CN106794503A - 用于由挤出铝管形成车辆纵梁的价值流过程 - Google Patents

Abstract

一种用于由挤出铝管形成车辆纵梁的价值流过程或方法，包括挤出铝管并且将挤出铝管液压成为车辆纵梁的步骤。更具体地，该方法包括挤出铝管、弯曲铝管、预成形铝管、将铝管液压成形为车辆纵梁、将车辆纵梁修整为一定长度并且然后人工时效处理纵梁，随后进行批量化学预处理。在供选择的实施例中，人工时效处理和批量化学预处理过程以相反的顺序执行。在任一实施例中，用来恢复可成形性的局部感应退火可以在弯曲和预成形之间、预成形和液压成形之间或两者来执行。

Description

用于由挤出铝管形成车辆纵梁的价值流过程

技术领域

本文献总体上涉及车辆制造过程并且，更具体地，涉及一种用于从挤出铝管液压成形车辆纵梁的过程。

背景技术

车辆制造商正在实施更轻的、更强的材料(比如铝合金)以满足减排目标、满足燃料经济性目标、降低制造成本且降低车辆重量。此外，日益苛刻的安全标准必须得到满足同时降低车辆重量。满足这些竞争利益和目标的一种方法是将高强度铝合金管坯液压成形为强壮的、重量轻的液压成型部件，比如车辆的车顶纵梁和前纵梁。

本文献涉及一种用于以更有效率的且有效的方式制造这种部件的新的且改进的价值流过程(value stream process)。

发明内容

根据本文所描述的目的和益处，提供一种由铝形成车辆纵梁的方法。那个方法可以通过挤压出铝管和将挤出铝管液压成形为车辆纵梁的步骤来概括地限定。该方法可以进一步包括在液压成形之前纵向弯曲挤出铝管。此外，该方法可以包括在弯曲之后预成形挤出铝管。那个弯曲可以在旋转拉伸弯曲工具中完成并且预成形可以在成形模具中完成。在另一个可行的实施例中，弯曲可以在推/拉弯曲工具中完成并且预成形在成形模具中完成。

根据额外的方面，该方法包括在液压成形之前将挤出铝管感应退火以便恢复可成形性。在一个可行的实施例中，那个感应退火在弯曲之后且在预成形挤出铝管之前执行。在另一个可行的实施例中，那个感应退火在预成形之后且在液压成形挤出铝管之前执行。在又一可行的实施例中，该感应退火在弯曲之后且在预成形挤出铝管之后完成。

更具体描述该方法，将挤出铝管液压成形为车辆纵梁包括将弯曲且预成型挤出铝管定位到液压成形模具中、部分地关闭液压成形模具并且使液压成形模具中的弯曲预成型挤出铝管承受第一水平的压力的液体。这之后是在完全关闭液压成形模具之前将在弯曲且预成型挤出铝管中的弯曲的内半径与液压成形模具接合。这用来减少弯曲的内半径上的外部纤维应变的量。此外，它允许沿着弯曲的内半径的不恒定半径的横截面的成形，其中那个横截面包括第一过渡段、第二过渡段和在第一和第二过渡段之间的中间段。第一和第二过渡段设置有比中间段更紧密的曲率半径。

这之后是完全关闭液压成形模具并且将液压的水平增加到第二水平以从弯曲且预成型挤出铝管形成且液压冲孔部件或车辆纵梁的步骤。根据额外的方面，该方法包括在液压成形期间保持液压成形模具和第一和第二过渡段之间的间隙。

在液压成形之后，车辆纵梁被修整为所需长度。这之后是将多个液压成型部件/纵梁装载到机架上且将多个部件共同热处理以对部件人工时效处理并且提供所需强度特性。随后多个部件在机架上经受化学预处理以在热处理之后提供化学预处理给部件。

在一个供选择的实施例中，部件最初装载到机架上并且在经受热处理之前共同受到化学预处理。在这些实施例的任意一个中，部件被保持在相同的机架上，用于热处理和化学预处理过程。

本发明的上述方面和其它方面将参照所附附图在下面更详细地进行描述。

附图说明

并入本文且形成说明书的一部分的附图示出了方法的几个方面，并且与说明书一起用来解释它们的某些原则。在附图中：

图1a是示出了由铝形成车辆纵梁的价值流方法的一个可行的实施例的流程图；

图1b是示出了由铝形成车辆纵梁的价值流方法的第二个可行的实施例的流程图；

图2是孔道模具的分解透视图，其中通过孔道模具，铝材料被挤压出以形成挤出铝管；

图3a是示例性芯轴球总成的端部的平面图；

图3b是在箭头3B-3B的方向上截取的图3a的芯轴球(mandrel-ball)总成的剖视图；

图4是示例性芯轴球总成的分解视图；

图5a是芯轴柄(mandrel-shank)总成；

图5b是图5a中所示的芯轴柄总成的分解视图；

图6是包含芯轴柄总成和多个连接的芯轴球总成的芯轴总成；

图7是旋转拉伸弯曲机构的平面图，该旋转拉伸弯曲机构具有从动件、夹具、弯曲模具、脱模钳和用来在液压成形之前弯曲挤出铝管的芯轴总成；

图8是示出了用于感应退火的目的被接收在通道线圈中的挤出铝管工件的透视图；

图9是挤出铝管工件的俯视图，示出了A-框架车顶纵梁和经受感应退火的A-立柱车顶纵梁的A-立柱部分；

图10是在从挤出管切下且经受预应变的拉伸样品的感应退火之前和之后的T4总延伸量的图例。这样的样品同样表现且是A-立柱车顶纵梁响应的代表；

图11是确认经受感应退火的A-立柱车顶纵梁仍然在T6热处理之后达到其所需屈服强度的T6-回火验证的图例；

图12a和12b是示出了已被处理为降低应变和防止裂开的液压成型纵梁中弯曲的内半径的中间段的各自的透视图和俯视图；

图13a-13e示出了挤出铝管的压力顺序液压成形；

图14是在液压成形期间提供给纵梁的横截面线长度的降低的详细的示意图；

图15是平凸过渡段的非恒定半径的详细的示意图；

图16是示出了用来保持且批量热处理和化学预处理多个纵梁的空机架的透视图，保持臂和锁定杆处于部件装载位置；

图17是与图16相似的透视图，但示出了装载到机架上的第一排部件/纵梁；

图18是示出了一组部件的开口端——在所示实施例立柱和车顶纵梁中——如何被接收在设置在机架的部件定位端板上的片上的详细视图；

图19是示出了部件如何安置在支撑臂上的槽、凹口或凹槽中的详细视图；

图20是与图17相似的透视图，示出了将两个最低枢转保持臂定位在部件固定位置以便直接位于支撑第一排部件的支撑臂上；

图21是与图17相似的透视图，示出了装载有24个部件(车顶纵梁)的半个机架，每个部件通过(a)两个支撑臂、(b)两个最低保持臂、(c)在最低保持臂上方的接着的两个保持臂和(d)在那些上方的接着的两个枢转臂来接收且保持。顶部的两个枢转保持臂被示出覆在顶排车顶纵梁上。阶梯式锁定杆被示出处于最低、部件装载位置；

图22是与图21非常相似的视图，但示出了阶梯式锁定杆升到部件固定位置中以便阶梯式锁定杆接合且关闭每个枢转保持臂的端部，从而将部件锁定在机架上的适当位置；

图23是清楚地示出了保持臂的不同长度和阶梯式锁定杆在升到固定位置中时如何接合且捕获每个臂的端部的详细侧立面视图；

图24是示出了被接收在捕获的连接叉销(clevis pin)中的一个中的牺牲安全片的详细透视图，捕获的连接叉销将锁定棒锁定在部件固定位置；

图25是示出了装载有一组以前纵梁的形式的部件的供选择的机架实施例的透视图；

图26示出了包括连接叉销和安全片的供选择的实施例的锁定杆；

图27是图25和26中所示的机架的完全装载的供选择的实施例的端视图；

图28是制造工厂地面的示意性框图。

具体实施方式

现在参照图1a，图1a示出了用于从铝形成车辆纵梁的价值流方法10的第一实施例。那个方法包括挤压出圆形横截面铝管的初始步骤。通常挤出铝管由AA6xxx铝合金材料制成。接下来是挤出铝管的弯曲(见框14)。弯曲可以通过包括在旋转拉伸弯曲工具、推-滚弯曲工具中的任何适当的工具或者通过伺服驱动弯曲工具(比如下面更详细描述的)来完成。

如图1a中所示，弯曲步骤之后是局部感应退火(见步骤16)。这被完成以便恢复用于将来成形操作的一些可成形性。局部感应退火16之后是预成形挤出铝管的步骤(见框18)。这根据本领域的公知方法在成形模具中完成。

如图1a中进一步所示，预成形步骤之后是额外的局部感应退火(见框20)。这里应该提到的是，恢复可成形性的局部感应退火可以在如框16和20所示的弯曲和预成形之后或者仅在如框16所示的弯曲之后或仅在如框20所示的预成形之后执行。

接下来是挤出、弯曲和预成型铝管的液压成形(见框22)。在液压成形挤出铝管以形成部件或纵梁之后，部件被修整(见框24)为所需长度。在图1b中所示的实施例中，随后的是人工时效处理(artificial aging)(见框26)并且然后批量化学处理(见框28)。如图1b的供选择的值流方法中所示，批量化学预处理28在人工时效处理26之前完成。因此，这些最后两个步骤可以以任一顺序执行。

在图1a和1b中所示的任一价值流方法实施例中，人工时效处理26被完成以便提供具有所需屈服强度的最终部件或车辆纵梁。化学预处理被完成以便制备部件以接收且保持粘合剂、涂料或对下游车辆装配过程必需的或其它化学品。

现在参照本文献的下一个分段，其提供关于整个方法10的挤出12、弯曲14、感应退火16和/或20、液压成形22、人工时效处理26和批量化学预处理步骤28的更详细的描述和解释。应当理解的是，预弯曲14、感应退火16和/或20，预成形18、液压成形22和修整步骤24包含挤出铝管的单独加工，而人工时效处理26和化学预处理28步骤包含在共同机架中一起加工的多个部件或车辆纵梁。

挤出过程

参照图2，示出了用于液压成形挤出结构管的过程的一个示例。该过程通过在孔道模具中形成挤出结构管开始。参照图2，示出了孔道挤出模具50的一个示例。孔道挤出模具50包括芯轴板(mandrel plate)52和盖部54。铝坯料56在高温和高压下被加热并且挤压出穿过孔道挤出模具50。挤出铝在芯轴板52中分离并且在盖部54中再次汇聚。铝再次汇聚的点形成挤出管T中的焊接线58。挤出管T可以被称为结构挤出管。挤出管T在连续研磨操作中形成。在挤压出之后，管T通过激光修整或其它适当的操作切割为所需长度。应当理解的是，为了制造车辆纵梁，管T可以被挤压出为具有约5.08厘米直径、2.8毫米或3.5毫米的厚度和T4回火的圆形横截面。公差被保持为铝业协会确定的1/2。

图2中所示的过程指的是挤出结构铝管的生产。尽管挤出结构铝管可以使用在本值流过程10中，但是该过程不限于所列的管。如果需要的话，可以在该过程中使用其它挤出铝管，包括缝焊管和挤出无缝管。

旋转-拉伸弯曲操作

在一个可行的实施例中，挤出铝管T利用包括具有耐磨损插入件的芯轴的设备经受旋转-拉伸弯曲操作。

现在参照图3a，以端部透视图示出了芯轴球总成100的一部分。图3b描述了在箭头3B-3B的方向截取的剖视图。通常，芯轴球总成100包括球体112和耐磨损插入件120，该耐磨损插入件120通过固定机构122保持在适当位置。

所示的实施例包括绕中心线轴114总体上对称的球体112。球体112的外表面116包括凹部118，并且插入件120至少部分地定位在凹部(indentation)118内。

在附图中，插入件120包含绕中心线轴114总体上对称且绕球体112的外表面116延伸360°的材料的环。固定机构122邻近插入件120放置并且将插入件120保持在凹部118内。在所示的实施例中，固定机构122包括将插入件120捕获在凹部118内的保持环124。固定机构122还包括将保持环124固定到球体112的多个单独紧固件126A-E。单独紧固件126A-E可以是螺纹的或无螺纹的，或者可以是本领域技术人员已知的任何类型。图4描述了图3a和3b的芯轴球总成的分解图，包括球体112、插入件120、保持环124和单独紧固件126A-E。

也可以使用其它固定机构来将插入件120保持在适当位置。例如，保持环124可以通过将保持环124上的螺纹表面(阳性的或阴性的)与球体112上的互补螺纹表面(分别为阴性的或阳性的)配合在一起来固定到球体112。也就是说，球体112和固定机构122都可以被螺纹连接且拧紧在一起。此外，保持环124可以与插入件120一体形成，形成单独子总成，该单独子总成然后使用所述的任何方法固定到球体112。其他固定机构——比如焊接、粘附、过盈配合或过渡配合——也可以用于落入所公开的发明的范围内的实施例。

插入件120被定位在在弯曲操作期间经历与管状坯的内表面相对高的法向接触力的芯轴球总成的一部分或多个部分上。在一个实施例中，插入件120包括至少部分地围绕外表面116的单个连续的材料件。在供选择的实施例中，插入件120包括离散数量的不连续的材料件，不连续的材料片被成形为不完整的弧形或三角形并且隔开且围绕外表面116。插入件120可以包括均匀或不均匀的横截面形状。

插入件120包括耐磨损材料，该耐磨损材料可以包括塑料材料、低堆垛层错能金属(low-stacking-fault-energy metal)或金属合金(例如，铜基、青铜基或钴基合金)、与管状坯冶金学上不相容的材料(即不溶性固体)、低摩擦材料和它们的任何组合。合适的塑料材料包括，但不限于，尼龙、聚四氟乙烯、聚甲醛、聚氨酯和聚乙烯或它们任何组合。通常，耐磨损材料的硬度应该小于管状坯的硬度，其中在弯曲期间芯轴球总成被使用在管状坯中。

现在参照图5a和5b，描述了芯轴柄总成130的侧透视图。所示实施例包括总体上圆柱形的柄体132，该柄体132包括圆形横截面区域和由长度限定的外表面134。当插入到用于弯曲的管状坯中时，柄体132的凸起136是芯轴柄总成的前端。

通常，凸起136在弯曲操作期间经历与管状坯的内表面相对高的法向接触力。与上述芯轴球总成相似，柄体132的外表面134包括凹部138。插入件140至少部分地定位在凹部138内。插入件140包含绕柄体132的外表面134延伸的材料的环。固定机构142邻近插入件140放置并且将插入件保持在凹部138内。固定机构142包括将插入件140捕获在凹部138内的保持环144。

如对于固定机构122上面同样描述的，固定机构142可以使用互补阳/阴螺纹表面通过将保持环144螺纹连接到柄体132上来将插入件140保持在凹部138中，或者可以包括将保持环固定到柄体上的多个单独紧固件。单独紧固件可以是螺纹的或无螺纹的，或者可以是本领域技术人员已知的任何类型。另外，保持环144也可以与插入件140一体形成，形成单独子总成，该单独子总成然后使用本文所述的任何方法固定到柄体132。

插入件140被定位在柄体132的凸起136的一部分上。与上述插入件120相似，插入件140包括耐磨损材料，该耐磨损材料可以包括塑料材料(例如尼龙、聚四氟乙烯、聚甲醛、聚氨酯、聚乙烯等)、低堆垛层错能金属或金属合金(例如，铜基，青铜基或钴基合金)、与管状坯冶金学上不相容的材料(即不溶性固体)、低摩擦材料和它们的任何组合。通常，耐磨损材料的硬度应该小于管状坯的硬度，其中在弯曲期间芯轴球总成被使用在管状坯中。另外，插入件140可以包括单个连续的材料件或者可以由离散数量的不连续的材料件形成，并且可以包括均匀或不均匀的横截面形状。

现在参照图6，描述了包含芯轴柄总成130和多个连接的芯轴球总成100A-C的示例性芯轴总成150。至少一个芯轴球总成100A通过铰接连杆154A连接到芯轴柄总成130的凸起136。额外的芯轴球总成(例如，100B和100C)可以通过额外的铰接连杆(例如，154B和154C)串联地连接到芯轴球总成100A。铰接连杆154A-C可以是本领域技术人员已知的任何形式(例如，球形接头、H型连杆、提升连杆(poppit link)、端部连杆等)。供选择地，芯轴球总成100A-C可以通过缆线连接到芯轴柄总成130，其中芯轴球总成100A-C捆扎到缆线上。

根据本文所述的实施例，插入件140和插入件120A-C可以包括相同的耐磨损材料或相同材料的组合。供选择地，根据本文所述的实施例，插入件140和插入件120A、120B和120C中的一个或多个可以各自包括不同的耐磨损材料或材料的组合。

现在参照图7，示出了具有从动件162、夹具164、弯曲模具166、脱模钳168和连接到杆174的芯轴总成150的示例性旋转-拉伸弯曲机构160的平面图。挤出铝管/工件W的前缘被夹紧(使用夹具164)到弯曲模具166。芯轴总成150放置在工件W内。球体112的外表面116和柄体132的外表面134总体成形为配合在工件W内，以使外表面116和外表面134在弯曲期间接触工件W的内表面172，同时允许芯轴总成150容易地插入到工件/管中(即，小间隙配合)。弯曲模具166旋转，围绕弯曲模具166拉伸工件/管W。随着工件W围绕弯曲模具166拉伸，内表面172通过芯轴总成150支撑。工件W通过从动件162和脱模钳168外部地支撑。芯轴总成150有助于防止弯曲操作期间管皱曲、起皱和工件/管W的塌陷。

尽管已经描述了具有芯轴的弯曲，但是应当理解的是，在整个方法中也可以使用没有芯轴的“空弯曲”。

感应退火过程

如前所述，工件W可以在弯曲14之后和/或在预成形18之后经受感应退火16、20。为此目的，工件W被定位在遵循工件W的形状的水冷铜“通道”线圈C中(见图8)。更具体地，交流电流流动通过通道线圈C(变压器初级)以产生电磁交变场。工件W形成变压器次级。热效率和均匀性通过相对于工件形状的线圈设计和线圈的轮廓来实现。

图9示出了包括A立柱部分P的工件W，其中感应退火从点A完成到点B。部分T表示如下面将更详细地描述的在过程期间被修整的工件W的部分。注意的是，工件W的车顶纵梁部分R根据车辆的车身类型(例如，普通驾驶室、延伸驾驶室、双排座驾驶室)可以具有不同的长度。

在一个实施例中，感应退火利用10-30秒的斜坡时间(ramp time)在120-160℃之间的温度下完成。在另一个有用的实施例中，感应退火利用20-30秒的斜坡时间在130-150℃的温度下完成。在另一个有用的实施例中，感应退火利用20-30秒的斜坡时间在135-145℃的温度下完成。在又一有用的实施例中，感应退火利用25-30秒的斜坡时间在约140℃的温度下完成。

在图1a和1b中所示的液压成形工件W的方法的实施例中，工件W包含挤出铝管，但是应当理解的是，工件可以采取其它形式或由其它金属制成。该方法包括将工件W弯曲成第一初步形状(见步骤14)。这之后是以前述方式对工件W进行感应退火(见步骤16)。感应退火过程16利用电流以局部地加热工件W，以便减轻工件内的过度应变硬化，从而允许在液压成形方法的后期阶段期间的增加的可成形性。

然后，接着是将工件W预成形为第二初步形状(注意步骤18)。这然后之后是第二感应退火步骤20。接着是将工件W液压成形为所需最终形状(注意步骤22)。继液压成形之后，工件W经受修整为所需长度(注意步骤24)。在修整之后，在图1a中所示的实施例中，工件W经受热处理，以便将所需强度特性赋予工件W(注意步骤26)。在所示的实施例中，热处理是在180℃下持续6小时的T6处理，以便将通常290MPa的平均屈服强度诱导或赋予给工件W。在供选择的实施例中，热处理可以在160-200℃的温度下持续4-10小时完成。然后在步骤28工件W经受批量化学预处理。

在图1b所示的生产方法的供选择的实施例中，人工时效处理步骤26和批量化学预处理步骤28以相反的顺序执行。

尽管图1a和1b中示出了两个增量感应退火步骤16、20，但是应当理解的是，在一个可行的供选择的实施例中，仅在预弯曲14之后完成感应退火步骤16。不完成第二感应退火步骤20。在又一供选择的实施例中，仅完成感应退火步骤20。不完成第一感应退火步骤16。

任何生产方法实施例在皮卡车车顶纵梁的生产中特别有用，皮卡车车顶纵梁在A-立柱部分P经受约45°的显著弯曲，以便支撑工件W从A立柱过渡到铰链立柱中。

图10和11中呈现的数据示出了当使用时(注意“IA”部分以及注意“焊接”和“无焊接”识别拉伸样品从结构管切割的位置)，感应退火步骤或阶段16、20允许材料总伸长率(应变)的增加。事实上，多于双倍的初始材料应变能力设置在高应变区域中。另外，且令人惊奇的是，当感应退火在120-160℃的温度下持续10-30秒完成时，没有观察到T6回火或热处理性能的退化。因此，总延长率增加，而最终工件产品的屈服强度保持不受损害。这种有益结果的组合不可能预期到。

有利地，感应退火16、20有助于支持高容量机动车制造。结构和无缝管都得益于该方法。事实上，结构管现在可以容易地用在难以成形的A立柱车顶纵梁的生产中。因此，该方法允许使用用于液压成形车顶纵梁的更高公差和更高制造效率的材料。

应当理解的是，感应退火过程16、20仅限于相关的加热区域：即，塑性应变能力通过生产过程的阶段14、18的弯曲和/或预成形步骤已经降低的弯曲区域。管或工件W的加热位于感应退火区域，因此，在未加热区域中不需要用于工件的材料处理的专门设备。此外，需要恢复对工件W的可成形性的感应退火参数不会使后液压成形的材料热处理响应损伤，并且成型工件(在所示的实施例中，A立柱车顶纵梁)仍然能够显示所需的屈服强度。

液压成形过程

现在参照图12a和12b，示出了根据本文所述的具体教导通过液压成形制成的车辆纵梁200。纵梁200包括弯曲B。弯曲B的内半径或平凸半径R由包括第一过渡段212、第二过渡段214和在第一和第二过渡段之间的中间段216的非恒定半径的横截面形成。也参见图14，其示出了在弯曲B的纵梁200的轮廓。

如前所述，形成纵梁200的过程可以通过在包括芯轴板52和盖部54的孔道模具50中挤压出结构铝合金管开始。更具体地，铝坯料56在高温和高压下被加热并且通过孔道挤出模具50挤压出。挤出铝在芯轴板52中分离并且在盖部54中再汇聚。挤出铝管可以被称为结构挤出管。该管在连续研磨操作中成形并且在挤压出之后切割为所需长度。

接下来，挤出铝管可以利用任何弯曲过程(旋转拉伸、推-滚等)以所需方式弯曲。这之后可以进行中间成形操作(即预成形)。此外，挤出管或工件可以在弯曲之后、在预成形之后、或者在两者之后经受感应退火，以便恢复挤出管或工件的一些可成形性。

在上述挤出、弯曲、预成形和退火初步操作和过程之后，弯曲和预成型挤出铝管或工件W被装载到液压成形模具中，该液压成形模具在图13a-13e中示意性地示出为两件式模具D1、D2。

在将工件或管W装载到模具D1、D2中之后，关闭模具(见图13a和13b)。一经达到图13c中所示的部分关闭位置，在第一水平的压力下的液体L被引入到工件W的内部中。第一水平的压力在约0至200巴的范围内。在另一个实施例中，第一水平的压力在50至150巴的范围内。在又一可行的实施例中，第一水平的压力为约100巴。液压成形液体L可以是水或其他合适的材料。

如从观察图13c进一步理解的是，模具D1的上部包括平凸的壁部S，该平凸的壁部S被成形为在液压成形过程中当模具D1、D2仅部分地关闭并且第一水平的压力被施加时的点处与工件W接触以防止管在关闭阶段期间塌陷。该接触点形成纵梁200的平凸的拐角半径R的中间部216。这降低了沿着材料变厚的弯曲的内侧将工件W成形为部件或纵梁200所需的周围外部纤维应变(circumferential outer fiber strain)和延展性。

液压成形过程中的接下来步骤是完全关闭液压成形模具D1、D2。图13d示出了当其围绕工件W关闭时的模具D1、D2。在模具D1、D2围绕工件W完全关闭之后，填充工件W的液体L的压力增加到第二水平的压力以成形和液压冲孔工件W。第二水平的压力在500至1500巴的范围内。在另一个可行的实施例中，第二水平的压力在750至1250巴的范围内。在又一可行的实施例中，第二水平的压力约为1000巴。

当压力增加时，工件W被朝向模具D1、D2外按压。重要的是，在液体L的压力增加到第二水平之前，平凸的拐角半径R的中间部216已经与模具D1的平凸的壁部S接合。这防止在关闭期间不受限制/不受支撑的横截面弯曲。与此相反，在典型的常规情境下，工件不接触模具壁直到模具完全关闭并且校准压力被施加。在这种情况下，在塑性铰链的尖端的成型拐角的实际曲率半径通常小于模具的相应半径。因此，所得到的r/t比值也小于设计中的并且外部纤维应变更高。在本方法中，平凸的壁部S在关闭阶段期间早期与工件W接合，并且防止额外的不受限制的弯曲，从而大体上降低外部纤维应变和增加r/t比值。同时，该区域的应变在校准阶段几乎不变。

此外，工件W与壁部S的接合导致在模具D1、D2和工件W之间保持的微小的间隙G，从而形成纵梁200的第一和第二过渡段212、214。因此，应当理解的是，在模具中形成的工件W和最终纵梁200将具有沿着中间段216来自模具D1的工具痕，但将完全没有沿着第一和第二过渡段212、214的工具痕。如图15中所示，所得到的纵梁200的第一和第二过渡段212、214包含弯曲B的角度，其中中间40％在每个端部的剩余30％的角度上延伸过渡到常规拐角形状。

在液压成形之后，工件W通过激光修整或其它适当的修整操作修整为最终所需长度。在激光修整操作之后，现在以车顶纵梁200形式的工件可以被热处理来以本领域已知的方式将铝合金人工时效处理为所需强度。纵梁200然后可以随后经受化学预处理，以将它制备为接收在随后车辆装配操作中使用的粘合剂、涂料和/或其它涂层和化学品。在供选择的实施例中，纵梁200在热处理之前而不是热处理之后经受化学预处理。可以使用任一种方法。

下面的示例进一步示出了液压成形挤出铝管的方法。

示例

由AA6082-T4材料制成的挤出结构管或无缝管具有5.08厘米的外径和2.8毫米或3.5毫米的壁厚。管被定位在液压成形模具中并且模具被部分地关闭。管然后被充入100巴压力的液压成形液体以防止管塌陷。上部模具的继续关闭使管接合模具的平凸的壁部，该平凸的壁部降低了在中间段的区域中需要的铝合金的外部纤维上的应变和延展性。模具然后完全关闭并且液压成形液体的压力增加至1000巴以便完成液压成形过程。

总之，许多益处从本文献公开的且在图13a-13e中示意性地示出的压力顺序液压成形方法得到。如上所述，当模具D1、D2部分地关闭并且液体处于第一、较低水平的压力时，通过将工件W与模具D1的平凸的部S接合，增加管中形成的最小曲率半径是可能的，该最小曲率半径限制外部纤维上的应变并且防止沿着中间段216裂开。这也用来降低或消除由液压成形过程造成的工件破裂和材料浪费。在通过完全关闭模具D1、D2并且将液体L的压力增加到第二水平而完成液压成形过程之后，工件中的弯曲B的内部或者平凸的拐角半径R设置有小于1％横截面线长度的减少。重要的是，这将沿着平凸的拐角半径R的工件W的几何形状降低约2mm的宽度。参见图14。

批量热处理和或化学预处理过程

现在参照图16-24，总体上示出了用于同时处理多个部件P的多用途机架300。机架300包含框架312、框架上用于接收和保持用于处理的单独部件P的多个限定位置314和用于在限定位置将部件锁定到框架的锁定总成316。在一个有用的实施例中，机架300由不锈钢(比如316L不锈钢)制成，并且框架312利用开口通道材料而不是封闭盒状部，以便改进排水。机架300能够容纳不同长度的部件P，比如具有根据驾驶室类型的长度的A立柱车顶纵梁：普通的、延伸的和双排座驾驶室。通过阅读以下说明书应当理解的是，机架300沿着其中心线(由中心纵梁328和中心梁348限定)向下镜像，以通过改进的重量分布和改进的人体工程学来辅助平衡以帮助用于将部件手动装载到机架中同时利用最小化的触及距离。进一步应当理解的是，沿着中心线有大的开口通道，以改进空气和流体流动，相应地，这降低了到位于机架中心的部件的流动路径长度。

如图所示，框架312包括总体上通过附图标记320表示的基部，该基部包含两个侧纵梁322、连接到侧纵梁的两个滑板(skid)324、两个端纵梁326和一个中心纵梁328。“腭”由四个横梁330形成，每个具有t形状的横截面。“腭”允许机架与叉车(未示出)的叉接合且用叉提升。

框架312进一步包括两个相对的端部总成332。每个端部总成332包含两个角柱334、一个中心柱336、一个上部横梁338和一个下部横梁340。部件支架342设置在中心柱336和在机架300的每个端部处的角柱334中的一个之间。每个部件支架342包含两个滑槽(runner)344和四个交错的端板346，用于以下面详细描述的方式接收和保持部件P的端部。

与中心柱336对准并且在中心柱和上部横梁338之间延伸的中心梁348覆在中心纵梁328上。四个中心柱350在中心纵梁328和中心梁348之间延伸。中心柱350居中于机架300上并且覆在通过横梁330形成的“腭”。

如图16中进一步所示，框架312还包括四个支柱352。一个支柱352设置为与每个中心柱350对准，其中两个支柱覆在两个侧纵梁322中的每个上。支撑臂354在每个中心柱350和其配合的、对准的支柱352之间延伸。因此，每个支撑臂354在一端固定到中心柱350且在另一端固定到支柱352。

应当理解的是，每个支撑臂354包括多个部件定位元件356。在所示的实施例中，部件定位元件356采用多个间隔的保持槽或扇形的形式。同样地，部件支架342的每个板346包括多个部件定位元件358。在所示的实施例中，部件定位元件358包含间隔片。

现在参照图17-19，示出了如何将部件P装载到机架300中。如图所示，部件或车顶纵梁P的开口端定位在最低、最内的部件支架板346的片358中的一个上。然后部件P的主体被放入到第一和第二支撑臂354中的两个对准且配合的部件定位元件/凹槽356中。应当理解的是，在最低、最内的部件支架板346上有六个片358，其中每个片与两个支撑臂354中的部件定位元件/间隔保持槽356对准。因此，支撑臂354和最低、最内的部件支架板346将单个部件保持在穿过框架300的一侧的六个限定位置314中。应当理解的是，六个附加部件P被保持在机架300的相对侧(即中心梁348的另一侧)上的这些结构中，以提供平衡。

重要的是，片358接收并且保持部件P的开口端，以使它们向下指向。当部件P从处理罐422(见图28和下面的描述)移除时，这促进了部件P在化学预处理期间的良好、有效的排水。作为有利的结果，在罐422之间传送较少的处理溶液。

返回参照图16和17，机架300还包括枢转地连接到每个中心柱350的四个保持臂360、362、364、366。应当理解的是，每个保持臂可选择性地在图16所示的部件装载位置和图21所示的部件固定位置之间移置。

如图所示，最低的臂360略微短于下一个更高的臂362，臂362略微短于下一个更高的臂364，臂364略微短于最长的、最上的臂366。此外，三个最低臂360、362、364中的每个包括以凹槽或凹口368形式的多个部件定位元件。

一旦六个部件P的第一层已经被定位且位于支撑臂354和最低、最内的部件支架板346上(如图17中所示)，最低的保持臂360从图17中所示的部件装载位置枢转到图20中所示的部件固定位置。在部件固定位置，保持臂360覆在支撑臂354上并且有效地将第一排部件P捕获在保持凹槽356中，从而有效地将那些部件锁定在机架上的它们的限定位置314中。应当理解的是，没有第一排中的单个部件P接触任何其它部件。因此，当部件P被保持在机架300中时，部件P被完全暴露用于所需的任何处理。

下一排部件P现在被增加到支架300。这通过定位接下来最高的、接下来最内的部件支架板346的六个片358上的接下来的六个部件的开口端且将每个部件安置在设置在最底部保持臂360的上表面中的对准的保持凹槽368来完成。一旦下一层的六个部件P以这种方式定位，保持臂362从部件装载位置枢转到部件固定位置。当在部件固定位置时，保持臂362用于将第二排部件P捕获在保持臂360的保持元件、凹槽或凹口368中。

现在将第三排部件P增加到机架300的每侧。这通过定位第三部件支架板346上的六个部件P的开口端并且将部件的端部安置在保持臂362中的对准的配合部件保持元件/凹槽368中来完成。一旦所有六个部件P被适当地定位，保持臂364从部件接收位置枢转到部件保持位置。应当理解的是，在部件保持位置，保持臂364覆在第三排中的部件上，从而将部件捕获在保持臂362的凹槽368中。因此，第三排中的部件被保持在框架312上的限定位置中，以使每个单独部件将不接触另一个部件。

现在最后一排部件P增加到机架300的每侧。为此，六个附加部件P的开口端被定位在最上部部件支架板346中的片358上，其中部件的主体被接收且安置在臂364的对准凹槽368中。当第四排部件的所有六个部件P适当地定位在其限定位置314时，最上部保持臂366从部件装载位置枢转到部件固定位置。应当理解的是，当机架300完全装载并且保持臂360、362、364、366所有都处于部件保持位置时，所有保持臂覆在相关联的支撑臂354上，支撑臂354在中心柱350与配合的、对准支架352之间延伸。参见图21。

如图16、17、20和21最佳所示，锁定总成316包括多个锁定杆或滑块374。锁定杆374具有限定纵向通道的U形横截面，该纵向通道在处于锁定位置时将接收且捕获保持臂360、362、364、366的端部。

一个锁定杆374可滑动地接收在每个支柱352上并且在部件装载位置和部件锁定位置之间可移置。部件装载位置在图16、17、20和21中示出。在该位置，锁定杆374在支柱352上完全缩回。与此相反，如图22和23中所示，当处于部件锁定位置时，锁定杆374升高且从支柱352完全延伸。应当理解的是，每个锁定杆374包括阶梯式结构，以使当处于锁定位置时，每个锁定杆将接收并且捕获每个保持臂360、362、364、366的端部。具体参见图23，为清楚起见移除部件P。提供连接叉销376以将每个锁定杆374固定在锁定位置。连接叉销376被捕获在焊接到每个锁定杆374的侧面的凸起87中。也参见图24。更具体地，捕获销376通过支撑锁定杆的支柱352中的配合孔插入。应当理解的是，捕获销的端部378完全延伸穿过锁定杆374。安全片380延伸穿过连接叉销376的端部378中的孔382，并且固定在适当位置(即连接为闭合环)。在一个可行的实施例中，安全片380是脆弱的并且必须被损坏，以便从连接叉销376拉动以允许连接叉销被释放，用于锁定杆374和保持臂366、364、362、360的移置，用于从机架300的部件P的移除。在一个可行的实施例中，安全片380是永久锁定的、牺牲的拉链带。

应当理解的是，保持槽356、368和片358提供用于每个部件P的限定位置314。上覆的保持臂360、362、364、366确保每个部件P保持在那些限定位置314中，其中在那些限定位置314，没有一个部件接触另一部件。

在化学预处理期间，机架300浸入到包含化学溶液的罐中。空气在浸渍期间通常被陷入在单独部件P中，从而产生趋向于将部件P从凹槽356、368和片358提升的浮力。上覆的保持臂360、362、364、366用于将处于限定位置314的部件P保持在凹槽356、368内和片358上，以使部件将接收处理的全部益处。

分装这种部件的供选择的方法将是处于竖直方向以帮助排水；然而这种结构需要更深的化学罐、更大的烘箱和更大的预处理系统。另一种供选择的方案是当其浸入且升高时旋转机架，即在罐内的水平面，以减小罐尺寸和化学容积，但在入口和出口枢转到竖直面以帮助排水。这样的线路更复杂、成本更高并且操作更慢。具有捕捉空气袋的水平面也是有利的，因为内表面不需要预处理，从而节省化学品消耗并且最小化“拖出”。

现在参照图25-27，示出了用于将如前纵梁所示的多个部件保持在限定位置的机架382的供选择的实施例。如图25所示，机架382包括框架384，该框架384将第一系列的前纵梁F保持在限定在两个顶纵梁386之间的中心线的每侧上。如图26和27所示，前纵梁F的第二、外部层然后被装载在机架384的每侧上。一旦装载，锁定杆388从图25中所示的机架装载位置移位到图26和27中所示的部件锁定位置。连接叉销390和安全片392用于以与上述第一实施例的锁定杆374相同的方式将锁定杆388锁定在部件锁定位置。部件被定位以使包装密度最大化但被定向以使排水效率最大化。前纵梁需要旋转部件以防止水平“死点”。

现在参照图28，图28是制造工厂的地面400的示意性框图。附图中的框402表示其中机架400以上述方式装载有部件P的机架装载区域。装载机架300然后通过叉车或其他装置从机架装载区域402递送到总体上由附图标记404表示的热处理区域。更具体地，机架300被装载到传送机406上，传送机406传送机架300和锁定在其中的部件P穿过热处理烘箱408。在热处理之后，该传送机将机架300和锁定在其上的部件P传送到传送机410。传送机410将机架300和锁定在其中的部件P传输穿过冷却室412，从而完成热处理过程。

叉车或其他装置然后将机架300和锁定在其中的部件P传送到总体上由附图标记414表示的化学预处理区域。更具体地，叉车将机架300和锁定在其中的部件P递送到装载区域416，在装载区域416机架被装载到传送机上，在所示的实施例中，传送机采用单轨418的形式。机架300和锁定在其中的部件P然后通过单轨118传送或传输穿过化学预处理设备420。在那里，机架300和锁定在其中的部件P被浸入到各种处理罐422中，以便完成部件的化学预处理。单轨418然后将机架300和保持在其中的部件P递送到干燥箱，在干燥箱，部件P和机架300在被递送到卸载站426之前被干燥。叉车或其他装置然后被使用以将机架300和锁定在其中的部件P传送或传输到装配区域428，在装配区域428，部件从机架移除并且准备用于车辆装配。

应当理解的是，部件P通过保持臂360、362、364、366和包括在机架装载区域的锁定杆374和连接叉销376的锁定总成316锁定到机架300中。通过热处理和化学预处理过程的机架300中的部件P的加工的完整性通过安全片380来确保。更具体地，这些安全片380被插入在连接叉销376的端部378中并且锁定在机架装载区域402(在热处理之前)。当机架300到达装配区域428时，整个未破损的安全片380表示机架300中的所有部件P适当地经受热处理和化学预处理。与此相反，如果脆弱的安全片380中的一个破损，则表示机架300中的一个或多个部件P不经受适当的热处理或化学预处理的可能性，并且相应地，那个机架中的部件可以被搁置用于在需要时验证适当的热处理和化学预处理加工。因此安全片380确保部件P的加工的完整性。应当注意的是，并非所有部件都需要热处理步骤。例如，需要高强度的车顶纵梁在成形后被热处理，以便人工时效处理合金并且增加屈服强度。前纵梁需要具有更低的屈服性和更大的延展性，并且为此，前纵梁不被热处理并且因此从机架装载区域402通过叉车被带到预处理的装载区域416。这种结构允许具有不同热处理要求的不同合金通过相同的线路加工。

在一个特别有用的实施例中，每个机架300包括承载唯一ID代码以识别特定机架300的板315(见图16和27)。如果需要的话，这可以是条形代码或其他可扫描图像。此外，监测器430、432、434、436、438、440设置在工厂的地面400上的各个位置。每个监测器430、432、434、436、438、440可以包括摄像机和/或扫描器。如图28所示，一个监测器1330设置在机架装载区域402。装载在机架300中的每个部件P还可以具有特定的可扫描ID号码。因此，监测器430允许记录装载到特定机架300中的每个单独部件P。在热处理烘箱408的入口处的监测器432记录特定机架进入热处理烘箱408的时间。在冷却室412的出口处的监测器434记录每个特定机架300离开冷却室412时的时间。监测器436记录每个特定机架300到达化学预处理设备414的装载区域416的时间，而监测器438记录每个特定机架从化学预处理设备单轨418卸载的时间。最后，监测器440记录每个机架300到达装配区域428并被卸载时的时间。由于每个机架300具有其自己唯一的ID代码，并且保持在每个机架300中的每个部件P通过其自己的ID号码来识别，所以热处理和化学预处理过程的完整性可以被监测直到部件花费从机架装载区域402到装配区域428的时间，包括在热处理和化学预处理期间花费的特定时间。当然，热处理和化学预处理过程也被监测以确保它们为部件P的每个机架300而适当地完成。在制造工厂的地面上的这种过程监测系统在共同未决的美国专利号为13/768,326，申请日为2013年2月15日并且标题为“用于装配操作的后成形热处理部件的过程控制”的美国专利中公开，该美国专利的全部公开内容通过引用在此并入。

上述已经被呈现用于说明和描述的目的。它不旨在是穷尽的或将实施例限制为所公开的精确形式。鉴于上述教导，明显的修改和变化是可能的。例如，人工时效处理或回火和平凸的部件几何形状的建立是所有应用都需要。当根据所附权利要求适当地、合法地和公正地被赋予的广度解释时，所有这些修改和变化都在所附权利要求的范围之内。

Claims (20)

1.一种由铝形成车辆纵梁的方法，包含：

挤出铝管；以及

将所述挤出铝管液压成形为所述车辆纵梁。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述液压成形之前纵向弯曲所述挤出铝管。

3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括在所述弯曲之后预成形所述挤出铝管。

4.根据权利要求3所述的方法，包括在旋转拉伸弯曲工具中完成所述弯曲并且在成形模具中完成所述预成形。

5.根据权利要求3所述的方法，包括在推-滚弯曲工具中完成所述弯曲并且在成形模具中完成所述预成形。

6.根据权利要求3所述的方法，进一步包括在所述液压成形之前使所述挤出铝管感应退火。

7.根据权利要求6所述的方法，包括在所述弯曲之后并且在所述预成形之前完成所述感应退火。

8.根据权利要求6所述的方法，包括在所述预成形之后完成所述感应退火。

9.根据权利要求6所述的方法，包括在所述弯曲之后并且在所述预成形之后完成所述感应退火。

10.根据权利要求6所述的方法，包括将弯曲且预成型的挤出铝管定位到液压成形模具中、部分地关闭所述液压成形模具并且使所述液压成形模具中所述弯曲且预成型的挤出铝管经受第一压力水平的液体。

11.根据权利要求10所述的方法，包括在完全关闭所述液压成形模具之前，将所述弯曲且预成型的挤出铝管中的弯曲部的内半径与所述液压成形模具接合，从而降低所述弯曲部的所述内半径上的外部纤维应变的量。

12.根据权利要求11所述的方法，包括形成非恒定半径的横截面，所述非恒定半径的横截面包括第一过渡段、第二过渡段和所述第一过渡段和所述第二过渡段之间的中间段，并且为所述第一和第二过渡段提供比所述中间段更紧的曲率半径。

13.根据权利要求12所述的方法，包括围绕所述挤出铝管完全关闭所述液压成形模具并且增加液压的水平到第二水平以由所述弯曲且预成型的挤出铝管来成形并且液压冲孔部件。

14.根据权利要求13所述的方法，包括在所述液压成形期间保持所述液压成形模具和所述第一和第二过渡段之间的间隙。

15.根据权利要求14所述的方法，包括将所述部件修整为所需长度。

16.根据权利要求15所述的方法，包括将多个所述部件装载到机架上并且将多个所述部件共同进行热处理，以人工时效处理所述部件并且提供所需强度特性。

17.根据权利要求16所述的方法，包括在所述机架上对多个所述部件共同进行化学预处理，以在所述热处理之后提供化学预处理给所述部件。

18.根据权利要求15所述的方法，包括将多个所述部件装载到机架上并且将多个所述部件共同化学预处理，以在修整之后提供化学预处理给所述部件。

19.根据权利要求18所述的方法，包括在所述化学预处理之后，在所述机架上对多个所述部件共同进行热处理，以人工时效处理所述部件并且提供所需强度特性。

20.根据权利要求1所述的方法，包括由6xxx铝合金材料将所述铝管挤出为圆形横截面。