CN101208236A - 具有一体的焊接凸缘的一件式管形部件以及相关的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆中的结构化支撑顶柱，包括细长的、内部空心的多边形形状的主体，该主体具有选择的弓形纵向构形并且在位置上对应于A、B和C车辆柱中的至少之一。第一部件支撑凸缘例如通过重叠辊轧成形主体的端部并且从指定的横截面位置以至少部分地纵向延伸方式伸出而整体形成。辅助部件支撑凸缘例如进一步通过焊接固定于与所述主体相关的另一个横截面位置。

Description

具有一体的焊接凸缘的一件式管形部件以及相关的制造方法

相关申请的交叉引用

【0001】本申请要求2005年5月10日提交的名称为“One-Piece，Tubular Member with an Integrated Welded Flange”(具有一体的焊接凸缘的一件式管形部件)的美国临时专利申请序列号60/679,509号的优先权。

技术领域

【0002】联邦调节员和消费者调解者(协会)要求车辆在倾翻、侧面和正面碰撞中的更高性能。他们的目的是将抗弯强度增加到车辆重量的2.5倍，以在高速碰撞时保持乘客门孔隙和乘客车厢的整体性。

【0003】本发明涉及汽车碰撞和结构化组件的制造。更具体地说，本发明公开了车辆的前柱结构，其适于通过硬化或通过用于增强空心形状前柱的强度的装置加强前柱结构，该空心形状的前柱具有封闭的横截面。

【0004】通常，汽车工程师努力在将顶盖纵梁、柱和弓形杆连接到刚性的底架(例如车架或单体组件)时增强这些结构的强度。传统的解决办法通常包括增加较高强度规格的多个薄金属板冲压件，这受限于可形成性工艺。管形产品在抗扭刚度和抗扭强度方面一直总是优越的；但是它不能方便地装配或连接于车辆中的非圆柱形腔，例如柱，这是本发明想要解决的问题。

背景技术

【0005】顶盖纵梁、顶盖前横梁、摇臂加强件、前喷射枪结构和散热器固定框的现有结构，传统上都是用包括结构化汽车车身的一部分的多个冲压件制造。近来，车顶结构和散热器固定框作为由液压成形工艺制造的一件式组件开始替代多个冲压件。

【0006】在授予Gabbianelli等人的美国专利6,926,350号中阐述了具有一对横向间隔开并且纵向延伸的侧纵梁结构的液压成形的空间框架的例子，并且其还包括一对最前面的竖直结构，每个竖直结构连接于各自的侧纵梁结构，因而形成一对A柱。包括一对顶盖纵梁结构，每个顶盖纵梁结构的前端连接于相关A柱的上端，向后的环形组装件在其上部和顶盖纵梁结构连接，在其底部和侧纵梁结构连接。该向后的环形组装件还包括具有十字部分和一对支腿部分的管形液压成形的并且倒U形形状的上部件，该对支腿部分从该十字部分的相对端向下延伸，一对管形的液压成形的侧部件，以及以环形成形关系刚性地连接在该侧部件的第二端之间的十字结构。

【0007】Yoshida的美国专利申请公布2005/0088012号教导了一种车辆前柱，其中内外框架部件连接成基本管状的形状。内框架部件的前部朝向车辆的前部，并且具有形成在其上的至少一个弯曲部分，以便充当减震部。内框架部件的后部朝向车辆的后部，并且具有连接于其上的封闭截面结构的加强部件，以便用作高刚性部。加强部件可以具有圆形或矩形的横截面形状。

【0008】最后，Yoshida等人的美国专利6,692,065号教导了一种绕车门开口设置的框架结构，其由设置在车门开口内的液压管成形的管状框架制造，以形成基本框架。外板通过焊接连接于该管状框架。该管状框架的内侧是车辆内的内壁。面向外板的该管状框架的外侧是硬化壁。该硬化壁隐藏在外板和内壁之间的封闭间隔内。

发明内容

【0009】本发明公开一种细长结构部件和相关的制造方法，并且它是根据任何滚轧成形、挤压制造或液压成形工艺制成的，该结构部件在其中并入了整体成形的或者焊接于其上的卷边的凸缘，为附加的点焊车身板例如门、窗户安装结构或其他结构板提供凸缘。限定该细长结构部件的封闭截面滚轧件用简单的单件式部分替代多件式冲压结构，并且能够被滚轧或者挤压成直的、或被拉伸弯曲成曲线的或复合的弯曲环境。

【0010】本构造不需要在汽车碰撞和结构组件的制造工艺中的个体组件或步骤，例如，增加钢的规格、附加加强件和/或复杂的制造操作。这又增加在现有技术中提供的与常规制造工艺相关的制造和处理成本。

【0011】典型的顶盖结构包括用于车辆加强的A柱、顶盖纵梁、和B或C柱。本发明通过用一体的或整体的焊接凸缘形成一件式结构部件来组合这些常用的个体部件。除了应用于柱之外，本发明的细长结构部件也可以重新构造，应用于下部门槛板应用。

【0012】一件式滚轧成形拉伸弯曲组件(或另外的固定装置形成的结构组件)替代(在该公开的申请中)顶盖纵梁系统的下述组件：1)内A柱板，2)外A柱板，3)A柱加强件，4)内侧顶盖纵梁板，5)外侧顶盖纵梁板，6)A柱延伸部，以及7)C柱加强件，这些组件都用于典型的车体结构构造中。结果，本发明具有制造优点，它不需要大量的冲压工具模具、焊接机、焊接夹具以及裂纹夹具，并且如果需要马氏体替代物，还提供重量优势。

附图说明

【0013】当结合下面的详细描述阅读时参照附图，其中在所有的几个附图中同样的附图数字标记指的是同样的零部件，其中：

【0014】图1是具有一体的焊接凸缘的一件式管形部件的侧视图；

【0015】图2是图1的特写，示出具有一体的焊接凸缘的一件式管形部件的一段；

【0016】图3是具有焊接的附加凸缘的一件式单凸缘的管形柱的透视图，以及

【0017】图4是沿着图1的A-A线截取的根据本发明的具有焊接的附加凸缘的一件式单凸缘的管形柱的横截面图。

具体实施方式

【0018】参考附图，现在本发明的优选实施例将描述如下。一种顶盖结构，大致在40(图1)示出，包括A柱部分10、顶盖纵梁部分42以及B或C柱部分60。

【0019】图2是图1所示A柱部分10的放大的部分视图，并且其包括一件式管形部件8和焊接的凸缘部件30。一件式管形部件8代替与常规的A柱和顶盖纵梁以及附加的A柱延伸部件相关的内侧和外侧板，因而，减少附加部件的制造和组装成本和成形步骤。

【0020】顶盖结构40的管形形状增加整个部件的结构整体性，结果，加固的顶盖结构40不需要附加的A柱加强插入件。正如前面所述的，本发明的细长结构部件还适合于合并到其他应用中，不限于门槛板、保险杠结构等。

【0021】一件式管形部件也不限于用于整个顶盖结构40的整个长度。在顶盖结构40的变化中，一件式管形部件8可能在长度上限于A柱部分10、顶盖纵梁部分42和/或B或C柱部分60。形成上面所述的这些部分单独需要附加的焊接和/或结合的后续步骤，以将这些部件连接在一起，并且这将会增加制造成本。

【0022】进一步参考图4(还参考图3的透视图)，穿过顶盖结构40(图1-2)的A-A截面截取的A柱部分10的横截面再一次示出一件式管形部件8和焊接的凸缘部件30，每个部件用钢制造。一件式管形部件8(图4)包括顶壁24、外板26和内板28，这些通常形成为一件式部件，然后随后被弯曲以封闭该柱结构。该外板26还包括侧壁14、底壁18以及凸缘壁20，而内板28还包括侧壁14′和14″、底壁15’和凸缘壁12，其中顶壁16连接外板和内板。

【0023】在后续弯曲滚轧成形的金属板之后，通过例如在附图标记22所指的焊接，获得的一件式管形部件10呈现封闭的，因而多边形形状的部分，例如，诸如任意多边物件，包括三角形、矩形、五边形、六边形等，这在相应的外凸缘壁20和内凸缘壁12之间进一步形成整体的(一体的)凸缘，用于支撑车辆的组件。这样做，一件式管形部件10形成第一选择的并且整体成形的(例如门密封)凸缘，参见进一步在50处大体标记的。该门密封凸缘50包括围绕外凸缘壁20和内凸缘壁12的门密封件52(再次见图4)。

【0024】一件式管形部件8的顶壁16(见图4)通过在其之间施加的焊缝24还连接到焊接凸缘部件30的底壁32。结果，该焊接凸缘部件30的相关支腿还从一件式管形部件10向上延伸，这形成在其上可以支撑玻璃窗(未示出)的侧壁34，并且侧壁34在随后的制造步骤中还可能进一步附加于一件式管形部件8。

【0025】如果一式件管形部件8在长度上被限制在A柱部分10，或者不延伸顶盖结构40(图1)的整个长度，那么也可以去除随后的辅助(焊接的)凸缘部件30的连接步骤。上面所述的优选实施例预见，单个构造的一体的凸缘(例如在附图标记50所示的并且通过构造部分12或20产生的)能够通过希望的钢板材料的滚轧成形来制造。

【0026】还是再一次参考图3，壁12或20的选择部分(并且被轴向延伸的虚线23定义的壁部分12′标记)沿着焊接位置22并且在该焊接位置22之外被期望地切断。这样做的目的是减少凸缘壁的整个厚度(即，从两个壁到单个壁的厚度)。这是为了提供改进的结构一体性，正如所发现的，与三层结构相比，两层焊接组装件呈现优越的保持性。

【0027】进一步给出与滚轧成形技术相关的限制，通常理解，任何附加的凸缘(例如，诸如在标记30处所示)例如通过焊接单独地安装。但是本发明预见到成形结构和/或应用(滚轧成形、液压成形等)因而不只凸缘可以整体地成形到根据本发明制造的细长结构部件中。

【0028】一件式管形部件10的多边形横截面(图4)也不限于本发明的优选实施例。由于不断改变对车辆式样的要求，需要更坚固的车辆部件和更小的组装是最基本的。结果，在许多情况下，非常需要可变的横截面和对比的(contrasting)外柱板和内柱板。在其他希望的成形技术中，滚轧成形允许内外柱板构造的变化并能够变化内外柱板构造。

【0029】给出了上面的结构描述，现在简要地总结形成顶盖结构40(再次见图1)的方法。一件式管形部件和焊接的凸缘部件优选用薄钢板构成，其在滚轧成形工艺期间基本上是从大型卷材供给的连续板材。钢板的宽度根据管形且焊接的凸缘部件的期望最终尺寸选择，以允许同时地形成单个或多个的部件。如在卷材中所提供的，平钢板的初始宽度因此基本上对应于预定量的部件的宽度，如果所述部件展平成平面状态的话。

【0030】展平的钢板从卷材供给滚轧机，当它通过该滚轧成形机时以常规且已知的方式逐渐地重新成形为平钢板，使得当离开该机器时，该钢板纵向地形成。连续的波纹钢板然后供给剪切压机，其在希望的间隔距离处切割该连续的波纹钢板，该间隔距离对应于完成的顶盖结构(多个)的希望长度。

【0031】在另一个步骤中，(多个)顶盖结构以升高的温度被加热，该温度足够高，从而在加载在其中的金属部件中造成冶金转变。在优选的方法中，这个冶金转变是奥氏体化转变(austenizingtransition)，并且在这方面，零部件被加热到超过900℃的温度。

【0032】适当的热处理之后，(多个)顶盖结构被淬火。尽管在本领域也可以采用其他淬火介质，但是淬火流体通常是液体，并且通常是水基液体。淬火步骤使金属变硬，并且保持由成形(滚轧成形)步骤所赋予它的形状。最后的结构部件由超高强度钢(UHSS)组成，并且因此具有较小规格的厚度，并且更重要的是要求较小的包装间隔。结果，UHSS柱更有效地满足车辆碰撞标准，而常规的现有技术低强度钢部件需要较厚的规格和/或附加的加强结构来满足同样的车辆标准。

【0033】虽然为了说明的目的详细地公开了本发明的特殊优选实施例，但是应当认识到，公开的装置的各种变化或修改，包括零部件的重新排列，属于本发明的范围内而不脱离所附权利要求的范围。

Claims (26)

1.一种用于车辆中的结构产品，包括：

细长的、内部空心的管形形状的主体，其具有选择数目的边；和

组件支撑凸缘，其与所述主体整体成形，并且从指定的横截面位置以至少部分纵向延伸的方式伸出。

2.如权利要求1所述的结构产品，所述整体成形的凸缘还包括与所述主体相关的端部延伸壁。

3.如权利要求2所述的结构产品，还包括在将所述壁固定在一起的位置外面切割选择的并且邻接的凸缘壁的一部分。

4.如权利要求1所述的结构产品，还包括沿着与所述主体相关的另一个横截面位置固定的辅助凸缘。

5.如权利要求4所述的结构产品，所述主体具有具指定的形状和尺寸，并且其中所述凸缘用粘接、焊接、铜焊、低温焊和机械紧固件中的至少之一固定于所述主体。

6.如权利要求1所述的结构产品，所述主体呈现指定的形状和尺寸，并且用钢制造。

7.如权利要求6所述的结构产品，所述钢进一步包括马氏体钢。

8.如权利要求1所述的结构产品，所述主体呈现指定形状和尺寸，并且并入到与车辆相关的顶柱中。

9.如权利要求8所述的结构产品，由所述主体限定的所述顶柱结构还包括内A柱板、外A柱板、A柱加强件、内侧顶盖纵梁板、外侧顶盖纵梁板、A柱延伸部分以及C柱加强件的至少其中之一。

10.如权利要求1所述的结构产品，所述主体呈现指定的形状和尺寸，并且根据滚轧成形工艺和液压成形工艺中的至少之一形成。

11.如权利要求1所述的结构产品，所述主体呈现组合的弓形细长构型，并且是矩形、五边形和六边形横截面构形的至少其中之一。

12.一种制造结构产品的方法，包括如下步骤：

提供具有选择厚度的钢板材料；

将所述钢板逐渐成形为细长主体，所述主体呈现封闭的多边形横截面形状，并具有空心的内部；以及

同时将所述板的相关端部延伸壁成形为至少一个整体的凸缘，该凸缘沿着所述主体以至少部分纵向延伸的方式延伸。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括将限定壁的所述整体的凸缘固定在一起的步骤。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括切割步骤，其在所述壁被固定在一起的位置外面切割选择的并且邻接的凸缘壁的一部分。

15.根据权利要求12所述的方法，还包括沿着与所述主体相关的另一个横截面位置固定辅助凸缘的步骤。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括通过粘接、焊接、铜焊、低温焊和机械紧固件的至少其中之一固定所述辅助凸缘的步骤。

17.根据权利要求12所述的方法，还包括剪切压机，用于切割所述细长主体的希望长度。

18.根据权利要求12所述的方法，还包括根据滚轧成形工艺和液压成形工艺的至少其中之一形成所述主体的步骤。

19.根据权利要求12所述的方法，还包括在升高的温度下加热所述钢板形成的主体的步骤，该温度足以造成冶金转变。

20.根据权利要求19所述的方法，所述加热的步骤还包括将所述主体的温度升高到足够的温度，以便在所述钢中启动奥氏体化转变。

21.根据权利要求20所述的方法，还包括将所述奥氏体化钢浸入淬火槽中以便形成超高强度钢。

22.根据权利要求12所述的方法，将所述主体成形为封闭的多边形横截面形状的所述步骤还包括形成矩形、五边形和六边形横截面的至少其中之一。

23.一种用在车辆中的结构化支撑顶柱，其包括：

细长的、内部空心的且多边形形状的主体，其具有选择的弓形纵向构形，并在位置上对应于A、B和C车辆柱中的至少之一；

第一组件支撑凸缘，其通过重叠所述主体的端部并且从指定的横截面位置以至少部分纵向延伸的方式伸出而整体成形；和

辅助组件支撑凸缘，其固定于与所述主体相关的另一个横截面位置。

24.如权利要求1所述的结构产品，所述整体成形的凸缘还包括与所述主体相关的焊接在一起的端部延伸壁。

25.如权利要求24所述的结构产品，还包括在将所述壁固定在一起的焊接位置外面切割选择的并且邻接的凸缘壁的一部分。

26.如权利要求23所述的结构产品，所述辅助凸缘通过粘接、焊接、铜焊、低温焊和机械紧固件的至少其中之一固定于所述主体。

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