CN109229210B - 一种具有高抗弯性能的汽车横梁及加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有高抗弯性能的汽车横梁及加工方法，所述横梁本体和加强件构成，所述横梁本体由钢带辊压成型后对合焊接后构成闭合腔体，横梁本体的横截面外廓形状为矩形，横梁本体的一侧长壁为前壁，前壁从上至下设有三处前壁凹槽，横梁本体的另一侧长壁为后壁，后壁设有后壁凹槽，后壁凹槽与位于中间位置的前壁凹槽对应；加强件位于横梁本体中部，加强件两端分别将横梁本体的前壁凹槽、后壁凹槽连接。本发明还提供了所述横梁的加工方法。本发明与传统的B型防撞横梁相比，在同等重量下抗弯性提高约56％；在同等抗弯性能下，重量能够降低约30.8％，抗弯减重效果明显，符合当今汽车轻量化、高安全性的发展要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车安全部件及制造方法，特别是具有高抗弯性能的汽车横梁及加工方法。
背景技术
随着汽车保有量的不断增加，汽车的安全问题以及汽车带来了的环保问题越来越受到重视。在提高汽车的节能性、环保性、降低燃油消耗及减少排放的同时，提高汽车的安全性能是汽车制造企业研发的重点。关注汽车轻量化的同时愈加重视汽车安全性，发生汽车碰撞时最大限度保护乘员的安全是各主机厂努力的方向。汽车正向碰撞时，合理的前防撞梁结构能够有效吸收冲击能量，避免或降低乘员损伤减少车身结构的损坏。前防撞梁结构在正面碰撞时的抗弯性能是汽车安全性能的重要衡量指标。前防撞梁结构包括横梁和吸能盒，横梁是前防撞梁的主要抗弯件，其截面结构及弯曲弧度直接影响抗弯性能。目前，较为常用的是一种截面为B字形的横梁，这种截形的横梁抗弯性比较好，但是重量上并不占优。受汽车外形尺寸的限制，在横梁弯曲弧度无法改变时，改进现有横梁截形，寻找既能满足前防撞梁的碰撞力学性能又能适当的减重的防撞横梁截面是业内人士研究的重要课题。
发明内容
本发明提供了一种具有高抗弯性能的汽车横梁及加工方法，所述横梁经截形的优化设计及加工方法的改进，在具有优良抗弯性能的同时可有效减轻自重。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的：
一种具有高抗弯性能的汽车横梁，由横梁本体和加强件构成，所述横梁本体由钢带辊压成型后对合焊接后构成闭合腔体，横梁本体的横截面外廓形状为矩形，横梁本体的一侧长壁为前壁，前壁从上至下设有三处前壁凹槽，横梁本体的另一侧长壁为后壁，后壁设有后壁凹槽，后壁凹槽与位于中间位置的前壁凹槽对应；加强件位于横梁本体中部，加强件两端分别将横梁本体的前壁凹槽、后壁凹槽连接。
上述具有高抗弯性能的汽车横梁，横梁本体的对合焊接处位于横梁本体上部的短壁或下部的短壁。
上述具有高抗弯性能的汽车横梁，所述加强件的两端分别设有与前壁凹槽、后壁凹槽轮廓形状匹配的凹槽连接端，凹槽连接端分别与前壁凹槽、后壁凹槽粘合。
上述具有高抗弯性能的汽车横梁，所述加强件为“п”形，加强段两端设有弯折的加强件端台，加强件端台分别与前壁凹槽、后壁凹槽焊合。
上述具有高抗弯性能的汽车横梁，所述横梁本体的宽度尺寸L为40-70毫米，高度尺寸H为宽度尺寸L的1.5-2.5倍，前壁凹槽、后壁凹槽的槽深为(0.1-0.25)L，前壁凹槽、后壁凹槽的槽宽为(0.1-0.2)H。
一种具有高抗弯性能的汽车横梁的加工方法，包括下列步骤：
a.选取辊压加工横梁本体的钢带；
b.制作两端设有凹槽连接端的加强件；
c.制作横梁：横梁本体经钢带在辊压线经32组辊轮辊压成型，其中，第1-第20组辊轮在钢带上逐步辊压出前壁凹槽、后壁凹槽；第21-24组辊轮将两端弯折构成需对合焊接的短壁；第25-27组辊轮将钢带中部辊压出另一短壁，该短壁两侧钢带相向弯折呈开口梯形；第28-32组辊轮将两条长壁相向辊压变形逐步构成横梁封闭截形；在第28组辊轮辊压后将加强件的一侧凹槽连接端与后壁凹槽粘合，在第32组辊轮辊压后，将凹槽连接端与后壁凹槽粘合，并将需对合焊接的短壁通过激光焊或者等离子焊焊合。
一种具有高抗弯性能的汽车横梁的加工方法，包括下列步骤：
a.选取辊压加工制作横梁本体的钢带；
b.制作两侧设有加强件端台加强件，加强件采用钢质冲压件；
c.制作横梁：横梁本体经钢带在辊压线经32组辊轮辊压成型，其中，第1-第20组辊轮在钢带上逐步辊压出前壁凹槽、后壁凹槽；在第20组辊轮辊压后将加强件的一侧加强件端台与后壁凹槽焊合；第21-24组辊轮将钢带两端弯折构成需对合焊接的短壁；第25-27组辊轮将钢带中部辊压出另一短壁，该短壁两侧钢带相向弯折呈开口梯形；第28-32组辊轮将两条长壁相向辊压变形逐步构成横梁封闭截形；在第28组辊轮辊压后将加强件的另一侧加强件端台与中间部位的前壁凹槽焊合，并将需对合焊接的短壁通过激光焊或者等离子焊焊合。
本发明所述防撞横梁包括横梁本体和加强件，横梁本体在其前壁设计了三处凹槽，后壁设置一处凹槽，每处凹槽均可以起到加强筋的作用，从整体上提升防撞横梁的强度和钢度。特别是在防撞横梁的前壁、后壁间设置了加强件，加强件的支撑作用可以大大提高防撞横梁的抗弯性能。本发明与传统的B型防撞横梁相比，在同等重量下抗弯性提高约56％；在同等抗弯性能下，重量能够降低约30.8％，抗弯减重效果明显，符合当今汽车轻量化、高安全性的发展要求。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明横梁的结构示意图；
图2是本发明横梁第一实施方案截形的结构示意图；
图3是本发明横梁第一实施方案加强件的结构示意图；
图4是本发明横梁第二实施方案截形的结构示意图；
图5是本发明横梁第二实施方案加强件的结构示意图；
图6是本发明横梁第一实施方案制作过程示意图；
图7是本发明横梁第二实施方案制作过程示意图；
图8为等重量的传统B型防撞横梁与本发明防撞横梁抗弯性能对比图。
图中各标号清单为：1、横梁本体，1-1、前壁凹槽，1-2、后壁凹槽，2、加强件，2-1、凹槽连接端，2-2、加强件端台。
具体实施方式
参看图1，本发明所述横梁呈弧形，横梁由横梁本体1和加强件2构成，横梁本体由钢带辊压、局部焊合等步骤制成。横梁本体的横截面外廓形状为矩形，横梁本体的一侧长壁为前壁，前壁从上至下设有三处前壁凹槽1-1，前壁凹槽为梯形槽，前壁凹槽为槽口宽度大于槽底宽度的梯形槽。三处前壁凹槽在防撞横梁的前部形成三处加强筋，有效提升防撞横梁前壁的防撞性能。横梁本体的另一侧长壁为后壁，后壁设有后壁凹槽1-2，后壁凹槽与位于中间位置的前壁凹槽对应，后壁凹槽为槽口宽度大于槽底宽度的梯形槽。后壁凹槽起到后壁加强筋的作用，从而与前壁凹槽共同作用提升横梁的强度和钢度。横梁本体的对合焊接处位于横梁本体上部的短壁或下部的短壁。横梁截形的所有弯折部位均设有过渡圆角。加强件位于横梁本体中部，加强件两端分别将横梁本体的前壁凹槽、后壁凹槽连接，加强件将横梁分为两个封闭的管腔。加强件的作用是至关重要的，它直接将防撞横梁的前壁、后壁可靠支撑，是明显提高横梁抗弯性能的关键部件。(所称前、后、上、下是依防撞横梁的装配及使用状态而定)
参看图2、图3，这是本发明横梁的第一实施方案，该实施方案加强件的两端设有与凹槽外廓形状匹配的凹槽连接端2-1，凹槽连接端与前壁凹槽、后壁凹槽粘合。该实施方案，加强件可选用力学性能较高的合金钢制作。凹槽连接端与前壁凹槽、后壁凹槽匹配粘合后可进一步提升前壁凹槽、后壁凹槽的加强筋作用。
参看图4、图5，这是本发明横梁的第二实施方案，该实施方案横加强件为“п”形，加强段两端设有弯折的加强件端台2-2。本实施方案加强件可采用钢制冲压件，加强件端台分别与前壁凹槽、后壁凹槽通过激光焊接焊合，同样起到提升前壁凹槽、后壁凹槽的加强筋作用。
所述横梁本体的宽度尺寸L为40-70毫米，高度尺寸H为宽度尺寸L的1.5-2.5倍，前壁凹槽、后壁凹槽的槽深为(0.1-0.25)L，前壁凹槽、后壁凹槽的槽宽为(0.1-0.2)H。
本发明横梁采用单独的加强件与横梁本体连接的这种结构改进，是提高横梁抗弯能力的重要因素。
横梁第一实施方案的加工方法如下：1选取辊压加工横梁本体的钢带；2、根据横梁规格设计要求选用制作加强件的材料，并经机械加工制作加强件；3、制作横梁：参看图6，钢带原料在辊压线经32组辊轮辊压成型。其中，1-11组辊轮经逐级辊压变形，在钢带一侧加工出一个前壁凹槽；12-20组辊轮经逐级辊压变形，在钢带一侧依次加工出三个前壁凹槽，同时钢带右侧加工出后壁凹槽。第21-24组辊轮将两端弯折构成需对合焊接的短壁；第25-27组辊轮将钢带中部辊压出另一短壁，该短壁两侧钢带相向弯折呈开口梯形；第28-32组辊轮将两条长壁相向辊压变形逐步构成横梁封闭截形；在第28组辊轮辊压后将加强件的一侧的凹槽连接端与后壁凹槽粘合，在第32组辊轮辊压后，将另一侧的凹槽连接端与后壁凹槽粘合，并将需对合焊接的短壁通过激光焊或者等离子焊焊合。(注：加强件先粘结后壁凹槽或前壁凹槽效果相同。)
横梁第二实施方案的加工方法如下：1选取辊压加工横梁本体的钢带；2、采用钢质冲压件制作加强件；3、制作横梁：参看图7，钢带原料在辊压线经32组辊轮辊压成型。其中，1-11组辊轮经逐级辊压变形，在钢带一侧加工出一个前壁凹槽；12-20组辊轮经逐级辊压变形，在钢带一侧依次加工出三个前壁凹槽，同时钢带右侧加工出后壁凹槽。在第20组辊轮辊压后将加强件的一侧的加强件端台与后壁凹槽焊合。第21-24组辊轮将钢带两端逐步弯折接近90°，构成需对合焊接的短壁；第25-27组辊轮将钢带中部辊压出另一短壁，该短壁两侧钢带相向弯折呈开口梯形；第28-32组辊轮将两条长壁相向辊压变形逐步构成横梁封闭截形；在第32组辊轮辊压后，将加强件另一侧的加强件端台与前壁凹槽焊合，并将需对合焊接的短壁通过激光焊或者等离子焊焊合。(注：加强件先焊接后壁凹槽或前壁凹槽效果相同。)
参看图8，对比试验表明，在等重量等材料的条件下，本发明横梁的抗弯性能要高于传统B字形横梁约56％。换言之，在两者抗弯性相当时，本发明横梁的轻量化优势明显。
Claims (5)
1.一种制备具有高抗弯性能的汽车横梁的方法，其特征在于：所述汽车横梁由横梁本体（1）和加强件（2）构成，所述横梁本体由钢带辊压成型后对合焊接后构成闭合腔体，横梁本体的横截面外廓形状为矩形，横梁本体的一侧长壁为前壁，前壁从上至下设有三处前壁凹槽，横梁本体的另一侧长壁为后壁，后壁设有后壁凹槽，后壁凹槽与位于中间位置的前壁凹槽对应；加强件位于横梁本体中部，加强件两端分别将横梁本体的前壁凹槽、后壁凹槽连接；
所述加强件的两端分别设有与前壁凹槽、后壁凹槽轮廓形状匹配的凹槽连接端（2-1），凹槽连接端分别与前壁凹槽、后壁凹槽粘合；
制备步骤如下：
a.选取辊压加工横梁本体的钢带；
b.制作两端设有凹槽连接端的加强件；
c.制作横梁：横梁本体经钢带在辊压线经32组辊轮辊压成型，其中，第1-第20组辊轮在钢带上逐步辊压出前壁凹槽、后壁凹槽；第21-24组辊轮将两端弯折构成需对合焊接的短壁；第25-27组辊轮将钢带中部辊压出另一短壁，该短壁两侧钢带相向弯折呈开口梯形；第28-32组辊轮将两条长壁相向辊压变形逐步构成横梁封闭截形；另外，在第28组辊轮辊压后将加强件（2）的一侧凹槽连接端与后壁凹槽（1-2）粘合，在第32组辊轮辊压后，将凹槽连接端与前壁凹槽（1-1）粘合，并将需对合焊接的短壁通过激光焊或者等离子焊焊合。
2.根据权利要求1所述的制备具有高抗弯性能的汽车横梁的方法，其特征在于：横梁本体的对合焊接处位于横梁本体上部的短壁或下部的短壁。
3.一种制备具有高抗弯性能的汽车横梁的方法，其特征在于：所述汽车横梁由横梁本体（1）和加强件（2）构成，所述横梁本体由钢带辊压成型后对合焊接后构成闭合腔体，横梁本体的横截面外廓形状为矩形，横梁本体的一侧长壁为前壁，前壁从上至下设有三处前壁凹槽，横梁本体的另一侧长壁为后壁，后壁设有后壁凹槽，后壁凹槽与位于中间位置的前壁凹槽对应；加强件位于横梁本体中部，加强件两端分别将横梁本体的前壁凹槽、后壁凹槽连接；
所述加强件（2）为“ п”形，加强件两端设有弯折的加强件端台(2-2)，加强件端台分别与前壁凹槽、后壁凹槽焊合；
制备步骤如下：
a.选取辊压加工制作横梁本体的钢带；
b.制作两侧设有加强件端台的加强件，加强件采用钢质冲压件；
c.制作横梁：横梁本体经钢带在辊压线经32组辊轮辊压成型，其中，第1-第20组辊轮在钢带上逐步辊压出前壁凹槽、后壁凹槽；在第20组辊轮辊压后将加强件的一侧加强件端台与后壁凹槽焊合；第21-24组辊轮将钢带两端弯折构成需对合焊接的短壁；第25-27组辊轮将钢带中部辊压出另一短壁，所述短壁两侧钢带相向弯折呈开口梯形；第28-32组辊轮将两条长壁相向辊压变形逐步构成横梁封闭截形；在第28组辊轮辊压后将加强件的另一侧加强件端台与中间部位的前壁凹槽焊合，并将需对合焊接的短壁通过激光焊或者等离子焊焊合。
4.根据权利要求3所述的制备具有高抗弯性能的汽车横梁的方法，其特征在于：横梁本体的对合焊接处位于横梁本体上部的短壁或下部的短壁。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的制备具有高抗弯性能的汽车横梁的方法，其特征在于：所述横梁本体的宽度尺寸L为40-70毫米，高度尺寸H为宽度尺寸L的1.5-2.5倍，前壁凹槽、后壁凹槽的槽深为（0.1-0.25）L，前壁凹槽、后壁凹槽的槽宽为（0.1-0.2）H。
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