CN101511645A - 选择性退火缓冲梁 - Google Patents

Abstract

一种缓冲系统，包括带有支架底座的轧制成型管状梁(21)，支架底座焊接到后表面上用于安装到车架滑轨。示出的梁在其整个长度上都具有连续的管状横截面并包括中心部分(23)和角部形成端部分，和将中心部分的末端连接到端部分上的安装部分(25)。中心部分、端部分和安装部分可以是线性的或相同弯曲的或不同弯曲的。中心部分、端部分和安装部分可相同或不同地局部退火，部分被调节到特定撞击载荷标准，包括对所有或部分横截面区域退火。退火可在轧制成型工艺中在线进行，从而有助于在梁中形成紧凑的半径，用于满足包装/与空间有关的要求，或者可以是附加工艺的一部分，用于在选定的局部区域中有利地影响撞击强度。

Description

选择性退火缓冲梁

本申请依据35 U.S.C.§119(e)要求2006年8月30号提交的号为60/823,926名称为“选择性退火缓冲梁”的临时申请的优先权，其全部内容在此整体并入。

技术领域

本发明涉及用于缓冲系统中的管状缓冲梁，例如用于车辆的前部和后部。但是，如下所述，可以预期本发明的各方面不仅限于前缓冲梁和后缓冲梁。

背景技术

用具有高抗拉强度的超高强度钢材料(UHSS)(例如具有140千磅/平方英寸(ksi)抗拉强度的材料)制造的管状轧制成型缓冲梁提供良好的撞击特性和高的强度重量比。但是，由于HUSS材料有限的伸长率，因此在材料裂纹出现之前对轧制成型部分进行成型受到局限。这种局限性对将轧制成型的横截面装入原始设备制造商(OEM)提供的所需空间造成困难。具体说，很难使横截面足够小并使弯曲足够尖从而满足OEM空间和形状要求。当梁具有纵向曲率/弯曲(sweep)时这个问题更严重。而且，有时需要降低轧制成型部分的初始挤压强度来控制撞击期间传输到车架滑轨的总撞击载荷和撞击载荷峰值。缓冲装置研发项目已经具有长的前置周期，需要提供这样的设计方案，该方案提供高强度同时保持设计灵活性，同时还保持在调整缓冲系统来对特定模型车辆提供最优撞击/载荷特性时提供相对短的前置周期的能力。

Nees的美国专利No.6,643,931(受让人Shape公司)公开了一种制造单件管状门梁的方法，其中梁的非管状部分退火从而形成具有最优撞击特性的整体端部支架(16)和过渡区域(14)。但是，Nees的’931专利没有讲授在哪里或如何应用这种技术到缓冲梁或整个梁都是管状的管状强化梁上。显然，例如用于车辆前部和/或后部的缓冲梁具有不同于门梁的特殊要求。例如，缓冲梁不仅必须承受相当高的撞击载荷还必须通过多种不同试验，例如30度固定障碍物撞击、平障碍物撞击、5英里/小时和更高速度撞击、中心杆撞击、角撞击和行人安全撞击测试。缓冲梁的形状还必须支撑仪表板(fascia)和其它前端构件，同时使得空气流向散热器和发动机室。而且，门梁通常具有非常小的横截面形状，并通常不具有沿门梁整个长度延伸的管状部分(由于它们所在的门组件中的空间限制，并基于显著低于前端撞击要求的OEM侧部撞击装载要求)。

发明内容

在本发明的一个方面，一种缓冲系统，包括由至少80ksi抗拉强度的超高强度钢制成的管状梁。该管状梁在整个长度上都是管状的并包括中心部分、端部分、将中心部分连接到端部分上的安装部分。一支架接合到安装部分，该支架适于连接到车架滑轨。中心部分、端部分和安装部分中的一个的至少一部分被退火从而具有小于80ksi的减小的抗拉强度，因此优化该梁的撞击特性。

在本发明的另一方面，一种产品包括由至少80ksi抗拉强度的超高强度钢制成的管状梁，该管状梁在整个长度上都是管状的并包括中心部分、端部分、将中心部分连接到端部分上的安装部分。中心部分、端部分和安装部分的至少一部分被退火从而具有小于80ksi的减小的抗拉强度。

在本发明的另一方面，一种包括以下步骤的工艺：提供具有至少80ksi的抗拉强度的超高强度钢板材，在轧制成型轧机中将该板材轧制成型为连续管状形状。该工艺还包括向轧制成型轧机在线地提供退火线圈，并通过循环退火线圈的接通和断开在轧制成型轧机中成型板材的同时对板材的选定部分退火，使得管状形状的选定部分被退火从而具有小于80ksi的抗拉强度。另外该工艺还包括将连续管状形状切割成段以形成缓冲梁，被退火的选定部分位于沿着缓冲梁的选定位置，用于所需的撞击强度。

在本发明的又一方面，一种包括以下步骤的工艺：提供具有至少80ksi的抗拉强度的超高强度钢板材，在轧制成型轧机中将该板材轧制成型为连续管状形状，和将连续管状形状切割成段以形成连续管状缓冲梁。该工艺还包括对缓冲梁和板材其中一个的选定部分退火，从而缓冲梁的选定部分具有小于80ksi的退火抗拉强度，被退火的选定部分位于沿着缓冲梁的选定位置，用于所需的撞击强度。

通过研究以下说明书、权利要求和附图本领域普通技术人员会理解和领会本发明的这些和其它方面、目的和特征。

附图说明

图1-3是三个不同梁的俯视图，每个具有不同的退火区。

图4是示出材料退火效果的应力对应变图表。

图5-7是示出三种不同缓冲撞击试验的系统行程对总载荷的图表。

图8-9是示出可选工艺的流程图，可选工艺用于退火缓冲梁从而具有用于最优撞击强度性能的选择性退火区。

具体实施方式

缓冲系统20(图1)包括带有支架底座22的管状梁21，支架底座22焊接到梁21各管状末端的后表面上，用于将梁21安装到车架滑轨上。示出的梁21轧制成型从而具有连续的横截面并在它的整个长度上都是管状的，但是可预想到本发明的各方面可合并到其它梁形状中。示出的梁21具有中心部分23和角部形成端部分24，中心部分23的前表面限定相对较大的第一半径(例如2500mm)，角部形成端部分24的前表面限定相对较小的第二半径(例如425mm)。安装部分25将中心部分23的末端与端部分24连接起来，并提用于供接合底座22的结构。因此，梁21靠近其末端具有逐渐增加曲率的弯曲前表面，使其适用于具有空气动力形状前端的车辆。显然，梁21可以是“D”或“B”形状(或具有其它形状)，并可用例如在Sturrus的美国专利No.5,092,512和/或5,454,506中说明的工艺进行轧制和弯曲。

在缓冲系统20中，中心部分23和安装部分25没有退火(即，它们没有在退火区26中)，因此它们相对较硬并在两底座22之间延伸并使两底座22互连，因此提供非常高的梁强度同时非常高的前部/中心撞击强度。但是，角部形成端部分24被退火，赋予它们减小的抗拉强度但增强的挠曲和流动能力(即，应变能力...流动和拉伸材料的能力以及在管状部分毁灭性失效之前弯曲的能力)。退火区26在图1中标示出，开始于安装部分25的外侧边缘。通过控制退火步骤，可调节梁21(更上位的，缓冲系统20)从而优化用于特定缓冲撞击试验的撞击强度。值得注意的是，退火区26可围绕端部分24的整个管状横截面延伸，或者可限于横截面的特定区域，例如限定退火材料仅仅沿着后壁并且部分在顶壁和底壁上。通过对在底座22上的横截面的后壁部分退火，并通过不对前壁部分退火，梁21能够更好地维持其前表面的形状，同时仍具有这样的结构，该结构抑制或减少撞击能量的峰值(波峰)向车架滑轨传递。

该梁可用抗拉强度80ksi的UHSS材料制成，从而提供优良的撞击特性，或者根据需要抗拉强度甚至为140ksi或更高。但是，UHSS材料可选择性地退火从而在关键区域提高伸长率，既是为了在梁中形成尖的半径(这有助于满足OEM包装和空间标准)，也是为了有利地影响撞击强度(既在于选定局部区域中限制最大撞击载荷的方面，又在于选定局部区域中延伸撞击行程的方面)。

下面公开其它缓冲系统，使用相同的数字标识相同或类似的构件，但添加字母“A”或“B”。这样做是为了减少重复论述。本领域技术人员通过比较不同的缓冲梁会理解各缓冲系统的共同特征和优点。

缓冲系统20A(图2)公开了类似于缓冲系统20(图1)的带有底座22A的管状梁21A(仅示出一个底座22A)。梁21A包括线性中心部分23A，线性端部分24A和连接端部分24A与中心部分23A的末端并相对于中心部分23A形成角度的安装部分25A。在梁21A中，退火区26A包括所有的安装部分25A并包括端部分24A的内部和中心部分23A的外部。具体地，示出的端部分24A长度的25％-35％在退火区26A中。在这种配置中，缓冲系统20A中心的撞击强度减小，因为底座22A处的区域及其内侧的区域退火从而减小其材料抗拉强度并增加材料的应变能力(即，材料伸长和流动的能力)。缓冲系统20A提供“较软”或较低的角部撞击强度和增加的碰撞行程，因为在角部撞击时，端部分24A会趋向于以与没有退火的情况不同的方式挠曲、弯曲和变形。

缓冲系统20B(图3)公开了类似于缓冲系统20(图1)的带有底座22B的管状梁21B。梁21B包括中心部分23B、端部分24B和安装部分25B，每部分形成半径为2900mm的连续纵向曲率。但是，在梁21B中，退火区26B开始于底座22B内侧边缘附近，并包括安装部分25B的外侧部分和所有的端部分24B。具体地，示出的安装部分25B长度的约75％-90％在退火区26B中。在这种配置中，缓冲系统20A中心的强度减小，因为底座22A处的区域及其内侧的区域退火从而减小其抗拉强度并增加其应变能力/材料流动能力。但是，角部形成端部分24B的长度减小，因为这种特殊设计不需要长的角部形成端部分24B。

图4示出在1200℉和1400℉的退火温度之间抗拉强度的急剧下降。因此，可以相信对于测试的材料来说，包括1400℉的退火温度的工艺是优选的，测试的材料是国内DF140T UHSS板材。

图5-7示出实验数据，其中对于三种不同缓冲撞击试验，针对总载荷测量缓冲系统的行程，三种缓冲撞击试验为IIHS30°固定障碍物试验，5mph平障碍物试验，和5mph40％偏移障碍物试验。在所有三个图表中，对于示出的特定实验，退火梁都说明改进的撞击试验结果。图5中，对于退火材料制成的缓冲梁，与用没有退火的材料制成的缓冲梁相比，吸收的撞击能量(即，曲线下面的区域)几乎相等于或略大，而且，能量吸收出现在较长的行程上。而且，较低的波峰撞击应力经过梁传递进入车架滑轨。图6和7示出类似的结果。

形成包括轧制成型部分的退火部分的缓冲梁的工艺提供意外的和预料不到的结果。通过对轧制成型的部分局部退火，梁设计为材料提供额外的成型性能，允许梁中紧凑的弯曲(例如，半径小于400mm)。较紧凑的弯曲使得梁的包装改善，尤其是对于低速偏移撞击。梁的局部退火使得轧制成型部分传递较低的碰撞载荷到相连的车架滑轨。选定梁部分的局部退火使得在缓冲梁末端的撞击中对于增加截面挤压允许减小的截面强度(即，角部撞击强度可被调节到所需的减小的撞击载荷水平和在毁灭性失效之前的增加的行程)。

用于形成带有选择退火部的缓冲梁的第一工艺(图8)包括将退火线圈在线设置在轧机中，当原料板沿轧机移动时基于所需的退火区域长度循环地接通和断开退火线圈。退火线圈优选定位在将原料板成型为管状部分的轧机的轧制之前。但是应理解的是(可预期的是)，退火线圈可定位在成型原料板的轧制时或轧制之后，甚至可定位在管状部分被焊接成永久的连续管并弯曲之后。可选地，该工艺可包括将退火线圈在线设置在轧机中，当原料板沿着轧机移动时基于所需的退火区域长度循环地接通和断开退火线圈。在第二可选工艺中，梁成型得相对较直并切割到缓冲梁段，然后在附加工艺中弯曲到纵向曲率。或者(图9)，可在线轧制和弯曲并且切割。然后，梁将进入组合弯曲和退火的附加弯曲操作。

可以理解，可在前述的结构上进行变形和修改而没有离开本发明概念，而且可以理解的是，这些概念包括在以下的权利要求中，除非这些权利要求通过语言明白地说明其它不同的情况。

Claims (22)

1.一种缓冲系统，包括：

由至少80ksi抗拉强度的超高强度钢制成的管状梁，所述管状梁在整个长度上都是管状的并包括中心部分、端部分和将所述中心部分连接到所述端部分上的安装部分；接合到所述安装部分的支架，所述支架适于连接到车架滑轨；所述中心部分、所述端部分和所述安装部分中的一个的至少一部分被退火从而具有小于80ksi的减小的抗拉强度。

2.在权利要求1中限定的缓冲系统，其中被退火的部分仅部分地围绕垂至于所述梁的长度截取的横截面延伸。

3.在权利要求1中限定的缓冲系统，其中被退火的部分至少部分地延伸到所述中心部分、所述端部分和所述安装部分中的两个上。

4.在权利要求1中限定的缓冲系统，其中被退火的部分横跨所述安装部分的大部分延伸，并延伸到所述中心部分和所述端部分中的至少一个的一部分上。

5.在权利要求1中限定的缓冲系统，其中所述中心部分、所述端部分和所述安装部分中的至少一个纵向弯曲以限定一半径。

6.在权利要求1中限定的缓冲系统，其中所述端部分相对于所述中心部分成角度地延伸。

7.在权利要求1中限定的缓冲系统，其中所述钢具有至少140ksi的抗拉强度。

8.一种梁，包括：

由至少80ksi抗拉强度的超高强度钢制成的管状梁，所述管状梁在整个长度上都是管状的并包括中心部分、端部分和将所述中心部分连接到所述端部分上的安装部分；所述中心部分、所述端部分和所述安装部分的至少一部分被退火从而具有小于80ksi的减小的抗拉强度。

9.一种包括以下步骤的工艺：

提供具有初始抗拉强度的超高强度钢板材；

在轧制成型轧机中将所述板材轧制成型为连续管状形状；

向所述轧制成型轧机在线地提供退火线圈；

通过循环退火线圈的接通和断开而在轧制成型轧机中成型板材的同时对板材的选定部分退火，使得所述管状形状的选定部分被退火从而具有比初始抗拉强度ksi小的抗拉强度；和

将所述连续管状形状切割成段以形成缓冲梁，被退火的选定部分位于沿着所述缓冲梁的选定位置，用于所需的撞击强度。

10.在权利要求9中限定的工艺，其中所述退火步骤在将所述板材轧制成型为管状形状之前进行。

11.在权利要求9中限定的工艺，其中所述退火步骤包括仅对所述板材宽度的一部分退火。

12.在权利要求9中限定的工艺，其中所述退火步骤仅在一对车架滑轨在所述梁上的安装位置附近或外侧进行。

13.在权利要求9中限定的工艺，其中所述梁包括其上带有底座的后壁和在所述底座外侧延伸的端部分，并且其中所述退火步骤仅在所述端部分上进行。

14.在权利要求9中限定的工艺，包括使所述连续管状形状具有非线性形状的步骤。

15.在权利要求9中限定的工艺，包括使所述缓冲梁具有非线性形状的步骤。

16.在权利要求9中限定的缓冲梁系统，其中所述钢具有至少140ksi的抗拉强度。

17.一种包括以下步骤的工艺：

提供具有至少80ksi的抗拉强度的超高强度钢板材；

在轧制成型轧机中将所述板材轧制成型为连续管状形状；

将所述连续管状形状切割成段以形成连续管状缓冲梁；和

对所述缓冲梁和所述板材其中一个的选定部分退火，从而所述缓冲梁的选定部分被退火以具有小于80ksi的抗拉强度，被退火的选定部分位于沿着所述缓冲梁的选定位置，用于所需的撞击强度。

18.在权利要求16中限定的工艺，其中所述缓冲梁包括中心部分、端部分，并包括将所述中心部分的末端连接到所述端部分的安装部分，所述安装部分包括被退火的选定部分的至少一部分。

19.在权利要求17中限定的工艺，包括在所述退火步骤之后在所述端部分内侧的位置处将支架底座接合到所述安装部分的步骤。

20.在权利要求17中限定的工艺，包括在所述安装部分附近的位置处将支架底座接合到所述安装部分。

21.在权利要求17中限定的工艺，其中对选定部分退火的步骤包括仅对所述安装部分附近的部分退火。

22.在权利要求17中限定的工艺，其中所述钢具有至少140ksi的抗拉强度。

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