CN105307795B - 制造弹簧支柱拱顶的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种制造悬架系统支柱转台(2)的方法，该悬架系统支柱转台具有作为车体单独部件的转台元件(4)。通过整块成形将半成品成形为转台元件(4)的形状，通过整块成形将增加刚度的结构附加地结合至转台元件(4)。本发明还涉及特别是根据本发明的方法制造的具有转台元件(4)的悬架系统支柱转台，该转台元件(4)设计成整块成形的部件，并涉及由根据本发明的悬架系统支柱转台和机动车辆的至少一个邻接部件构成的组件。
Description
技术领域
本发明涉及制造弹簧支柱拱顶的方法，该弹簧支柱拱顶具有作为车体的单独部件的拱顶元件，并涉及具有拱顶元件的弹簧支柱拱顶。另外，本发明涉及包括根据本发明的弹簧支柱拱顶和车体的至少一个邻接部件的组件。
背景技术
为了确保部件重量尽可能低，可以用铸造工艺制造具有复杂结构的弹簧支柱拱顶，该弹簧支柱拱顶优选由例如铝或铝合金等轻质金属制成。铸造工艺的一个总的优点是在铸造工件的壁厚和所制造部件的形状这两方面材料分配的自由。具体而言，可以以满足载荷的方式提供具有例如增加部件刚度的结构等复杂结构的部件。但是，通过铸造方法制造的部件也有缺点。例如裂纹、细孔或瑕疵点等表面缺陷会削弱部件，并且不得不在铸造后对连结表面进行后加工。此外，由于铸造过程中的气孔，在部件内部会产生空腔，因此所制造的部件具有有缺陷的机械性能。内部缺陷往往是产生疲劳裂纹的原因。另外，材料中的气孔在部件的热处理中会导致问题。所含气体由于加热而膨胀并且特别是在部件表面上形成气泡，该气泡同样降低部件的机械性能。
作为通过铸造工艺制造部件的替代，现有技术已知金属板料的整块成形。在本发明的上下文中，整块成形应理解成是指半成品的无屑再成形，在成形过程中发生半成品的壁厚和横截面形状这两方面的改变。在这里，半成品应理解成可以是金属板料、板件或预成形部件，例如深拉部件。深拉部件可以呈现为接近最终几何结构的状态或已经为最终几何结构的状态。在半成品接近最终几何结构的情况下，通过所述方法执行最终几何结构的校准，同时构造增加刚度的结构，例如肋、凸缘和/或其它局部几何结构。在深拉部件具有最终几何结构的情况下，在单独的步骤中制作增加刚度的局部结构。例如从DE 103 03 184 B1已知制造半成品的方法，尤其是制造具有变化的壁厚的板件的方法。在本文中，部件的整块成形具有这样的优点，即所制造的部件没有任何内部弱点并且就此而言区别在于改进的机械性能。与铸造部件相比，整块成形的部件尤其具有较高的强度和载荷承载能力。此外，与用于改变(尤其是用于减小)壁厚的常规机加工工艺相比，没有材料损失。公开的说明书DE10 2012 001 045 A1已披露了例如通过整块成形工艺制造的纵向支架，该纵向支架在弹簧支柱区域形成拱顶元件。该类型的弹簧支柱拱顶与车体成一体，由此例如更换弹簧支柱拱顶同时必须更换纵向支架。
在汽车工程中常规使用具有外壳设计的弹簧支柱拱顶。为了符合所要求的机械性能，尤其是在局部需要材料加强，因此，特别是所使用的部件的数量上升，并且用于连接单个外壳或深拉部件的联接复杂性也增加。
发明内容
从上述现有技术出发，本发明基于具体说明一种方法的目的，通过该方法可以增加弹簧支柱拱顶的制造工艺可靠性、可以利用数量减少的部件和/或壁厚减小的部件保持弹簧支柱拱顶所需的机械性能。此外，本发明基于具体说明一种弹簧支柱拱顶和一种包括弹簧支柱拱顶和至少一个邻接部件的组件的目的，该组件在部件数量减少和/或壁厚减小的情况下实现所需的机械性能。
根据本发明的第一教导，通过一种用于制造弹簧支柱拱顶的方法来实现所述目的，该弹簧支柱拱顶具有作为车体的单独部件的拱顶元件，由于半成品通过整块成形而再成形为拱顶元件的形状的事实，通过整块成形附加地将增加刚度的结构引入拱顶元件中。已发现，通过整块成形也可以制造与铸造工艺类似并类似地复杂的弹簧支柱拱顶的结构。从而，弹簧支柱拱顶具有在一开始提及的整块成形的部件的有益性能。因此，与通过铸造工艺制造的弹簧支柱拱顶相比可降低对所制造弹簧支柱拱顶的缺陷的敏感性，并且可增加制造方法的工艺可靠性。另外，根据本发明，增加弹簧支柱拱顶的刚度的附加结构可通过整块成形引入拱顶元件中。在本文中，拱顶元件用于接纳弹簧支柱。从而，在部件数量减少和/或壁厚减小的情况下可确保弹簧支柱拱顶所需的机械性能。总体而言，该结果首先归因于通过整块成形的制造方法本身，其次归因于增加刚度的附加结构的存在。
根据本发明方法的第一改进，具有增加的壁厚的区域(特别是肋或辐板)被引入拱顶元件中，以增加刚度。由于存在具有增加的壁厚的区域，可以分散并因此可以分散掉部件中的局部应力。特别优选地提供在弹簧支柱的支承区域周围以星形方式布置的肋。肋的同质且均匀的布置可确保材料中应力的极佳散布，因此确保材料中应力的高度分散。
另外，也可以想到设置例如在拱顶元件周围延伸的局部加厚材料部分，以增加刚度。特别是通过不同结构的组合可获得所制造弹簧支柱拱顶的增加的刚度。
根据本发明的方法的另一优选实施例，例如板件等半成品具有特别是至少2mm、优选至少3mm的厚度。半成品的厚度优选地对应于整块成形的部件的最小壁厚，从而在再成形过程中仅发生壁厚的压缩。但是另外也可以设想并且同样有利的是，如果半成品的厚度对应于整块成形的部件的最大壁厚，从而在再成形过程中仅发生壁厚的减小。在再成形过程中，在一些区域中压缩壁厚且在一些区域中扩展壁厚的方法同样适用。
半成品优选通过轧制、锻造、顶锻和/或压制而再成形。因此，制造弹簧支柱拱顶的合适的工艺是使横截面的形状改变和半成品的壁厚减小和/或增加变得可能的拉伸、挤压和/或拉伸挤压工艺以及至少两种合适工艺的组合。
在再成形过程中，温度对弹簧支柱拱顶的几何结构自由度可能具有决定性的影响。根据本发明的方法的又一优选改进，在整块成形前加热板件，从而半成品可以更容易地再成形。另外，可以局部地、优选在显著地再成形的部位加热半成品。例如板件等半成品优选进行冷成形，例如在室温下再成形，以产生例如预制件的期望形状。在一个步骤或更多步骤中，在引入了增加刚度的结构的区域中以定向(targeted)方式在预制件中进行整块成形。此外，在预制件的制造过程中或在整块成形过程中，在用于连结到其它部件的区域可以以定向的方式减小壁厚。为了确保与其它部件的可靠连接，特别是如果使用常规的焊接工艺，优选在电阻焊接的情况下，连结区域的壁厚应该减小到≤1.5mm。这产生如下优点：可获得所制造的弹簧支柱拱顶的高尺寸精度，特别是高强度。最后，也可以想到温(warm)成形，这使用了板件的热成形和冷成形的优点的组合。温成形优选在400℃至650℃之间的温度进行。
根据下一个优选实施例，半成品由钢或钢合金制成。特别优选地使用HD钢(高韧钢)。所述钢具有非常令人满意的再成形性能且具有高强度，特别是在冷成形的情况下。另外，回火钢也适用，因为它们提供特别高的强度。但该名单是不全面的，也可以想到使用其它钢或钢合金来制造弹簧支柱拱顶。
优选通过一体联接的连接、优选通过焊接、特别优选地通过电阻焊接进行弹簧支柱与至少一个邻接部件的连结。除了想到一体联接的连接之外，也可以想到通过积极锁定(positively locking)连接而连结。邻接部件可以是例如机动车辆的纵向支架。另外，也可以想到与其它的优选深拉的部件连接。此外，其它部件的特定构型可以影响包括弹簧支柱拱顶和其它部件的组件的性能。
根据本发明的第二教导，在一开始提及的目的通过特别是根据上述方法中的一个方法制造的具有拱顶元件的弹簧支柱拱顶来实现，由于拱顶元件具有用于增加刚度的结构的事实，拱顶元件构造成整块成形的部件。由于根据本发明的构造作为整块成形的部件，所以与铸造部件相比弹簧支柱拱顶具有相当的机械性能，因为可以成功地避免一开始所描述的铸造缺陷。另外，通过定向引入合适的结构可以增加弹簧支柱拱顶的刚度。因此，考虑到弹簧支柱拱顶的制造方法并考虑到弹簧支柱拱顶的构型，通过根据本发明的弹簧支柱拱顶可确保令人满意的机械性能，特别是高的强度、刚度和载荷承载能力。
拱顶元件特别优选地包括具有增加的壁厚的区域，特别是肋或辐板，以增加刚度。由于存在具有增加的壁厚的区域，材料中的应力可以散布并从而分散，从而有助于部件的更高刚度。优选设置肋，该肋在弹簧支柱的支承区域周围以星形方式布置，从而应力可以在材料中特别均匀且有效地散布。如果肋的横截面朝弹簧支柱的支承区域的方向增大，则是特别优选的。弹簧支柱拱顶的受到特别高载荷的区域因此可被特别地支承。但是此外在与其它部件的连结区域也可提供肋的横截面的扩大，从而在连结区域中可提供尽可能高的刚度。
除了存在肋之外，也可以想到拱顶元件具有周向加厚材料部分，以增加刚度。特别是用于增加刚度的两种上述结构的组合确保弹簧支柱拱顶的令人满意的机械性能。
根据本发明的弹簧支柱拱顶的又一优选改进，拱顶元件由钢或钢合金制成。考虑到它们的高强度，HD或回火钢特别适合。但是其它钢也可用于制造根据本发明的弹簧支柱拱顶。
为了使弹簧支柱拱顶与周围的车辆结构成一体，拱顶元件优选具有用于与机动车辆的其它元件连接的连结区域。优选地，通过一体联接的连接、特别是通过焊接连接、特别优选地通过电阻焊接的连接来提供所述连接。不言而喻，与邻接车辆结构的其它类型的连接，例如积极锁定连接同样适用。
根据本发明的第三教导，一开始提出的目的通过一种组件来实现，该组件包括根据本发明的弹簧支柱拱顶和机动车辆的优选是深拉部件的至少一个邻接部件。所述至少一个邻接部件可以构造成车体部件、框架部件或其它车辆结构部件。
其它部件的构型可影响根据本发明的组件的性能。例如，通过提供例如凸缘或加厚材料部分的形式的合适的结构(特别是凹部)，可以增加其它部件的刚度，从而增加组件的刚度。此外，通过在其它部件中设置切口可以节省材料。
附图说明
在下文中，将结合附图利用示例性实施例更详细地解释本发明，其中：
图1示出根据本发明的弹簧支柱拱顶的第一示例性实施例和根据本发明的组件的第一示例性实施例的透视图；
图2示出根据本发明的弹簧支柱拱顶的第二示例性实施例和根据本发明的组件的第二示例性实施例；
图3示出根据本发明的弹簧支柱拱顶和根据本发明的组件的第二示例性实施例的横截面图；
图4示出根据本发明的弹簧支柱拱顶和根据本发明的组件的第二示例性实施例的横截面图；以及
图5示出根据本发明的用于制造弹簧支柱拱顶的方法的第一示例性实施例。
具体实施方式
图1示出根据本发明的具有拱顶元件4的弹簧支柱拱顶(spring strut dome)2的第一示例性实施例的透视图。根据本发明，所示出的弹簧支柱拱顶2通过整块成形(massiveforming)(特别是通过拉伸、挤压或拉伸-挤压成形或通过至少两种合适的再成形工艺的组合)而制造。从而，与现有技术中已知的弹簧支柱拱顶相比，图2中示出的弹簧支柱拱顶在数量部件减小和/或壁厚减小的情况下实现相当的性能。此外，图1中示出的根据本发明的弹簧支柱拱顶的示例性实施例具有用于增加弹簧支柱拱顶2的刚度的肋6。由于存在在弹簧支柱的支承区域8的周围以星形方式设置的肋6，材料中的应力可以进行分布并因此分散开，从而可以增加弹簧支柱拱顶的刚度。肋6的横截面在与其它部件连结的连结区域7增大，从而在连结区域可确保特别高的刚度和/或可以减小部件的整体板料金属厚度。示出的弹簧支柱拱顶2由钢或钢合金、特别是HD钢或回火钢构成。因此可以提供所制造的弹簧支柱拱顶2的极佳的机械性能以及令人满意的可变形能力。图1中示出的弹簧支柱拱顶2经由连结区域10连接至邻接的车体12。在这里，邻接的车体部件12构造成深拉部件。相应的连接优选通过焊接工艺、特别是通过电阻焊接来进行。根据本发明的弹簧支柱拱顶的图示示例性实施例因此可以特别简单地连接到其它部件，并且可以因此与车辆结构成一体。
图2示出结合到邻接的车体结构中的具有拱顶元件4的根据本发明的弹簧支柱拱顶2的第二示例性实施例。根据本发明的弹簧支柱拱顶的图2所示示例性实施例也通过整块成形工艺制造，并具有用于增加弹簧支柱拱顶2的刚度的肋6。肋6同样在弹簧支柱的支承区域8的周围以星形方式设置。肋6的该同质且均匀的布置可确保材料中的最佳应力分散。与根据本发明的弹簧支柱拱顶的上面示出的示例性实施例相比，肋6在弹簧支柱的支承区域具有增大的横截面。此外，图2中示出的示例性实施例附加地具有周向加厚材料部分9，这同样增加了弹簧支柱拱顶的刚度。弹簧支柱拱顶首先连接到纵向支架11，其次连接到深拉部件13。深拉部件13具有切口15以节省材料，并具有凸缘(bead)17以加强深拉部件。
图3示出根据本发明的弹簧支柱拱顶2的图2所示第二示例性实施例沿横截面线V-V截取的横截面。在图3示出的横截面中可以清楚地看到用于增加弹簧支柱拱顶2的刚度的肋6。为了以满足载荷的方式在材料中提供应力散布，肋的横截面朝弹簧支柱14的支承区域8的方向增大。从而，特别是在受到特别高载荷的区域，设置更多的材料来实现应力分散，这带来刚度的增加，从而满足载荷。另外，图3中示出的横截面示出用于与车辆结构的围绕弹簧支柱拱顶2的其它元件12、11、13连接的连结区域10。连结区域10的壁厚优选减小至≤1.5mm，以确保可靠的焊接，特别是电阻焊接或激光焊接。
图4示出根据本发明的弹簧支柱拱顶2的图2所示第二示例性实施例沿横截面线IV-IV截取的横截面。与沿线V-V截取的图3中示出的横截面相比，这里示出的横截面不涉及弹簧支柱拱顶的具有用于增加刚度的肋的区域。相比之下，图4示出用于增加刚度的周向加厚材料部分9。此外，图4示出在弹簧支柱拱顶2的拱顶元件4上的不具有任何肋或加厚材料部分的区域中例如通过螺钉18紧固弹簧支柱14的弹簧支柱支撑板16。
图5示出根据本发明的用于制造弹簧支柱拱顶的方法的第一示例性实施例。根据图5中示出的方法，弹簧支柱拱顶由具有至少2mm厚度的板件22形成。为了制造弹簧支柱拱顶，对板件22进行整块成形，在这里为模锻。为此，将板件22移入包括上模24和下模26的模锻机中。上模24和下模26的内轮廓28、30对应于所制造的弹簧支柱拱顶的外形。为了进行板件22的再成形，首先将板件插入模锻机中，其中，上模24和下模26彼此的间隔大于板件22的厚度。可以在再成形之前对板件22进行加热。通过接下来两个半模24和26的闭合将板材再成形为期望的形状。这样，可以制造一种弹簧支柱拱顶，该弹簧支柱拱顶包括具有任何期望复杂度的结构、特别是用于增加弹簧支柱拱顶的刚度的结构，此外该弹簧支柱拱顶具有整块成形部件的有益性能。
Claims (18)
1.一种制造弹簧支柱拱顶(2)的方法，所述弹簧支柱拱顶具有作为车体的单独部件的拱顶元件(4)，其中，通过整块成形将半成品再成形为所述拱顶元件(4)的形状，其特征在于，通过整块成形将增加刚度的结构附加地引入所述拱顶元件(4)中，其中，将具有增加的壁厚的区域引入所述拱顶元件(4)中，以增加刚度，并且所述具有增加的壁厚的区域是肋(6)或辐板。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半成品具有至少2mm的厚度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半成品具有至少3mm的厚度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述半成品通过轧制、锻造或压制而再成形。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述半成品通过顶锻而再成形。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述整块成形之前加热所述半成品。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述整块成形之前加热所述半成品。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述整块成形之前加热所述半成品。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述半成品由钢或钢合金制成。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述半成品由钢或钢合金制成。
11.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述半成品由钢或钢合金制成。
12.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述半成品由钢或钢合金制成。
13.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述半成品由钢或钢合金制成。
14.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述半成品由钢或钢合金制成。
15.一种根据权利要求1至14中任一项所述的方法制造的具有拱顶元件(4)的弹簧支柱拱顶，所述拱顶元件(4)构造成整块成形的部件，其特征在于，所述拱顶元件(4)具有用于增加所述拱顶元件(4)的刚度的结构，其中，所述拱顶元件(4)包括具有增加的壁厚的区域，以增加刚度，并且所述具有增加的壁厚的区域是肋(6)或辐板。
16.根据权利要求15所述的弹簧支柱拱顶，其特征在于，所述拱顶元件(4)由钢或钢合金制成。
17.根据权利要求15或16所述的弹簧支柱拱顶，其特征在于，所述拱顶元件(4)具有用于与机动车辆的其它元件连接的连结区域。
18.一种组件，包括根据权利要求15至17中任一项所述的弹簧支柱拱顶和机动车辆的作为深拉部件的至少一个邻接部件。
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