CN101772433A - 用于车辆的后悬挂的管状扭转梁及其制造方法 - Google Patents

用于车辆的后悬挂的管状扭转梁及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于车辆的后悬挂的管状扭转梁，所述管状扭转梁根据能够改善管状扭转梁的侧倾刚度和侧倾强度的更加耐用的设计来制造。所述管状扭转梁通过液压成型对管状钢构件进行压力成型来制造，以使得管状扭转梁具有沿管状扭转梁的整个长度变化的横截面，管状扭转梁包括：两端，具有闭口横截面并被安装到相应的纵臂；中间部分，具有V形开口横截面；过渡部分，具有变化的横截面并将中间部分连接到两端中的每一端。在制造管状扭转梁的过程中，使用液压成型机的相应的轴冲头来进给管状钢构件的每端，以使得管状扭转梁的两端比中间部分厚。

Description

用于车辆的后悬挂的管状扭转梁及其制造方法
技术领域
总的来说，本发明涉及一种用于车辆的后悬挂(rear suspension)的管状扭转梁(tubular torsion beam)及其制造方法，更具体地说，涉及提供一种通过液压成型(hydroforming)制造的具有优良的侧倾刚度(roll stiffness)和优良的侧倾强度(roll strength)的管状扭转梁。
背景技术
车辆的悬挂是用于悬挂车身并在车辆运行期间吸收来自路面的震动，从而防止震动被施加到车身和乘客的结构装置。因此，悬挂必须被设计成使得其可减弱来自路面的震动，并且尽管有震动其也可使得乘客感觉舒适，而且可提高由车辆行驶期间轮胎的地面接触力确定的操纵稳定性。在设计悬挂时要考虑的另一个重要因素是，尽管来自路面的震动反复地施加到悬挂上，悬挂也必须保持期望的刚度和期望的耐用性。形成在悬挂中的变形或裂纹会对车辆稳定性产生致命的影响，因此在悬挂的功能性设计中，悬挂的耐用性设计起着重要的作用。
具体的说，因为扭转载荷被反复地施加到悬挂的扭转梁，所以通常用作小型车辆的后悬挂的扭转梁悬挂必须设计成具有高的耐用性。在扭转梁悬挂中，扭转梁的横截面形状在梁的耐用性性能方面起着重要的作用。可根据车辆的不同特性不同地设计扭转梁的横截面形状。然而，在设计扭转梁的最初阶段，扭转梁的横截面形状必须根据使用该扭转梁的车辆的侧倾刚度和侧倾强度来确定，因此需要仔细地研究侧倾刚度和侧倾强度。
换句话说，将左轮和右轮结合到一起的后悬挂的扭转梁是在车辆运行期间确定悬挂的动态特性和保持悬挂的刚度的重要元件。因此，扭转梁必须被设计为使得其具有合适的由车辆重量确定的侧倾刚度，从而抵抗当左轮和右轮各自沿相反的方向运动时发生的扭转变形和弯曲变形。此外，因为正应力和切应力集中在扭转梁上，所以需要设计扭转梁以使得扭转梁具有合适的侧倾强度并具有由行驶引发的疲劳所确定的疲劳抗性(fatigue resistance)。
在下文中，将参照图1来描述现有技术的扭转梁的构造和问题，图1示出了配备有传统的板型扭转梁的悬挂。通常在小型车辆中用作后悬挂的现有技术的扭转梁悬挂包括：两个纵臂(trailing arm)，为由板型扭转梁3连接到一起的左纵臂和右纵臂2；衬套(bush sleeve)1，设置在两个纵臂2中的每个的前端处并使用橡胶衬套(rubber bush)在车身上枢转。此外，用于支撑其上的悬挂弹簧的弹簧座4和用于支持减震器的阻尼器支架(damper bracket)5都安装到两个纵臂2中的每个的后端的内侧。用于支撑车辆后轮的轮托架6和轴板(spindle plate)7都安装在两个纵臂2中的每个的后端的外侧。上述的衬套1、纵臂2、弹簧座4、阻尼器支架5、轮托架6和轴板7形成组成扭转梁悬挂的基本元件。
通常利用厚度约4mm至6mm的厚铁板通过压制来制造传统的板型扭转梁3，以使得梁3具有∧、＜、＞等形状的开口横截面。具有上述开口横截面的板型扭转梁3具有抵抗扭转变形或弯曲变形的低的刚度和低的强度，因此，为了提高扭转梁3的刚度和强度，必须将如扭转杆8的加强件安装到扭转梁3。然而，由于加强件，板型扭转梁3产生的问题是组成梁3的元件数量的增加使得梁3的制造工艺变得复杂并增加了最终产品的重量。
在最近几年里已使用具有管状扭转梁的悬挂来解决板型扭转梁3的问题。图2中示出了具有传统的管状扭转梁的悬挂的示例。如图2所示，使用衬套1、纵臂2、弹簧座4、阻尼器支架5、轮托架6和轴板7作为组成传统的管状扭转梁悬挂的基本元件。
使用具有圆形横截面的管状钢构件通过压力成型来制造悬挂的管状扭转梁10。在压力成型过程中，管状钢构件被成形为具有沿其整个长度方向变化的横截面的扭转梁。管状扭转梁10包括：两端(opposite ends)11，具有诸如三角形的、矩形的或圆形的横截面的闭口横截面，并被安装到悬挂的相应的纵臂2；中间部分13，在中间部分13中，第一半圆形表面部件13a变形以与第二半圆形表面部件13b紧密地接触，以使得第一半圆形表面部件13a和第二半圆形表面部件13b形成一侧敞开的V形横截面；过渡部分12，其横截面的尺寸连续地变化并实现从中间部分13到两端11中的每个的自然过渡。详细地说，中间部分13在V形横截面的每端具有小尺寸的闭口横截面。然而，因为第一半圆形表面13a的大部分与第二半圆形表面13b的大部分紧密地接触，所以中间部分13被当作具有开口横截面的部分。
在图2中，两端11中的每一端被示出为呈带有圆角的闭口矩形横截面。然而，应该理解，两端的横截面不限于倒圆的矩形横截面，而是可根据车辆的类型将两端的横截面构造为具有如三角形、成角度的矩形(angledrectangular)或圆形的横截面的一些其它的闭口横截面。当将具有上述构造的管状扭转梁10与只具有开口横截面的板型扭转梁3相比时，管状扭转梁10具有抵抗扭转和弯曲的更高的刚度和更高的强度。因此，可使用没有附加的加强件的管状扭转梁10。
如上所述，通过成形来制造管状扭转梁10，以使得管状扭转梁10具有沿其整个长度方向连续变化的横截面。为了制造现有技术中的这样的管状扭转梁，使用了传统的压制或液压成型。第554310号韩国专利中公开了传统的压制技术的示例。在下文中，将参照图3描述在第554310号韩国专利中公开的压制技术。
为了通过传统的压制来制造这样的管状扭转梁，首先，将管状钢构件20放置在上模具21和下模具22之间，所述上模具21和所述下模具22具有特定的成形表面，所述特定成形表面被构造为成形具有闭口横截面的两端、具有变化的横截面的过渡部分和具有V形开口横截面的中间部分。在将钢构件放置在两个模具之间后，启动上垫模具23和下垫模具24，以通过压制成形具有闭口横截面的两端[图3中的(a)]。然后，操作油缸促动器(cylinderactuator)26以将左芯27和右芯27插入到管状钢构件的两端的各个端中。在插入芯之后，启动上模具21和下模具22以通过压制成形过渡部分和中间部分，从而制造期望的管状扭转梁[图3中的(b)]。然后，在使用推动杆25将管状扭转梁从下模具22中移出之前，将上模具21向上提升。
然而，传统的压制需要复杂的模制技术但是又难以实现高的工艺精确度，从而压制不能提供具有精确的横截面形状或厚度均匀的产品，因此，增加了产品的缺陷比例。
为了解决传统的压制的上述问题，近年来优选使用了液压成型。第2004-110247号韩国专利公开披露了传统的液压成型技术的示例。将结合图4描述在第2004-110247号韩国专利公开中公开的液压成型技术。如图4所示，为了通过液压成型制造管状扭转梁，首先，将管状钢构件放置在下模具32上。然后，与两个导向模具33配合地启动上模具31和下模具32，从而通过压力成型来成形具有矩形的闭口横截面的两端[图4中的(a)和(b)]。在两端成形之后，升高椭圆形的轴冲头(axial punches)36以密封管状钢构件的两端，所述椭圆形的轴冲头36附着到各个心轴单元(mandrel unit)，并被沿管状钢构件的长度方向操作。在密封两端之后，通过穿透轴冲头36的中心轴形成的进入孔将驱动油(actuation oil)供给到管状钢构件中，从而将液压施加到管状钢构件的内表面。然后，启动上冲头34和下冲头35以形成中间部分和过渡部分，从而通过压力成型来制造期望的管状扭转梁30[图4中的(c)]。
在液压成型技术中，驱动油的压力被均匀并连续地施加到管状钢构件的整个内表面，以使得能精确地控制管状扭转梁的形状和厚度，从而与传统的压制技术相比显著地降低了产品的缺陷比例。因此，近来人们积极地对通过液压成型来制造管状扭转梁的技术进行了各种研究。
为了实现所期望的车辆稳定性，需要用于悬挂的管状扭转梁的高度耐用的设计。在现有技术中，高度耐用的扭转梁的设计集中在使用高强度材料或厚材料作为梁的材料。然而，高强度材料的使用降低了液压成型过程中的工作效率，厚的材料的使用增加了车身的重量，从而限制了耐用的管状扭转梁的设计。
发明内容
技术问题
因此，针对在现有技术中出现的上述问题做出了本发明，并且本发明意图提供一种用于车辆的后悬挂的管状扭转梁，该管状扭转梁通过液压成型制造并具有能够加强梁的应力集中部分的优化的形状，所述形状的横截面沿其整个长度变化，从而具有改善的耐用性。本发明还意图提供一种制造所述管状扭转梁的方法。
技术方案
为了实现上述目标，本发明提供了一种用于车辆的后悬挂的管状扭转梁，其中，管状扭转梁通过液压成型对管状钢构件进行压力成型来制造，以使得管状扭转梁具有沿管状扭转梁的整个长度变化的横截面，该管状扭转梁包括：两端，具有闭口横截面并被安装到相应的纵臂；中间部分，具有V形开口横截面；过渡部分，具有变化的横截面并将中间部分连接到两端中的每一端，其中，使用液压成型机的轴冲头来进给管状钢构件的每端，以使得管状扭转梁的两端比中间部分厚。
一方面，倾斜的过渡段(offset)可形成在中间部分和每个过渡部分之间，从而过渡部分和两端与中间部分相比向外扩大。
另一方面，加强筋可形成在每个过渡部分的表面上。
有益效果
根据本发明的用于车辆的后悬挂的管状扭转梁和制造该管状扭转梁的方法的优点是，通过增加扭转梁的应力集中部分的厚度或通过在应力集中部分中形成加强筋或过渡段来改善管状扭转梁的侧倾刚度和侧倾强度，从而实现高的耐用性。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，本发明的上述和其它目的、特征和其它优点将被更加清楚地理解，附图中：
图1是示出用于车辆的具有板型扭转梁的后悬挂的透视图；
图2是示出用于车辆的具有传统的管状扭转梁的后悬挂的透视图；
图3是示出根据现有技术的实施例制造传统的管状扭转梁的工艺的示图；
图4是示出根据现有技术的另一实施例制造传统的管状扭转梁的工艺的视图；
图5是示出扭转梁的有限元建模的透视图；
图6是示出根据扭转梁的有限元建模的应力集中的示图；
图7是示出根据本发明实施例的管状扭转梁的构造的透视图；
图8是示出根据本发明另一实施例的管状扭转梁的构造的透视图；
图9是示出根据本发明的预成型机的示图；
图10示出根据本发明的液压成型机的示图；
图11是示出根据本发明的在液压成型机中使用的轴冲头的示图；
图12是示出使用图8中的轴冲头来制造管状扭转梁的方法的示图。
重要部件的标号的描述
1：衬套2：纵臂
3：板型扭转梁4：弹簧座
5：阻尼器支架6：轮托架(wheel carrier)
7：轴板10、20、30：管状扭转梁
11：两端12：过渡部分
13：中间部分14：加强筋(bead)
15：过渡段40：预成型机
50：液压成型机60：轴冲头
61：活塞杆62：支撑条
63：冲头单元64：紧密接触面
65：进入孔
具体实施方式
在下文中，将参照附图来详细地描述根据本发明的优选实施例的用于车辆的后悬挂的管状扭转梁及其制造方法。
本发明的发明人使用FEM(有限元建模，Finite Element Modeling)来设计耐用的管状扭转梁。FEM是这样一种方法，即通过输入将要解决的问题的物理现象，利用具有数学概念的有限元对物理现象建模，并基于有限元来模拟物理现象从而分析实际产生的物理变化。
用于耐用的悬挂设计的有限元建模执行如下。用梁元素来对连接系统(link system)建模，考虑质量和惯量特性用集中质量元素(concentrated masselements)对轮胎、车轮和刹车建模。此外，考虑与最大阻尼系数相关的等同阻尼刚度用线性刚性弹簧元素(linear stiff spring elements)对悬挂弹簧和减震器建模。因此，有限元建模被执行得与悬挂的实际行为几乎相同。
考虑通过测试获得的线性刚度值用在连接部件的两个节点之间的线性刚性弹簧元来建立轴衬(bush)的模型。此外，使用梁元素将使用轴衬将衬套旋转到车身上的位置与实际连接部件的所有节点连接，从而可使载荷均匀地分布到所述部分上。用实体元素(solid elements)或壳元素(shell elements)来建立如转向节、纵臂和扭转梁的结构部件的模型，所述结构部件可通过直接施加到其上的载荷来变形并可对悬挂的行为特性产生影响。
图5示出了通过FEM在后悬挂中确定板型扭转梁3的侧倾刚度和确定管状扭转梁10的侧倾强度以根据本发明设计耐用的扭转梁悬挂的各个方法。根据上述的悬挂建模方法，用各自的有限元建立组成扭转梁悬挂的衬套1、纵臂2、扭转梁3或10、弹簧座4、阻尼器支架5、轮托架6和轴板7的模型。
然后，通过在受限状态(restricted state)下计算在各个节点处的作用力来确定侧倾刚度，在所述受限状态下，衬套1被设置到固定点(I)并沿与两个轴板7之间的中心轴垂直的方向执行1°倾斜(II)(Z＝12.96mm)[图5中的(a)]。此外，通过在受限状态下测量在扭转梁上的应力分布来确定侧倾强度，在所述受限状态下，衬套1被设置到固定点(I)并沿与两个轴板7之间的中心轴垂直的方向执行4°倾斜(III)(Z＝51.92mm)[图5中的(b)]。
图5中的(a)示出了确定具有板型扭转梁3的悬挂的侧倾刚度的方法，而图5中的(b)示出了确定具有管状扭转梁10的悬挂的侧倾强度的方法。然而，应该理解，板型扭转梁3和管状扭转梁10中的每个梁的侧倾刚度和侧倾强度都可通过FEM来确定。在确定管状扭转梁10的侧倾刚度和侧倾强度的过程中，当将管状扭转梁10的厚度在从2.6mm到4.0mm的范围内改变时，测量了侧倾刚度和侧倾强度，结果在表1中给出。
表1
  厚度(mm)   重量(kg)   侧倾刚度(Nm/deg)   侧倾强度(Max.，MPa) 扭转梁类型
  6.0   19.72   227   299   板型
  2.3   16.71   405   442   管状
  2.6   17.57   496   424   管状
  2.8   18.15   558   420   管状
  3.0   18.72   624   414   管状
  3.2   19.20   690   408   管状
  3.4   19.86   759   400   管状
  3.6   20.44   830   392   管状
  厚度(mm)   重量(kg)   侧倾刚度(Nm/deg)   侧倾强度(Max.，MPa) 扭转梁类型
  3.8   21.01   903   384   管状
  4.0   21.58   977   375   管状
如表1所示，当使用管状扭转梁时，即使管状扭转梁较薄(较轻的重量)，其也可实现比板型扭转梁的侧倾刚度更高的侧倾刚度。例如，当使用厚度为6.0mm的板型扭转梁时，其重量为19.72kg，可实现227Nm/deg的侧倾刚度。然而，当使用厚度为2.6mm的管状扭转梁时，其重量为17.57kg，确可实现更高的侧倾刚度(496Nm/deg)。因此，当使用管状扭转梁时，可在减轻悬挂的重量的同时设计出具有优良耐用性的悬挂，从而在近些年优选使用扭转梁悬挂。
此外，当与板型扭转梁相比时，管状扭转梁具有更高的侧倾强度。侧倾强度是指作用在扭转梁中的最大应力，因此扭转梁的耐用性与最大应力成反比例增加。这是因为在车辆运行过程中当作用在扭转梁上的最大应力超过扭转梁的材料的屈服应力时，扭转梁可发生塑性变形，并对车辆的稳定性产生致命的影响。因此，必须将扭转梁的侧倾强度设计为使得其尽可能的小于扭转梁的材料的屈服应力。
在现有技术中，为了降低管状扭转梁的侧倾强度，使用厚度大的材料或屈服应力高的高强度材料作为管状扭转梁的材料。然而，厚材料或高强度材料的使用不能解决这一问题。换句话说，当使用厚度大的材料时，扭转梁的重量增加，因此降低了车辆的运行性能。此外，当使用高强度材料时，降低了在形成过程中的可加工性。
因此，考虑到上述问题，本发明的发明人研究了一种在使用与现有技术中的材料相同的材料的同时能有效地降低管状扭转梁的侧倾强度的方法。管状扭转梁的高侧倾强度源于管状扭转梁的形状沿其长度方向反复地变化的事实，从而在扭转梁中形成了应力集中部分。从图6中可清楚地理解上述事实，图6示出了通过有限元建模得到的在管状扭转梁中的应力分布。如图6所示，在管状扭转梁10中的应力沿从中间部分到两端的方向增加，具体地说，最大应力(侧倾强度)作用在过渡部分的下部，在该过渡部分的下部处V形开口横截面变为闭口横截面。
根据本发明的第一实施例，可提供耐用的管状扭转梁的设计，所述耐用的管状扭转梁的设计可基于上述的应力分布来提高扭转梁的侧倾刚度并降低其侧倾强度，从而实现扭转梁的优良的耐用性。
如图7中的(a)所示，详细地描述了将在管状扭转梁10中具有更高的侧倾强度的两端11中的每一端的厚度T增大到大于中间部分的厚度t。此外，如图7中的(b)所示，将加强筋14形成在作用有最大应力的过渡部分12的表面上。可不将加强筋14形成在作用有最大应力的过渡部分12上，或者可将加强筋14形成为从过渡部分12延伸到两端11中的每一端。
为了测量上述耐用设计的效果，使用管状扭转梁样品测量了侧倾刚度和侧倾强度，结果在表2中给出，其中，所述管状扭转梁样品由厚度为2.6mm的材料制成，同时两端11的厚度从2.60mm变化到3.90mm，并将所述样品划分为在过渡部分的表面上具有各自的加强筋或无加强筋的两组。
表2
Figure GPA00001009039700091
如表2所示，当将管状扭转梁设计为其两端和中间部分具有2.6mm的厚度且在过渡部分的表面上没有形成加强筋时，换句话说，当本发明的耐用设计没有应用到管状扭转梁时，测量到其侧倾刚度为342Nm/deg，测量到其侧倾强度为390MPa[作为参考，在表2中的厚度为2.6mm的管状扭转梁和表1中的厚度为2.6mm的管状扭转梁之间的侧倾刚度和侧倾强度的差异由形状最优化引起]。
当上述的管状扭转梁的两端的厚度增加到3.90mm时，其侧倾刚度提高到430Nm/deg，侧倾强度降低到350MPa。即，当根据本发明的耐用设计相对于中间部分的厚度增加管状扭转梁的两端的厚度时，侧倾刚度提高且侧倾强度降低，从而可以改善管状扭转梁的耐用性。
此外，当以在过渡部分的表面上形成加强筋的状态将两端的厚度增加到3.90mm时，与具有相同的厚度但没有加强筋的管状扭转梁相比，侧倾刚度提高。在上述情况下，直到两端的厚度被增加到3.12mm为止，与具有相同的厚度但没有加强筋的管状扭转梁相比，侧倾强度都降低。然而，在两端的厚度超过3.38mm的情况下，与具有相同的厚度但没有加强筋的管状扭转梁相比，侧倾强度提高。这可能是由于当在管状扭转梁的中间部分和两端之间的厚度差超过了预定的参考水平时，应力在加强筋上集中这一情况所致。
已详细描述了，优选将两端的厚度增加到中间部分厚度的1.2至1.5倍。如表2所述，当在将管状扭转梁的两端的厚度相对于厚度为2.6mm的中间部分增大到2.86mm(即，为中间部分的厚度2.6mm的1.1倍)、3.12mm(即，为中间部分的厚度2.6mm的1.2倍)、3.38mm(即，为中间部分的厚度2.6mm的1.3倍)、3.64mm(即，为中间部分的厚度2.6mm的1.4倍)和3.90mm(即，为中间部分的厚度2.6mm的1.5倍)的同时执行测试时，注意到侧倾刚度和侧倾强度得到改善。
然而，当两端的厚度增加到2.86mm(即，为中间部分的厚度2.6mm的1.1倍)时，认为侧倾刚度和侧倾强度的改善并不显著。此外，在将两端的厚度增加到变成为1.6倍(无数据)的情况下，液压成型机的轴冲头的进给距离过长，因此导致在管状钢构件的两端会形成褶皱的问题。随后在下文中将参照图9至图12来详细描述包括控制轴冲头的进给距离的液压成型方法。
在管状扭转梁中，当形成在每个过渡部分12上的加强筋被构造为具有不超过35mm的高度、125mm的宽度和500mm的长度并且曲率半径等于或高于管状钢构件的厚度的2.2倍的隆起形状时，管状扭转梁的耐用性可得到最佳的改善。换句话说，当加强筋14的高度超过35mm、其宽度超过125mm或其长度超过550mm时，加强筋14作为应力集中部分，从而降低了管状扭转梁的耐用性。此外，当加强筋14的曲率半径小于管状钢构件的厚度的2.2倍的值时，加强筋14的隆起变得过于尖锐，从而几乎不能通过液压成型形成精确的加强筋形状。
根据上述结果，应该注意，当根据本发明的耐用设计的管状扭转梁的两端的厚度相对于中间部分的厚度增加时，管状扭转梁的侧倾刚度会提高且其侧倾强度会降低，从而显著地提高了管状扭转梁的耐用性。此外，当将加强筋形成在每个过渡部分的表面上时，根据两端和中间部分之间的厚度差异，侧倾刚度会提高且侧倾强度可提高或降低。因此，在耐用的管状扭转梁的设计过程中，当相对于中间部分的厚度增加管状扭转梁的两端的厚度，并在考虑中间部分和两端的厚度差异的情况下将加强筋形成在每个过渡部分的表面上时，可实现管状扭转梁的优良的侧倾刚度和优良的侧倾强度，从而获得扭转梁的最佳的耐用性。
同时，根据本发明的第二实施例，可提供一种能够通过加强每个过渡部分的下部来提高管状扭转梁10的耐用性的耐用的设计，在所述每个过渡部分的下部中作用有最大应力(侧倾强度)，如图6所示。
如图8所示，详细地描述了在通过液压成型对管状钢构件进行压制成型制造的管状扭转梁10中，使得扭转梁具有沿其整个长度变化的横截面，并具有两端11、中间部分13和过渡部分12，并且倾斜的过渡段15形成在中间部分13和每个过渡部分12之间，从而过渡部分12和两端11与中间部分13相比都向外扩大，其中，两端11具有闭口横截面并被安装在相应的纵臂2上，中间部分13具有V形的开口横截面，过渡部分12具有变化的横截面并连接中间部分13和两端11中的每一端，同时实现从中间部分到两端的自然过渡。
当在管状扭转梁10的作用有最大应力的每个过渡部分12中形成倾斜的过渡段15时，过渡部分12和两端11的闭口横截面的面积都增加，并且管状扭转梁10的抗弯刚度(bending stiffness)可与闭口横截面的面积成比例地增加，从而可提高扭转梁的耐用性。当过渡段15被构造为具有直角的角部时，角部会作为应力集中部分，从而优选地将过渡段15构造为具有倾斜的形状。
此外，优选地，因过渡段15引起的管状扭转梁的圆周的增量在管状钢构件的最初圆周的35％内，因过渡段15引起的中间部分13和每个过渡部分12之间的高度差不超过50mm。
根据本发明的液压成型方法，将高压驱动油供给到位于模具之间的空腔中的管状钢构件中，以挤压管状钢构件的内表面并使钢构件的壁扩张，从而形成期望的管状扭转梁，该管状扭转梁的形状沿其整个长度变化。因此，在通过在具有恒定厚度的管状钢构件中形成过渡段15来只扩张过渡部分12和两端11的工艺中存在着局限性，因此有必要控制在圆周和高度差方面的增量，以使得它们不超过上述的值。换句话说，当因过渡段15引起的管状扭转梁的圆周的增量超过管状钢构件的最初圆周的35％，或者因过渡段15引起的中间部分13和每个过渡部分12之间的高度差超过50mm时，在具有过渡段15的部分会产生损坏。
在下文中，将参照图9至图12来描述根据本发明的用于车辆的后悬挂的管状扭转梁的制造方法。
根据本发明的第一实施例的制造方法包括如下步骤：在将管状钢构件安置在液压成型机的模具中之前，预成型具有圆形横截面的管状钢构件；通过将预成型的管状钢构件安置在液压成型机的下模具中并通过降低上模具以闭合模具来为液压成型做准备；通过以下步骤液压成型管状扭转梁，即，通过使用放置在模具两端的轴冲头来密封安置在上模具和下模具之间的空腔中的预成型的管状钢构件的两端，通过将驱动油输送到安置在模具中的预成型的管状钢构件中以挤压管状钢构件的内表面，从而形成具有两端、中间部分和过渡部分的管状扭转梁，同时，使用轴冲头来进给管状钢构件的两端，从而与中间部分相比增加管状扭转梁的两端的厚度，其中，所述管状扭转梁的两端具有闭口横截面并被安装到纵臂，中间部分具有V形的开口横截面，过渡部分具有变化的横截面并将中间部分连接到两端中的每一端，同时实现从中间部分到两端的自然过渡。
在下文中，将参照示出预成型机的图9来详细地描述预成型步骤。
首先，预成型机40为传统的压力机，其包括：下模具42，固定地安装在固定底座41上；下冲头43，设置在下模具42的上表面上，以形成管状扭转梁的V形凹部；支架44，设置在下模具42的每一端上，以支持管状扭转梁并在将上模具45下降以闭合下模具42之后不允许钢构件移动。在上述情况下，上模具45放置在下模具42上，从而上模具45可通过在上模具45的各个角周围设置的多个油缸促动器46在预定的冲程内向上或向下移动。在上模具45的下表面上形成用于形成管状扭转梁的V形凸部的凹陷。
在将管状钢构件安置在液压成型机的模具之间的空腔中之前，使用具有上述构造的预成型机来预成型具有圆形横截面的管状钢构件。液压成型机是一种可将高压驱动油输送到安置在模具之间的空腔中的预成型管状钢构件中以挤压预成型管状钢构件的内表面并使钢构件的壁扩张的机器，随后将在下文中详细地进行描述，从而液压成型机在成型能力方面具有局限性，所以其不能一次性地将具有圆形横截面的管状材料成型为期望的最终形状。此外，液压成型机的上模具和下模具设置有与管状扭转梁的最终形状对应的多个曲面，因此不能够将具有圆形横截面的管状钢构件稳定地安置在上模具和下模具之间的空腔中。因此，在本发明中，在执行液压成型步骤之前，将管状钢构件预成型为具有与期望的管状扭转梁的形状相似的形状。
在下文中，将参照示出液压成型机的图10来详细地描述液压成型准备步骤和液压成型步骤。
液压成型机50包括下模具52，下模具52固定地安装在固定底座51上，以将预成型管状钢构件10a安置在下模具52的上表面上。在下模具52的上表面上，形成用于最终形成管状扭转梁的V形凹部的凸起。上模具53放置在下模具32上，以使得上模具可在预定的冲程内向上或向下移动。在上模具53的下表面上，形成用于最终形成V形凸部的凹陷。此外，在两个模具52和53的两端，设置有轴冲头60和液压的轴向油缸促动器54，所述轴冲头60用于闭口在两个模具52和53之间的空腔以防止驱动油从模具泄露，所述液压的轴向油缸促动器54用于驱动各个轴冲头60以进给管状钢构件。随后在下文中将参照图11和图12来详细描述轴冲头60的构造和操作。
为了使用具有上述构造的预成型机来制造管状扭转梁，将预成型管状钢构件10a安置在液压成型机的下模具52上，并降低上模具53以闭合模具。在上述的状态下，将高压载荷施加到上模具(液压成型准备步骤)，以防止由施加到预成型的管状钢构件10a的高压载荷将上模具53向上抬起。
然后，通过设置在模具两端的轴冲头来密封安置在上模具和下模具之间的空腔中的预成型管状钢构件的两端，并将驱动油输送到模具中的预成型管状钢构件中，从而挤压预成型管状钢构件10a的内表面。因此，形成了具有两端11、中间部分13和过渡部分12的管状扭转梁，与此同时，使用轴冲头60进给预成型的管状钢构件10a的两端，从而与中间部分13相比增加了两端11的厚度(液压成型步骤)，其中，所述管状扭转梁的两端11具有闭口横截面并被安装在纵臂上，中间部分13具有V形开口横截面，过渡部分12具有变化的横截面并将中间部分连接到两端中的每一端，同时实现从中间部分到两端的自然过渡。
在下文中，将详细地描述增加管状扭转梁的两端的厚度的方法。传统的压制方法不能实现精确的形状控制，因此难以通过传统的压制方法来只增加管状扭转梁的两端的厚度。为了解决这个问题，本发明的发明人开发了一种使用液压成型机的轴冲头来只增加管状扭转梁的两端的厚度的方法。
在本发明中使用的每个轴冲头60包括设置在主体的前部中的活塞杆61和设置在活塞杆61的每侧上的支撑条62，如图11所示。此外，冲头尖端63安装到活塞杆61的端部，从而可通过安装在主体中的油缸促动器来使冲头尖端63向前和向后移动。穿透冲头尖端63的中心轴形成用于输送驱动油的进入孔65，冲头尖端63具有围绕进入孔65形成的紧密接触面64的，以与管状钢构件的相关端接触并密封管状钢构件的内部。
图12示出了使用具有上述构造的轴冲头60来只增加预成型管状扭转梁的两端的厚度的方法。第一，将预成型管状钢构件10a安置在液压成型机中，降低上模具。第二，使每个轴冲头60向前移动，以使冲头尖端63的紧密接触面64与预成型管状钢构件10a的相关端紧密地接触。第三，通过穿透冲头尖端63的中心轴形成的进入孔65将驱动油输送到预成型的管状钢构件10a中，从而挤压管状钢构件10a的内表面。当将通过驱动油施加到管状钢构件10a的内表面的压强大于预定的参考水平时，在管状钢构件10a产生塑性变形的同时，管状钢构件10a变得与上模具和下模具的内表面紧密地接触，从而将管状钢构件10a成型为期望的管状扭转梁[图12中的(a)]。
在上述的过程中，当将各个轴冲头60的活塞杆62向前移动并且向前进给冲头尖端63时，只有预成型管状钢构件10a的两端11产生塑性变形，因此使得管状钢构件的两端的厚度增加。在上述情况下，如果控制在进给轴冲头60的冲头尖端63花费的力和时间，则能够控制在管状扭转梁中发生厚度增加的部分的厚度和长度[图12中的(b)]。通过进给轴冲头来增加管状钢构件的两端的厚度的过程可与使用驱动油的压力来形成管状扭转梁的过程同步执行，如图12中的(a)所示，或者可作为后续工艺单独执行。
在上述情况下，优选地，将每个轴冲头60的进给距离设置为2mm～150mm，将管状钢构件的每一端的厚度增加到中间部分的厚度的1.2倍～1.5倍。两端的厚度的增量与使用轴冲头60的进给距离成比例。当进给距离小于2mm时，两端的厚度的增量不显著。相反，当进给距离超过150mm时，如上所述，因过多的高塑性变形可在两端的表面中形成褶皱。
根据本发明的第一实施例的方法中，为了在管状扭转梁10的每个过渡部分12的表面上形成加强筋14，可将最优化的加强筋成形表面形成在液压成型机的上模具53的下表面上。
在上述情况下，优选地，加强筋被构造为具有不超过35mm的高度、125mm的宽度或550mm的长度的隆起形状，以使得其具有等于或大于管状钢构件的厚度的2.2倍的曲率半径。当加强筋14的高度超过35mm，其宽度超过125mm或其长度超过550mm时，应力集中在加强筋14上，从而降低了管状扭转梁的耐用性。此外，当加强筋14的曲率半径小于一个等于管状钢构件的厚度的2.2倍的值时，加强筋14的隆起变得过于尖锐，从而如上所述几乎不能通过液压成型形成精确的加强筋形状。
根据本发明的第二实施例的制造方法包括如下步骤：在将管状钢构件安置在液压成型机的模具中之前，预成型具有圆形横截面的管状钢构件；通过将预成型的管状钢构件安置在液压成型机的下模具中并通过降低上模具以闭合模具来为液压成型做准备；通过以下步骤液压成型管状扭转梁，即，通过使用放置在模具两端的轴冲头来密封安置在上模具和下模具之间的空腔中的预成型管状钢构件的两端，通过将驱动油输送到安置在模具中的预成型管状钢构件中以挤压管状钢构件的内表面，从而形成具有两端、中间部分和过渡部分的管状扭转梁，其中，两端具有闭口横截面并被安装到纵臂、中间部分具有V形开口横截面，过渡部分具有变化的横截面并将中间部分连接到两端中的每一端，同时，在中间部分和每个过渡部分之间的位置形成倾斜的过渡段，从而过渡部分和两端与中间部分相比向外扩大了。
在本发明的第二实施例中使用的预成型机40和液压成型机50的大致形状与上面参照图9和图10的描述的保持一致。然而，在上模具52和下模具53中的每个模具的表面上形成了用于形成倾斜的过渡段15的过渡段成形部分，如图8所示。
在上述情况下，优选地，因过渡段15引起的管状扭转梁的圆周的增量在管状钢构件的最初圆周的35％内，因过渡段15引起的中间部分13和每个过渡部分12之间的高度差不超过50mm。因过渡段15引起的中间部分13和每个过渡部分12之间的高度差与因过渡段15引起的管状扭转梁的圆周的增量成比例。如上所述，当因过渡段15引起的管状扭转梁的圆周的增量超过管状钢构件的最初圆周的35％，或者因过渡段15引起的中间部分13和每个过渡部分12之间的高度差超过50mm时，在具有过渡段15的部分会产生损坏。
产业应用性
尽管出于举例说明的目的公开了本发明的实施例，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离在权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下，可做出各种修改、添加和替换。因此，显而易见，虽然可根据使用管状扭转梁的车辆的类型或排气量(aerodynamics volume displacement)来对通过液压成型制造的管状扭转梁的材料的形状和厚度进行各种改变，但是只要管状扭转梁采用了权利要求中所公开的构造，则该管状扭转梁包括在本发明的保护范围中。

Claims (16)

1.一种用于车辆的后悬挂的管状扭转梁，所述管状扭转梁通过液压成型对管状钢构件进行压力成型来制造，以使得管状扭转梁具有沿管状扭转梁的整个长度变化的横截面，该管状扭转梁具有：两端，具有闭口横截面并被安装到相应的纵臂；中间部分，具有V形开口横截面；过渡部分，具有变化的横截面并将中间部分连接到两端中的每一端，
其中，使用液压成型机的轴冲头来进给管状钢构件的每端，以使得管状扭转梁的两端具有比中间部分的厚度大的厚度。
2.如权利要求1所述的用于车辆的后悬挂的管状扭转梁，其中轴冲头的进给距离被设置为2mm～150mm。
3.如权利要求1或2所述的用于车辆的后悬挂的管状扭转梁，其中，管状扭转梁的两端的厚度增大到中间部分的厚度的1.2倍～1.5倍。
4.如权利要求1所述的用于车辆的后悬挂的管状扭转梁，所述用于车辆的后悬挂的管状扭转梁还包括形成在过渡部分的表面上的加强筋。
5.如权利要求4所述的用于车辆的后悬挂的管状扭转梁，其中，加强筋被构造为具有不超过35mm的高度、125mm的宽度和550mm的长度的隆起形状。
6.如权利要求4或5所述的用于车辆的后悬挂的管状扭转梁，其中，加强筋被构造为具有等于或大于管状钢构件的厚度的2.2倍的曲率半径。
7.一种用于车辆的后悬挂的管状扭转梁，所述管状扭转梁通过液压成型对管状钢构件进行压力成型来制造，以使得管状扭转梁具有沿管状扭转梁的整个长度变化的横截面，该管状扭转梁具有：两端，具有闭口横截面并被安装到相应的纵臂；中间部分，具有V形开口横截面；过渡部分，具有变化的横截面并将中间部分连接到两端中的每一端，
其中，在中间部分和过渡部分之间形成倾斜的过渡段，从而过渡部分和两端与中间部分相比向外扩大。
8.如权利要求7所述的用于车辆的后悬挂的管状扭转梁，其中，因过渡段引起的管状扭转梁的圆周的增量在管状钢构件的最初圆周的35％内，因过渡段引起的中间部分和每个过渡部分之间的高度差在50mm内。
9.一种制造用于车辆的后悬挂的管状扭转梁的方法，所述方法包括以下步骤：
在将管状钢构件安置在液压成型机的模具中之前，预成型具有圆形横截面的管状钢构件；
通过将预成型的管状钢构件安置在液压成型机的下模具中并通过降低上模具以闭合模具来为液压成型做准备；
液压成型管状扭转梁，通过使用放置在模具两端的轴冲头来密封安置在上模具和下模具之间的空腔中的预成型的管状钢构件的内部，通过将驱动油输送到预成型的管状钢构件中以挤压管状钢构件的内表面，从而形成包括两端、中间部分和过渡部分的管状扭转梁，同时，使用轴冲头来进给管状钢构件的两端，从而相对于中间部分增加管状扭转梁的两端的厚度，其中，所述管状扭转梁的两端具有闭口横截面并被安装到纵臂，中间部分具有V形的开口横截面，过渡部分具有变化的横截面并将中间部分连接到两端中的每一端。
10.如权利要求9所述的制造用于车辆的后悬挂的管状扭转梁的方法，其中，在液压成型步骤中，每个轴冲头的进给距离被设置为2mm～150mm。
11.如权利要求9或10所述的制造用于车辆的后悬挂的管状扭转梁的方法，其中，在液压成型步骤过程中，管状扭转梁的两端的厚度增大到为中间部分的厚度的1.2倍～1.5倍。
12.如权利要求9所述的制造用于车辆的后悬挂的管状扭转梁的方法，其中，液压成型步骤还包括：
在过渡部分的表面上形成加强筋。
13.如权利要求12所述的制造用于车辆的后悬挂的管状扭转梁的方法，其中，在液压成型步骤中，加强筋形成为具有不超过35mm的高度、125mm的宽度和550mm的长度的隆起形状。
14.如权利要求12或13所述的制造用于车辆的后悬挂的管状扭转梁的方法，其中，在液压成型步骤中，加强筋形成为具有等于或大于管状钢构件的厚度的2.2倍的曲率半径。
15.一种制造用于车辆的后悬挂的管状扭转梁的方法，所述方法包括以下步骤：
在将管状钢构件安置在液压成型机的模具中之前，预成型具有圆形横截面的管状钢构件；
通过将预成型的管状钢构件安置在液压成型机的下模具中并通过降低上模具以闭合模具来为液压成型做准备；
液压成型管状扭转梁，通过使用放置在模具两端的轴冲头来密封安置在上模具和下模具之间的空腔中的预成型的管状钢构件的内部，通过将驱动油进给到预成型的管状钢构件中以挤压管状钢构件的内表面，从而形成具有两端、中间部分和过渡部分的管状扭转梁，同时，在中间部分和过渡部分之间的位置形成倾斜的过渡段，从而过渡部分和两端与中间部分相比向外扩大，其中，所述管状扭转梁的两端具有闭口横截面并被安装到纵臂，中间部分具有V形的开口横截面，过渡部分具有变化的横截面并将中间部分连接到两端中的每一端。
16.如权利要求15所述的制造用于车辆的后悬挂的管状扭转梁的方法，其中，在液压成型步骤中，因过渡段引起的管状扭转梁的圆周的增量在管状钢构件的最初圆周的35％内，因过渡段引起的中间部分和每个过渡部分之间的高度差在50mm内。
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