CN104512470A - 用于车辆支柱的外板及其制造方法和轧制装置 - Google Patents

Abstract

用于车辆支柱的外板的横向截面形状包括中央部、在其相反两侧用于结合到内板的凸缘、以及中央部与凸缘部之间的相反两侧部，其中位于中央部的相反两侧的各个侧部具有厚度小于中央部的厚度的碰撞能量吸收区段。

Description

用于车辆支柱的外板及其制造方法和轧制装置

技术领域

本发明涉及用于车辆支柱的外板及其制造装置和方法。更具体地，本发明涉及在碰撞过程中能够增强能量吸收效率的中柱用外板，以及用于制造该外板的轧制装置和轧制方法。

背景技术

通常，车辆的形状通过装配压制板而形成，使得压制板相应于车身框架的各个部分，并且车辆的中柱也通过装配多个板而形成。

一般的中柱通过装配外板和内板而形成，并且外板与内板之间的空间具有闭合截面。在该空间内安装加强板或者填充用于防止噪声引入或传递的填充材料。

图1和2是示出中柱的外板的视图。图1示出通过热冲压方法制造的外板2，且图2示出通过应用TRB方法制造的外板2。

根据相关技术，通过热冲压方法制造中柱外板2以在提高强度的同时减轻重量，并在外板内侧安装加强板以加强强度。

然而，由于通过热冲压方法制造的板具有过高的强度，因此支柱的变形因侧向碰撞过程中的断裂而变得过度。因此，已知通过应用轧制差厚板（tailor rolled blank，TRB）方法制造板的技术。

TRB是一种通过在轧制工艺中改变辊之间的间隙制造厚度不同的材料的轧制技术。由于TRB允许产品部分具有高强度和轻重量，减少制造工艺的数目，并提高结构强度，因此其被广泛用于制造厚度不同的车身部件。

当将TRB技术应用于板的制造时，板（外板）可被制造成沿长度方向（纵向，即关于车身的高度方向）具有多个厚度不同的区段。

当应用纵向厚度可变的形状时，需要高强度的部分的厚度可相对较大。因此，可去除现有的加强板，并且由于去除加强板可实现轻质。

应用TRB技术制造车身板的现有技术文件包括韩国专利申请公开第10-2009-0024880号（公开于2009年3月10日）。在现有文件中熟知使辊压机上端的工作辊与其下端的工作辊之间的两个钢板重叠的技术，但是一个板通常被TRB轧制以制造具有厚度可变结构的板。

国际公开第WO 2012/126697号公开一种通过应用TRB技术制造相对于其纵向截面具有厚度差的中柱用板的技术。

图3是示出沿图2中线A-A截取的截面的厚度变化的视图，并示出当应用TRB方法时，板2的厚度根据板2沿其长度方向的位置改变（渐变）。

参考图3，被施加门支承力的板2的竖直中间部分（‘c’部分）的厚度被制作成较大从而局部加强板2，并且加强板所位于的部分（‘d’部分）的厚度在‘c’部分的上侧被制作成更大。

图4是示出应用TRB方法的轧制装置的视图。为制造具有厚度可变结构的外板，作为板材的钢板1通过上下轧辊11与12之间以便执行TRB轧制从而使钢板的厚度渐变，并且通过包括绘制（drawing）和修整（trimming）以及后续工艺例如孔加工的压制工艺完成具有期望形状的外板。

此处，在TRB轧制工艺中，通过控制上下两个轧辊11和12的垂直位置来改变轧制钢板的厚度。

然而，由于通过TRB方法制造的板沿板纵向（高度方向）具有厚度差，因此板可仅在其纵向上断裂并可应对碰撞能量的吸收。

具体地，由于图3中的板2的下端（‘P’区域）仍然具有较高的强度，板2可在碰撞时断裂。并且现有技术的TRB工艺中只能在板2的纵向（关于车身方向的高度方向，即图2的A-A方向）改变厚度，所以在碰撞时容易在厚度不同的边界处发生弯折。

如图5所示，在根据相关技术的中柱中，外板2的相反两侧面2b在其侧向碰撞期间可能因外板2和内板3相互结合的截面中的强碰撞能量而断裂或者凸缘2c的焊接点可能断裂。

上述在该背景技术部分公开的信息仅用于增强对本发明一般背景的理解，并且不应作为承认或任何形式地暗示该信息构成本领域技术人员已经知晓的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面提供在碰撞期间可以提高能量吸收效率的支柱板及其制造装置和方法。

本发明的各个方面提供用于车辆支柱的外板，其横向截面形状具有中央部、在其相对两侧用于结合到内板的凸缘、以及中央部与凸缘部之间的相反两侧部，其中位于中央部的相反两侧的各个侧部具有厚度小于中央部的厚度的碰撞能量吸收区段。

本发明的各个方面提供用于通过对钢板进行轧制差厚板（TRB）轧制来产生厚度差从而制造具有碰撞能量吸收区段的外板的轧制装置，该钢板是外板的材料，在外板中位于中央部的相对两侧的侧部与中央部相比具有减小的厚度，其中两个辊纵向布置在与由钢板制造的外板的长度方向平行的方向上，使得通过使穿过上轧辊和下轧辊的钢板的宽度方向与外板的长度方向相同来使钢板穿过两个轧辊之间，并且上轧辊和下轧辊中的一个是具有其中圆形截面的一侧形成有突起的截面形状的辊。

本发明的各个方面提供用于制造外板的方法，在外板中位于中央部的相对两侧的侧部具有其厚度小于中央部的厚度的碰撞能量吸收区段，该方法包括：轧制步骤，对作为外板材料的钢板进行TRB轧制从而使钢板沿轧制方向产生厚度变化；以及处理步骤，对已经经过轧制步骤的钢板进行压制和切割从而产生外板的形状，其中在轧制步骤中，通过使钢板穿过两个轧辊之间使得穿过上轧辊和下轧辊的钢板的宽度方向与外板的长度方向相同，来延轧制方向产生钢板将要成为中央部和侧部的部分的厚度差。

由于制造宽度方向（横向）厚度可变结构来制造板中的能量吸收区域，因此可以构成支柱和车身结构，经其在支柱碰撞期间能够提高能量吸收性能并可以减少对乘客造成的损坏。

具体地，由于外板的侧面的厚度减小部分在外板断裂之前吸收能量，因此在乘客生存空间方面更加有利。

本方法和装置具有根据一起用于解释本发明的某些原理的本文引入的附图和以下具体实施方式显而易见的其他特征和优势。

附图说明

图1和2是示出中柱的外板的透视图；

图3是示出根据相关技术的通过TRB方法制造的中柱的外板中纵向厚度变化的视图；

图4是示出应用TRB方法的常规轧制装置的视图；

图5是用于解释根据相关技术的应用TRB板的中柱的问题的截面图；

图6是示意性示出应用根据本发明的外板的示例性中柱的截面图；

图7是示出示例性轧辊的长度方向和轧制方向，以及本发明的示例性外板的长度方向的视图；

图8是示出本发明的示例性外板的截面厚度变化的视图；

图9是示出根据本发明的应用非对称辊的示例性轧制装置的视图；并且

图10是示出当应用根据本发明和根据相关技术的外板时中柱的变形模式的视图。

应当理解到，所附的附图并非必然是按比例的，其说明了本发明基本原理的各种特征的一定程度上简化的代表。本文公开的本发明的具体设计特征，包括，例如，具体大小、方向、位置和形状将部分取决于具体的既定用途和使用环境。

在附图中，附图标记在几张图中通篇指代本发明的相同或等同部件。

具体实施方式

现在将详细地参照本发明的各个实施方式，其实施例图示在所附附图中，并在下文加以描述。尽管将结合示例性实施方式描述本发明，但应当理解，本说明书无意于将本发明局限于这些示例性实施方式。相反，本发明不仅要涵盖这些示例性实施方式，还要涵盖由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代形式、修改、等效形式和其它实施方式。

本发明涉及用于车辆的支柱板，并且更具体地涉及可以提高车辆碰撞期间的能量吸收效率的中柱用外板。

而且，本发明涉及用于制造车用支柱板的装置和方法，并且更具体地涉及通过使用轧制差厚板（TRB）方法制造具有改进的厚度可变结构的外板的轧制装置和轧制方法。

在下文中，在说明书中，板的纵向指的是板的长度方向，即在装配车身时关于车身方向的板高度方向（沿图2中线A-A所取的方向）。

而且，板的横向指的是基本上垂直于纵向的方向，并且是指在装配车身时关于车身方向的向前/向后宽度方向（沿图2中线B-B所取的方向）。

在下文中，将参考附图对本发明的各个实施方式进行描述。图6是通过使用根据本发明的各个实施方式的外板而形成的中柱的截面图。

首先，在本发明的用于中柱的外板2中，制造可通过应用沿横向具有渐变厚度的横向厚度可变形状提高板的碰撞性能的能量吸收区域P1，以解决具有纵向厚度可变形状（厚度根据板的纵向渐变的形状）的常规问题。

图6示出通过横向切去中柱获得的截面形状，其中中柱应用根据本发明的各个实施方式的外板2，并且通过装配外板2和内板3形成整体中柱。

装配外板2和内板3以形成闭合截面结构，并且沿板2和3的相反两侧端形成的凸缘2c和3c彼此焊接。

外板2和内板3的横向截面形状可包括中央部2a和3a、在其相反两端的凸缘2c和3c、以及中央部2a和3a与凸缘2c和3c之间的侧部2b和3b。

本发明的外板2具有厚度根据其横向而变化的截面形状，并且在本发明的各个实施方式中，外板2具有侧部2b的厚度关于横向截面形状局部减小的形状以便在板中制造能量吸收区域P1。

也就是，在侧部1b中形成厚度可变的区段，逐渐减小然后再增大。厚度局部减小的区段提供用于吸收断裂之前的碰撞能量的区段，即能量吸收区域P1。

如果在外板2中设置厚度可变区段以便将能量吸收区域P1直接安装在中柱内，则侧部2b的厚度可变区段吸收碰撞能量从而防止由于侧向碰撞产生的碰撞能量被施加到中央部2a时的断裂。

同时，为了改变板2沿横向的厚度，具体地，为了局部减小侧部2b狭窄区域的厚度，需要改进的TRB技术和可以应用TRB技术的改进轧制装置。

在图4示出的常规TRB轧制装置中，由于在两个上下辊11和12轧制钢板1时，板的厚度通过调整两辊的竖直位置而改变，因此在图3中示出的阶梯式厚度分布中不存在板厚度变化的区段（厚度保持区段）的最小长度受到限制。

例如，在常规TRB方法中，存在一个限制（例如，‘c’部分的长度限制到约50mm），经其限制图3中‘c’部分的长度，并且通过图4的轧制装置不能实现小于50mm的长度。

因此，在TRB轧制工艺中，与常规压制方法相比，在该常规压制方法中将作为板材的钢板通过在与外板的横向（宽度方向）平行的方向上纵向布置的上下轧辊之间，本发明增加轧辊的长度使得钢板通过在与外板的长度方向（纵向）平行的方向上纵向布置的上下轧辊之间。

也就是，本发明和根据已知TRB方法的常规轧制装置的共同点是调整轧制装置的上下轧辊的竖直位置，但是轧辊的长度增加从而钢板被轧制使得通过两个轧辊之间的钢板的宽度方向（与轧制方向垂直的方向）与外板的长度方向相同。

图7是示出轧辊11和12的长度方向、轧制工艺中钢板1的辊通过方向、以及外板（板坏）的长度方向（纵向）之间的关系的视图，并且图8是示出本发明的外板的横向截面的厚度变化的视图。

在附图中，使外板的板坏的形状简化以帮助理解。

如图所示，考虑到待加工到外板的辊钢板的部分，钢板1通过轧辊11与12之间使得将要制造的外板的长度方向（纵向）与轧辊11和12的长度方向基本上相同。

也就是，钢板1通过轧辊11与12之间的方向，即轧制方向（与辊的长度方向垂直的方向）变成外板的横向（宽度方向）。

而且，阶梯式可变厚度区段的最厚部分可位于外板的中央部（图6中2a），并且这是因为在柱中中央部2a可直接接触碰撞对象，在该柱中，外板的上端与车身的顶梁重叠并且其下端连接到侧梁外板。

因此，外板的中央部2a的厚度被制作成较厚并且相反两侧部2b的厚度关于中央部2a减小（参见图6），在中央部2a的最厚部分设置在板的区段中具有预定宽度（关于钢板的预定长度）的厚度保持区段（图8的P2部分），并且设置厚度可变区段，其中作为相反两侧部的侧部的钢板部分的厚度减小然后再增大（参见图8）。

还在侧部2b的最薄部分中设置在板的区段中具有预定宽度的厚度保持区段（图8的P2部分），并且板的厚度从侧部的最薄部分向朝向板的侧方的凸缘2c增加（参见图8）。

然后，中央部的厚度保持区段P2的宽度设置成大于厚度保持区段P3的宽度。

凸缘2c的厚度设置成小于中央部的最大厚度以使其关于最大厚度在设定比例内，并且这是因为凸缘结合到中柱的内板以保持碰撞强度。

结果，厚度变化分布相应于W型厚度变化分布，而不是图3中的TRB的一般阶梯式分布，并且本发明通过应用W-TRB技术（即轧制板的技术）使得板具有W型厚度可变结构来制造能量吸收区域（图6的P1部分）。

由于厚度保持区段具有较小的区段长度并且图4的一般轧制装置在其厚度变化之后对保持区段的长度有限制（最小50mm），因此在直接使用轧制装置时可实现图8中的W型厚度可变结构。

因此，本发明的轧制装置使用不对称的上下轧辊来实现W-TRB轧制以便在钢板中形成小厚度保持区段。

图9是示出应用不对称辊的轧制装置的视图。作为例示，具有圆形截面的一般辊12被用作上下两个辊中的一个，并且具有圆形截面的一侧形成有突起11a的截面的辊11被用作另一个辊。

图9示出将具有突起11a的示例性辊11应用为上辊。

在应用不对称辊的轧制装置中，可通过调整上轧辊11和下轧辊12的竖直位置来形成本发明提出的能量吸收区域（图6的P1部分），并且可以在板中形成通过减少厚度保持区段获得的具有W形状的各种厚度可变结构。

在轧制过程中产生厚度差的钢板经由包括绘制和修整以及后续工艺例如孔加工的压制工艺而被完成为具有期望形状的外板。

绘制工艺是用于压制外板的形状的工艺，并且修整工艺是切割和分离所形成的的板使得所形成的板相应于外板的形状的工艺。

图10是示出当应用根据本发明和根据相关技术的外板时中柱的变形模式的视图。尽管在应用常规外板时，外板的上下部分的断裂导致乘客的生存空间显著减少，但当应用本发明的外板时，在侧部的厚度减小部分断裂之前执行能量吸收操作，这在乘客生存空间方面更为有利。

因此，当应用本发明的外柱时，可提高中柱的侧向碰撞性能。而且，本发明在碰撞安全性方面有利，借此可减小乘客的损伤程度。

为了方便说明和准确限定附属权利要求，术语上或下、向前或向后等，被用于参考附图中示出的示例性实施方式的特征的位置来描述这些特征。

本发明的特定示例性实施方式的前述描述已经呈现用于示例说明和描述的目的。它们不旨在穷尽或将本发明限制到所公开的精确形式，显然，根据上述教导可以进行许多修改和变化。选择和描述示例性实施方式是为了解释本发明及其实际应用的某些原理，从而使本领域其他技术人员能够制造和利用本发明的各种示例性实施方式及其各种替换形式和修改。意图是本发明的范围由所附权利要求书及其等同物来限定。

Claims (15)

1.一种用于车辆的支柱的外板，包括：

内板；

中央部，其横向截面形状包括在其相反两侧用于结合到内板的凸缘，并且包括所述中央部与所述凸缘之间的相反两侧部；

其中位于所述中央部的相反两侧的各个所述侧部具有厚度小于所述中央部的厚度的碰撞能量吸收区段。

2.如权利要求1所述的外板，其中所述侧部具有其厚度逐渐减小然后再增大的碰撞能量吸收区段。

3.如权利要求1所述的外板，其中所述横向截面形状中的最厚部分形成在所述中央部处，并且所述外板的厚度从所述最厚部分向相对两侧逐渐减小使得在所述侧部形成最薄部分。

4.如权利要求3所述的外板，其中所述外板的截面厚度从所述最薄部分向所述凸缘逐渐增大，并且所述凸缘的厚度被设置成较小从而与所述中央部的最厚厚度相比在设定比例内。

5.如权利要求3所述的外板，其中所述中央部的最厚部分和所述侧部的最薄部分具有厚度相同的厚度保持区段。

6.一种用于通过对钢板进行轧制差厚板（TRB）轧制来产生厚度差从而制造具有碰撞能量吸收区段的外板的轧制装置，所述钢板是所述外板的材料，在所述外板中位于中央部的相对两侧的侧部与所述中央部相比具有减小的厚度，所述轧制装置包括：

两个辊，布置在与由所述钢板制造的外板的长度方向平行的方向上，使得通过使穿过上轧辊和下轧辊的所述钢板的宽度方向与所述外板的长度方向相同来使所述钢板穿过两个轧辊之间，并且所述上轧辊和所述下轧辊中的一个是具有其中圆形截面的一侧形成有突起的截面形状的辊。

7.如权利要求6所述的轧制装置，其中所述上轧辊和所述下轧辊中的另一个是具有圆形截面的辊。

8.如权利要求7所述的轧制装置，其中所述上轧辊是具有其中圆形的一侧形成有突起的截面形状的辊，并且所述下轧辊是具有圆形截面的辊。

9.一种制造外板的方法，在所述外板中位于中央部的相对两侧的侧部具有其厚度小于所述中央部的厚度的碰撞能量吸收区段，所述方法包括：

轧制步骤，对作为所述外板的材料的钢板进行TRB轧制从而使所述钢板沿轧制方向产生厚度变化；以及

处理步骤，对已经经过所述轧制步骤的钢板进行压制和切割从而产生所述外板的形状，

其中在所述轧制步骤中，通过使所述钢板穿过两个轧辊之间使得穿过上轧辊和下轧辊的所述钢板的宽度方向与所述外板的长度方向相同，来延轧制方向产生所述钢板将要成为中央部和侧部的部分的厚度差。

10.如权利要求9所述的方法，其中各个所述侧部在其横向截面形状中具有其厚度逐渐减小然后再增大的碰撞能量吸收区段。

11.如权利要求9所述的方法，其中在所述横向截面形状中，最厚部分形成在所述中央部处，并且所述外板的厚度从所述最厚部分向相对两侧逐渐减小使得在所述侧部形成最薄部分。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述外板的截面厚度从所述最薄部分向所述凸缘逐渐增大，并且所述凸缘的厚度被设置成较小从而与所述中央部的最厚厚度相比在设定比例内。

13.如权利要求11所述的外板，其中所述中央部的最厚部分和所述侧部的最薄部分具有厚度相同的厚度保持区段。

14.如权利要求11所述的方法，其中在所述轧制步骤中，所述钢板的厚度变化分布沿轧制方向是沿所述中央部、所述侧部、以及所述板的相反两端的凸缘部的W形。

15.如权利要求9所述的方法，其中所述上轧辊和所述下轧辊中的一个是具有其中圆形截面的一侧形成有突起的截面形状的辊，并且另一个轧辊是具有圆形截面的辊。