CN106181139A - 结构部件和制造这种部件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的结构部件，包括通过焊点接合在一起的第一和第二成型板状金属构件(101,102)，板状金属构件具有被设置为相匹配以形成预定距离的重叠部分(100)的相对的自由端(103,104)。结构部件穿过重叠部分的横截面具有帽子形状，其包括：沿部件的纵向延伸的第一和第二边缘部(111,112；121,122)；被设置为接合相应的边缘部的第一和第二侧部(113,114；123,124)；以及被设置为接合侧部的中心部(115；125)。每个板状金属构件的中心部的自由端包括被凹陷分开的至少两个凸部(116,117；126,127)，并且第一和第二板状金属构件的凸部通过焊接接合于相邻中心部的一部分。本发明还涉及用于制造所述部件的方法。

Description

结构部件和制造这种部件的方法
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的结构部件，该部件包括通过焊接接合在一起的第一和第二成型板状金属构件。本发明可应用于包括焊接板状金属构件的任何类型的车辆中，例如汽车、卡车、公共汽车和工程机械。虽然根据汽车应用描述了本发明，但本发明不局限于这种特定的车辆类型。
背景技术
当制造车身部分时，由在压力机内成形且被供给至由机器人装置操作的自动组装和焊接作业线的多个板状金属构件组装更大的部件是很普遍的。要求机器人装置挑出若干成形的板状金属构件并且将它们放置在焊接夹具内的预定位置。所述构件被夹紧到位并且由焊接机器人点焊在一起。
该设备的问题在于待组装的板状金属构件的相对公差必须相对较大以使机器人装置能够将不同的构件定位在焊接夹具内的重叠位置。比如，当定位具有帽形横截面的两个重叠构件时，当所述构件被放置在夹具内时具有楔入(wedging)的风险。这会导致组装工艺被中断直至操作者能解决该问题，或导致当楔入部件被夹紧在一起时所述部件变形和/或焊接变弱。
为了避免这些问题，可令帽形的内部构件比外部帽形构件更窄，以免在组装期间楔入。该设备的问题在于组装起来的部件之间的内部间隙或游隙不允许沿着帽形部件的至少一个相对侧完成焊接。此外，当组装两个这种构件时，相对高度公差必须相对较窄以确保两个侧缘/凸缘与重叠构件的上部部分之间的接触。如果在任一位置处出现间隙，这将导致焊接变弱。
本发明的目的是提供一种改进的结构部件和制造它的方法，其消除上述问题。
发明内容
通过结构部件和根据所附权利要求的方法实现该目的。
根据一个实施例，本发明涉及一种用于机动车的结构部件，该部件包括通过焊点接合在一起的第一和第二成型板状金属构件。板状金属构件具有被设置为匹配的相对自由端以在预定距离上形成重叠部分。穿过所述重叠部分的部件横截面具有大致帽子形状，其包括沿所述部件的所述纵向延伸的第一和第二边缘部、被设置为接合相应的边缘部的第一和第二侧部以及被设置为接合所述侧部的中心部。
重叠部分包括第一和第二成型板状金属构件，其中在焊接之前一个将定位在另一个的顶部上。在随后的文中，板状金属构件被如此定位以使得该重叠中暴露的帽子外形上表面被称为“外部”板状金属构件。相应地，具有帽子外形的插入到外部板状金属构件内定位的板状金属构件将被称为“内部”板状金属构件。
根据本发明，每个板状金属构件的中心部的自由端包括被凹陷分隔的至少两个凸部。因此，具有两个凸部的中心部具有一个凹陷，并且具有三个凸部的中心部具有两个凹陷，等等。第一和第二板状金属构件的相应凸部通过焊接接合。
每个凹陷从每个中心部的自由端延伸至少经过相邻凸部内的焊点。这使得相邻中心部上的凸部能够弹性地变形以在焊接之前接触相邻中心部的相邻部分，从而确保高质量的焊接。至少一个焊点定位于每个凸部内邻近于凹陷。
凹陷的形状可在本发明的范围内变化。因此，延伸进入相应板状金属构件的自由端的凹陷可具有平行、会聚或发散的侧面。当然应当避免尖角或渐变段以防止应力集中点。凹陷必须至少延伸经过相邻凸部内的焊点并且具有给焊点留下足够空间的宽度。因此，精确的形状和尺寸可在本发明的范围内变化，只要由一个板状金属构件上的凹陷形成的这些凸部能够弹性地变形从而与第二金属部分上的相邻中心部的一部分相接触并焊接于其即可。
除了定位在每个凸部上的焊点外，至少一个焊点定位在每个第一和第二凸缘或边缘部上。此外，至少一个焊点定位在第一和第二侧部的每个上，邻近第一和第二边缘部。
如上所述，板状金属构件具有相对的自由端，相对的自由端被设置为相匹配以在预定距离上形成重叠部分。为了在重叠接头内获得足够的强度，上述焊点定位在外部和内部板状金属构件每个的自由端附近。以这种方式，第一和第二边缘部和第一和第二侧部的每个沿部件纵向将具有最少两个焊点。因为相应中部上的每个凸部将包括至少一个焊点，所以包括两个凸部的一对内部和外部板状金属构件将在已组装的部件的重叠中部内包括四个焊点。
当组装两个板状金属构件时，相对高度公差可允许在预定限制内变化。为了确保内部和外部板状金属构件的相应第一和第二边缘部之间的接触，这些板状金属构件的中心部可在重叠部分分隔开预定距离。中心部之间的间隙可被选定为高达若干毫米，例如1mm±1mm。间隙的尺寸决定了使内部和外部板状金属构件的凸部弹性地变形从而在焊接之前接触相应中心部的相邻部分所需的夹紧力。该方案的优点是确保了相应的重叠第一和第二边缘部之间的接触，同时弹性可变形的凸部确保了这些板状金属构件的中心部能被牢靠地焊合。
为了进一步便于组装内部和外部板状金属构件，侧部的至少一个邻接部段设有重叠部分内的纵向减压区域(a longitudinal relief zone)。在已组装的部件的横截面内，减压区域从中心部朝边缘部延伸预定距离。该距离取决于内部和外部板状金属构件的尺寸和形状并且例如可为中心部与边缘部之间总距离的1/4～2/3。必须为侧部内减压区域末端与边缘部之间的焊点留下足够的空间。为了提供减压区域，内部帽形板状金属构件的上部能具有比外部板状金属构件相对较小的宽度，在内部与外部板状金属构件之间重叠部分的该上部中形成板状金属构件之间的间隙。内部帽形板状金属构件的宽度能沿一个或两个侧部减小。减压区域被设置为当例如使用机器人装置组装板状金属构件时避免楔入。
第一和第二成型板状金属构件通过例如使用常规的电点焊装置或脉冲激光焊接装置的点焊接合在一起。所述部件可以例如通过Nd:YAG(掺钕的钇铝石榴石)激光或类似的适宜固态激光的点焊方式被激光焊接。虽然接合部件的优选方法是焊接，但例如使用粘着剂或铆钉的可选方法也是可能的。特别是如果使用钢板之外的其它材料例如铝金属板或未焊接于彼此的异质材料则接合方法也可适用于部件的材料。
本发明进一步涉及用于组装用于机动车的结构部件的方法。如上所述，所述部件包括第一和第二成型板状金属构件，所述板状金属构件具有被设置为匹配的相对自由端以在预定距离上形成重叠部分。所述部件的穿过重叠部分的横截面具有大致的帽子形状，其包括：
-沿所述部件的所述纵向延伸的第一和第二边缘部；
-被设置为接合相应的边缘部的第一和第二侧部以及
-被设置为接合所述侧部的中心部。
根据本发明，方法包括如下步骤：
-将所述第一和第二成型板状金属构件定位在一重叠位置；
-沿所述边缘部将所述第一和第二成型板状金属构件夹紧在一起；
-对所述相应中心部的所述自由端处的由凹陷分隔开的至少两个凸部施加夹紧力使得每个凸部变形以接触相邻的中心部；以及
-通过定位于所述第一和第二边缘部处、所述第一和第二侧部处以及所述中心部上的每个凸部处的焊点接合所述第一和第二成型板状金属构件。
所述方法包括将焊点定位在凸部上以使每个凹陷从每个中心部的所述自由端延伸经过相邻凸部上内的焊点。
本发明的其它优点和有利特征将在下面的描述和从属权利要求中公开。
附图说明
参照附图，下面给出了被引用为示例的本发明实施例的更详细描述。在附图中：
图1示出构成根据本发明的结构部件的一对成形的板状金属构件，其是在组装之前；
图2示出在组装之后根据本发明的结构部件；
图3示出图2中所述部件的重叠部分的平面图；
图4示出穿过图3中部件的横截面；
图5示出在焊接之前穿过图3中凹陷的截面；并且
图6示出在焊接之后穿过图3中一对凸部的截面。
具体实施方式
图1示出构成根据本发明结构部件的在组装之前的一对成形的板状金属构件。所述部件包括将由焊点接合在一起的第一和第二成型板状金属构件101、102(参见图2)。板状金属构件101、102具有相对的自由端103、104，相对的自由端103、104被设置为相匹配以形成预定距离的重叠部分100。所述部件在重叠部分100的区带内具有大致帽形的横截面。帽形构件包括沿部件的纵向延伸的第一和第二边缘部111、112；121、122，被设置为接合相应的边缘部111、112；121、122的第一和第二侧部113、114；123、124，以及被设置为接合所述侧部113、114；123、124的相应中心部115、125。根据本发明，每个板状金属构件101、102的中心部115、125的自由端103、104包括被凹陷118、128分开的两个凸部116、117；126、127。
图2示出图1中的第一和第二成型板状金属构件101、102组装之后的结构部件。参照外部的第二板状金属构件102，该构件的自由端104被设置为外部的板状金属构件并且焊接于内部的第一板状金属构件101。焊点位于外部和内部板状金属构件101、102中的每个的自由端103、104附近(第一自由端103被遮挡，参见图1)。这样，第一和第二边缘部以及第一和第二侧部中的每个将在部件的纵向上具有最少两个焊点。各个中心部段上的每个凸部将包括至少一个焊点。
在图2中，外部的第二板状金属构件102通过它们的相应第一边缘部111、121上的第一和第二焊点131、132沿其自由端104被焊接于内部的第一板状金属构件101。此外，第三和第四焊点133、134用于接合第一和第二板状金属构件102的相应第二边缘部123、124。最后，第五和第六焊点136、137用于将第二中心部125上的第一和第二凸部126、127接合于相邻的第一中心部115。分开第一和第二凸部126、127的凹陷128从第二中心部125的自由端延伸并且至少经过相邻凸部126、127中的焊点136、137。沿第一板状金属构件101的自由端103(参见图1)在相应的第一和第二边缘部111、121；112、122、第一和第二边缘部113、123；114、124和第一和第二凸部116、117上设置相应的焊点141、142；143、144；146、147。这样，重叠部分段的每个单独部分设有沿部件纵向分开的两个焊点。
图3示出图2中部件的重叠部分100的平面图。该图示出沿部件横向的截面A-A和沿部件纵向穿过两个相邻凹陷118、128的截面B-B，上述截面分别如图4和6所示。
图4示出图3中穿过部件的横截面A-A。在图4中，第二成型板状金属构件102已经定位于第一成型板状金属构件101上的重叠位置。随后，第一和第二成型板状金属构件101、102沿边缘部111、121；112、122被夹紧在一起。在组装工序期间，夹紧力被施加于中心部115、125从而令两对相应的凸部116、126和117、127分别变形，所述凸部被相应的中心部115、125的自由端103、104处的凹陷118、128分开。一个中心部115、125的凸部116、126和117、127被弹性地变形从而与相邻的中心部相接触。第一和第二成型板状金属构件101、102通过位于相应的第一和第二边缘部111、121；112、122、第一和第二侧部113、114；123、124处和中心部115、125的每个凸部116、126、117、127处的焊点接合。焊接工序优选但不是必须开始于焊接第一和第二边缘部111、121；112、122。
图4还示出设置在第一与第二成型板状金属构件101、102之间的减压区域150。减压区域150沿纵向延伸穿过重叠部分。如图所示，减压区域从外部的中心部125朝第二边缘部122延伸一段距离。该距离取决于内部和外部板状金属构件的尺寸和形状，并且例如可为中心部与边缘部之间总距离的1/4-2/3之间。必须留有足够的空间给在侧部114中减压区域150的末端与已组装的边缘部121、122之间的焊点144。为了提供减压区域150，内部帽形板状金属构件101的上部具有比外部板状金属构件102相对较小的宽度，在内部与外部板状金属构件之间的重叠中的该上部部分中形成板状金属构件之间的间隙。可选地，内部的帽形板状金属构件111的宽度可沿一个或两个侧部113、114减小。减压区域150被设置为当使用例如机器人装置组装板状金属构件101、102时避免楔入。
图5示出在焊接之前穿过图3中凹陷118、128的截面。在组装两个板状金属构件101、102之后，相对高度公差可被选定为在中心部115、125之间留有间隙。为了确保内部和外部板状金属构件101、102的相应第一和第二边缘部111、121；112、122之间的接触(参见图4)，板状金属构件101、102的中心部115、125如图5所示在重叠部分被分隔开预定距离X。中心部115、125之间的该间隙可被选定为高达若干毫米，例如1mm±1mm。间隙的尺寸决定了使内部和外部板状金属构件101、102的凸部116、126弹性地变形以在焊接之前接触相应中心部115、125的相邻部分所需的夹紧力。例如，为了使这些凸部弹性地变形为在中心部处具有1.2mm材料厚度的金属板外形，需要高达150N的最大夹紧力来闭合外形之间的1mm的间隙。类似地，需要300N的最大力来闭合2mm的间隙。这些示例包括使用基于4.5mm点焊透镜直径(spot weld lens diameter)具有6mm的匹配地区直径的点焊枪。该方案的优点是确保了相应重叠的第一和第二边缘部之间的接触，同时弹性可变形的凸部确保了这些板状金属构件的中心部可被牢靠地焊合。
图6示出穿过焊接后图3中一对凸部的截面。如上所述，凸部116、126可通过从相应的中心部115、125的自由端延伸至少经过随后施加的焊点136、146的凹陷118、128与相邻的凸部117、127(参见图3)分开。这就使得相邻中心部115、125上相应的凸部116、117；126、127能够弹性地变形从而在焊接之前与相邻中心部的一部分相接触，以便确保高质量的焊接。至少一个焊点定位在每个凸部中邻近凹陷。图6示出两个凸部116和126如何变形从而分别与中心部125和115相接触。
可以理解，本发明不局限于如上所述和附图所示的实施例；相反地，本领域技术人员将认识到，可在所附权利要求的范围内进行很多变化和改进。

Claims (12)

1.一种用于机动车的结构部件，包括通过焊点接合在一起的第一和第二成型板状金属构件(101,102)，所述板状金属构件(101,102)具有被设置为相匹配以形成预定距离的重叠部分(100)的相对的自由端(103,104)，其中，所述部件的穿过所述重叠部分(100)的横截面具有帽子形状，帽子形状包括：
-沿所述部件的纵向延伸的第一和第二边缘部(111,112；121,122)；
-被设置为接合相应的边缘部的第一和第二侧部(113,114；123,124)；以及
-被设置为接合所述侧部(113,114；123,124)的中心部(115；125)；
其特征在于：
每个板状金属构件的所述中心部(115；125)的所述自由端包括被凹陷分开的至少两个凸部(116,117；126,127)，并且所述第一和第二板状金属构件(101,102)的所述凸部(116,117；126,127)通过焊接接合于相邻中心部(115；125)的一部分。
2.根据权利要求1所述的结构部件，其特征在于：每个凹陷从每个中心部(115；125)的所述自由端延伸经过相邻凸部上的焊点。
3.根据权利要求1或2所述的结构部件，其特征在于：至少一个焊点定位在每个凸部(116,117；126,127)上邻近于凹陷(118；128)。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的结构部件，其特征在于：至少一个焊点定位在第一和第二边缘部(111,112；121,122)的每个上。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的结构部件，其特征在于：至少一个焊点定位在所述第一和第二侧部(113，114；123，124)的每个上，邻近于所述第一和第二边缘部(111,112；121,122)。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的结构部件，其特征在于：所述第一和第二板状金属构件(101,102)的所述中心部(115,125)在所述重叠部分(100)分隔开预定距离(X)。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的结构部件，其特征在于：每个凸部(116,117；126,127)被设置为可弹性变形以便在所述重叠部分(100)与相邻中心部(115；125)相接触。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的结构部件，其特征在于：所述侧部(114)的至少一个邻接部段在所述重叠部分(100)设有纵向减压区域(150)，所述减压区域从所述中心部(115)朝所述边缘部(112)延伸预定距离。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的结构部件，其特征在于：所述第一和第二成型板状金属构件(101,102)通过点焊接合在一起。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的结构部件，其特征在于：所述第一和第二成型板状金属构件(101,102)通过脉冲激光焊接接合在一起。
11.一种组装用于机动车的结构部件的方法，所述部件包括第一和第二成型板状金属构件(101,102)，所述板状金属构件(101,102)具有被设置为相匹配以形成预定距离的重叠部分(100)的相对的自由端(103,104)，其中，所述部件的穿过所述重叠部分(100)的横截面具有帽子形状，帽子形状包括：
-沿所述部件的纵向延伸的第一和第二边缘部(111,112；121,122)；
-被设置为接合相应的边缘部的第一和第二侧部(113,114；123,124)；以及
-被设置为接合所述侧部(113,114；123,124)的中心部(115；125)；
其特征在于：所述方法包括步骤：
-将所述第一和第二成型板状金属构件(101,102)定位在重叠位置；
-沿所述边缘部(111,112；121,122)将所述第一和第二成型板状金属构件(101,102)夹紧在一起；
-对所述相应中心部(115；125)的所述自由端(103,104)处的由凹陷分开的至少两个凸部(116,117；126,127)施加夹紧力从而使每个所述凸部变形以接触相邻的中心部(115；125)；以及
-藉由定位在所述第一和第二边缘部(111,112；121,122)处、所述第一和第二侧部(113,114；123,124)处以及所述中心部(115；125)上的每个凸部处的焊点接合所述第一和第二成型板状金属构件(101,102)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：将所述焊点定位在所述凸部(116,117；126,127)上使得每个凹陷从每个中心部(115；125)的所述自由端延伸经过相邻凸部(116,117；126,127)中的所述焊点。
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