尺寸。

2.根据权利要求1所述的液压成形结构框架部件，其中：所述内部隔板部件与所述结构框架部件的所述第一表面成一体，并从该处向所述结构框架部件的所述第二表面弯曲。

3.根据权利要求2所述的液压成形结构框架部件，其中：所述内部隔板部件被弯曲成包括垂直部分和水平部分的结构，所述垂直部分横跨所述结构框架部件的所述第一表面和第二表面之间的所述深度尺寸，而所述水平部分平行于所述结构框架部件的所述第二表面，以有利于所述水平部分焊接到所述第二表面。

4.根据权利要求3所述的液压成形结构框架部件，其中：通过在液压成形过程期间穿透所述焊接通路开口的三边，所述内部隔板部件从所述结构框架部件的所述第一表面形成。

5.根据权利要求4所述的液压成形结构框架部件，其中：所述内部隔板部件沿所述焊接通路开口的第四边弯曲以形成所述垂直部分，而与所述第一表面成一体。

6.根据权利要求3所述的液压成形结构框架部件，其中：所述隔板部件具有垂直于所述深度尺寸的横向宽度尺寸，所述横向宽度尺寸小于所述结构框架部件的相应横向宽度尺寸。

7.根据权利要求3所述的液压成形结构框架部件，其中：所述框架部件横断面结构为矩形，其宽度尺寸垂直于所述深度尺寸，所述宽度尺寸比所述深度尺寸大。

8.根据权利要求7所述的液压成形结构框架部件，其中：所述隔板部件具有垂直于所述深度尺寸的横向宽度尺寸，所述横向宽度尺寸小于所述结构框架部件的所述宽度尺寸。

9.一种用于车辆的汽车框架部件，包括：

确定所述结构框架部件的宽度尺寸的第一表面；

与所述第一表面相对且与其间隔对应于所述结构框架部件的深度尺寸的距离的第二表面；

形成在所述第一表面中的焊接通路开口；和

内部隔板部件，该内部隔板部件在所述焊接通路开口处连接到所述结构框架部件的所述第一表面并焊接到所述结构框架部件的所述第二表面，以横跨所述深度尺寸。

10.根据权利要求9所述的汽车框架部件，其中：通过在液压成形过程期间穿透所述焊接通路开口的三边，并向所述第二表面弯曲所述内部隔板部件，所述内部隔板部件在液压成形过程期间从所述第一表面形成。

11.根据权利要求10所述的汽车框架部件，其中：所述内部隔板部件沿所述焊接通路开口的第四边弯曲，以便所述内部隔板部件与所述第一表面成一体。

12.根据权利要求10所述的汽车框架部件，其中：所述内部隔板部件被弯曲成包括整体连接到所述第一表面的垂直部分和大体与所述第二表面平行地弯曲的水平部分的结构，所述垂直部分横跨所述结构框架部件的所述第一表面和第二表面之间的所述深度尺寸，而所述水平部分被焊接到所述第二表面。

13.根据权利要求12所述的汽车框架部件，其中：所述框架部件具有矩形横断面结构，所述宽度尺寸大于所述深度尺寸。

14.根据权利要求13所述的汽车框架部件，其中：所述内部隔板部件的横向宽度尺寸比所述框架部件的所述宽度尺寸小。

15.一种形成汽车框架部件的方法，包括以下步骤：

步骤1：将具有第一形状的管状坯料原料放在模具中；

步骤2：经液压成形过程，将所述管状坯料原料的第一形状改变为第二形状；所述第二形状具有第一表面和间隔深度尺寸的相对的第二表面；所述第一表面具有大体垂直于所述深度尺寸的宽度尺寸；

步骤3：通过在所述步骤2期间穿透开口的三边形成焊接通路开口；在所述开口的第四边上，留下附于所述第一表面的隔板部件；

步骤4：将所述隔板部件向所述第二表面弯曲以形成方位大体垂直于所述第一表面的垂直部分；和

步骤5：将所述隔板部件焊接到所述第二表面。

16.根据权利要求15所述的方法，其中：所述步骤4沿所述焊接通路开口的所述第四边弯曲所述隔板部件。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述步骤4还包括：形成在所述隔板部件中的方位大体垂直于所述垂直部分的水平部分的步骤。

18.根据权利要求17所述的方法，其中：所述步骤5包括将所述水平部分焊接到所述第二表面的步骤。

19.根据权利要求18所述的方法，其中：所述第二形状为矩形。

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