CN102355962A - 制造定制管的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造中空结构性车架纵梁的方法，包括：使管相对于机床旋转，以在沿所述管的长度的预定位置处减小所述管的外径。在所述管内设置弹性体插入件。在容纳所述插入件的位置使所述管折弯。对折弯的管进行液压成形以限定所述车架纵梁的完成形状。

Description

制造定制管的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年3月19日提交的美国临时申请No.61/161,483的权益。上述申请的全部公开内容通过参引结合入本文。
技术领域
本公开内容涉及一种形成用于车辆的管状结构性构件的方法。更具体地，描述了一种制造中空金属管的方法，该中空金属管的某些部分比同一根管的其他部分扩大60％。
背景技术
本部分提供与本公开相关的背景信息，不一定是现有技术。
由于对车辆燃油经济性一直不断增加的关注，正在投入越来越多的努力以减小车辆总重。与重量减小相结合地，还期望改进车辆操控性和稳定性。
一些车辆制造商已经成功地用包括镁合金或铝合金的轻质材料构造出了多种车辆结构性部件。碳纤维和加强塑料面板也已经被结合到车辆设计中。然而，这种方法对于部件承受大量机械载荷的某些应用可能是不可能的。这种部件的示例可以包括车辆车架构件、悬架部件和车桥壳。
一些车辆车架构件由相互焊接的“C”形槽钢构成。槽钢由相对低碳钢构造。车架纵梁上可能附连有多个支架、角撑板、凸缘和横梁，从而为未与纵向延伸的车架纵梁精确对齐的各种车身和悬架部件提供附连点。
已经进行了各种尝试对中空钢管进行液压成形来制造车辆车架纵梁。尽管这些尝试中有些成功了，但可以借助于液压成形获得的扩大量存在限制。一些制造商已经增加了额外的工艺步骤和生产线外的(off-line)机器来使车架纵梁的一部分折弯、挤压或者以另外的方式变形。尽管这些额外的几套工具和工艺步骤可以更紧密地将车架纵梁限定为期望的形状，但与这些制造技术相关联的成本可能是过高的。因此，本领域中存在对于提供一种以经济高效的方式提供具有相对复杂的几何形状的重量减小的结构性构件的制造工艺的需要。
发明内容
本部分提供本公开内容的概述，不是其全部范围或其全部特征的全面公开。
一种制造中空结构性车架纵梁的方法包括：使管相对于机床(tool)旋转，以在沿管的长度的预定位置处减小管的外径。在管内设置弹性体插入件。在容纳插入件的位置使管折弯。对折弯后的管进行液压成形以限定车架纵梁的完成形状。
本公开内容还涉及一种制造中空结构性车架纵梁的方法，包括：获得具有大致圆柱形外表面的管。旋转管，并使周向间隔开的滚子与外表面接合以在沿管的长度的预定位置处减小管的外径。在管内设置弹性体插入件。在容纳插入件的位置使管折弯。对折弯后的管进行液压成形以限定车架纵梁的完成形状。
其它可应用方面通过本文提供的描述将变得显而易见。本概要中的描述及具体示例仅用于示例性目的，而非意于限制本发明公开的范围。
附图说明
本文描述的附图仅出于示例所选实施方式而非所有可能的实施方式的目的，无意于限制本公开的范围。
图1是通过本公开的方法构造的示例性车架纵梁的立体图；
图2是取自部分A和部分B的相交处的车架纵梁的横截面图；
图3是取自部分B和部分C之间的相交处的车架纵梁的横截面图；
图4是管的立体图；
图5是半成品渐缩管的立体图；
图6是半成品折弯和渐缩的管的立体图；
图7是半成品液压成形后的管的立体图；
图8是液压成形及液压穿孔(hydropierced)后的管的立体图；
图9是显示用于旋转管并减小其外径的机床的示意图；
图10是显示用于减小管直径的致动器滚子组件的示意图；
图11是折弯前设置在管内的插入件的立体图；
图12是处于未变形状态的插入件的横截面图；
图13是处于变形状态的插入件的一部分的横截面图；
图14是处于未变形状态的替代性插入件的横截面图；
图15是处于变形状态的替代性插入件的横截面图；
图16是弯管机以及液压成形弯管机的示意图；和
图17是替代性渐缩管组件的侧视图。
在所有附图中相应的参考数字指示相应的部分。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述示例性实施方式。
参照图1至图2，通过本公开的方法构造的示例性车架纵梁以参考数字10表示。车架纵梁10包括整体式管12，管12具有分别不同尺寸和形状的第一至第五部分A、B、C、D、E。车架纵梁10的每个部分均包括顶壁14和底壁16，顶壁14和底壁16分别由第一侧壁18和第二侧壁20互连。图中显示每个壁均具有对应于第一至第五部分中的一个的后缀字母。例如，第一部分A具有大致为矩形的横截面形状，该横截面形状包括具有大致相等的长度并且大致相互平行地延伸的顶壁14A和底壁16A。第一侧壁18A具有与第二侧壁20A大致相同的尺寸。第一侧壁18A和第二侧壁20A大致相互平行地延伸。出于参引的目的，第一部分A的周长限定为距离P。
第二部分B具有无缝地连接至第一部分A的第一端24。第一端24具有与第一部分A大致相同的横截面形状。第二部分B包括具有大致矩形横截面的第二端28。如图3中示出的，部分B在第二端28处的外周长减小为近似0.63P。顶壁14B和底壁16B与顶壁14A和底壁16A的尺寸大致相同。周长的减小是借助于减小第一侧壁18B和第二侧壁20B的高度完成的。在图中显示的示例中，第一侧壁18B和第二侧壁20B从第一端24向第二端28渐缩大致相同的量。还应当理解，第二部分B相对于第一部分A成一定角度延伸。
第三部分C具有大致恒定的矩形横截面形状，其具有近似为0.37P的外周长。第三部分C相对于第二部分B成一定角度延伸。
第四部分D是类似于部分B的渐缩部，其顶壁14D和底壁16D与部分A、B和C的顶壁14和底壁16的尺寸大致相同。第一侧壁18D和第二侧壁20D从第一端30向第二端32渐缩。在第二端32处，部分D的周长为近似0.72P。根据车架纵梁10的最终设计要求，第四部分D可以相对于第三部分C成一定角度延伸。
第五部分E具有第四部分D的第二端32的横截面尺寸和形状。第五部分E的横截面形状沿着其长度大致恒定。部分E的周长为近似0.72P。基于上文描述，应当理解，当与部分C相比较时，部分A显示出扩大了近60％。类似地，当与部分C相比较时，部分E显示出扩大了近15％。
参照图4至图8，制造车架纵梁10的方法包括以具有大致圆柱形外表面42的半成品部件或管40开始。管40的内表面44也具有大致圆柱形形状。管40可旋转地安装在诸如图9中显示的车床46的机器内。管40的第一端48暂时地传动地安装至车床46的心轴50。心轴50由马达52驱动。管40的第二端54借助于尾架56可旋转地支承。通过为马达52通电，管40可以相对于机床58旋转。
如图10中示出的，机床58可以包括三个周向间隔开的压力滚子组件60。每个压力滚子组件60均包括致动器62，致动器62可操作为使滚子64沿径向平移(translate)为与管40的外表面42接触和不接触。该组压力滚子组件60还能够平行于管40的旋转轴线66纵向移动。通过与该组压力滚子组件60的纵向位置一致地改变施加至每个滚子64的力，可以对外表面42成形。一旦压力组件不再与外表面42接合，则限定了中等水平的半成品渐缩管70。渐缩管70包括部分A、B、C、D、E，但每个部分的外形均是大致圆柱形或者大致截头圆锥体形。也可以限定其他形状。此外，每个部分的外表面均沿着公共旋转轴线66对齐。此时从车床46上取下渐缩管70。
图11至图15中显示的一个或多个插入件74可以在预定轴向位置设置在渐缩管70内。插入件74优选地由诸如聚氨酯或者橡胶的弹性体材料构造。插入件74起到在随后的折弯工艺过程中限制渐缩管70的局部部分起皱、起折痕或者扭结的作用。插入件74将很可能具有成形为与内表面44的形状的至少一部分互补的外表面76。在图11和图12中示出的第一构形中，插入件74包括以细长槽的形状形成的轴向延长孔78。孔78的形状可以变化以保持折弯工艺后内表面44和外表面42的期望形状。图13显示了施加压缩载荷后插入件74的形状。
替代性插入件74a在图14中示出为实心圆柱形构件。如图15中示出的，当压缩力施加至插入件74a的外表面76a时，变形的外表面76a的形状与变形的外表面76的形状不同。基于此特性行为，可以在工件的部分内限定特别定制(tailored)的横截面形状。例如，使用具有细长孔78的插入件74保证了折弯处的横截面形状大致为矩形。
图11显示插入件74具有三个部分F、G、H，这三个部分F、G、H的尺寸和形状设置为与渐缩管70的内表面44的形状紧密配合。因此，第一部分F包括最大的外径。第二部分G具有渐缩的外表面。第三部分H具有直径减小的大致圆柱形表面。插入件74可以进入在渐缩管70的包括第一部分A的端部处形成的孔92中。插入件74的直径最小的第三部分H首先进入孔92中。插入件74轴向平移直至第二渐缩部分G接合渐缩管70的渐缩部分B内的内表面44。
通过将渐缩管70和插入件74的子组件设置在如图16中示出的弯管机94或者组合型弯管及液压成形机94’内，制造车架纵梁10的工艺继续。稍后将在本文中更详细地描述组合型弯管及液压成形机94’。
弯管机94包括夹具100，该夹具100可操作为在特定位置限制渐缩管70移动。在图16中显示的示例中，夹具100接合第二部分B的外表面。弯管机94还包括第一可旋转模具102和第二可旋转模具104。第一模具102包括凹腔106，该凹腔106尺寸和形状设置为与渐缩管70的外表面42在第一部分A处的尺寸和形状互补。第一模具102能够绕轴线108旋转。第一模具102上形成有第一凸轮表面110。第一凸轮表面能够与外表面42接合。第一致动器112施加力，以使第一模具102旋转并折弯渐缩管70。
第二可旋转模具104包括凹腔116，该凹腔116的尺寸和形状设置为与渐缩管70在部分C、D、E处的外表面42互补。第二可旋转模具104能够绕轴线118旋转。第二致动器120提供移动可旋转模具104并折弯渐缩管70的力。第二可旋转模具104上形成有第二凸轮表面122，该第二凸轮表面122能够选择性地与外表面42接合。应当理解，在显示的示例中，插入件74的第三部分被加长以延伸超出第三部分C、并且至少部分地进入第四渐缩部分D。同样地，只需要一个插入件74来制造图中示出的特定车架纵梁10。如上文指出的，如果锥形的几何形状和所需折弯的位置如此要求，则可以在渐缩管70内设置额外的插入件。
如果弯管机94与液压成形机分开地设置，则如图6中示出的折弯和渐缩后的半成品管128可以从弯管机94上取下并设置在液压成形设备内。在液压成形过程中，加压流体作用在内表面44上以使外表面42径向向外扩大而与液压成形机的模具表面接触。可以设想在完成折弯操作后限定80％至90％的成品零件形状。液压成形操作修饰润化(qualifies)了外表面42，并使折弯和渐缩后的管128扩大近2％至4％，以使管成为最终形式，从而限定如图7中显示的半成品纵梁130。如果需要如图8中示出的诸如孔96、97和98的额外特征，此时也可以执行液压打孔操作。完成了的车架纵梁10此时可以从液压成形及液压打孔模具上取下。
如上所述，可以设想使用组合式折弯、液压成形和液压打孔设备来代替之前描述的两个单独的机器。具体地，可以设想组合式折弯和液压成形机94’执行之前描述的折弯和液压工艺中的每一个，而无需使半成品的折弯及渐缩后的管128在弯管机与液压成形机之间进行实体转移。
另一替代性工艺步骤可以包括在执行完折弯操作后对折弯及渐缩后的管128感应加热，从而为管重新引入可成形性(formability)。如果管在折弯工艺过程中已经充分硬化加工而妨碍适当的液压成形和液压打孔，则可能需要此步骤。
在图17中示出的替代性形式中，可以通过将第一半成品渐缩管202固定至第二半成品渐缩管204来形成多件式车架纵梁200。管可以通过包括金属惰性气体焊接、激光焊接、机械紧固、粘性粘接之类的多种已知工艺中的任意一个相互联接。之前描述的其余工艺步骤也可以在渐缩管组件200上执行。
此外，上述讨论仅仅公开和描述了本公开的示例性实施方式。本领域普通技术人员可以从这种讨论、以及从附图和权利要求容易地认识到，在不脱离如权利要求中所限定的本公开的精神和范围的情况下可以进行各种改变、修改和变型。

Claims (20)

1.一种制造中空结构性车架纵梁的方法，包括：
使管相对于机床旋转，以在沿所述管的长度的预定位置处减小所述管的外径；
在所述管内设置弹性体插入件；
在容纳所述插入件的位置使所述管折弯；以及
对折弯的管进行液压成形以限定所述车架纵梁的完成形状。
2.如权利要求1所述的方法，还包括在将所述管设置在用来执行液压成形的液压成形模具内时对所述管进行穿孔。
3.如权利要求1所述的方法，还包括夹紧所述管，以在所述折弯过程中限制所述管的一部分的运动。
4.如权利要求3所述的方法，还包括向所述管的第一端施加力，以使所述管的第一端相对于所述夹具旋转。
5.如权利要求4所述的方法，还包括使所述管的外表面与凸轮表面接合，以在所述折弯过程中限定所述外表面的形状。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述凸轮表面形成在容纳所述管的所述第一端的可旋转模具上。
7.如权利要求4所述的方法，还包括向所述管的与所述第一端间隔开的另一部分施加力，以使所述另一部分相对于所述夹具旋转。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述折弯和液压成形在共用机床内执行。
9.如权利要求1所述的方法，还包括在所述共用机床内对所述管进行液压穿孔。
10.如权利要求1所述的方法，还包括：使第二管相对于机床旋转，以在沿所述管的长度的预定位置处减小所述管的外径；以及将所述管的一端固定至所述第二管的一端，并且随后执行所述折弯和液压成形。
11.一种制造中空结构性车架纵梁的方法，包括：
获得具有大致圆柱形外表面的管；
旋转所述管；
使周向间隔开的滚子与所述外表面接合，以在沿所述管的长度的预定位置处减小所述管的外径；
在所述管内设置弹性体插入件；
在容纳所述插入件的位置使所述管折弯；以及
对折弯的管进行液压成形以限定所述车架纵梁的完成形状。
12.如权利要求11所述的方法，还包括在朝管旋转轴线径向移动所述滚子的同时使所述滚子大致平行于所述管旋转轴线平移。
13.如权利要求12所述的方法，还包括在所述滚子接合后将所述插入件的外表面限定为与所述管的内表面互补。
14.如权利要求13所述的方法，还包括在所述插入件内形成成形孔，以在施加外部载荷时改变所述插入件形成的外形。
15.如权利要求11所述的方法，还包括夹紧所述管，以在所述折弯过程中限制所述管的一部分的运动。
16.如权利要求15所述的方法，还包括向所述管的第一端施加力，以使所述管的第一端相对于所述夹具旋转。
17.如权利要求16所述的方法，还包括使所述管的外表面与凸轮表面接合，以在所述折弯过程中限定所述外表面的形状。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述凸轮表面形成在容纳所述管的所述第一端的可旋转模具上。
19.如权利要求11所述的方法，其中，所述折弯和液压成形在共用机床内执行。
20.如权利要求11所述的方法，还包括：使第二管相对于机床旋转，以在沿所述第二管的长度的预定位置处减小所述管的外径；以及将所述第二管的一端固定至所述管的一端，并且随后执行所述折弯和液压成形。
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