CN105952838B - 用于车辆的薄壁镁压铸避震塔 - Google Patents

用于车辆的薄壁镁压铸避震塔 Download PDF

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Abstract

避震塔组件包括由镁或镁合金构成的铸造避震塔主体和至少一个钢桥接支架。绝缘粘合层形成在塔主体和支架之间。机械紧固件用于将塔主体紧固至支架。一个或多个结构肋部形成在塔主体上。机械紧固件可选自若干机械紧固件中的任意一个，包括自冲铆钉。可选地，螺丝凸台可形成用于容纳螺丝。铆钉可从支架插入避震塔主体中或从避震塔主体插入支架中，在这种情况下，绝缘层定位在自冲铆钉的头部和铸造避震塔主体之间。优选地沿着铸造避震塔主体和钢桥接支架的相交处形成密封剂。

Description

用于车辆的薄壁镁压铸避震塔
技术领域
本公开的发明构思涉及用于机动车辆的避震塔。更具体地，本公开的发明构思涉及由镁或镁合金形成的薄壁压铸避震塔。
背景技术
减轻重量以实现改良的燃料经济性也许是当今车辆制造商的最重要的目标。必须在不牺牲车辆的结构完整性同时使车辆价格实惠的情况下实现该目标。
当今制造商在提高车辆燃料经济性方面所进行的主要方式是降低材料重量。为了这个目的，企业采取将铝融入曾为钢的车辆结构中。
通常由钢形成的结构部件是避震塔。最常见的避震塔是多件式冲压钢组件。这种构造提供了非常便宜的方法来满足车辆的要求NVH、耐久性和安全性要求。然而，由冲压钢形成的避震塔非常重，并且因此不是对减轻整个车辆重量的目标的解决方案。
对避震塔构造的不太常见的方式是通过真空高压压铸(VHPDC)由铝形成的避震塔。尽管形成比钢轻的塔，但是该产品比其钢配件更昂贵。特别是，通过VHPDC制造铝避震塔的工艺非常集约，因为该生产方法依赖真空辅助HPDC机器。产生的产品必须提交至x射线审查以检测多孔性。该产品还必须热处理以提高性能、校直以去除在热处理期间发生的翘曲、并且然后机械加工任意孔和附件表面。
除了难以处理且劳动集约型的制造工艺外，铝避震塔通常超裕度设计(over-design)以弥补VHPDC工艺中所面临的挑战。具体地，假设增加肋部以提供最小的结构完整性，该工艺则需要厚度大约为2.5mm的最小料位厚度。然而，最小的厚度导致较重且较贵的避震塔，破坏了铝基产品应当实现的益处。
尽管已知车辆避震塔用于满足最大的期望，但是因为它们是钢避震塔则会太重，或者因为是铝避震塔则会生产昂贵。因此，需要对已知避震塔进行实用选择。
发明内容
本公开的发明构思通过提供一种避震塔组件克服了与已知避震塔相关的问题，该避震塔组件包括由镁或镁合金构成的铸造避震塔主体以及至少一个钢桥接支架。绝缘粘合层形成在铸造避震塔主体和刚桥接支架之间。机械紧固件用于将铸造避震塔主体紧固至钢桥接支架。用于增加强度的一个或多个结构肋部可形成在铸造避震塔主体上。
机械紧固件可选自若干机械紧固件中的任意一个，但是铆钉，尤其自冲铆钉为优选。作为替代或此外，螺丝凸台可形成在铸造避震塔主体上或钢桥接支架上用以容纳螺丝。
自冲铆钉可从钢桥接支架插入铸造避震塔主体中或从铸造避震塔主体插入钢桥接支架中。在典型的自冲铆钉是钢情况下，为了防止电链应，当铆钉从铸造避震塔主体插入钢支架中时，诸如胶带的绝缘材料层定位在自冲铆钉的头部和铸造避震塔主体之间。
钢桥接支架可以是若干支支架中的任意一个，例如但不限于，枪型支架、仪表横梁支架和导轨支架。优选地沿着铸造避震塔主体和钢桥接支架的相交处形成密封剂。
当结合附图进行时，通过下列优选实施例的详细描述，上述优点以及其他优点和特征是显而易见的。
附图说明
为了更完整地了解本发明，现参照附图中更详细示出的和下列通过本发明的实例描述的实施例，其中：
图1是包括典型已知的避震塔组件的部件的立体图；
图2是根据公开的发明构思的包括压铸镁避震塔的避震塔组件的立体图；
图3是根据公开的发明构思的示出了压铸镁避震塔的底面的一部分的立体图；
图4是根据公开的发明构思的压铸镁避震塔组件的立体图；
图5是根据公开的发明构思的压铸镁避震塔组件的另外的立体图；
图6是包括公开的发明构思的避震塔组件的部件的分解立体图；
图7是根据公开的发明构思的示出了使用铆钉结合粘合剂和密封剂连接钢和镁部件的替代方法的截面图；
图8是根据公开的发明构思的示出了使用铆钉结合粘合剂和密封剂以及绝缘层连接钢和镁部件的方法的截面图；
图9是根据公开的发明构思的示出了使用螺丝结合粘合剂和密封剂连接钢和镁部件的方法的截面图；以及
图10是在车辆中的适合位置处的公开的发明构思的避震塔组件的立体图。
具体实施方式
在下列附图中，相同的参考标号将用于指代相同的部件。在下列描述中，为不同构造的实施例描述了各种操作参数和部件。这些具体的参数和部件作为实例包括并且不旨在限制。
下列描述的所公开的发明构思为避震塔(shock tower)组件。然而，应该理解，下列描述和附图在机动车辆的其他区域(诸如，车架或车身的其他区域)中也可具有实用性。此外，应该理解，所示避震塔的形状和配置旨在仅为建议性的，期望其他形状和配置可适用于所公开的发明构思的整个实施。
如上所述，典型的避震塔组件将七个单个冲压部件集成一个组件。这种布置在工具和劳动力方面要求在车身车间具有实质性投入。图1中示出了典型的常用避震塔组件，其中，以分解图示出了避震塔组件10。避震塔组件10包括圆顶部分12、上支柱支架14和下支柱支架16。常见的避震塔组件10的附加部件包括前凸缘18、后凸缘20、第一侧支架22和第二侧支架24。组装如此数量的冲压制品需要大量的劳动力投入来将各个部件选择、组装和紧固在一起以形成单一的避震塔组件10。此外，由若干单个冲压制品形成的避震塔组件10会由于各个部件彼此分隔开的可能性而存在较大的发生故障的潜在风险。
所公开的发明构思通过提供轻质、相对较易于组装并且使用最少数量的单个部件的避震塔组件，来克服已知避震塔组件所面临的挑战。避震塔本身由镁或镁合金形成，因此提供了比钢轻约4.0-6.0kg之间且比铝轻约0.8和1.0kg之间的部件。这种降低重量是可行的，因为镁和镁合金均具有比铝小的密度和改良的铸造性能。此外，镁和镁合金比铝更易于铸造，因为这些材料不需要真空辅助。此外，由镁和镁合金形成的部件不需要铸造后X光射线照射、热处理、校直、或机械加工，因此提供了比铝更可观的生产优势。镁和镁合金铸造中使用的模具持续时间比铸造铝部件的模具长150％。
这些优势促成了避震塔组件，该避震塔组件为每个车辆节省了约4.0-6.0kg之间的重量且表现出比常见的钢塔成本稍微增加，但是当考虑到增加的油耗时该增加量易于抵消。另一方面，与由铝形成的避震塔相比，使用镁或镁合金的生产成本表现出为每个车辆节省了约一半的成本。由镁或镁合金生产的避震塔还展示出更好的减振能力以及由此具有明显的阻尼性能。
所公开的发明构思的避震塔组件以组装图和分解图两者在图2至图6中示出，而图7至图9示出了用于组装所公开的发明构思的避震塔的方法。图10示出了所公开的发明构思的避震塔组件的建议性地、非限制性地布置的视图。
参照图2，示出了根据所公开的发明性构思的包括压铸镁避震塔的避震塔组件的立体图。通常如30所示的避震塔组件包括具有圆顶部分34的铸造镁塔主体32。铸造镁塔主体32优选通过高压压铸(HPDC)形成。与铝相比，由于镁和镁合金的优良铸造特性，铸造镁或镁合金HPDC避震塔主体32可具有薄壁设计，因此壁的厚度为2.0mm料位厚度(wall stock)或更小。
支柱连接端口36形成在圆顶部分34的最上端，并且通常比Mg避震塔的剩余部分厚。圆顶部分34和结构肋部38的形状提供了将支柱(未示出)产生的负载传递给相邻的车架纵梁(未示出)的有效方法。图3从其后侧示出了铸造镁或镁合金HPDC避震塔主体32。
再次参照图2，提供了多个结构肋部38以在不增加明显重量的情况下增强铸造镁或镁合金HPDC避震塔32的完整性。铸造镁或镁合金HPDC避震塔主体32的薄壁设计不仅减少重量和成本，而且允许更多的工程结构肋部38。图2至图6中示出的结构肋部38的数量、形状、放置和间距是建议性的并且不旨在限制。结构肋部38提高了性能并且降低了镁压铸的成本。需要结构肋部38用于铸造来满足结构性能目标，这是因为钢比镁更坚固。此外，结构肋部38允许所公开的发明构思的薄壁设计。
由于具有更薄的壁、更薄的肋部以及具有较低拔模角度的更多肋部，所以铸造镁或镁合金HPDC避震塔比铝或铝合金VHPDC避震塔更轻并且因此更有效。所有这些正向特征导致了更轻、更坚固和更便宜的压铸。由于铝材料的粘性，所以铝或铝合金VHPDC避震塔无法实现这些属性。因此，所公开的发明构思的有效设计无法仅通过使用铝或铝合金就可用。
所公开的发明构思的避震塔组件30将现有技术中的七个单个的冲压件合成单个组件，该单个组件包括铸造镁塔主体32和三个小的桥接支架。这些桥接支架可包括枪型(shotgun)支架40、仪表横梁支架42和导轨支架44，但不限于这些具体支架。这些桥接支架可以使用电阻点焊(RSW)以与当今附接常见全钢避震塔所使用的相同方法将避震塔组件30附接至车辆。这种方式避免了主体车身车间投入成本，并且明显提高了对镁或镁合金铸造提供防腐蚀的能力。
枪型支架40、仪表横梁支架42和导轨支架44优选通过诸如自冲铆钉46的多个机械紧固件附接至铸造镁塔主体32，自冲铆钉可适当地绝缘以防止直接的钢-镁接触，从而避免由于不同的电极电位导致的电化腐蚀。示出了多个可选的紧固件孔48。紧固件孔48对于自冲铆钉可以不是必要的，但是对于诸如螺丝或螺母和螺栓组件的其他机械紧固件是必要的。
枪型支架40通过诸如电阻点焊的方法附接至轮舱(未示出)的上部分。仪表横梁支架42通过诸如电阻点焊的方法附接至仪表横梁(未示出)。导轨支架44通过诸如电阻点焊的方法还附接至前导轨(未示出)。在不背离所公开的发明构思的精神和范围的情况下，枪型支架40、仪表横梁支架42和导轨支架44的形状和放置的变化是可能的。
图4示出了与图2的立体图不同的避震塔组件30的视图，其中枪型支架40和仪表横梁支架42被示出为在适配于铸造镁塔主体32的相应位置处。在不背离所公开的发明构思的精神和范围的情况下，枪型支架40和仪表横梁支架42的形状和放置的变化也是可能的。
图5示出了与图2和图4两者的立体图不同的避震塔组件30的视图，其中导轨支架44被示出为在适配于铸造镁塔主体32的位置处。如上所述，在不背离所公开的发明构思的精神和范围的情况下，导轨支架44的形状和放置的变化也是可能的。
图6示出了避震塔组件30的分解立体图。在该图中，示出了相对于彼此在组装之前的避震塔组件30的四个单独部件，具体地，为铸造镁塔主体32和三个桥接支架(枪型支架40、仪表横梁支架42和轨道支架44)。使用诸如Alodine 5200(Henkel技术的商标)的转化涂覆和子组装之前的粉末涂覆或电涂覆的顶涂覆优选地预涂覆铸造镁塔主体32。
示出的桥接支架(枪型支架40、仪表横梁支架42和轨道支架44)通过一种或多种方法机械地附接至铸造镁避震塔主体32。图7至图9示出了这些方法中的三种，这三种方法旨在建议性的并且不旨在限制。
参照图7，示出了截面图，该截面图示出了使用自冲铆钉50将钢桥接支架(例如，枪型支架40)连接至铸造镁避震塔主体32的方法。粘合层52形成在枪型支架40(和其他支架)与铸造镁避震塔主体32之间。粘合层52充当绝缘体和部件之间粘合剂的作用。在插入自冲铆钉50后，按钮54形成在铸造镁避震塔主体32上。
一旦使用自冲铆钉将桥接支架附接至铸造镁避震塔主体32上，就施加密封剂56来涂覆支架的边缘和铸造镁避震塔主体32的边缘以起到防腐蚀的作用。密封剂56优选为用于形成粘合层52的相同粘合材料，但是密封剂56可以可选地为不同的密封材料，诸如涂漆车间密封件。
尽管图7示出了自冲铆钉从钢桥接支架插入铸造镁避震塔主体32中，但是可以期望的是将自冲铆钉50从铸造镁避震塔主体32插入钢桥接支架中，如图8所示。参照图8，示出了截面图，该截面图示出了使用自冲铆钉50将钢桥接支架(再次例如，枪型支架40)连接在至铸造镁避震塔主体32的方法。粘合层52形成在枪型支架40(和其他支架)与铸造镁避震塔主体32之间。在插入自冲铆钉50后按钮58形成在钢桥接支架40上。
因为自冲铆钉50通常由钢制成，所以其能够避免自冲铆钉50和铸造镁避震塔主体32之间的电链应。通过使用用作阻挡层的绝缘胶带层60来防止自冲铆钉50和铸造镁避震塔主体32之间的直接接触能够避免电链应。因此通过使用任意绝缘层避免直接接触可避免电链应。
图7和图8示出了如何使用自冲铆钉将枪型支架40、仪表横梁支架42或轨道支架44中的任意一个或所有附接至铸造镁避震塔主体32上。然而，应该理解，可以使用将钢桥接支架附接至铸造镁避震塔主体32上的其他方法。例如，如图9所示，螺丝62可螺纹连接至形成在铸造镁避震塔主体32中的螺丝凸台64中。
一旦完全组装，避震塔组件30则安装在图10所示的车辆中，其中示出了安装的避震塔组件30的立体图。如图所示，避震塔组件30的枪型支架40通过诸如电阻点焊的方法附接至轮舱66的上部分。仪表横梁支架42也通过诸如电阻点焊的方法附接至仪表横梁68。轨道支架44也通过诸如电阻点焊的方法附接至前轨道70。
尽管附图和相关的讨论涉及包括钢部件和铸造镁避震塔主体的避震塔组件，但是应该理解，根据所公开的发明构思可产生钢部件和其他铸造镁车架零件的建议性组合。
至少基于上述原因，上述提出的所公开的发明克服了在用于车辆的已知避震塔制造中所面临的挑战。然而，本领域的技术人员通过讨论以及附图和权利要求将易于意识到，在不背离下列权利要求所限定的发明的真实精神和公平范围的情况下可进行各种更改、修改和变化。

Claims (16)

1.一种用于车辆的避震塔组件，包括：
由选自由镁和镁合金构成的组的材料构成的铸造避震塔主体；
钢桥接支架；
形成在所述主体和所述支架之间的粘合层；以及
用于紧固所述主体和所述支架的机械紧固件，其中，所述铸造避震塔主体由圆顶和一系列壁构成且包括多个结构肋部，所述结构肋部在所述铸造避震塔主体的所述圆顶和所述壁上连续延伸，
所述多个结构肋部包括在所述主体的与所述支架连接的部分上延伸的结构肋部。
2.根据权利要求1所述的避震塔组件，其中，所述机械紧固件是铆钉。
3.根据权利要求1所述的避震塔组件，其中，所述机械紧固件是螺丝。
4.根据权利要求3所述的避震塔组件，其中，所述铸造避震塔主体具有螺丝凸台，所述螺丝螺纹连接至所述螺丝凸台中。
5.根据权利要求1所述的避震塔组件，其中，所述钢桥接支架选自由枪型支架、仪表横梁支架和轨道支架构成的组。
6.根据权利要求1所述的避震塔组件，还包括沿着所述铸造避震塔主体和所述钢桥接支架的相交处形成的密封剂。
7.一种用于车辆的避震塔组件，包括：
由选自由镁和镁合金构成的组的材料构成的铸造避震塔主体；
钢桥接支架；
形成在所述主体和所述支架之间的粘合层；以及
用于紧固所述主体和所述支架的自冲铆钉，其中，所述铸造避震塔主体由圆顶和一系列壁构成且包括多个结构肋部，所述结构肋部在所述铸造避震塔主体的所述圆顶和所述壁上连续延伸，
所述多个结构肋部包括在所述主体的与所述支架连接的部分上延伸的结构肋部。
8.根据权利要求7所述的避震塔组件，还包括形成在所述自冲铆钉的至少一部分和所述铸造避震塔主体的一部分之间的绝缘层。
9.根据权利要求7所述的避震塔组件，其中，所述钢桥接支架选自由枪型支架、仪表横梁支架和轨道支架构成的组。
10.根据权利要求7所述的避震塔组件，还包括沿着所述铸造避震塔主体和所述钢桥接支架的相交处形成的密封剂。
11.根据权利要求7所述的避震塔组件，其中，所述自冲铆钉包括铆钉头部，并且其中所述铆钉头部定位在所述铸造避震塔主体上。
12.根据权利要求7所述的避震塔组件，其中，所述自冲铆钉包括铆钉头部，并且其中所述铆钉头部定位在所述钢桥接支架上。
13.一种用于在车辆的避震塔组件中使用的铸造避震塔，所述铸造避震塔包括：
由圆顶和一系列壁构成的主体，所述圆顶和所述壁由选自由镁和镁合金构成的组的材料构成，所述壁具有厚度，所述壁中的至少一个的厚度为2.0mm，其中所述主体通过机械紧固件紧固至钢桥接支架，并且在所述主体和所述支架之间形成有粘合层；以及
形成在所述主体上的结构肋，其中，所述结构肋在所述主体的所述圆顶和所述壁上连续延伸，
所述结构肋包括在所述主体的与所述支架连接的部分上延伸的结构肋。
14.根据权利要求13所述的铸造避震塔，还包括机械紧固件凸台。
15.根据权利要求13所述的铸造避震塔，还包括预涂覆层。
16.根据权利要求15所述的铸造避震塔，其中，所述预涂覆层选自由粉末涂覆层和转化涂覆层构成的组。
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