CN106217041B - 用于形成汽车保险杠系统的加固梁的装置 - Google Patents

Abstract

将金属薄片成型为汽车保险杠加固梁的装置，其包含：辊轧成型机，其具有辊轧成型站，可纵向地沿金属薄片形成共同的中央壁，并形成从共同的中央壁延伸的横向部分，从而以金属薄片的边缘抵接共同的中央壁，以形成连续梁，其具有相邻管，各管共享共同的中央壁的相对侧；其中该辊轧成型机可被操作以形成槽形肋条，其各突出进入各相邻管的前壁并沿连续梁纵向延伸，以将每个相邻管的前壁硬化；焊接站，其具有(i)焊箱固定装置，其可支承该些相邻管，以及(ii)焊机，当金属薄片被焊箱固定装置支承时，焊机可被操作以将该金属薄片的边缘焊接至中央壁；其中，当在相邻管的前壁之间焊成焊缝时，于槽形肋条之间限定夹缝肋条以增加连续梁的抗弯强度和抗扭强度。

Description

用于形成汽车保险杠系统的加固梁的装置

本专利申请为分案申请；其原申请的申请日为2011年09月09日，申请号为201180056225.3，发明名称为“带有单一中央支腿的管梁”。原申请是国际申请，其国际申请号为PCT/US2011/051025，国际申请日为2011年09月09日，进入国家阶段日为2013年05月23日。

技术领域

本申请根据美国法典第35条119(e)款要求于2010年9月23日申请的标题为“带有单一中央支腿的管梁”的美国临时专利申请号61/385,680的优先权，所述专利申请的全文以引用的方式并入本文中。

本发明涉及在汽车保险杠系统中使用的保险杠加固梁，其中该梁为管状的，并带有单一(单)中央支腿。本发明亦涉及辊轧成型装置和形成所述梁的方法。然而，相信本发明并不仅限于用于汽车的保险杠加固梁。

背景技术

现代的汽车保险杠系统包括的加固梁通常是为了其强度和抗冲击特征而设计的，以符合政府和保险业界对特定车辆的标准，但亦是为了将整车重量减到最低、将强度-重量比提到最高、适合置于有限的汽车安装空间内并满足汽车在车辆前后两端的美观和功能需求而设计的。与此同时，制造该些梁的工艺和方法优选地将不想要的产品维度和质量变化减到最少，并同时将制造成本降到最低、优化可制造性和将废料减至最少。已证实，辊轧成型工艺和方法在具竞争力的价格和高维度一致性以大批量生产的保险杠加固梁特别有效。然而，行业竞争激烈，使得即使是小改进亦可为重要的。

此外，许多上述理想特点是相互矛盾的，使得如何改进某一特定保险杠加固梁，或如何改进用于制造该梁的辊轧成型工艺并不清楚。举例来说，较重的梁可能会更强，但会导致不可接受的车重增加。高强度物料或为优选的，但其较昂贵、难以成形并导致模具高度磨损。在辊轧成型过程期间对于薄片边缘的定位控制精确是理想的，以便梁有精确的横截面形状，以减少沿边的公差，使得沿边的过剩物料得以减少，以将梁的重量减到最低，并便于在焊接期间的接触一致。然而，这可需额外的辊轧成型步骤和站段，以及额外的模具和软硬件控制，以上各项均须加大投入资金，并令辊轧成型过程更加复杂。上述的梁包括两个薄片边缘，其是抵着该薄片的其他物料而形成的，并各自由焊机焊上，以永久性地形成该些梁的管状形状。然而，焊机会沿着辊轧成型装置占据空间，特别是在该些焊机被置于沿着辊轧成型装置的长度上的不同站段的情况下。因此，对占地面积以及投入资金的需求均会显著增加。尽管如此，由于飞屑会对其中一个或两个焊机均造成不良影响，故此难以在梁的相对两侧进行焊接。值得注意的是，必须保持焊缝均一致且可靠，以在保险杠加固梁和相关保险杠系统中提供可靠和一致的抗冲击强度。

发明内容

在本发明的一个方面中，加固梁包括从单一薄片形成的梁，并包括第一和第二管，其共用一共同的壁，并带有共面对齐的前壁和共面对齐的后壁，各前壁在其中包括槽形肋条，该薄片包括带有第一圆角部分和第一末梢的第一边缘、带有第二圆角部分和第二末梢的第二边缘、将该些已对齐的前壁的其中之一和该共同壁的一端连接的第三圆角部分以及将该些后壁的其中之一和该共同壁的另一端连接的第四圆角部分，第一和第三圆角部分在第一焊接处被焊接在一起，并形成前夹缝肋条，其空腔深度至少为该薄片厚度的两倍，而第二和第四圆角部分在第二焊接处被焊接在一起，并形成后缝，其空腔深度至少为该薄片厚度的两倍，该些槽形肋条和该前夹缝肋条形成加强该梁前面的肋条。

在本发明的另一方面中，提供了用于将薄片成型为带有四面外壁和共同的中央支腿的梁的装置，该共同的中央支腿在该些壁的相对两壁之间延伸，该四面外壁限定矩形横截面，而该中央支腿将该横截面分为第一和第二相邻管，该中央支腿带有圆角端部，各圆角端部限定垂直于该中央支腿的滑面，而该薄片带有抵接该些圆角端部的边缘。该装置包括辊轧成型机，其包括带有辊子的辊轧成型站，用于将该薄片成型为带有该四面外壁和该共同中央支腿的梁，该辊轧成型机包括带有焊机和焊箱固定装置的焊接站，该焊箱固定装置包括固定装置框、由该固定装置框支承的外芯模(mandrel)，其以想要的精确的形状支承该四面外壁，该些外芯模的其中两个为可移动并为相对的、以及包括至少一个致动器，其被可操作地连接至该两个相对的外芯模，用于将该些相对的外芯模移动成与该四面外壁中相关的相对壁啮合。该装置进一步在该些由上游锚线支承的第一和第二相邻管中各自包括内芯模，使得该些内芯模保持大致上与该些外芯模相邻。通过这样的布置，该些内外芯模连同该些弹簧的偏压和该两个相对的外芯模的反偏压，通过该薄片的物料沿着该些滑面挠曲和移动来控制该梁的形状，从而当在该焊箱固定装置中时在该焊机的焊接过程期间积极维持其精确形状。

在范围较窄的方面中，该些内芯模各自包括相对的半部和弹簧，该弹簧施以对抗该些外芯模和对抗该致动器的力的偏压，使该些相对的半部分隔开。

在本发明的另一方面中，提供了一用于将薄片成型为带有四面外壁和共同的中央支腿的梁的装置，该共同的中央支腿在该些壁的相对两壁之间延伸，该四面外壁限定矩形横截面，而该中央支腿将该横截面分为第一和第二相邻管，该中央支腿带有圆角端部，各圆角端部限定垂直于该中央支腿的滑面，而该薄片带有抵接该些圆角端部的边缘。该装置包括辊轧成型机，其包括带有辊子的辊轧成型站，用于将该薄片成型为带有该四面外壁和该共同中央支腿的梁，该辊轧成型机包括带有焊机和焊箱固定装置的焊接站，该焊箱固定装置包括固定装置框、由该固定装置框支承的外芯模，其以想要的精确的形状支承该四面外壁，该些外芯模的其中两个为可移动并为相对的、以及包括至少一个致动器，其被可操作地连接至该两个相对的外芯模，用于将该些相对的外芯模移动成与该四面外壁中相关的相对壁啮合，该些外芯模的另外两个是固定并相对的，使得该另外两个外芯模大致上固定该相对两壁之间的距离，而该中央支腿就是在该相对两壁之间延伸的。通过这样的布置，该些外芯模连同该两个相对的外芯模的偏压，通过该薄片的物料沿着该些滑面挠曲和移动来控制该梁的形状，从而当在该焊箱固定装置中时在该焊机的焊接过程期间积极维持其精确形状。

在本发明另一方面中的装置包括辊轧成型机，其包括带有辊子的辊轧成型站，用于将该薄片形成为带有该四面外壁和该共同中央支腿的连续梁，该辊轧成型机包括带有焊机和焊箱固定装置的焊接站，该焊机产生向上倾斜的激光光束，用于焊接该连续梁，以永久性地固定该横截面，并位于该连续梁的下方在该焊箱固定装置的上游或下游位置，使得该激光光束在朝向下的夹缝内焊接，而该夹缝是由该些圆角端部的其中之一抵接该些圆角边缘的其中之一而形成的。通过这样的布置，该焊机从该连续梁下方但远离落屑的位置焊接该连续梁。

在本发明另一方面中的装置包括辊轧成型机，其包括带有辊子的辊轧成型站，用于将该薄片形成为带有该四面外壁和该共同中央支腿的该连续梁，该辊轧成型机包括单一焊接站，其带有顶部焊机和底部焊机以及焊箱固定装置，该些焊机焊接该连续梁，以通过在该焊接站中同时在该梁的上部和下部位置进行焊接，永久性地固定该横截面。通过这样的布置，焊接是在该单一焊接站中而非在多个焊接站中进行的。

在本发明另一方面中的装置包括辊轧成型机，其包括带有第一组辊子的第一辊轧成型站，以形成该薄片的中央支腿和该薄片的外侧翼，而该些外侧翼带有邻近该中央支腿的部分，该些部分垂直于该中央支腿而延伸，并通过该些圆角端部而接合至该中央支腿，而且该些外侧翼亦带有在其上形成的圆角边缘。该辊轧成型机进一步包括带有另一些组的辊子的另一些辊轧成型站，将该些外侧翼成型为第一和第二管，而该中央支腿为共同的壁，其形成该些第一和第二管各自的一部分。该辊轧成型机包括顶部和底部焊机，将该些圆角边缘焊接至该些圆角端部。

相关方法亦形成本发明的一部分。

经研究以下说明内容、权利要求和所附附图后，本领域技术人员将可明白并理解本发明的这些和其他方面、目的和特点。

附图说明

图1为保险杠加固梁的俯视图，其为管状的并包括单一中央支腿。

图2为沿图1的线II-II的截面图。

图3为该辊轧成型装置的视图，其用于进行本辊轧成型工艺。

图4为一系列标为S1-S33的截面图，显示了在形成图1的梁时，该原来的薄片在各形成步骤中的形状。

图5为在图1-2中的梁的截面图，包括了形成焊接站一部分的焊缝跟踪圆盘。

图6为类似图1-2的经修改的梁，但其带有经修改的横截面。

图7为显示了接近该辊轧成型过程尾声的焊接站的侧视图。

图8为通过图7的焊接站的截面图，显示了压力箱夹具，用于在同时双焊接的步骤期间保持该已辊轧成型的梁的最终形状。

具体实施方式

保险杠加固梁40(图1)包括用于汽车保险杠系统的加固管梁50，以及附接至该梁50的支架41，以便附接至车架，在例如汽车的前保险杠系统(在图1中示出)或后保险杠系统中使用。所示的梁50包括纵向中部42，其在第一圆角R1弯曲，而纵向外端则在较窄的第二圆角R2弯曲，以配合特定车辆的合乎空气动力的外形。然而，可设想的是，本发明的概念可用于任何梁上，无论其为直线或弧形的，亦无论是一致地以单一圆角弯曲/呈弧形或带有不同的纵向曲线(“弧度”)均可。

本梁50以钢片物料制成，厚度为0.8mm至1.4mm，而拉伸强度约为800至2000MPa(即约120至290ksi)。优选地，该薄片的物料厚度小于1.2mm，该金属薄片的拉伸强度大于250ksi。所示的梁约80mm高40mm深(处于已装在车内的位置)，而在该梁的前面形成有两条槽形肋条(每管上各一)。所示的槽形肋条各约8-10mm深8-10mm宽，并包括一圆底。然而，可设想的是，本梁可以不同物料制成，包括AHSS(先进高强度钢)，而其可由厚度约为0.8mm-3.0mm厚(或如0.8mm至1.4mm的厚度)的薄片制成，并可以不同的梁的横截面大小制造，如约80mm-150mm高30mm-60mm深，而其长度与车辆支架/保险杠框架的轨架末梢之间的距离相等或比其稍大。

本梁50(图3)是以在辊轧成型装置上的单一钢金属片经由在辊轧成型站中一连串成对的辊子而形成的，而各站会进行成型操作，如在图4中步骤1-33的经辊轧成型的花型图案所示般。在该过程中，所形成的单一薄片带有在单一中央壁(在本文中有时称为“单”壁或“中央支腿”)相对侧上形成的相邻管。该辊轧成型机包括在站段S1-S7中的成型轧辊第一区域，其包括形成中部(即该中央壁)，而该薄片外部向外延伸并大致上垂直于该中央壁。圆角薄片边缘亦是在步骤S1-S7中形成的。该辊轧成型机进一步包括在站段S8-S33中的成型轧辊第二区域，其在该中央支腿的各侧上形成第一和第二管，并共用该中央支腿作为共同的壁。该些槽形肋条基本上是在步骤S8-S12中形成的，并有助在该薄片沿着该辊轧成型装置横过时控制该薄片的横向位置。激光焊接在站段S33或之后进行。所述焊接处分别包含由激光焊接形成的连续焊合材料带。或者，焊接可在两个分开的步骤中进行，如在一辊轧成型工艺中，其中该第一管是在该过程的半途中(在最后的成型站段更早之前)形成的。

具体来说，如所示般，该薄片有略少于“一半”以第一旋转方向(如图4所示的逆时针方向)变形成第一管，该薄片的第一圆角边缘与该中央壁的圆角端部抵接(并进行焊接)，而该薄片的另“一半”则以相同的第一旋转方向(如逆时针方向)变形成第二管，第二圆角边缘与该中央壁的另一圆角端部抵接(并进行焊接)。在该第一圆角边缘上焊接的接触线位于该圆角的端部，该薄片的终端末梢在该处变得“平坦”。同样，在该中央壁的圆角端部的接触线位于该中央壁的端部，该中央壁在该处变得“平坦”。然而，以该圆角作主要的接触点是可取的，使得焊接过程的激光光束在最佳条件下制造均一的焊缝。须注意的是，该焊接过程包括激光光束进入该夹缝，并在由该圆角端部和该圆角边缘形成的抵接线加热物料。为此，将该些薄片边缘的终端末梢形成得使得尽管有工艺差异其也不会致使在该夹缝底部处有缺口或为可取的，视乎该缺口的大小，其将(可)对焊接造成不良影响。

须注意的是，该焊箱固定装置有助设定该接触线，并有助在该接触线处设定用于焊接过程所需的抵接压力。如图8所示的焊接固定装置将该些匹配物料保持成彼此抵接，以如下文所述的帮助产生良好的焊缝。该些边缘的圆角形状不但允许良好的接触，并允许该些边缘(因在该焊箱固定装置中所产生的力而)，特别是沿着滑面P1和P2，挠曲、滑动和弯曲，让该固定装置可在该焊接站中“固定”并维持所需的横截面形状。这样的安排有利于良好的焊接，并有可能降低该些边缘有完美维度的重要性。同时，该薄片的边缘包括在该梁内从该焊接线向外延伸的物料的末梢部分。如上文所注，该末梢部分的自由端部(free end)是必需的，以确保尽管沿着该边缘处有物料差异和工艺差异，也有足够物料进行焊接。然而，在该末梢部分的自由端部中的多余物料会导致浪费并增加该保险杠梁的重量。通过精确控制该些边缘和抵接物料的接触和啮合，可将该“自由端部”的长度缩到最短，从而将该梁的整体重量减至最低。须注意，对汽车工程师和车辆设计人员而言，即使重量只减了几盎司亦可非常重要。预计所示的“自由端部”将约为小于4mm，但已设想到，其有可能可缩短至如2mm，视乎该梁的具体工艺参数和功能要求而定。

如前所述，随着该薄片的圆角边缘延伸以与在该梁的中央支腿上匹配的圆的角(弯曲)接触并焊接于其上，这有利地有助并容许一致和宽容的抵接啮合。该些边缘和该些中央支腿端部的双圆角让该两部分物料可靠地以线接触的方式啮合，并在所想的抵接力范围内啮合，从而在制造期间更好地包容维度差异。这样的配置有助该些抵接的物料部分进行良好的线接触，并从而有助尽管有维度和处理差异焊接也能良好地进行。与此同时，该些圆角边缘和该些边缘的“自由端部”均凹陷到该梁的前面和后面中，使得由该梁的前面和后面限定的垂直平面不会因任何该薄片向外突出的边缘而间断，这对符合车辆制造商的规格而言可为重要的。而且，该中央支腿是由该薄片的中央(而非该薄片的侧面边缘)形成。通过先形成该中央支腿并通过由该薄片的中央形成该中央支腿，使该辊轧成型的过程更为平衡和受控，更容易控制该薄片的横向位置。换言之，由于先形成了该中央支腿，然后该中央支腿会在该薄片后期的成型过程中充当“中央支锚”，故此会减低该薄片在该辊轧成型机中“漂移”。由于无须有大的公差，故此对薄片的位置控制增强，会致使可进一步降低该些边缘的“自由端部”的公差。已设想到，该些边缘的“自由端部”可缩至4mm或以下，并甚至短至2mm或以下，视乎过程控制以及该薄片和辊轧成型过程的特征。

由于该带有中央支腿的加固管梁50有高的强度-重量比、对因其端部内侧的冲击而致的纵向弯曲的抗力、以及对如来自垂直地偏离中心的冲击的旋转力的抗扭力，其特别适合在汽车保险杠系统中作为加固梁使用。

如上文所述，该梁50(图2)是从单一整片薄片经过连续的辊轧成型工艺而形成的(图6)。该梁50包括第一和第二边缘51和52以及在其间依次延伸的七个壁段53-59。该些第一至第四壁段53-56形成第一管，该些第四至第七壁段56-59形成相邻的第二管，而该壁段56则为共享壁。该些壁段53-55和57-59组合以形成管状，并由水平延伸的壁段56(当处于已装在车上的位置时)形成中央支腿，而壁段55和59形成垂直的共面的前面，壁段53和57则形成垂直的共面的后面。该第一边缘51会变形以形成约3-4mm半径的圆角CR1，其末梢51’(即“自由端部”的长度约为4mm或可能短至2mm)会延伸，使得该第一边缘51的内表面61的位置与该中央壁段56平行。该圆角CR1与相关圆的角62(由该些第四和第五壁段56-57在该梁的前面上形成)啮合，并被焊接以永久固定该第一管。

在梁50中，该第二边缘52亦被向内变形，以形成与圆角CR1类似的圆角(如在该所示的梁中的约3-4mm)，但其终端末梢52’会与该中央壁段56平行地延伸。该圆角CR1与由该些第四和第三壁段56和55形成相关的圆的角64啮合和焊接。该所示的梁50的横截面大致上为矩形，而中央支腿将该矩形分为等份的相邻第一和第二管。已发现，这横截面提供优异的抗弯强度、抗扭强度和相对较高的强度-重量比。

所示的第一壁段53包括槽形肋条65(即向内形成的凹陷处，有时亦称为“承力肋条”)，其进一步加强该壁段53，并据此加强该梁的前面和加强该第一管段。所示的槽形肋条65大致沿着壁段53的中央，其宽度直径约为该壁段53宽度的10％-40％(或更优选约为该宽度的20％-30％)而深度约与其宽度直径相等。该第五壁段57亦包括槽形肋条66(大小、形状和位置均与肋条65相若)，其加强该壁段57，并据此加强该梁的前面和该第二管段。由该第一边缘51和末梢51A以及由该第二边缘52和末梢52A形成的该些圆角CR1带有中央点，其位于从而形成的该些相应的管的内侧。所示的槽形肋条的底部形状为半圆形。然而，已设想到，该些槽形肋条的深度和大小可被制成较浅较深、较宽较窄、平底或不平底修改来满足对梁的特定功能要求。

须注意，该些边缘51和52的圆角形状和匹配角位致使其形成夹缝肋条，该夹缝肋条亦加强该梁50，并因而以并非与该些槽形肋条65和66完全相异的方式使该梁50的前后壁/面稳定住。在该梁的前面上，由前边缘51的圆角形状和相关角位形成的夹缝肋条与该两条槽形肋条65组合，以在该梁50的一面上有效形成三条肋条，各自加强该梁的抗弯强度和抗扭强度。测试显示，该梁的硬度可被充分增强，以抵消任何因该些槽形肋条需较宽的薄片来制造该梁而额外增加的物料重量。该夹缝肋条大概与该中央壁对齐，而其限定的空腔的深度约为该薄片物料的横截面厚度的3-4倍。具体来说，若薄片物料的厚度约为0.8mm-1.2mm，则所示的夹缝肋条的空腔约3-4mm深。该激光焊接处位于该夹缝的底部，该物料在该处首次进行抵接的接触。

已设想到，将使用激光焊机72和73制造该些焊接处70和71(图3)。该些当前的焊机72和73位于单一站段S33中，其在空间运用、接线和工艺控制方面提供了显著优势。该些焊接处70和71(图2)在该夹缝中与外侧抵接的物料形成，使得该些焊接处与该些第一和第二边缘的终端端部(即“自由端部”)稍微隔开，如约4mm，或可能低至约2mm。已发现，所示的薄片物料的弯曲抵接地相互啮合是宽容的，容许在该焊接固定装置内的一些维度差异和维度控制，而不会对线接触和焊接操作有不利影响。即使该些当前焊机72和73位于单一站段S33中，但已设想到，如有需要或如某应用有具体需要，其可沿着该辊轧成型装置位于不同站段。

须注意，该梁，包括其横截面轮廓和该些焊接处70和71，均为对称的。这大大帮助了在辊轧成型和生产操作期间将该梁保持均匀且笔直(并有助避免因焊缝加热不平衡和物料收缩/移动而致的跑偏和非线性弯曲)。辊轧成型领域的技术人员将看出，在各个该些步骤S1-S33(图4)中的成型工艺是如何取得平衡的。具体而言，辊轧成型生产和设计领域的技术人员将看出，该中央壁在该步骤S7中的垂直度的重要性，以及该些外壁在步骤S21中的垂直度的重要性，并从而有助将辊轧成型步骤减至最少。

制造用于保险杠加固梁40、带有中央壁段56的加固管梁50的有关方法(见在图3中的辊轧成型机和在图1-2中的梁)包括以下步骤：提供薄片49(见图3)，其包括第一和第二边缘51-52(图2)和在其间依次延伸的七个壁段53-59；将该中央壁弯曲至垂直于余下物料的方向(见步骤S2-S7)，将该些边缘末梢弯曲(步骤S3-S7)并形成该些槽形肋条65,66(从步骤S3-S9开始并在步骤S10-S12完成该些槽形肋条)，将该些第一至第四壁段53-56弯曲以形成第一管，并将该些第四至第七壁段56-59弯曲以形成相邻的第二管(在步骤S3-S21形成了一半并在步骤S22-S33将其完成)；将该第一边缘51焊接至该相关的圆的角62，并将该第二边缘52焊接至该相关的圆的角64，同时在焊接固定装置中维持该连续梁的精确的横截面形状(见图7-8)；在制弧站中使该连续梁变形成纵向弯曲(“弧形”)的形状，并在切断站中将该些梁节段切断至一定长度，以形成个别的保险杠加固梁。

须注意，在该第一壁段53中的槽形肋条65和在该第五壁段中的槽形肋条66与该梁前方中央的夹缝(在该中央壁之上)组合，以在该梁面上提供三条槽形肋条的构造。如上文所述，这为该梁提供了优异的抗扭和抗弯强度。特别是，测试显示了一意想不到和预料之外的结果，即槽和肋条为该梁面提供了稳定性，可大幅提高抗冲击强度，并提供提高了的抗冲击强度一致性(和吸收能量能力的一致性)而不会增加梁的重量。抗冲击强度得以改善是归因于几个因素。举例来说，该当前的梁的重量相比起大小相若但不带有槽形肋条的梁并无增加，这是由于该当前的梁使用较薄的薄片物料并同时仍能提供类似或更佳的冲击测试结果。须注意，由於对薄的薄片物料作出冲击期间发生的动力作用，故此较薄的物料或会趋向于无法预知/过早地扭折和灾难性地挤塌，可能会在测试期间增大抗冲击强度的差异和不一致性。然而，在该当前的梁前方的槽形肋条和夹缝肋条有助于使该梁的管状结构更稳定，因此即使使用了较薄的薄片物料，也能提供更佳的测试结果。鉴于该些槽形肋条和夹缝肋条是在该梁面上的，故此这样的改善是意想不到。意想不到的部分原因是，该些位于面上的槽形肋条和夹缝肋条会致使部分薄片物料的位置向内靠近弯矩的中心线(而非远离该中心线)。须注意，比较靠近弯矩的中心线的物料会对该梁的弯矩带来较少的影响，因此有可能减小该梁的惯性弯矩。然而，由於冲击的动力作用，梁壁的稳定性可对梁的抗冲击性能非常重要。再者，一些保险杠测试会致使垂直地失衡的扭转力(如当冲击试验器击上梁的位置比梁的中心线高时)。

有关装置88(图3)用于制造带有中央壁段56的加固管梁50，用于保险杠加固梁40，其包含辊轧机89，带有联机制弧站90和切断器91。该辊轧机89包括构建以形成薄片49的轧辊，其包括第一和第二边缘51-52以及在其间依次延伸的七个壁段53-59。该轧辊包括的辊轧成型站第一区域92带有轧辊组，其被置成形成该中央支腿，而该薄片的外侧翼从该中央支腿大致垂直地延伸。该辊轧成型站第一区域92亦形成该薄片的圆角边缘。辊轧成型站第二区域92’包括轧辊组并被置成和被构制成将该些第一至第四壁段53-56弯曲以形成第一管，并将该些第四至第七壁段56-59弯曲以形成相邻的第二管，而该单一中央支腿为两个管共用的。第一和第二焊机72和73被置成将该第一边缘51焊接至圆的角62的相关内表面，并将该第二边缘52焊接至该相关的圆的角64。该第一焊机72被置于该梁上方，而该第二焊机73被置于该梁下方，其激光光束所定位的角度如下文所述。

须注意，本装置可运用带有水平轴支承成型轧辊的辊轧机，又或者可运用带有立轴支承成型轧辊的辊轧机。在该立轴机中，该些激光焊机将有可能在该梁的相对侧处操作或有部分在该梁上方操作。立轴辊轧机的一好处是，由于该焊机被置于该焊缝的侧面和/或上方附近,故此可利用重力令碎屑和灰尘远离该些焊接地点而落下。在该水平轴辊轧机中，该些激光在相对于该梁的顶部和底部位置操作。该些焊机中的其中一个的底部位置有可能会致使与落屑有关的问题，但本发明如下文所述般解决了这问题。

如图3和4示出的版本所示，该装置优选被构建成使得两条焊缝均在单一站段中制造，而焊接是同时进行的。一个焊机72位于该焊接位置上方，而另一焊机73则位于下方，但位于该焊缝位置的明显较上游(或下游)处。该底部焊机被置成和被遮蔽成使得飞屑和落屑不会对该焊机产生不良影响。举例来说，所示的底部焊机以垂直倾斜15度位于实际焊接地点的上游。而且，如有需要(视乎该激光光束生成器离该焊缝位置的距离而定)，可使用遮蔽物来物理遮蔽该激光生成器不与该焊接处接触。所示的遮蔽物为物理屏障，其被置成使得不会干扰该激光光束(其限定了线)，但亦保护该激光生成装置以免与落屑接触(其倾向限定了弧线，这是由于该碎屑起初会横向移动然后因重力而朝向其下降路径的终点落下所致)。已设想到。该遮蔽物亦将包括由直接气流所提供的空气遮蔽物。须注意，激光焊机光束的焦距长度可长达36英寸，而该激光光束可为多种不同类型中的任何一种，如气体(CO2)、固态、纤维或圆盘状。

须注意，在图4所示的该些步骤中，该中央支腿起初在前几个步骤S1-S7中由该薄片的中央成型为相对于水平面(其沿着该辊轧成型机的某线标水平延伸)的垂直方向。这将该薄片锚定，并在辊轧成型过程中将该薄片保持在中央，从而消除(或大大降低)该薄片在该成型过程中漂移或横向滑动的倾向。须注意，由于该当前薄片的高强度特性以及其厚度和宽度，故此在辊轧成型过程期间生成大的侧向力。通过首先将该中央支腿成型为垂直状态，会较易控制该薄片的横向位置，且会在本质上更受控/可控。再者，圆角在步骤S1-S7中被形成为该薄片的边缘。其后，该些相邻的管在该共同的中央支腿的相对侧上形成。在图4的当前过程中，即使形成的薄片有290ksi+拉伸强度，结果辊轧成型步骤的数量仍可减少到少至33个步骤(见图4)，这被视为在已知方法中的预料之外和意想不到的显著改善。须注意，成型步骤较少可以是非常有利的，这是由于减少步骤数量可减少模具成本(即越少成型辊轧越好)、缩短该辊轧成型装置的长度(即较少辊轧成型站)以及缩短整体的处理时间(即从起初的平坦薄片到双管梁形状的周期时间较短)。

图5显示了焊缝追踪圆盘90’，用以追踪和控制该夹缝80。(在图5中，该圆盘90’在分解视图中分开示出，但所设想的是该圆盘将与该梁50物理啮合并沿着该夹缝追踪。)该圆盘90’会追踪该夹缝80的谷沟，以助进行该焊接过程。具体而言，该圆盘90’为旋转圆盘，与比萨刀类似，其在该连续焊接处焊缝的区域中行走。该激光焊机位于离开该焊缝谷沟中的这圆盘。如所示般，可使用圆盘90’以在该梁50的顶部和底部追踪夹缝。

图6为该经修改的梁50A的横截面，其与图2类似但该些管的宽度不同。具体而言，梁50A的一个管的宽度约为另一个管的两倍。然而，该两个管共用一共同的中央壁。此外，该两个管均带有大小形状相若的槽形肋条，而且亦在该中央支腿之上形成有夹缝肋条。在该梁50A中，类似和相同的特点、特征和部件使用相同但带有英文字母(如“A”)的数字标示。这样做是为了减少冗余的论述。保险杠加固梁和相关制造工艺领域的技术人员将明白到，该梁50A可以并确实结合了许多梁50的特点，相信使得无须个别论述在梁50A中的各个数字。

图3、7-8显示了焊接站100，其位于辊轧成型机的末端并为其出口。在图7中，所示的薄片已在辊轧成型机成型，并以行进方向D1行进。焊箱固定装置102被置成与该已部分成型的梁50对齐。顶部和底部激光焊机103位于该焊接站，而其位置将使该焊箱固定装置不会干扰其相应激光光束撞击该梁50的目标抵接物料。该底部激光焊机103位于该焊箱固定装置102稍微上游处，而其焊接激光104定位在下游角度，使得该焊接激光光束104撞击该梁101的所需的位置，以加热和焊接该梁101的抵接物料。该激光的焦距长度长达36英寸，视乎激光的类型而定。激光离在该梁101上的焊接位置的距离并无最低限制。举例来说，已设想到该激光类型可为气体(如CO2)，或可为固态、纤维或圆盘激光类型。该激光104朝向该加固梁101的最大角度A1为垂直倾斜约15度(即从垂直于该梁50一侧的方向)。如有需要或如果想要，可使用物理遮蔽物105，以遮蔽该激光光源106不与来自该焊接过程的碎屑接触。该物理遮蔽物105可为下游的气刀或气体射流，或可包括物理面板。

该可调整焊箱固定装置102(图8)位于该焊接站，并被设计用于在该焊接步骤中设置和保持该已辊轧成型的梁的最终形状。该所示的可调整固定装置102包括外钢箱框110、顶部和底部外芯模111、112以及由致动器115、116向内加压的可调整侧面外芯模113、114。可设想的是，该些致动器可为电动(dynamic)或主动的(如液压缸)，或其可为可调整和被动的，如可被调整以提供所需的向内的压力量的螺栓，以在该焊箱固定装置102内维持该些外芯模的所需形状。显示了两根杆子，其从该致动器115延伸并穿过该框110至其附接至该外芯模111的位置。然而可设想到，可构建其他连接和推动布置。

内芯模117、118位于该双管梁120的各管121、122中，并由缆线123、124锚定，其延伸至位于该辊轧成型机上的上游锚柱125(该薄片在该处充分地横向展开)，以将用于为了保持该些缆线123、124(图8)的锚柱125(图3)定位。在此显示了梁50，但可设想到，该梁可与梁50A或其他经修改的梁类似。所示的内芯模117、118各自为分开的芯模，带有相对的两半芯模126、127，由弹簧128(如液压、机械或其他弹簧)施加偏压来隔开。内芯模118亦包括相对的两半芯模130、131，由液压弹簧132施加偏压来隔开。然而可设想到，在某些情况下，可在各侧上使用一件式的实心内芯模。在该固定装置箱框110和外芯模111、112中设有激光通入开口，而所示的激光通入开口129提供了通道，用于让该激光光束通过该箱框110的底部和顶部，并通过该些顶部和底部外芯模111、112。

该些内弹簧128和132以及分开的内芯模117、118与该些向内偏压的致动器115、116以及外芯模113、114组合，致使在该梁101穿过该焊接站100并被焊接时，该固定装置会维持该梁的所需的外形。须注意，在该顶部外芯模111和该些侧面外芯模113、114顶部之间限定了滑面P1。另外，在该底部外芯模112和该些侧面外芯模113、114底部之间限定了滑面P2。该滑面P1与该梁101前面对齐，并部分由该中央支腿的前圆角端部末梢的外侧表面限定，而该滑面P2与该梁101后面对齐，并部分由该中央支腿的后圆角端部末梢的外侧表面限定。在该焊接站中，来自该焊接固定装置的内外芯模的压力致使薄片物料移动，并沿着该些滑面P1和P2上精确的已知位置变形。这在该焊接过程之前和期间，使该梁横截面形状的维度更为一致和精确。此外，通过这样的布置，可更精确和一致地控制在该些将进行焊接的抵接表面上的压力，以制造最佳的焊接条件。

应理解，可在不违背本发明概念的情况下，对前述结构作出各种变化和修改，并应进一步理解，除非以下权利要求以其文字另有明确说明，否则这些概念拟由这些权利要求涵盖。

Claims (35)

1.用于将金属薄片成型为用于汽车保险杠系统中的加固梁的装置，该装置包含：

辊轧成型机，其具有辊轧成型站，其可被操作以纵向地沿金属薄片形成共同的中央壁，并形成横向部分，横向部分以同样旋转方向由共同的中央壁的相对侧延伸，从而以共同的中央壁的相对端抵接金属薄片的边缘，以形成连续梁，连续梁具有相邻管，相邻管共享共同的中央壁的相对侧；

其中，在形成金属薄片的横向部分期间，该辊轧成型机可被操作以形成槽形肋条，各槽形肋条突出进入各相邻管的前壁并沿连续梁纵向延伸，以加强每个相邻管的前壁；

焊接站，其具有(i)焊箱固定装置，其可被操作以按所需的精确的形状支承该些相邻管，该精确的形状形成大致一致的截面形状，以及(ii)焊机，当金属薄片被该焊箱固定装置以大致一致的截面形状支承时，焊机可被操作以将该金属薄片的边缘于共同的中央壁的相对端焊接；以及

其中，当在相邻管的前壁之间焊成焊缝时，于槽形肋条之间限定夹缝肋条以增加连续梁的抗弯强度和抗扭强度。

2.如权利要求1所述的装置，其进一步包含：

制弧站，其可被操作以沿该连续梁纵向地形成弯曲的形状，弯曲的形状被适配以与对应的车辆的合乎空气动力的形状对应。

3.如权利要求1所述的装置，其中该金属薄片的物料厚度小于1.2mm。

4.如权利要求1所述的装置，其中该金属薄片的拉伸强度大于250ksi。

5.如权利要求1所述的装置，其中该些槽形肋条是被辊轧成型以致突出进入各相邻管的内部容积，该些槽形肋条的深度与其宽度直径相等。

6.如权利要求1所述的装置，其中该些槽形肋条大致上处于各自的前壁的中央之上，并且是被形成为大致上与夹缝肋条平行。

7.如权利要求1所述的装置，其中该焊接站将该连续梁的一致的矩形横截面固定，并将该些横向部分的边缘按靠着该共同的中央壁，且其中该焊接站包括底部焊机，其产生以一定的角度偏离垂直轴的激光光束。

8.如权利要求1所述的装置，其中该焊接站包括外芯模，其支承及接触该些相邻管的外表面，以及内芯模，其设于每个相邻管的内部容积内以避免该些外芯模将该连续梁变形超过所需的形状。

9.如权利要求1所述的装置，其中于共同的中央壁和该些横向部分之间，该薄片的边缘延伸以与该共同的中央壁接触并被焊接之处限定为圆的角。

10.用于将金属薄片成型为用于汽车保险杠系统中的加固梁的装置，该装置包含：

辊轧成型机，其具有辊轧成型站，其可被操作以于金属薄片中形成共同的中央壁，并将从共同的中央壁的相对侧延伸的横向部分大致同时以同样旋转方向弯曲，从而以金属薄片的边缘抵接共同的中央壁的相对端，以形成连续梁，连续梁具有相邻管，各相邻管处于共同的中央壁的相对侧；

焊接站，其具有(i)焊箱固定装置，其包括外芯模，外芯模接触该些相邻管的外表面以按所需的精确的形状支承该些相邻管，以及(ii)焊机，当金属薄片被该焊箱固定装置支承时，可被操作以将该金属薄片的边缘于共同的中央壁的相对端焊接；以及

制弧站，其可被操作以沿该加固梁纵向地形成弯曲的形状，弯曲的形状被适配以与对应的车辆的合乎空气动力的形状对应。

11.如权利要求10所述的装置，其中在将金属薄片的横向部分大致同时弯曲期间，该辊轧成型机可被操作以形成槽形肋条，各槽形肋条突出进入各相邻管的前壁并沿连续梁纵向延伸，以加强每个相邻管的前壁。

12.如权利要求11所述的装置，其中，当在相邻管的前壁之间焊成焊缝时，于槽形肋条之间限定夹缝肋条以增加连续梁的抗弯强度和抗扭强度。

13.如权利要求11所述的装置，其中该些槽形肋条突出进入该些相邻管的内部容积，深度与其宽度直径相等。

14.如权利要求11所述的装置，其中该些槽形肋条大致上处于各自的前壁的中央之上，并且是被形成为与夹缝肋条平行。

15.如权利要求10所述的装置，其中该焊箱固定装置包括内芯模，其设于每个相邻管的内部容积内以避免该些外芯模将该连续梁变形超过所需的形状。

16.如权利要求10所述的装置，其中该金属薄片的物料厚度小于1.2mm而拉伸强度大于250ksi。

17.如权利要求10所述的装置，其中该焊接站将连续梁的一致的矩形横截面固定，并将横向部分的边缘按靠着该共同的中央壁，且其中该焊接站包括底部焊机，其产生以一定的角度偏离垂直轴、指向焊缝的焊接处的激光光束。

18.如权利要求10所述的装置，其中于共同的中央壁和该些横向部分之间，该薄片的边缘延伸以与该共同的中央壁接触并被焊接之处限定为圆的角。

19.多管加固梁的辊轧成型方法，其包含：

提供薄片，其包括第一边缘和第二边缘以及第一壁段至第七壁段，而该第四壁段为中央壁段；

将该中央壁段弯曲至大致上垂直于其余壁段的方向；

在弯曲该中央壁段的步骤后，通过将该些第一壁段至第四壁段弯曲以形成第一管，并同时将该些第四壁段至第七壁段弯曲以形成相邻的第二管，从而在该中央壁段的相对侧上形成相邻的管，并同时维持辊轧成型平衡的操作；以及

将该第一边缘焊接至在该中央壁段上的相关的圆的角，和将该第二边缘焊接至在该中央壁段上的相关的圆的角，同时在焊接固定装置中时维持连续梁的精确横截面形状。

20.如权利要求19所述的方法，其进一步包含：

在制弧站中使该连续梁变形成纵向弯曲弧形的形状，并在切断站中将梁节段切断至一定长度，以形成个别的保险杠加固梁。

21.一种由金属薄片辊轧成型的加固梁，所述加固梁包括：

用于汽车的保险杠加固梁，其包含相邻管，所述相邻管以金属薄片成形，以包含共同的中央壁和从所述共同的中央壁的相对侧延伸的所述金属薄片的横向部分，其封闭所述相邻管的内部容积，以限定保险杠加固梁的顶壁、底壁、前壁和后壁，所述保险杠加固梁的顶壁和底壁平行于所述共同的中央壁，所述保险杠加固梁的共面对齐的前壁和共面对齐的后壁垂直于所述共同的中央壁；

其中所述相邻管分别包含槽形肋条，所述槽形肋条由在沿着所述保险杠加固梁的纵向上压入所述各自的相邻管的内部容积内的各自的前壁的一部分限定，以加强所述前壁的各自的所述部分；

其中焊缝沿着所述前壁并且沿着所述后壁限定于所述相邻管之间，并且其中所述焊缝由在所述金属薄片的所述横向部分的边缘部分处辊轧成型的3－4mm曲率半径形成，每个所述边缘部分的末梢与所述共同的中央壁抵接并且连续接触；以及

焊接处，所述焊接处在所述保险杠加固梁的所述前壁和后壁上的每个所述焊缝上分开地形成，其中所述焊接处被构造为以焊接站的焊机形成，所述焊接站使所述加固梁的一致矩形截面固定于适当位置，并且使所述金属薄片的横向边缘抵着所述共同的中央壁，以当形成所述焊接处时，基本上封闭所述焊缝，其中具有所述边缘部分中的其中之一个边缘部分的曲率半径的后夹缝肋条由沿着所述后壁上的焊缝的焊接处限定，并且其中具有所述边缘部分中的另一个边缘部分的曲率半径的前夹缝肋条由在所述槽形肋条之间沿着所述前壁上的焊缝的焊接处限定，并且其中所述前夹缝肋条和后夹缝肋条大体上与所述共同的中央壁对齐，以改善所述保险杠加固梁的抗弯强度和抗扭强度。

22.根据权利要求21所述的加固梁，其中所述焊接处分别包含由激光焊接形成的连续焊合材料带。

23.根据权利要求21所述的加固梁，其中所述相邻管在沿着所述相邻管的纵向上平行于所述共同的中央壁的平面中的长度的至少一部分弯曲，从而符合汽车保险杠的空气动力学形状。

24.根据权利要求21所述的加固梁，其中所述槽形肋条大体上位于各自的所述管的后面的中心并且与所述前夹缝肋条平行对齐地形成。

25.根据权利要求21所述的加固梁，其中在同时弯曲所述横向部分时，辊轧成型所述槽形肋条，并且所述槽形肋条凸入所述内部容积内的深度与其宽度直径相等。

26.根据权利要求21所述的加固梁，其中所述曲率半径约为3－4mm，并且其中圆的角限定于所述共同的中央壁与所述横向部分之间，以基本上反映所述金属薄片的所述边缘部分处的所述曲率半径，从而限定相对着所述边缘部分的所述焊缝的侧面。

27.根据权利要求21所述的加固梁，其中所述金属薄片具有小于1.2mm的材料厚度。

28.根据权利要求21所述的加固梁，其中所述金属薄片具有大于250ksi的抗拉强度。

29.一种由金属薄片辊轧成型的用于汽车保险杠系统中的汽车加固梁，所述汽车加固梁包括：

用于汽车的保险杠加固梁，其包含相邻管，所述相邻管以金属薄片成形，以包含共同的中央壁和横向部分，所述横向部分从所述共同的中央壁的相对侧延伸并且弯曲，以封闭所述相邻管的内部容积并且限定保险杠加固梁的顶壁、底壁、前壁和后壁，所述保险杠加固梁的顶壁和底壁平行于所述共同的中央壁，所述保险杠加固梁的前壁和后壁垂直于所述共同的中央壁；

其中焊缝沿着所述前壁并且沿着所述后壁安置于所述相邻管之间，并且其中所述焊缝由在所述金属薄片的所述横向部分的边缘部分处辊轧成型的3－4mm曲率半径形成，每个所述边缘部分的末梢与所述共同的中央壁抵接；

焊接处，所述焊接处在所述保险杠加固梁的所述前壁和后壁处的每个所述焊缝中形成，其中所述焊接处被构造成以焊接站的焊机形成，所述焊接站使所述保险杠加固梁的一致矩形截面固定于适当位置，并且使所述边缘部分抵着所述共同的中央壁，以当形成所述焊接处时，基本上封闭所述焊缝；

其中具有所述边缘部分中的其中之一个边缘部分的曲率半径的后夹缝肋条由沿着所述后壁上的焊缝的焊接处提供，并且其中具有所述边缘部分中的另一个边缘部分的曲率半径的前夹缝肋条在形成于所述各自的前壁的一部分上的槽形肋条之间由沿着所述前壁上的焊缝的焊接处提供，并且其中所述前夹缝肋条和后夹缝肋条大体上与所述共同的中央壁对齐，以改善所述保险杠加固梁的抗弯强度和抗扭强度；以及

其中所述前壁和后壁具有在沿着所述保险杠加固梁的纵向上延伸的弯曲形状，并且适于适应相应汽车的空气动力学形状。

30.根据权利要求29所述的汽车加固梁，其中所述焊接处分别包含由激光焊接形成的连续焊合材料带。

31.根据权利要求29所述的汽车加固梁，其中所述相邻管分别包含所述槽形肋条中的其中一个，所述槽形肋条凸入所述各自的相邻管的内部容积中并且在沿着所述保险杠加固梁的纵向上延伸，用于加强所述前壁。

32.根据权利要求31所述的汽车加固梁，其中所述槽形肋条大体上位于所述各自的相邻管的前面的中心并且与所述前夹缝肋条平行地对齐形成。

33.根据权利要求32所述的汽车加固梁，其中在同时弯曲所述横向部分时，辊轧成型所述槽形肋条，并且所述槽形肋条凸入所述内部容积内的深度与其宽度直径相等。

34.根据权利要求29所述的汽车加固梁，其中圆的角限定于所述共同的中央壁与所述横向部分之间，在所述边缘部分与所述共同的中央壁产生抵接接触的位置处，并且其中所述圆的角基本上反映所述边缘部分上的所述曲率半径，从而限定相对着所述边缘部分的所述焊缝的侧面。

35.根据权利要求29所述的汽车加固梁，其中所述金属薄片具有小于1.2mm的材料厚度和大于250ksi的抗拉强度。