CN105480061B - 用于铸造轻金属门楣的加固物 - Google Patents

Abstract

公开了用于铸造轻金属门楣的加固物。披露一种可以添加到铸造轻金属门板的门楣部分的加固物。门楣部分铸件可以被设计以获得可制造性，并且在有效使用材料的同时符合标称横向刚度规范。加固物可以在门楣中铸造就位或者可以在铸造之后通过扣合特征结构、黏合剂或二者附接到门楣部分。加固物本身可以由轻重量金属诸如铝制成并且可以通过滚轧成形、冲压或挤压来制造。通过有效地产生闭口截面门楣形状，加固物在门楣中提供最大增量的弯曲刚度同时增加最小量的增量材料和质量。

Description

用于铸造轻金属门楣的加固物

政府合同

本发明是在美国能源部授予的协议号DE-EE0005753下在美国政府的支持下做出。美国政府可以具有本发明中的某些权利。

技术领域

本发明一般涉及汽车门楣的增强刚度，并且更具体来说，涉及可以添加到铸造轻金属门楣的加固物，其中门楣是门内板的一部分并且由于被铸造而具有开口断面，并且加固物有效地提供具有较大弯曲刚度和最小的额外重量的闭口断面门楣。

背景技术

汽车制造商越来越多地转向低密度金属（诸如镁）的铸件来代替传统上由冲压钢制造的零件。这些轻金属铸件在汽车中已经获得许多应用，包括门内板。铸造轻金属门内板可以取代许多冲压钢零件，消除对多次焊接和其他制造步骤的需要，并且降低门重量。铸造门内板的一个缺点在于闭口横截面不能通过拉模铸造来产生，拉模铸造是制造薄壁截面的优选方法。在门厚度最低的门楣区域中特别需要闭口截面。

通常要求门楣符合规定的横向刚度规范，其中在门楣的跨距中间（在窗户的中心上方）施加外侧负载并且偏转不能超出某个值。符合铸造门板的门楣横向刚度规范同时仍保持在门楣的横截面区域约束内的一种方法是使得门楣部分的元件更厚。然而，这种方法是次优的，因为在开口截面中，所添加的材料中的大部分相当靠近弯曲的中性轴，且因此在增加弯曲刚度方面并不非常有效。

此外，随着车辆制造商全球扩充车辆平台，市场中可能出售具有用于门楣横向刚度的不同规范的特定车辆设计。在这些状况下，设计成符合最严格的横向刚度规范的门楣铸件对于具有较不严格规范的市场而言将被超安全标准设计，且反之亦然。

发明内容

根据本发明的教示，披露可以添加到铸造轻金属门板的门楣部分的加固物。门楣部分铸件可以被设计以获得可制造性，并且在有效使用材料的同时符合标称横向刚度规范。加固物可以在门楣中被铸造就位或者可以在铸造之后通过扣合特征结构、黏合剂或二者附接到门楣部分。加固物本身可以由轻重量金属（诸如铝）制成并且可以通过滚轧成形、冲压或挤压来制造。通过有效地产生闭口截面门楣形状，加固物在门楣中提供最大增量的弯曲刚度同时增加最小量的增量材料和质量。此外，加固物可以应用于具有严格的门楣刚度规范的市场中出售的车辆，而具有相同的基础门楣铸件的其他车辆可以在没有加固物的较不严格的市场中出售。

本发明包括以下方案：

1. 一种用于车辆的门楣，所述门楣包括：

铸造门楣部分，所述铸造门楣部分是铸造轻金属门内板的部分，其中铸造门楣部分具有限定通道的开口横截面形状，所述通道以凹口面面向车辆外部定向，并且轻金属是镁或铝；以及

加固物，所述加固物附接到铸造门楣部分以创建闭口横截面形状，从而为所述铸造门楣部分提供额外的弯曲刚度。

2. 如方案1所述的门楣，其中所述加固物是具有限定通道的横截面形状的铝挤压件，其中所述加固物位于铸造门楣部分的外侧，并且以凹口面面向所述车辆的内部来定向并且与铸造门楣部分配合以形成闭口横截面形状。

3. 如方案2所述的门楣，其中所述加固物通过加固物与铸造门楣部分的几何特征结构的扣合啮合来附接到所述铸造门楣部分，并且其中黏合剂被涂覆到加固物和铸造门楣部分的接触表面，并且所述黏合剂在门内板在车辆的组装中被进一步处理的同时固化。

4. 如方案3所述的门楣，其中所述扣合啮合包括套在铸造门楣部分的自由边缘上的加固物的弯曲边缘和延伸到闭口横截面形状中并与铸造门楣部分上的相对腹板啮合的加固物上的腹板。

5. 如方案3所述的门楣，其中所述加固物被挤压成设计成当附接到铸造门楣部分时优化相对于质量的组合的面积惯性矩的横截面形状，其中所述加固物的壁在距铸造门楣部分的弯曲的中性轴最远的区域中较厚，并且所述加固物的壁在距铸造门楣部分的弯曲的中性轴最近的区域中较薄。

6. 如方案3所述的门楣，其中所述铸造门楣部分包括延伸到闭口横截面形状中的多个腹板，并且所述加固物被设计有套在多个腹板中的每一个上并且接触多个腹板中的每一个的横截面形状。

7. 如方案1所述的门楣，其中所述加固物是按压到铸造门楣部分的面向外的侧面中的V形空腔中的铝管，从而使得所述管和所述V形空腔形成闭口横截面形状。

8. 如方案7所述的门楣，其中黏合剂被涂覆到所述管和所述V形空腔的接触表面，并且所述黏合剂在所述门内板在车辆的组装中被进一步处理的同时固化。

9. 如方案1所述的门楣，其中所述加固物是成形为V形横截面并在铸造门楣部分的面向外的侧面中铸造就位的铝管，其中所述管用作用于所述铸造门楣部分的所述管接触的部分的铸造拉模壁。

10. 如方案1所述的门楣，其中所述加固物是铝挤压件，所述加固物被形成为包括多个倒转的V形横截面特征结构并且在铸造门楣部分的面向外的侧面中铸造就位，从而使得所述铸造门楣部分包括由V形空腔分开的多个腹板，并且其中所述加固物用作用于所述铸造门楣部分的加固物接触的部分的铸造拉模壁。

11. 一种用于车辆的门内板组件，所述组件包括：

铸造镁门内板，所述铸造镁门内板包括门楣区域、闩锁区域、摇杆区域、铰链区域以及腰线区域，其中门楣区域具有限定通道的开口横截面形状，所述通道以凹口面面向车辆的外部来定向；

铝加固物，所述加固物附接到门内板的门楣区域，以创建闭口横截面形状从而为门楣区域提供额外弯曲刚度。

12. 如方案11所述的组件，其中所述加固物是具有限定通道的横截面形状的铝挤压件，其中所述加固物位于门楣区域的外侧，并且以凹口面面向所述车辆的内部来定向并且与门楣区域配合以形成闭口横截面形状。

13. 如方案12所述的组件，其中所述加固物通过加固物与门楣区域的几何特征结构的扣合啮合来附接到门楣区域，并且其中黏合剂被涂覆到加固物和门楣区域的接触表面，并且所述黏合剂在门内板组件在车辆的组装中被进一步处理的同时固化，并且其中所述扣合啮合包括套在所述门楣区域的自由边缘上的加固物的弯曲边缘和延伸到闭口横截面形状中并与门楣区域上的相对腹板啮合的加固物上的腹板。

14. 如方案12所述的组件，其中所述加固物被挤压成设计成当附接到门楣区域时优化相对于质量的组合的面积惯性矩的横截面形状，其中所述加固物的壁在距门楣区域的弯曲的中性轴最远位置中较厚，并且所述加固物的壁在距门楣区域的弯曲的中性轴最近的位置中较薄。

15. 如方案11所述的组件，其中所述加固物是按压到门楣区域的面向外的侧面中的V形空腔中的铝管，从而使得所述管和所述V形空腔形成闭口横截面形状，并且其中黏合剂被涂覆到所述管和所述V形空腔的接触表面，并且所述黏合剂在门内板在车辆的组装中被进一步处理的同时固化。

16. 如方案11所述的组件，其中所述加固物是铝挤压件，所述加固物被形成为包括多个倒转的V形横截面特征结构并且在门楣区域的面向外的侧面中铸造就位，从而使得所述门楣区域包括由V形空腔分开的多个腹板，并且其中所述加固物用作用于门楣区域的加固物接触的部分的铸造拉模壁。

17. 一种用于组装用于车辆的门内板的方法，所述方法包括：

提供铸造轻金属门内板，所述门内板包括铸造门楣部分，其中所述铸造门楣部分具有限定通道的开口横截面形状，所述通道以凹口面面向车辆的外部来定向，并且所述轻金属是镁或铝；

提供加固物，所述加固物被设计成附接到门内板的铸造门楣部分，以创建闭口横截面形状从而增加铸造门楣部分的弯曲刚度；

确定铸造门楣部分是否需要额外横向弯曲刚度以符合用于出售车辆的市场的横向弯曲刚度规范；以及

如果确定所述铸造门楣部分需要额外横向弯曲刚度，则将所述加固物附接到所述铸造门楣部分。

18. 如方案17所述的方法，其中所述加固物是具有限定通道的横截面形状的铝挤压件，其中所述加固物位于所述铸造门楣部分的外侧，并且以凹口面面向车辆的内部来定向并且与铸造门楣部分配合以形成闭口横截面形状。

19. 如方案18所述的方法，其中所述加固物通过加固物与铸造门楣部分的几何特征结构的扣合啮合来附接到铸造门楣部分，并且其中将黏合剂涂覆到加固物和铸造门楣部分的接触表面，并且所述黏合剂在门内板组件在车辆的组装中被进一步处理的同时固化，并且其中所述扣合啮合包括套在铸造门楣部分的自由边缘上的加固物的弯曲边缘和延伸到闭口横截面形状中并与铸造门楣部分上的相对腹板啮合的加固物上的腹板。

20. 如方案18所述的方法，其中所述加固物被挤压成设计用于当附接到铸造门楣部分时优化相对于质量的组合的面积惯性矩的横截面形状，其中所述加固物的壁在距铸造门楣部分的弯曲的中性轴最远的位置中较厚，并且所述加固物的壁在距铸造门楣部分的弯曲的中性轴最近的位置中较薄。

本发明的额外特征将从结合附图进行的以下描述和随附权利要求变得显而易见。

附图说明

图1是示出服从刚度规范的门楣区域的车辆门的图示；

图2是传统的冲压钢门楣横部分和相关饰件的图示；

图3是示出门楣区域和其他区域的铸造门内板的图示；

图4是门楣横部分和相关饰件的图示，其中门楣是图3的铸造门内板的一部分；

图5是具有加固物的第一实施例的铸造门楣横部分的图示；

图6是具有加固物的第二实施例的铸造门楣横部分的图示；

图7是具有加固物的第三实施例的铸造门楣横部分的图示；

图8是具有加固物的第四实施例的铸造门楣横部分的图示；以及

图9是具有加固物的第五实施例的铸造门楣横部分的图示。

具体实施方式

针对用于铸造轻金属门楣的加固物的本发明的实施例的以下论述实质上仅是示例性的，而绝不意欲限制本发明或其应用或使用。

图1是车辆门10的图示，其中门10是从车辆外面左边观看的左侧门。门10包括门楣12，门楣是在门10的窗户上方的区域。门楣12具有门10的任何部分的最窄横截面。此外，门楣12服从横向刚度规范，该规范可以根据地理区域而不同。例如，在世界上具有高速公路基础设施的发达地区，可能要求门楣12在施加在门楣上的跨距中间点14上的150牛顿（N）的横向负载施加的情况下呈现出小于3毫米（mm）的横向偏转。在世界上的其他地区，门楣刚度规范可以并不如此严格。

图2是传统的门楣和相关饰件的横截面图示。在图2中，外侧方向由箭头20表示，而内侧方向由箭头30表示。门楣横截面包括冲压钢门楣40、塑料内部饰件片42和各种橡胶密封44。门楣横截面还包括用于将外部饰件和密封零件保持到冲压钢门楣40上的金属夹46。

图2中可以看出，冲压钢门楣40为门楣区域提供结构刚性中的大部分，因为其他部件是橡胶或塑料的，或者是非常薄截面的金属。还可以看出，冲压钢门楣40的横截面被设计以获得最大横向弯曲刚度。也就是说，冲压钢门楣40具有闭口截面形状，并且材料被放置在尽可能远离横截面的横向末端同时保持在包装约束内。这些设计特征使得冲压钢门楣40能够符合横向弯曲刚度规范。

车辆制造商不断地努力减少车辆组装时间、减少零件间变化性并且减少车辆质量。鉴于这些和其他原因，一些车辆现在使用单片轻金属铸件来用于门内板。镁是用于这些铸件的优选材料；也可以使用铝。图3是可以代替车辆中的若干冲压零件使用的铸造门内板60的图示。铸造门内板60包括门楣区域62、闩锁区域64、摇杆区域66、铰链区域68以及腰线区域70。为了简化省略将会添加到铸造门内板60以产生完整的门组件的其他部件，诸如防侵入梁、车窗升降机构和玻璃导轨。

铸造门内板60提供胜过先前论述的冲压制造的设计的若干优点。然而，仍要求符合门楣横向刚度规范并且这有时难以实现——因为轻金属比钢的刚度低，以及拉模铸造对开口横截面的固有限制。仅将更多材料添加到门楣区域62以符合弯曲刚度要求通常是不可行的——因为过厚的横截面元件不能以良好的品质铸造。此外，产生没有门楣区域62的铸造门内板60明显是次优的，并且随后必须制造和附接单独的冲压钢门楣零件。因此，挑战变成如何以轻金属铸造门内板60来符合门楣横向刚度规范。

图4是门楣和相关饰件的横截面图示，其中门楣是图3的铸造门内板60的一部分。铸造门楣部分80（其是铸造门内板60的一部分）代替先前所示的冲压钢门楣40。图4中可以看出，铸造门楣部分80装在与冲压钢门楣40相同的包装空间中，并且可以与相同的饰件片（即，塑料内部饰件片42、橡胶密封件44和金属夹46）一起使用。铸造门楣部分80是并入在铸造门内板60中时的门楣横截面形状的一个实施例。在随后的图中示出并且在以下论述其他形状。铸造门楣部分80必定是开口截面设计。铸造门楣部分80的分析指示弯曲的中性轴90如图4中所示定位。为了增加铸造门楣部分80的横向弯曲刚度，将需要添加材料尽可能远离中性轴90，同时提供闭口横截面形状。

图5是具有刚度增强的第一实施例的铸造门楣部分80的横截面图示。将加固物100添加到铸造门楣部分80以增加横截面的面积惯性矩或者抗弯曲性。加固物100具有管形，这可以是滚轧成形或挤压成形的。加固物100优选地由铝制成，但是可以是任何其他金属或者甚至是复合材料。可以将加固物100按压到铸造门楣部分80的V形空腔102内的位置中，并且用黏合剂永久地粘合。加固物100也可以被形成为匹配V形空腔102的形状并且在铸造门内板60的铸造期间铸造就位，其中加固物100可以用作用于铸造门楣部分80的此部分的铸造拉模的零件。加固物100体现它自己的闭口截面，并且还在V形空腔102周围与铸造门楣部分80一起形成闭口截面。加固物100还在距中性轴90邻近最大距离处提供大量材料，同时仍装在包装约束内。鉴于这些原因，加固物100显著增强铸造门楣部分80的横向弯曲刚度。

图6是具有刚度增强的第二实施例的铸造门楣横截面的图示。加固物110具有通常通道状的形状，该加固物套在铸造门楣截面80的开口部分上。加固物110包括使得加固物110能够在铸造门楣部分80上扣合就位的特征结构112和114。特征结构112是从加固物110的主体朝向铸造门楣部分80向内延伸的腹板，其中特征结构112与铸造门楣部分80上的相对腹板啮合。特征结构114是如图所示卷绕在铸造门楣部分80的自由边缘上的加固物110的弯曲边缘。

也可以在加固物110扣合就位之前将黏合剂涂覆到加固物110和铸造门楣部分80的接触位置，其中扣合允许铸造门内板60立即继续到门组装过程的下一个步骤同时黏合剂固化，并且固化的黏合剂增加加固物110与铸造门楣部分80之间的附接强度。加固物110虽然本身是开口通道截面，但是在组装好时与铸造门楣部分80一起形成闭口截面。加固物110还在距中性轴90最大距离处（在区域116中）提供大量材料，同时仍装在包装约束中。因此，加固物110显著增强铸造门楣部分80的横向弯曲刚度。加固物110也可以在靠近中性轴90的区域118中制造得较薄（在该区域材料在增加弯曲刚度方面较不有效），以减少材料成本和重量。

图7是具有刚度增强的第二实施例的铸造门楣横截面的图示。加固物120包括与图6的加固物110相同的设计特征（并且事实上可以与加固物110相同），但是加固物120与不同于铸造门楣部分80的铸造门楣部分82一起使用。具体来说，铸造门楣部分82消除两个较短的横向腹板，它们由于靠近中性轴90而几乎不增加横向弯曲刚度。这示出如何可以通过消除靠近中性轴90的（铸造门楣部分82中的）材料并且用尽可能远离中性轴90的（加固物120中的）材料代替其来提供总体上更加质量有效的门楣设计，同时仍符合包装约束。

图8是具有刚度增强的第四实施例的铸造门楣横截面的图示。加固物130具有通常通道状的形状并且包括一些与加固物110和120相同的设计特征，但是加固物130与不包括横向腹板的铸造门楣部分84一起使用。加固物130包括使得加固物130能够在黏合剂固化的同时在铸造门楣部分84上扣合就位的特征结构132和134。加固物130的特征还在于在靠近中性轴90的区域136中变薄以在不会显著减少弯曲刚度的情况下减少质量的局部材料。加固物130和铸造门楣部分84的设计示出如何可以通过模仿先前论述的冲压钢门楣40的最优形状来实现非常质量有效的铸造门楣设计。

在优选实施例中，加固物110/120/130是铝挤压件；然而，可以使用其他材料和过程。例如，通过一些设计修改，加固物110/120/130可以由铝或另一种金属冲压和形成。加固物110/120/130也可以由其他材料构成，诸如碳纤维复合材料，其中事实上可以形成任何截面形状。

图9是具有刚度增强的第五实施例的铸造门楣横截面的图示。在图9中，再次使用在前几个图中所示的铸造门楣部分80。加固物140（优选地是挤压铝）具有允许其用作用于铸造门内板60的铸造门楣部分80的铸造的拉模的形状。因此，加固物140被铸造就位并且变成铸造门楣部分80的组成部分。此布置不仅简化铸造门楣部分80的铸造，而且提供显著的增量弯曲刚度。加固物140可以被设计成优化材料使用，其中在（距中性轴90最远的）区域142中厚度较大并且在（靠近中性轴90的）区域144中厚度较小。

使用本文披露的加固物和可以想象到的其他衍生物，可以为铸造轻金属门内板提供在门楣区域中增强的横向弯曲刚度。通过定制加固物的设计，包括形成铸造门楣的闭口截面，可以在最小添加质量的情况下实现门楣的显著额外横向弯曲刚度。此外，加固物可以被设计成在不改变基础铸造设计的情况下符合特定全球车辆市场的弯曲刚度规范，并且对于在不要求增量刚度的市场完全省略加固物。

以上论述仅披露和描述本发明的示例性实施例。本领域技术人员将从此论述并且从附图和权利要求容易地认识到，在不脱离如由以下权利要求中定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中做出各种改变、修改和变化。

Claims (3)

1.一种用于车辆的门楣，所述门楣包括：

铸造门楣部分，所述铸造门楣部分是铸造轻金属门内板的部分，其中铸造门楣部分具有限定通道的开口横截面形状，所述通道以凹口面面向车辆外部定向，并且轻金属是镁或铝；以及

加固物，所述加固物附接到铸造门楣部分以创建闭口横截面形状，从而为所述铸造门楣部分提供额外的弯曲刚度；

其中所述加固物是铝挤压件，所述加固物被形成为包括多个倒转的V形横截面特征结构并且在铸造门楣部分的面向外的侧面中铸造就位，从而使得所述铸造门楣部分包括由V形空腔分开的多个腹板，并且其中所述加固物用作所述铸造门楣部分的加固物接触的部分的铸造拉模壁。

2.一种用于车辆的门内板组件，所述组件包括：

铸造镁门内板，所述铸造镁门内板包括门楣区域、闩锁区域、摇杆区域、铰链区域以及腰线区域，其中门楣区域具有限定通道的开口横截面形状，所述通道以凹口面面向车辆的外部来定向；

铝加固物，所述加固物附接到门内板的门楣区域，以创建闭口横截面形状从而为门楣区域提供额外弯曲刚度；

其中所述加固物是铝挤压件，所述加固物被形成为包括多个倒转的V形横截面特征结构并且在门楣区域的面向外的侧面中铸造就位，从而使得所述门楣区域包括由V形空腔分开的多个腹板，并且其中所述加固物用作门楣区域的加固物接触的部分的铸造拉模壁。

3.一种用于组装用于车辆的门内板的方法，所述方法包括：

提供铸造轻金属门内板，所述门内板包括铸造门楣部分，其中所述铸造门楣部分具有限定通道的开口横截面形状，所述通道以凹口面面向车辆的外部来定向，并且所述轻金属是镁或铝；

提供加固物，所述加固物被设计成附接到门内板的铸造门楣部分，以创建闭口横截面形状从而增加铸造门楣部分的弯曲刚度；

确定铸造门楣部分是否需要额外横向弯曲刚度以符合用于出售车辆的市场的横向弯曲刚度规范；以及

如果确定所述铸造门楣部分需要额外横向弯曲刚度，则将所述加固物附接到所述铸造门楣部分；

其中所述加固物是铝挤压件，所述加固物被形成为包括多个倒转的V形横截面特征结构并且在铸造门楣部分的面向外的侧面中铸造就位，从而使得所述铸造门楣部分包括由V形空腔分开的多个腹板，并且其中所述加固物用作所述铸造门楣部分的加固物接触的部分的铸造拉模壁。