CN102616278A - 车辆前指梁及车辆前指梁的成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车辆前指梁，其包括上前指梁以及与所述上前指梁焊接连接的下前指梁，所述上前指梁和所述下前指梁均为整体的中空管结构。所述上前指梁和所述下前指梁的截面形状均为整体封闭的矩形。本发明还提供了一种上述车辆前指梁的成形方法，其是首先采用内高压充液成形方法分别成形上前指梁和下前指梁，然后再将成形好的上前指梁和下前指梁焊接一起，而得到所述车辆前指梁。本发明车辆前指梁零件数量减少，节约模具成本，有利于减轻零件重量，实现汽车轻量化；提高了零件的强度、刚度和疲劳强度，增加使用寿命；提高加工精度，减少装配误差；简化生产流程，提高生产效率。

Description

车辆前指梁及车辆前指梁的成形方法

技术领域

本发明涉及一种车辆机舱前指梁及其成形方法，尤其涉及一种汽车管式前指梁及该汽车管式前指梁的内高压充液成形方法，属于汽车技术领域。

背景技术

目前传统的汽车机舱两端的前指梁在设计时采用钣金件焊接结构。如图1所示，此类汽车前指梁多用于车身纵梁设计，其前端承载水箱、大灯模块并与车架连接，后端与车身连接，这种汽车前指梁通常由上前指梁和下前指梁两个单件焊接而成，而传统的上前指梁和下前指梁都是采用两个U型钣金零件对接并用MIG焊结合而成，如图2所示其断面结构是由两个U型钣金零件对接而成的矩形结构。

这种结构的汽车前指梁存在以下缺点：

(1)由于上前指梁和下前指梁均采用两个U型钣金零件焊接而成，汽车前指梁的零件数量多，零件较重，不利于实现汽车轻量化；

(2)制作工序复杂，所需要的模具数量多，模具成本高；

(3)由于上前指梁和下前指梁均采用两个U型钣金零件焊接而成，汽车前指梁整体强度刚度低，使用寿命短；

(4)上前指梁和下前指梁的U型钣金件焊接变形大，汽车前指梁总成精度难以保证，表面质量差。

发明内容

为了解决上述现有技术中汽车前指梁由于采用U型钣金件焊接结构而导致的零件数量多、重量大、模具成本高、刚度强度低以及总成精度差、表面质量差等问题，本发明提供了一种车辆前指梁，其上前指梁和下前指梁均采用截面为整体封闭的矩形结构的中空管制成，使机舱两侧结构简化，具有强度高、抗扭曲能力强、使用寿命长等优点。

本发明所提供的技术方案为：

一种车辆前指梁，其包括上前指梁以及与所述上前指梁焊接连接的下前指梁，所述上前指梁和所述下前指梁均为整体的中空管结构。

进一步的，所述上前指梁和所述下前指梁的截面形状均为整体封闭的矩形。

本发明车辆前指梁的上前指梁和下前指梁均为整体的中空管结构，具有以下优点：

(1)使得机舱两侧结构简化，零件数量减少，节约模具成本，同时，有利于减轻零件重量，实现汽车轻量化；

(2)提高了零件的强度、刚度和疲劳强度，增加使用寿命；

(3)提高加工精度，减少装配误差，从而提高产品质量，产品结构设计更灵活；

(4)简化生产流程，提高生产效率。

本发明车辆前指梁的这种结构对于零件制造也提出了更高的要求，因此，针对本发明车辆前指梁的这种结构，本发明还提供一种上述车辆前指梁的成形方法，其是采用内高压充液成形方法，通过优化工艺而得到合格的车辆前指梁产品。

本发明所提供的技术方案为：

一种车辆前指梁的成形方法，首先采用内高压充液成形方法分别成形上前指梁和下前指梁，然后再将成形好的上前指梁和下前指梁焊接一起，而得到所述车辆前指梁。

进一步的，所述的内高压充液成形方法包括以下步骤：

选取中空管材作为坯料，根据所要成形的零件的结构，对管材坯料进行预成型处理；

将预成型后的管材坯料放入由上模具和下模具构成的充液成形模具的型腔中，所述充液成形模具的型腔结构与所要成形的零件的结构相同，将上模具和下模具合模，并通过管材坯料两端的液压压头将充液成形模具的型腔和管材坯料的中空结构密封；

向管材坯料的中空结构中注满液体介质，并对液体介质加压，同时，管材坯料两端的液压压头轴向相对运动对管材坯料进行补料，管材坯料在液体管材的压力和液压压头的轴向压力作用下开始塑性变形，并最终与所述充液成形模具的型腔内壁贴合，得到成形后的管材；

保压一定时间后，卸去成形后的管材的内外压力，并将所述充液成形模具分模；

取出成形后的管材，并对成形后的管材进行钻孔、割孔、齐头后，即得所要成形的零件，所述所要成形的零件为上前指梁或下前指梁。

进一步的，所述的对管材坯料进行预处理的步骤包括：

利用弯管机将管材坯料在其轴向的相应位置处折弯。

进一步的，所述的对管材坯料进行预处理的步骤还包括：

将折弯后的管材坯料拍扁成与所要成形的零件的截面形状近似的方管。

进一步的，所述的选取中空管材作为坯料的步骤中，所述中空管材为钢管，其直径为57mm，长度为1880mm，厚度为1.5mm。

进一步的，所述充液成形模具的合模压力为20000KN。

进一步的，所述通过液压压头向管材坯料密封的中空结构中注满液体介质，并对液体介质加压的步骤中，液体介质的压力为113MPa。

本发明车辆前指梁的成形方法与传统的车辆前指梁冲压焊接工艺相比，具有以下优点：

由于上前指梁和下前指梁无焊接连接、截面形状封闭，大大提高了零件的刚度和强度，特别是疲劳强度，延长使用寿命；

减轻零件重量，实现汽车轻量化制造工艺；

减少零件和模具数量，降低模具成本，模具费用降低；

零件数量减少，不需要多个零件焊接组装步骤，减少焊接量，提高效率；

由于本发明采用内高压充液成形的车辆前指梁零件是整体封闭的中空管结构，使得零件的回弹等缺陷得到有效抑制，且有较高的表面质量，零件尺寸较精确稳定，提高零件质量。

附图说明

图1表示车辆前指梁的结构示意图；

图2表示现有技术中车辆前指梁的上前指梁的截面结构示意图；

图3表示本发明车辆前指梁的上前指梁的截面结构示意图；

图4表示本发明车辆前指梁的成形方法中将管材坯料进行折弯处理后的结构示意图；

图5表示本发明车辆前指梁的成形方法中将管材坯料拍扁后的结构示意图；

图6表示本发明的车辆前指梁的成形方法中将预处理后的管材坯料放入充液成形模具中的结构示意图；

图7表示本发明的车辆前指梁的成形方法中充液成形时的结构示意图；

图8表示本发明的车辆前指梁的成形方法成形后的下前指梁的结构示意图；

图9表示本发明的车辆前指梁的成形方法成形后的上前指梁的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，车辆前指梁通常是由上前指梁1和下前指梁2两个零件焊接而成，上前指梁1和下前指梁2上具有多个弯折部。如图3所示，本发明的车辆前指梁的上前指梁1和下前指梁2均是采用整体结构的中空管制成，上前指梁1和所述下前指梁2的截面形状均为整体封闭的矩形。

本发明车辆前指梁与传统的车辆前指梁相比，具有以下优点：由于本发明车辆前指梁的上前指梁1和下前指梁2均为一整体的中空管结构，零件数量减少，从而使得机舱两侧结构简化，同时，零件数量减少有利于汽车实现轻量化；上前指梁1和下前指梁2为整体的中空管结构，提高了零件的强度、刚度和疲劳强度，增加使用寿命；上前指梁1和下前指梁2为整体的中空管结构，无需焊接，提高了加工精度，减少了装配误差，从而提高产品质量，同时，产品结构设计也更灵活；上前指梁1和下前指梁2为整体的中空管结构，无需焊接步骤，简化了生产流程，提高生产效率；上前指梁1和下前指梁2为整体的中空管结构，模具数量减少，节约了模具成本。

当然，本发明车辆前指梁的这种结构对于零件制造也提出了更高的要求，因此，针对本发明车辆前指梁的这种结构，本发明还提供一种上述车辆前指梁的成形方法，其是在常温下采用内高压充液成形方法，并通过优化工艺加工得到合格的车辆前指梁产品。

本发明车辆前指梁的成形方法，首先采用内高压充液成形方法分别成形上前指梁1和下前指梁2，然后再将成形好的上前指梁1和下前指梁2焊接一起，而得到所述车辆前指梁。

其中，内高压充液成形方法所采用的是内高压充液成形设备，该内高压充液成形设备可采用现有的内高压充液成形装置，其包括由上模具31和下模具32构成的充液成形模具3以及液压压头等，其中，充液成形模具3的型腔结构与所要成形的零件产品结构相同。

下面以下前指梁2的成形方法为例，来说明本发明的内高压充液成形方法，其包括以下步骤：

(1)制坯：

选取中空管材作为坯料，管材坯料2’的直径需根据所要成形的下前指梁2的截面尺寸并结合管材的涨形率来确定。

本实施例中，选取的中空管材为钢管，其尺寸为：直径57mm，长度1880mm，厚度1.5mm。

(2)预成型处理：

首先，如图4所示，根据所要成形的下前指梁2的折弯部的结构，将管材坯料2’用数控弯管机在其轴向相应位置处折弯，折弯后的管材坯料2’的轴向与所要成形的下前指梁2的轴向一致；

然后，将折弯后的管材坯料2’拍扁(如图5中A局部所示)，使得圆形的管材坯料2’拍扁成与所要成形的下前指梁2的截面形状近似的方管；

本步骤中，管材坯料2’可以放入预成型模具中拍扁，所述预成型模具可以采用普通的凹凸模，也可以借助其他工具或直接拍扁成与所要成形的下前指梁2截面形状近似的方管。

预成型处理步骤可便于管材坯料2’放入充液成形模具中，同时，预成型处理后的管材坯料2’也便于在充液成形模具3中进行塑性变形。

(3)合模、密封：

如图6所示，将预处理后的管材坯料2’置于充液成形模具3中，该充液成形模具3的型腔形状与所要成形的前指梁的形状相同，管材坯料2’的两端对准充液成形模具3两端的开口，充液成形模具3合模、密封，并将充液成形用液压压头推入充液成形模具3的两端开口处，使得充液成形模具3的型腔、管材坯料2’的中空结构与管材坯料2’两端的液压压头形成一个密封的空腔。

其中，充液成形模具3的合模力可根据以下公式计算：

F＝PS，

式中，

S为充液成形模具3的型腔分模面处的投影面积，单位为mm2；

P为充液成形过程中充液成形模具3型腔中压力，单位为Mpa。

本实施例中，优选的合模力大小为11900～20000KN。

(4)充液、加压、成形：

如图7所示，向管材坯料2’的中空结构中注满液体介质，并锁闭充液成形模具3，在对液体介质加压的同时，将管材坯料2’两端的液压压头轴向相对运动对管材坯料2’进行挤压补料，管材坯料2’在液体管材的压力和液压压头的轴向压力作用下开始塑性变形，并最终与所述充液成形模具3的型腔内壁贴合，得到成形后的管材。

其中，在所要成形零件材料和厚度确定的情况下，液体介质的压力的大小与所要成形零件的圆角半径成反比，管材坯料2’充液成形所需最小液体介质

式中，S为充液成形模具3的型腔分模面处的投影面积，单位为mm2，S＝πr2，r是零件最小圆角半径；

σ_s是所要成形零件材料的屈服强度；

t是所要成形零件材料的料厚，单位为mm。

本实施例中，管材毛坯采用20#钢，管材坯料2’料厚为1.5mm，σ_s为245MPa，所要成形零件圆角的最小半径为r＝6.5mm，因此，成形时所需的最小液体压力为113MPa。

(5)泄压：

保压一定时间后，卸去成形后的管材的内外压力，并将充液成形模具3分模。

(6)、切边、机加工：

如图8所示，取出成形后的管材，并对成形后的管材进行钻孔、割孔、齐头后，即得所要成形的下前指梁2。

另外，本实例中，结合所要成形的下前指梁2的管材坯料2’的直径、液体介质的压力以及充液成形模具3的合模力等参数，确定内高压充液成形设备的主要参数，如表1所示：

表1内高压充液成形设备的主要参数

以上所涉及的内高压充液成形设备中台面有效尺寸、合模压力机最大行程、水平缸最大推力等参数，本领域人员都能理解其所指含义，在此不再对其含义进行解释说明。

本发明车辆前指梁的上前指梁1的成形方法与下前指梁2的成形方法相同，都是采用金属钢管为管材坯料，根据所要成形的上前指梁1的截面尺寸选取钢管坯料的直径，并再对钢管坯料进行折弯、拍扁等预成型处理，借助专用的内高压充液成形设备向密封的钢管坯料内注入液体介质并加压，同时在钢管坯料两端施加轴向压力进行补料，在液体介质压力以及液压压头轴向压力的作用下，钢管坯料发生变形并与充液成形模具3型腔内壁贴合，得到形状与精度均符合要求的上前指梁1，再经过钻孔、割孔、齐头后即得如图9所示的成形后的上前指梁1。

与传统的冲压焊接工艺相比，本发明车辆前指梁的内高压充液成形方法有以下优点：

由于上前指梁1和下前指梁2无焊接连接，其截面形状为整体封闭的矩形，大大提高了零件的刚度和强度，特别是疲劳强度，延长使用寿命；

减轻零件重量，实现汽车轻量化制造工艺；

减少零件和模具数量，降低模具成本，模具费用降低30％左右；

零件数量减少，不需要多个零件焊接组装步骤，减少焊接量，提高效率；

由于本发明采用内高压充液成形的车辆前指梁零件是整体封闭的中空管结构，使得零件的回弹等缺陷得到有效抑制，且有较高的表面质量，零件尺寸较精确稳定，提高零件质量。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种车辆前指梁，其包括上前指梁以及与所述上前指梁焊接连接的下前指梁，其特征在于：所述上前指梁和所述下前指梁均为整体的中空管结构。

2.根据权利要求1所述的车辆前指梁，其特征在于：所述上前指梁和所述下前指梁的截面形状均为整体封闭的矩形。

3.一种如权利要求1或2任一项所述的车辆前指梁的成形方法，其特征在于：其是首先采用内高压充液成形方法分别成形上前指梁和下前指梁，然后再将成形好的上前指梁和下前指梁焊接一起，而得到所述车辆前指梁。

4.根据权利要求3所述的车辆前指梁的成形方法，其特征在于，所述的内高压充液成形方法包括以下步骤：

选取中空管材作为坯料，根据所要成形的零件的结构，对管材坯料进行预成型处理；

将预成型后的管材坯料放入由上模具和下模具构成的充液成形模具的型腔中，所述充液成形模具的型腔结构与所要成形的零件的结构相同，将上模具和下模具合模，并通过管材坯料两端的液压压头将充液成形模具的型腔和管材坯料的中空结构密封；

向管材坯料的中空结构中注满液体介质，并对液体介质加压，同时，管材坯料两端的液压压头轴向相对运动对管材坯料进行补料，管材坯料在液体管材的压力和液压压头的轴向压力作用下开始塑性变形，并最终与所述充液成形模具的型腔内壁贴合，得到成形后的管材；

保压一定时间后，卸去成形后的管材的内外压力，并将所述充液成形模具分模；

取出成形后的管材，并对成形后的管材进行钻孔、割孔、齐头后，即得所要成形的零件，所述所要成形的零件为上前指梁或下前指梁。

5.根据权利要求4所述的车辆前指梁的内高压充液成形方法，其特征在于，所述的对管材坯料进行预处理的步骤包括：

利用弯管机将管材坯料在其轴向的相应位置处折弯。

6.根据权利要求5所述的车辆前指梁的内高压充液成形方法，其特征在于，所述的对管材坯料进行预处理的步骤还包括：

将折弯后的管材坯料拍扁成与所要成形的零件的截面形状近似的方管。

7.根据权利要求4所述的车辆前指梁的内高压充液成形方法，其特征在于：所述的选取中空管材作为坯料的步骤中，所述中空管材为钢管，其直径为57mm，长度为1880mm，厚度为1.5mm。

8.根据权利要求7所述的车辆前指梁的内高压充液成形方法，其特征在于：所述充液成形模具的合模压力为20000KN。

9.根据权利要求8所述的车辆前指梁的内高压充液成形方法，其特征在于：所述通过液压压头向管材坯料密封的中空结构中注满液体介质，并对液体介质加压的步骤中，液体介质的压力为113MPa。

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