CN103373391A - 套筒和管状梁组件及将管状梁组装至纵梁的方法 - Google Patents
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Abstract
本本发明提供一种套筒和管状梁组件及将管状梁组装至纵梁的方法。具体地讲，提供一种套筒和管状梁组件以及用钢质套筒将铝质管状梁组装至钢质箱形框架纵梁的方法。通过压接接头或通过折边凸缘将套筒连接至管状梁。钢质套筒可以有效地焊接至其组装的钢质箱形框架纵梁。可在套筒和管状梁之间提供粘合剂。
Description
技术领域
本发明涉及一种由轻质材料制成的车辆的梁或管状部件，通过压接接头连接该梁或管状部件和不同材料的套筒。
背景技术
使用轻质材料是在车辆中减少车重并改善燃料经济性的一种有效方式。铝是一种有前景的材料，其可以实现40%的重量减轻同时仍然满足结构上的性能目标。例如，铝质横梁可用作轻型卡车车架的部件。然而，连接铝质横梁至钢质车架纵梁具有挑战性，特别是当横梁是封闭截面（closed section）部件时。接合在一起的接头较硬并且没有最大化用于封闭截面部件和横梁的重量减轻。
用于组装钢质横梁和钢质纵梁的连接技术是得到确认的并且是可靠的。通常，穿过钢质纵梁切割开口，将钢质横梁放入开口，然后再用金属惰性气体电弧焊（MIG）焊接在一起。另一方面，用MIG焊将铝质横梁焊接至钢质纵梁是具有挑战性的任务，其需要特别的焊接技术和设备。
本发明解决了上述挑战和问题以及下文总结的其它问题。
发明内容
提议的解决方案的主旨是将铝质管状部件或横梁在管状部件的末端与钢质套筒连接。虽然其主旨是围绕铝质管状部件，但是该解决方案还可应用于纤维增强复合材料，比如玻璃纤维或碳纤维复合材料部件。将钢质套筒压接至管状部件以阻止铝质管状部件和钢质套筒之间的相对移动。用于将钢质横梁连接至钢质纵梁的现有工艺可用于将钢质套筒连接至钢质纵梁。
提议了三种方法用于将钢质套筒应用至具有矩形截面的铝质横梁。在第一种方法中，铝质横梁以紧密匹配放置在钢质套筒内。将套筒和管状部件组装并压接在一起以形成双层部分。可在管状部件的末端附近提供两个带状形状的压接头以连接铝质管状部件和钢质套筒。在第二种方法中，铝质横梁可首先放置在钢质套筒内并通过在横梁和套筒末端附近应用的花键类型的压接头压接至组装的横梁和套筒的双层部分。第三种方法是首先将管状横梁放进钢质套筒。将钢质套筒或铝质管状部件中一者的末端折边（hem）在组件的末端上。可以去除钢质套筒或铝质管状部件的角落。将剩下的凸缘折边以将套筒固定至铝管的末端。
根据本发明的一方面，提供了一种包括铝质管状梁和组装在管状梁的一部分上的钢质套筒的组件。压接头互锁套筒和管状梁以提供套筒和管状梁组件。钢质纵梁形成的开口容纳套筒和管状梁组件，然后用焊缝将套筒和管状梁组件固定至纵梁。
铝管的边缘可短于钢质套筒的边缘终止以在组件的末端处只留下单层钢。可根据现有的焊接工艺将单层钢连接至钢质纵梁。
根据本发明涉及上述组件的其它方面，可在套筒和管状梁之间施加粘合剂以实现额外的强度和耐用性。可替代地，可在管状梁和套筒之间施加密封剂或者基于铝的钎焊以防止流体渗到套筒下面。还可以使用粘合剂来形成套筒下面的密封。压接头可以是带状的压接区域或者花键形状的压接区域。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括管状梁和组装在管状梁的末端部分上的套筒的组件。折边凸缘在管状梁的末端部分处将套筒固定至管状梁以提供套筒和管状梁组件。钢质纵梁形成容纳套筒和管状梁组件的开口，焊缝将套筒和管状梁组件固定至纵梁。
根据本发明涉及前文组件的其它方面，折边凸缘可进一步包括套筒上形成的延伸于管状梁末端上而形成的多个凸缘。套筒可包括在多个角落处接合的多个侧边，其中，从套筒去除角落的一部分以形成多个凸缘。相反地，折边凸缘可进一步包括在管状梁上形成的延伸于套筒末端上的多个凸缘。管状部件可包括在多个角落处接合的多个侧边。可从管状梁去除角落的一部分以形成多个凸缘。
本发明的又一方面涉及组装管状部件和纵梁的方法，包括组装由第一材料形成的套筒和由不同于第一材料的第二材料成形的管状部件，通过在局部区域将套筒压缩进管状部件而将套筒压接在管状部件上，然后将套筒焊接至纵梁。
根据本发明的其它方面，纵梁由第一材料制成，其中，第一材料和用于形成套筒的材料是相同的材料。所述方法还可以包括在套筒和管状部件之间施加粘合剂、密封剂或钎焊材料的步骤。套筒可从管状部件的末端向外延伸。
根据本发明涉及组装管状部件和纵梁的方法的其它方面，所述方法包括将由第一材料形成的套筒组装在由不同于第一材料的第二材料成形的管状部件上。所述方法还可包括通过将套筒和管状部件中一者的凸缘折叠在套筒和管状部件的另一者上而将套筒折边至管状部件上，然而焊接套筒和纵梁。
根据公开的方法的其它替代方面，方法可进一步包括在套筒和管状部件之间施加粘合剂。所述方法可进一步包括在套筒上成形多个凸缘，其中，多个凸缘在折边步骤之前从管状部件向外延伸并且多个凸缘折叠在管状部件的末端上。可替代地，所述方法可进一步包括在管状部件上形成多个凸缘，其中，多个凸缘在折边步骤之前从套筒向外延伸并且多个凸缘折叠在套筒的末端上。管状部件可包括在多个角落处接合的多个侧边，并且方法可进一步包括从管状部件去除角落以形成多个凸缘。可替代地，套筒可包括在多个角落处接合的多个侧边，并且方法可进一步包括从套筒去除角落以形成多个凸缘。
参考附图和下文对具体实施例的详细描述将会更好地理解本发明的上述方面和其它方面。
附图说明
图1是通过套筒连接至纵梁的管状梁的局部立体图；
图2是沿图1中的线2-2截取的剖面图；
图3是通过套筒的可替代的实施例连接至纵梁的管状梁的局部立体图；
图4是沿图3中的线4-4截取的剖面图；
图5是沿图3中的线5-5截取的剖面图；
图6是通过套筒连接至纵梁的管状梁的局部立体图，该套筒通过在管状梁上折边的套筒的凸缘而保持在管状梁上；
图7是沿图6中的线7-7截取的剖面图；
图8是通过套筒连接至纵梁的管状梁的局部立体图，该套筒通过在套筒上折边的管状梁的凸缘而保持在管状梁上；
图9是沿图8中的线9-9截取的剖面图。
具体实施方式
下面提供本发明说明性实施例的具体描述。本发明公开的实施例作为示例可以以各种替代的形式来实施。附图无需按比例绘制。可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。本申请中公开的具体结构和功能细节不应解释为限定，而仅为教导本领域技术人员怎样实施本发明的代表性基础。
参考图1和2，显示了管状梁（或管状部件）10，出于减轻组装重量的目的，该管状梁10可采用铝来形成。还显示了用钢制成的箱形（box）框架纵梁12。由钢制成的套筒16组装至管状梁10并且容纳在形成在箱形框架纵梁12中的开口18中。套筒具有内径（ID）或内表面20，其面对面地与梁外径（OD）或外表面22组装。通过将套筒16保持在管状梁10上的一对带状压接头24将套筒16固定至管状梁10。可在套筒内径（ID）20和梁外径（OD）22之间施加粘合剂以在套筒16和管状梁10之间的界面提供额外的强度。可在套筒16的一端或两端应用钎焊或密封剂来连接套筒16和管状梁10以防止水分在标号26指示的区域中在套筒16和管状梁10之间渗透。在箱形框架纵梁12的开口18周围可形成传统的钢对钢（steel-to-steel）的焊缝28以将套筒16固定至纵梁12。
应注意，在图1和2的实施例中，将钢质套筒16焊接至钢质箱形框架纵梁12，从而排除将铝质管状梁10焊接至组件的任何其它部件的需求。
参考图3至图5，显示了由铝形成的管状梁30连接至可由钢制成的箱形框架纵梁32。在将管状梁和套筒组装至箱形框架纵梁32之前，将钢质套筒36组装至管状梁30。箱形框架纵梁32形成有将管状梁30和套筒36组件插入其中的开口38。以面对面的关系组装套筒36的内表面40和管状梁30的外表面42。
在套筒36和管状梁30上形成花键形状的压接头44以将套筒36固定至管状梁30。可在套筒36和管状梁30之间施加粘合剂以将两个部件黏合在一起。可通过在套筒36的一个或两个外端46处应用钎焊或密封剂而密封钢质套筒36和铝质管状梁30。可在套筒36和箱形框架纵梁32之间提供焊缝48。由于套筒36和箱形框架纵梁32都是用钢形成的，所以可通过传统的钢焊接工艺形成焊缝48。
参考图6和图7，显示了组装的另一个替代实施例，其中，通过设置在管状梁50和箱形框架纵梁52之间的套筒56将管状梁50组装至箱形框架纵梁52。套筒56和箱形框架纵梁52都是用钢形成的，而管状梁50可以由铝形成以减小组件的重量。在箱形框架纵梁52中提供有将组装的套筒56和管状梁50插入其中的开口58。套筒56具有组装至管状梁50的内表面以面对面地与管状梁50的外表面62接触。在套筒56上形成有折边凸缘64。套筒56的折边凸缘64可通过去除矩形形状套筒56的角而形成。通过去除套筒56的角，在套筒的每侧提供向内折叠并位于管状梁50内侧的凸缘。可在套筒56和箱形框架纵梁52之间的开口58处提供钢对钢的焊缝66。钢质套筒56还可密封至铝质管状梁50。除了在套筒56和梁50之间施加粘合剂之外或者替代施加粘合剂，还可使用钎焊或密封剂。
参考图8和图9，显示了组装的又一个实施例，其中，通过套筒76将管状梁70固定至箱形框架纵梁72。优选地，套筒76和箱形框架纵梁72由相同的材料（即钢）形成，而管状梁70可由铝或复合材料形成。箱形框架纵梁72形成有开口78并且该开口容纳套筒76在管状梁70上方的组件。套筒76的内径80可组装在梁70的外径82上。在图8和图9的实施例中，通过去除管状梁的角以形成从管状梁70的壁延伸的凸缘而在管状梁70上形成折边凸缘84。在管状梁上向外形成折边凸缘84以抵靠在套筒76的外表面。如参考之前的实施例在上文描述的，可在86处施加粘合剂以连接套筒76的内径80和梁70的外径82。如参考图1至图7的实施例在上文描述的，可在箱形框架纵梁72和套筒76的接合处提供传统的钢对钢的焊缝88。管状梁70可钎焊至套筒76或者如上文描述的采用其它方式密封。
最初参考图1和图2描述了将管状梁10组装至箱形框架纵梁12的方法。将套筒16组装在管状梁10上而钢质套筒16从箱形框架纵梁12向外延伸。套筒16可延伸穿过箱形框架纵梁12的两个壁。管状梁10可插入并穿过箱形框架纵梁12的一个壁并在箱形框架纵梁12内终止。在该方法中，没有将钢质套筒16的外端焊接至钢质车架纵梁12的焊接操作的干涉。套筒16通过带状形状的压接头24固定至管状梁10。此外，可在管状梁10和套筒16之间施加粘合剂以在套筒16和管状梁10之间的接合处提供额外的强度。
除了使用花键形状的压接头44将套筒36保持在管状梁30上之外，用套筒36组装管状梁30和箱形框架纵梁32的方法和图1以及图2的实施例描述的方法实质相同。
通过首先将套筒56组装在管状梁50上而实施用套筒56将管状梁50组装至箱形框架纵梁52的方法。可在套筒56的内径（ID）60和管状梁50的外径（OD）62之间施加粘合剂。可通过切割套筒56的角落部分以形成四个凸缘（套筒56的每侧上一个）而处理套筒56的末端。随后在管状梁50的末端上形成凸缘以形成折边凸缘64。
在图8和和9的实施例中，用套筒76将管状梁70组装至箱形框架纵梁72的方法大体类似于图6至图7实施例中的组装方法。管状梁70的角被切掉以在管状梁70的四侧提供四个凸缘。凸缘向外形成并位于套筒76的外表面上以形成折边凸缘84。同样，可在套筒76和管状梁70之间施加粘合剂以提供额外的保持强度。在箱形框架纵梁72和套筒76之间提供的焊缝88是传统的钢对钢的焊缝。
尽管上文描述了示例性实施例，但并非意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。相反，说明书中使用的词语为描述性词语而非限定性词语，并且应理解，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种改变。此外，可组合各种执行实施例的特征以形成本发明进一步的实施例。
Claims (20)
1.一种套筒和管状梁组件，包括：
管状梁为铝质管状梁；
组装在所述管状梁上的钢质套筒；
互锁所述套筒和所述管状梁以提供套筒和管状梁组件的压接头；
形成有容纳所述套筒和管状梁组件的开口的钢质纵梁；以及
将所述套筒和管状梁组件固定至所述纵梁的焊缝。
2.根据权利要求1所述的套筒和管状梁组件，所述套筒和管状梁组件还包括在所述套筒和所述管状梁之间施加的粘合剂。
3.根据权利要求1所述的套筒和管状梁组件，其特征在于，所述压接头是带状的压接区域。
4.根据权利要求1所述的套筒和管状梁组件，其特征在于，所述压接头是花键形状的压接区域。
5.一种套筒和管状梁组件，包括：
管状梁；
组装在所述管状梁的端部上的套筒；
在所述管状梁的端部处将所述套筒固定至所述管状梁以提供套筒和管状梁组件的折边凸缘；
形成有容纳所述套筒和管状梁组件的开口的纵梁；以及
将所述套筒和管状梁组件固定至所述纵梁的焊缝。
6.根据权利要求5所述的套筒和管状梁组件，其特征在于，所述折边凸缘还包括所述套筒上形成的在所述管状梁末端上延伸而形成的多个凸缘。
7.根据权利要求6所述的套筒和管状梁组件，其特征在于，所述套筒包括在多个角落处接合的多个侧边，其中，从所述套筒去除所述角落以形成所述多个凸缘。
8.根据权利要求5所述的套筒和管状梁组件，其特征在于，所述折边凸缘还包括在所述管状梁上形成的在所述套筒末端上延伸而形成的多个凸缘。
9.根据权利要求8所述的套筒和管状梁组件，其特征在于，所述管状梁包括在多个角落处接合的多个侧边，其中，从所述管状梁去除所述角落以形成所述多个凸缘。
10.根据权利要求5所述的套筒和管状梁组件，其特征在于，所述套筒和管状梁组件包括将所述套筒黏合至所述管状梁的粘合剂。
11.一种将管状部件组装至纵梁的方法，所述方法包括：
将由第一材料形成的套筒组装至由不同于所述第一材料的第二材料形成的管状部件；
通过在局部区域将所述套筒压缩进所述管状部件而将所述套筒压接在所述管状部件上；
将所述套筒焊接至所述纵梁。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述纵梁由所述第一材料制成。
13.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括在所述套筒和所述管状部件之间施加粘合剂的步骤。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述套筒从所述管状部件的末端向外延伸。
15.一种将管状部件组装至纵梁的方法，所述方法包括：
将由第一材料形成的套筒组装在由不同于所述第一材料的第二材料形成的所述管状部件上；
通过将所述套筒和管状部件中一者的凸缘折叠在所述套筒和管状部件的另一者上而将所述套筒折边在所述管状部件上；
将所述套筒焊接至所述纵梁。
16.根据权利要求15所述的方法，所述方法包括在所述套筒和所述管状部件之间施加粘合剂。
17.根据权利要求15所述的方法，所述方法还包括在所述套筒上形成多个凸缘，其中，所述多个凸缘在所述折边步骤之前从所述管状部件向外延伸并且所述多个凸缘折叠在所述管状部件的末端上以形成多个折边凸缘。
18.根据权利要求15所述的方法，所述方法还包括在所述管状部件上成形多个凸缘，其中，所述多个凸缘在所述折边步骤之前从所述套筒向外延伸并且所述多个凸缘折叠在所述套筒的末端上以形成多个折边凸缘。
19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述管状部件包括在多个角落处接合的多个侧边，其中，所述方法还包括从所述管状部件去除所述角落以形成多个凸缘。
20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述套筒包括在多个角落处接合的多个侧边，其中，所述方法还包括从所述套筒去除所述角落以形成多个凸缘。
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| PB01 | Publication | ||
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Application publication date: 20131030 |