CN105035176A - 一种变厚度汽车顶盖后横梁及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种变厚度汽车顶盖后横梁及其制造方法，所述顶盖后横梁本体为薄壁结构，依次包括横梁本体左段、左过渡段、横梁本体中段、右过渡段及横梁本体右段；其中，横梁本体左、右段为等厚度结构，且为整个零件中厚度最大区域；横梁本体左、右段通过左、右过渡段到横梁本体中段的厚度过渡，横梁本体中段为整个零件中厚度最薄；左、右过渡段为变厚度结构，左、右过渡段的厚度自从两端厚区向横梁本体中段的薄区逐渐降低。本发明不仅能较好地满足顶盖后横梁整体强度以及安装点刚度、强度要求，而且结构简单，采用连续变厚度板料制作，可以避免材料厚度和零件数量上的过渡设计，降低顶盖后横梁制作成本，且轻量化效果好。
Description
技术领域
本发明属于汽车零部件设计和制造领域，特别涉及一种变厚度汽车顶盖后横梁及其制造方法。
背景技术
汽车顶盖后横梁应用于两厢或者三厢乘用车上，其结构和强度要求有所不同。与三厢车相比，为了保证后备箱空间、行李堆放方便性等，在结构上两厢车少了钣金件焊接总成搁物板，但会容易造成整车扭转刚度不足，模态低。因此，通常采用增强顶盖后横梁本身的结构性能以及增强顶盖后横梁与侧围后部之间的连接处结构强度，来提高两厢乘用车车身结构的扭转刚度，同时还要加强背门铰链安装点的结构设计，即在顶盖后横梁的两端处各加一加强板，保证其强度和刚性较高。因此，如何提升两厢车顶盖后横梁结构强度是面临的技术难题。
而同时随着汽车保有量的增加，环境问题为汽车厂商和汽车用户所关注，汽车轻量化是节能环保的有效措施，也是汽车技术发展的必然趋势。在汽车顶盖后横梁上如何实现其结构轻量化，同时保证其在结构刚性及碰撞性能要求成为一大挑战。
顶盖后横梁在两厢车车身结构中扮演着重要的角色，它不但对车身的上车体的扭转起到很重要的作用，还起到支撑背门、承受背门气压支撑杆的压力等作用，同时，对防止背门下掉、背门框开裂的现象起到关键的作用。如果仅靠顶盖横梁单个零件的强度和刚度是远远不够的，通常做法是增加加强件即顶盖后横梁内板与它焊接形成一定的空腔结构，再与顶盖相焊接，并一起承受相应的重力和力矩。
中国专利公告号CN200810070397公开了一种竹节空腔式顶盖后横梁总成结构用以提高整车的扭转刚度及模态以及提高背门铰链车体安装点的刚度。其通过截面为L形的顶盖横梁内板和截面为L形的帝国你该后横梁外板相对合围成一长条型空腔结构，并在空腔两端焊接有铰链安装支架，提高背门铰链安装点强度和刚性，最终形成三段竹节式的空腔结构。
中国专利公告号CN201320623424公开一种两厢乘用车车身的顶盖后横梁，既能提高顶盖后横梁与侧围的接头处结构强度，又能加强背门铰链安装点强度，还能达到轻量化的要求。其顶盖后横梁为顶盖后横梁内板和顶盖后横梁外板的焊接合件，其中外板的两端长于内板，由顶盖后横梁外板中板及对称地设置在顶盖后横梁外板中段两端的顶盖后横梁外板左段和顶盖后横梁外板右段两端结构对称，材料和厚度一致，中段和两端段通过激光焊接形成激光拼焊板。
采用上述等已公开的结构进行顶盖后横梁的设计，虽然考虑了顶盖后横梁的受载特点并进行了局部强化，但均不能最大限度的实现结构的轻量化，不利于节油的同时，增大了材料使用成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变厚度汽车顶盖后横梁设计方法及其制造方法，不仅能较好地满足顶盖后横梁整体强度以及安装点刚度、强度要求，而且结构简单，采用连续变厚度板料制作，可以避免材料厚度和零件数量上的过渡设计，降低顶盖后横梁制作成本，且轻量化效果好。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种变厚度汽车顶盖后横梁，其特征在于，所述顶盖后横梁本体为薄壁结构，依次包括横梁本体左段、左过渡段、横梁本体中段、右过渡段及横梁本体右段；其中，横梁本体左、右段为等厚度结构，且为整个零件中厚度最大区域；横梁本体左、右段通过左、右过渡段到横梁本体中段的厚度过渡，横梁本体中段为整个零件中厚度最薄；左、右过渡段为变厚度结构，左、右过渡段的厚度自从两端厚区向横梁本体中段的薄区逐渐降低。
优选的，所述横梁本体左、右段的厚度为1.0～3.0mm，长度为150～400mm。
优选的，所述顶盖后横梁本体的左、右过渡段的厚度变化梯度为1:50～1：200，即厚度变化1mm，左、右过渡段的长度为50～200mm。
优选的，所述横梁本体中段厚度为0.6～2.0mm，长度为300～600mm。
优选的，所述顶盖后横梁本体结构截面为几字形。
优选的，所述顶盖后横梁本体结构材质为高强钢、铝合金或镁合金。
优选的，所述顶盖后横梁本体的横梁本体左段、左过渡段、横梁本体中段、右过渡段及横梁本体右段为一体成形结构。
本发明变厚度汽车顶盖后横梁的制造方法，其包括如下步骤：
a)选择一个厚度为顶盖后横梁本体左段厚度1.1倍以上的卷料，通过轧制得到卷料厚度由顶盖后横梁本体左段厚度，并过渡到横梁本体中段的厚度，再由横梁本体中段的厚度过渡到横梁本体右段的厚度，由此完成了一个顶盖后横梁板料的轧制；之后可以开始另一块板料的轧制，完成横梁本体右段的轧制后，再由横梁本体中段的厚度过渡到横梁本体左段的厚度，由此反复，最终得到一卷符合设计要求的变厚度卷料；
b)对所述变厚度卷料在完成轧制工序后，将在连续剪切线上进行剪切，得到一系列厚度变化的变厚度板料；
c)对所述变厚度板料进行成形，形成变厚度顶盖后横梁本体。
进一步，所述顶盖后横梁本体为左右对称的结构，横梁本体左、右段厚度相等。
优选的，所述横梁本体左、右段的厚度为1.0～3.0mm，长度为150～400mm；左、右过渡段的厚度变化梯度为1:50～1：200，即厚度变化1mm，左、右过渡段的长度为50～200mm；横梁本体中段厚度为0.6～2.0mm，长度为300～600mm。
优选的，所述顶盖后横梁本体的左、右过渡段的厚度变化梯度为1:50～1：200，即厚度变化1mm，左、右过渡段的长度为50～200mm。
优选的，所述变厚度板料成形加工方式为冷冲压、热冲压或辊压成形。
本发明通过零件沿着车身Y轴方向不同厚度设计达到汽车顶盖整体强度以及铰链安装位置刚度、与侧围连接强度的要求，同时可以实现零件的轻量化设计。通过借助轧制技术制成的板料制作顶盖后横梁本体，这样顶盖后横梁在车身横向上的不同截面具有不同的厚度分布，从而在顶盖受载关键区域即顶盖横梁两端位置具有较大的厚度，以此达到较高的背门铰链安装点强度和较高的顶盖后横梁与侧围接头处结构强度；同时将非关键承载区域的顶盖后横梁中部设计为较小的厚度，从而实现轻量化设计。
本发明提供的一种变厚度汽车顶盖后横梁及制造方法，利用局部结构厚度变化的顶盖后横梁来形成结构的柔性和强度的合理结合，保证安全性的同时以降低重量，实现轻量化。
汽车顶盖后横梁两端通过铰链安装板与汽车车身侧围连接在一起。
由于顶盖后横梁两端与侧围后部相连接，且两端处于背门铰链安装位置，该处的连接强度不仅影响背门铰链安装点强度以及顶盖后横梁与侧围接头处结构强度，还会影响到整车扭转刚度，因此后横梁两端强度要高，在本实施例中设置两端材料厚度较大，同时为实现轻量化，设置非关键承载区的顶盖后横梁中部设计厚度较小。
根据此原理，本发明汽车顶盖后横梁设计中：
顶盖后横梁本体左、右段为与铰链背门连接安装点，为保证良好的连接性和足够的强度要求，该段设计为不变厚度的结构，且为该整个顶盖后横梁零件中厚度最大的区域。本体中段采用较薄的厚度设计，顶盖后横梁本体可通过左、右过渡段形成本体左、右段到本体中段的厚度过渡。在该设计原理下，本体中段厚度为最薄设计。
顶盖后横梁左右过渡段的厚度为从两端厚区向顶盖后横梁本体中部的薄区逐渐降低。
所述顶盖后横梁本体结构截面为几字形，或其他根据增加抗弯模量原理和增加防撞效果所设计的截面。
所述顶盖后横梁本体结构材质可为钢质材料，例如各种高强钢，也可为轻金属材料，例如铝合金、镁合金等。
本发明的有益效果：
本发明的顶盖后横梁结构的薄壁厚度从中部到端部逐渐增大，可以保证顶盖后横梁整体强度以及安装点刚度、强度要求，充分的发挥材料承载性能，满足顶盖后横梁安全性要求的同时实现车身轻量化。
本发明的顶盖后横梁结构采用柔性轧制变厚度板料，表面没有焊缝引起的厚度突变，其表面质量好，连接强度高，材料性能均匀，强度分布连续。
本发明的顶盖后横梁结构因采用了非等厚的材料设计，最大程度的减少了材料使用，轻量化效果好。
本发明的顶盖后横梁结构为一块板料成型，相比现有部分在段部有加强板的顶盖后横梁，减少了零件数量，降低模具成本，减少了焊接工序，可以有效提升生产效率。
因此，采用本发明的变厚度汽车顶盖后横梁方案，轻量化效果好，性能突出，综合成本降低。
附图说明
图1为本发明顶盖后横梁的结构示意图。
图2为本发明顶盖后横梁厚度过渡区域的示意图。
图3为本发明顶盖后横梁的变厚度板料坯料的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参见图1、图2，本发明的顶盖后横梁本体包括横梁本体左段1、左过渡段2、横梁本体中段3、右过渡段4及横梁本体右段5。
其中，横梁本体左段1的厚度为第一厚度t1，左过渡段2为横梁本体左段1与横梁本体中段3的厚度过渡区域，横梁本体中段3的厚度为等厚度---第二厚度t2，右过渡段4为横梁本体中段3与横梁本体右段5的厚度过渡区域，横梁本体右段5的厚度为第三厚度t3。
其中第二厚度t2小于第一厚度t1和第三厚度t3，在本实施例中第一厚度t1和第三厚度t3在1.0～2.0mm之间，第二厚度t2在0.8～1.0mm之间。
其中，顶盖后横梁本体零件在设计时最大厚度t1、t3和最小厚度t2厚度差最大为2:1。
其中，顶盖后横梁本体中左、右过渡段2、4是为适应本体厚度变化所设的过渡区域，左过渡段2和右过渡段4的厚度介于第一厚度t1和第二厚度t2，且厚度变化为线性过渡，如图3所示。
其中，在本实施例中所述顶盖后横梁本体结构截面为L形，可以理解的是在本发明的其他实施例中，顶盖后横梁本体结构截面也可以为其他根据增加抗弯模量原理和增加防撞效果所设计的截面。
本发明的变厚度顶盖后横梁的制造方法，包括以下步骤：
a)选择一卷原始厚度t0为第一厚度t1的1.1倍以上的卷料，通过轧制工艺得到卷料厚度由第一厚度t1过渡到第二厚度t2，再由第二厚度t2过渡到第三厚度t3，从而得到一块变厚板料；之后可以开始另一块变厚板料的轧制，其厚度由第三厚度t3过渡到第二厚度t2，再由第二厚度t2过渡到第一厚度t1，由此反复，最终得到一卷符合设计要求的变厚度卷料；
b)对所述变厚度卷料在连续剪切线上进行剪切，得到一系列厚度从第一厚度t1过渡到第二厚度t2再过渡到第三厚度t3的变厚度板料坯料，参见图3；
c)对所述变厚度板料进行成形，形成变厚度顶盖后横梁本体。
其中，所述第一厚度t1和第三厚度t3设计为相同厚度，第二厚度t2小于第一厚度t1和第三厚度t3。
所述第一厚度t1和第三厚度t3处于1.0～2.0mm之间，所述第二厚度t2处于0.8～1.0mm之间。
左过渡段2和右过渡段4的厚度介于第一厚度t1和第二厚度t2，且厚度变化为线性过渡，如图3所示。
在本实施例中，左过渡段2、右过渡段4的厚度变化梯度为1:100，即厚度变化1mm，过渡段的长度为100mm。
在本实施例中，所述顶盖后横梁本体结构截面为L形，可以理解的是在本发明的其他实施例中，顶盖后横梁本体结构截面也可以为其他根据增加抗弯模量原理和增加防撞效果所设计的截面。
本发明采用连续变厚度的冷轧板料制作成一种新型汽车顶盖后横梁，所制成的新型顶盖后横梁在沿着车身Y轴方向不同部位的设计厚度不同，这种变厚度顶盖后横梁能很好的克服前期公开的各种顶盖后横梁设计方案的不足，该变厚度汽车顶盖后横梁采用一块不同区域厚度不同的变厚度板料制作而成，既满足其受载时安全性能的要求，增强了端部与车身侧围后部的连接强度，又能最大限度的实现车身轻量化。
汽车安全与轻量化成为汽车发展的主要方向。变厚度汽车顶盖后横梁，是在顶盖后横梁的不同部位设计不同厚度，并采用经过柔性轧制的连续厚度过渡的同一块变厚度板料制作而成的。不仅很好的满足顶盖后横梁整体强度，及安装点刚度、强度，并与侧围连接强度要求，也最大程度的减少了材料使用，实现安全的同时实现轻量化。
本发明采用不同部位不同厚度、不同厚度部位间连续厚度过渡的同一块变厚度板料制作汽车顶盖后横梁零件的方法，也可以在汽车其他结构件上，如车顶前、后横梁、门槛梁、座椅安装横梁、B柱等车身结构件上应用，更可以应用到其他机械结构中。
Claims (12)
1.一种变厚度汽车顶盖后横梁，其特征在于，所述顶盖后横梁本体为薄壁结构，依次包括横梁本体左段、左过渡段、横梁本体中段、右过渡段及横梁本体右段；其中，
横梁本体左、右段为等厚度结构，且为整个零件中厚度最大区域；横梁本体左、右段通过左、右过渡段到横梁本体中段的厚度过渡，横梁本体中段为整个零件中厚度最薄；
左、右过渡段为变厚度结构，左、右过渡段的厚度自从两端厚区向横梁本体中段的薄区逐渐降低。
2.如权利要求1所述的变厚度汽车顶盖后横梁，其特征在于，所述横梁本体左、右段的厚度为1.0～3.0mm，长度为150～400mm。
3.如权利要求1所述的变厚度汽车顶盖后横梁，其特征在于，所述顶盖后横梁本体的左、右过渡段的厚度变化梯度为1:50～1：200，即厚度变化1mm，左、右过渡段的长度为50～200mm。
4.如权利要求1所述的变厚度汽车顶盖后横梁，其特征在于，所述横梁本体中段厚度为0.6～2.0mm，长度为300～600mm。
5.如权利要求1或2或3或4所述的变厚度汽车顶盖后横梁，其特征在于，所述顶盖后横梁本体的横梁本体左段、左过渡段、横梁本体中段、右过渡段及横梁本体右段为一体成形结构。
6.如权利要求1所述的变厚度汽车顶盖后横梁，其特征在于，所述顶盖后横梁本体结构截面为几字形。
7.如权利要求1或6所述的变厚度汽车顶盖后横梁，其特征在于，所述顶盖后横梁本体结构材质为高强钢、铝合金或镁合金。
8.如权利要求1所述的变厚度汽车顶盖后横梁的制造方法，其特征是，包括如下步骤：
a)选择一个厚度为顶盖后横梁本体左段厚度1.1倍以上的卷料，通过轧制得到卷料厚度由顶盖后横梁本体左段厚度，并过渡到横梁本体中段的厚度，再由横梁本体中段的厚度过渡到横梁本体右段的厚度，由此完成了一个顶盖后横梁板料的轧制；之后可以开始另一块板料的轧制，完成横梁本体右段的轧制后，再由横梁本体中段的厚度过渡到横梁本体左段的厚度，由此反复，最终得到一卷符合设计要求的变厚度卷料；
b)对所述变厚度卷料在完成轧制工序后，将在连续剪切线上进行剪切，得到一系列厚度变化的变厚度板料；
c)对所述变厚度板料进行成形，形成变厚度顶盖后横梁本体。
9.如权利要求8所述的变厚度汽车顶盖后横梁的制造方法，其特征是，所述顶盖后横梁本体为左右对称的结构，横梁本体左、右段厚度相等。
10.如权利要求8所述的变厚度汽车顶盖后横梁的制造方法，其特征是，所述横梁本体左、右段的厚度为1.0～3.0mm，长度为150～400mm；左、右过渡段的厚度变化梯度为1:50～1：200，即厚度变化1mm，左、右过渡段的长度为50～200mm；横梁本体中段厚度为0.6～2.0mm，长度为300～600mm。
11.如权利要求8所述的变厚度汽车顶盖后横梁的制造方法，其特征是，所述顶盖后横梁本体的左、右过渡段的厚度变化梯度为1:50～1：200，即厚度变化1mm，左、右过渡段的长度为50～200mm。
12.如权利要求8所述的变厚度汽车顶盖后横梁的制造方法，其特征是，所述变厚度板料成形加工方式为冷冲压、热冲压或辊压成形。
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