CN108297493B - 耐热和抗机械冲击的层压金属板总成 - Google Patents

耐热和抗机械冲击的层压金属板总成 Download PDF

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Abstract

一种用于机动车辆的板总成可以包括第一板、大体平行于第一板设置的第二板、和包括多个线束的网状芯，第二板限定多个通孔，芯设置在两板之间，其中网状芯通过通孔刚性地连接到每个板的内表面。

Description

耐热和抗机械冲击的层压金属板总成
技术领域
本文公开了耐热和抗机械冲击的层压金属板总成。
背景技术
近年来，全球气候变暖问题日益突出，并且因而对机动车辆二氧化碳(CO2)排放量的调控也随之加剧。为致力于减少二氧化碳排放量，制造商试图减少车辆重量。在一种形式中，制造商已经试图减少在车辆中通常使用的金属板的重量。这些板必须保持一定的强度和刚度最小值以抗冲击。
发明内容
一种用于机动车辆的板总成可以包括第一板、大体平行于第一板设置的第二板、和包括多个线束的网状芯，第二板限定多个通孔，芯设置在两板之间，其中网状芯通过通孔连接到每个板的内表面。
一种用于机动车辆的板总成可以包括第一板、限定多个通孔的第二板、和设置在两板之间的网状芯，其中网状芯通过通孔连接到每个板的内表面。
附图说明
在所附权利要求中给出了本公开的实施例的细节。然而，通过结合附图参考以下具体实施方式，各实施例的其他特征将变得更加明显并且将最好地理解，在附图中：
图1示出了板总成的横截面图；
图2示出了图1的板总成的顶板的内表面；
图3示出了图1的板总成的底板的内表面；
图4示出了图3的底板的外表面；
图5A示出了以网格状布置的示例性网状芯；
图5B示出了以链状布置的示例性网状芯；
图5C示出了以圆形网格布置的示例性网状芯；
图5D示出了以混合网格布置的示例性网状芯；
图5E示出了以高密度和低密度布置的示例性网状芯；
图5F示出了重复模式的示例性网状芯；和
图6示出了另一板总成的横截面图。
具体实施方式
根据需要，本文公开了本发明的详细实施例；然而应当理解，所公开的实施例仅仅是可以以各种和可替代形式实施的本发明的示例。附图不一定符合比例，并且一些特征可能被夸大或缩小以显示特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是用于教导本领域技术人员以各种方式应用本发明的代表性基础。
本文公开了一种用于机动车辆的板总成，板总成的重量轻、高刚性和抗冲击性，并且具有剪切、弯曲、深冲、和延展等可加工性。另外，板总成可以承受长时间暴露于250摄氏度以上的温度中，而不会导致其弹性特性有任何降低。板总成可以减小车辆的总重量，从而可能减少二氧化碳排放。
板总成可以用于各种汽车部件，例如车体结构板(车体仪表板和车颈板、车体底板、和车体侧板)、悬架(副车架、冲压控制臂和纵臂)、制动部件(脚踏板和防尘罩)等。
图1示出了层压板总成100的横截面图。板总成100可以包括第一板105和大体平行于第一板105设置的第二板110。第一板和第二板105、110可以是金属板。在一个示例中，第一板和第二板105、110可以是层压金属板，其中金属板在两面都被层压有由不同类型金属制成的实心芯层。层压板可以由接合到一起的材料薄层制成，以产生具有与单独层不同特性的板。在另一个示例中，板105、110可以由多层不同类型的钢形成。这些层可以锻造在一起形成金属板。在一个示例中，板105、110可以包括由第一金属制成的芯和在芯每侧上由第二金属制成的盖板。
第一板105可以形成固体表面(例如层压金属板)，并且也可以称为顶板105、层压顶板105、或金属顶板105。第二板110可以称为底板110、层压底板110、或金属底板110，并且可以形成与第一板105具有类似特性的类似固体表面。第二板110可限定多个通孔130以允许接近设置在第一板105与第二板110之间的网状芯120。
网状芯120可以由一个或多个金属线束140、145形成。例如，线束可以由高强度钢丝形成。线束可以包括两种或更多种类型的线束。在一个示例中，线束可以包括第一线束140和第二线束145。在如图1所示的示例中，第一线束140可以包括横向束并且第二线束145可以包括纵向束。每个束140、145可以包括沿特定方向延伸的一根或多根线。如所解释的，图1的示例可以包括具有横向延伸的第一线束140和纵向延伸的第二线束145的芯120。
束140、145可以包括一根或多根不同直径的线。直径分布在0.15到0.40毫米之间。束140、145可以一起形成芯120从而为板总成100提供刚性结构。芯120可以形成使用有限元法(finite element method，FEM)产生的图案，以基于网状芯120的特定应用来确定用于制造和使用的最优化图案。FEM法可以确保经久耐用的部件，该部件配置为保持如下性能：在使层压金属板105、110暴露在250摄氏度以上的温度中而弹性性能没有任何降低。FEM法还可以通过优化线的拉伸强度与直径来确保部件的重量轻、高刚性、高抗冲击性、可加工性、和形状稳定性。另外，由于线束140、145中各线之间的线间摩擦，使用线束140、145确保了所得到的层压金属板具有优异减震性能。
尽管网状芯120示为由第一和第二线束140、145形成，但是还可以包括额外的束。虽然第一和第二线束140、145示为沿着水平和竖直方向延伸，但是除了第一和第二线束140、145之外还可以包括一个或多个束。这些额外的束在图2中未示出，但可以类似于图5A-F的示例性设置。额外的束可以添加在相对于第一和第二线束140、145的倾斜方向上。倾斜方向可以使用FEM确定。此外，这样的束的层和方向可以在垂直方向、水平方向、和倾斜方向上相对于彼此移位，以优化结构总重量和性价比。在一些示例中，可以将2到20个不同的线束分层以构建网状芯120。每个束可以通过固相连接(包括焊接和编织)而连接。
网状芯120可以在各种接头160处与板105、110接合。接头可以位于网状芯120与板105、110的内表面连接的位置。这种接头160可以是固相点接头，并且可以通过焊接、粘合连接、铜焊连接等来进行连接。接头160可以零散地或以固定间隔设置在板105、110上。例如，接头160可以设置在第一线束140和第二线束145的每隔一个交点处。
图2示出了图1的板总成100的顶板105的内表面165。第一线束140示为垂直于第二线束145延伸形成网格状布置。接头160可以以第一线束140和第二线束145的交替穿插的图案布置。每个接头可以将束140、145附接到顶板105的内表面165。图案可以在交点处设置一个或多个接头160。在图2所示的示例中，示出了四个接头160，交点的每个角各有一个接头160。
图3示出了图1的板总成100的底板110的内表面170。类似于图2，底板110的内表面170可以包括用于将束140、145附着到底板110的各种接头160。接头160可以设置在束140、145的交点处，但是也可以沿线束140、145设置在将芯120附接到底板110的任何位置处。在图3所示的例子中，可以在交叉点处设置八个接头160。
如上所述，底板110可以限定多个通孔130以允许接近网状芯120。通孔130可以允许工具和其他物品到达顶板105和底板110的内表面，以将芯120连接到板105、110。通孔130的尺寸可以足够大以允许工具到达板105、110的内表面165、170，但又足够小以致于不影响板总成100的刚性和其它性能。
通孔130可以由底板110处的图案限定。通常但不必然地，通孔130可以设置在与接头160相同的交点处。也就是说，可以将接头160设置在通孔130周围。由于穿过通孔插入的工具比起不靠近通孔130的位置可能更容易到达通孔130处或附近位置，在通孔130处或附近生成接头160更符合实用。如图1所示，通孔130可以由底板110限定。由于由底板110限定的通孔130已经可以提供到达顶板105的内表面165的足够的通路，顶板105可以不限定任何通孔。也就是说，工具可以延伸穿过由底板110限定的通孔130并且到达顶板105的内表面165以将网状芯120附接到顶板105。仅在板105、110中之一上设置通孔130的这种构造减少了对使用者的暴露量，给予额外的重量减轻机会，并且简化了制造过程，同时不会降低板对外部环境的隔离性能。
图4示出了图3的底板110的外表面180。通孔130可以限定为长方形或者椭圆形并且生成通孔130交替定向的图案。在图4的示例中，通孔130可以在具有第一行132a中的第一定向(例如水平定向)的通孔130a以及在第二行132b中具有第二定向(例如垂直定向)的通孔130b之间交替定向。第一和第二行132a、132b可以彼此交替。通孔可以彼此分隔开预定的距离。水平通孔130a的间隔可以不同于垂直通孔130b的间隔。
由于层压板100的层必须作为一个单元来获得更高的强度，因此可以生成这些开口的尺寸和间距使得容纳于开口中的接头160可以承载在每个相邻层之间作用的剪切力。因此，板开口的尺寸和间距应符合美国钢结构协会(American Institute of SteelConstruction，AISC)规范，其中例如AISC规范J3.3指出，开口中心之间的优选最小距离比开口最大尺寸大3倍。间距可以根据考虑制造约束的FEM法来确定。例如，图4中所示的通孔130具有周期性设置，其中通孔130的间隔在垂直和水平方向上具有不同的波长，以在板制造过程期间最小化板100和网状芯接头160处的可能的热量积聚。
可以包括椭圆形通孔130的其他定向以及替代性图案。通过交替通孔130的定向，底板110的内表面170可以在不同的连接点(例如接头160)处附接到网状芯120，从而增加了连接的强度。
图5A-5F示出了用于网状芯120的示例线圈总成和线束140、145。如所解释的，线束140、145可以包括一束或多于一束。束140、145可以包括各种类型的线，例如钢线等。线可以设置为形成各种图案和布局。
如上所述，所使用的图案可以使用有限元分析(FEM)来产生，以根据网状芯120的特定应用来确定用于制造和使用的最优化图案。FEM法可以确保经久耐用的部件，该部件配置为保持如下性能：在使层压金属板105、110暴露在250摄氏度以上的温度中而弹性性能没有任何降低。FEM法还可以通过优化线的拉伸强度与直径来确保部件的重量轻、高刚性、高抗冲击性、可加工性、和形状稳定性。另外，由于线束140、145中各线之间的线间摩擦，使用线束140、145确保了所得到的金属板具有优异减震性能。
在一个示例中，如图5A所示，网状芯120可以形成网格状布置，这有助于产生具有各向同性特性的层压金属板。
在另一个示例中，如图5B所示，网状芯120b可以形成链状布置，用于增加线束之间的线间摩擦。
在另一个示例中，如图5C所示，网状芯120c可以形成圆形网格布置，该布置可以用于中心有孔的圆形层压金属板。
在另一个示例中，如图5D所示，网状芯120d可以形成混合的网格和圆形布置，该布置可以有助于简化实心圆形层压金属板的制造过程。
在另一个示例中，如图5E所示，网状芯120e可以形成高密度和低密度布置，其中芯120e在网状芯120的中心处具有的线密度比在芯120e的外围上具有的线密度更高。当需要在某些区域局部加强层压板时，可以使用这种网状芯的布置。
在另一个示例中，如图5F所示，网状芯120f可以在整个网状芯120f上形成一致的重复图案，以增加网状芯对层压金属板的整体强度和减震性能的贡献。
板总成100可以通过将线束140、145梭织或针织在一起来制造。线束140、145也可以通过固态连接(例如点焊)连接在一起。网状芯120可以通过固相点接合(例如焊接、粘合连接、铜焊连接等)与相应的金属板的内表面接合。为了最佳的制造简易性和结构耐久性，这种附着图案可以通过FEM法来确定。为了允许网状芯120的最外部分通过固相点接合与第一板105的内表面165和第二板110的内表面180连接，第二板110可以限定通孔130。如所解释的那样，可以使用FEM法针对制造以及所得到的层压板的结构完整性来优化通孔130的尺寸和间隔。因此，通过遵循通孔130的轮廓，可以从板105、110的外表面实现板105、110和网状芯120的最外面的芯层的点接合。
图6示出了包括第一板105但不包括第二板110的另一层压板总成100的横截面图。网状芯120可以由一个或多个金属线束140、145形成，类似于图1的网状芯。网状芯120可以在各种接头160处与第一板105接合。接头可以位于网状芯120与板105的内表面连接的位置。如所解释的，这样的接头160可以是固相点接头并且可以通过焊接、粘合连接、铜焊连接等来进行。接头160可以零散地或以固定的间隔设置在板105、110处。例如，接头160可以设置在第一线束140和第二线束145的每隔一个交点处。
因此，本文公开的是一种用于机动车辆的板总成，该板总成的重量轻、高刚性和抗冲击性，并且具有剪切、弯曲、深冲、和延展等可加工性。另外，板总成可以承受长时间暴露于250摄氏度以上的温度中，而不会导致弹性特性有任何降低。板总成可以减小车辆的总重量，从而可能减少二氧化碳排放。
虽然上面描述了示例性实施例，但是这些实施例并不意在描述本发明的所有可能的形式。相反，说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应该理解可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种改变。另外，可以组合实现实施例的各种特征以形成本发明的其它实施例。

Claims (10)

1.一种用于机动车辆的板总成，包括：
第一板；
大体平行于所述第一板设置的第二板，所述第二板限定多个通孔；和
包括多个线束的网状芯，所述网状芯设置在所述第一板和所述第二板之间，其中所述网状芯仅在所述通孔处暴露的接头处刚性地连接到每个所述板的内表面，其中所述通孔是定向为第一定向和垂直于所述第一定向的第二定向之一的椭圆形。
2.根据权利要求1所述的板总成，其中具有所述第一定向的所述通孔设置在多个第一排中，并且具有所述第二定向的所述通孔设置在多个第二排中。
3.根据权利要求2所述的板总成，其中所述第一排和所述第二排彼此交替。
4.根据权利要求1所述的板总成，其中所述通孔彼此分隔预定的距离。
5.根据权利要求1所述的板总成，其中所述通孔构造成接收能够将所述网状芯附接到所述板中的至少一个的所述内表面的工具。
6.一种用于机动车辆的板总成，包括：
第一板；
限定多个通孔的第二板；和
设置在所述第一板和所述第二板之间的网状芯，其中所述网状芯仅在所述通孔处暴露的接头处连接到每个所述板的内表面，其中所述通孔是定向为第一定向和垂直于所述第一定向的第二定向之一的椭圆形。
7.根据权利要求6所述的板总成，其中具有所述第一定向的所述通孔设置在多个第一排中，并且具有所述第二定向的所述通孔设置在多个第二排中。
8.根据权利要求7所述的板总成，其中所述第一排和所述第二排彼此交替。
9.根据权利要求6所述的板总成，其中所述通孔彼此分隔预定的距离。
10.根据权利要求6所述的板总成，其中所述通孔构造成接收能够将所述网状芯附接到所述板中的至少一个的所述内表面的工具。
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