CN204726509U - 用于车辆的梁 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种用于车辆的梁，包括：包括弯折部的管体，其中弯折部的内半径包括具有第一过渡段、第二过渡段以及介于第一过渡段和第二过渡段之间的中间段的非恒定半径的横截面。本实用新型的目的在于提供一种在液压成形工艺中具有提高的可成形性的用于车辆的梁。

Description

用于车辆的梁
技术领域
本公开总的来说涉及液压成形，并且更具体地，涉及具有平头拐角半径以提高可成形性的挤压铝管的液压成形。
背景技术
车辆制造商正在使用诸如铝合金的更轻、更强的材料以满足排放减少目标、满足燃料经济性目标、降低制造成本以及减轻车重。在减轻车重的同时必须满足需求增长的安全标准。满足这些冲突利益和目标的一种方法是使高强度铝合金管状坯料液压成形为牢固的轻质零件，诸如机动车辆的顶梁和前梁。
铝管类型包括焊缝管、挤压无缝管和挤压结构管。焊缝管和挤压无缝管是昂贵的。挤压结构管成本较低，因为相较于挤压无缝管和焊缝管，它们以具有较高线性和材料利用效率的连续铣削操作形成。
挤压结构管通过在高温高压下通过挤压模具挤压铝坯形成。当流动的铝在心轴板中分离并且在盖帽区重新汇聚时，发生非连续的材料流穿过形状区域。焊接线或接合线在流动的铝重新汇聚的地方产生以形成挤压形状。挤压结构管可具有两个或更多焊接线，它们是分流挤压工艺的制品。
值得注意的是，铝焊缝管、铝无缝管和铝结构挤压管相较于低碳钢管不易成形。因此，在本领域传统液压成形操作的状况下，由铝管形成大部分零件不太可行。在这种操作中，供给诸如水的液压成形流体以扩展并成型该管来符合模腔。管的基本扩展(线性扩展的圆周长度超过3％)是必须的以消除任何管的皱折(buckle)并产生复杂成形的零件。
实用新型内容
在解决这种问题的努力中，现提出一种压力顺序液压成形的方法，其 尤其适用于铝材料。更具体地，本文涉及一种产生具有平头拐角半径的零件的液压成形方法，这种平头拐角半径用以提高液压成形拐角的可成形性比率或R/t(紧密性)同时防止爆裂。可成形性比率或R/t是弯曲半径(R)与工件/挤压铝管壁厚(t)的比率。该值限定了在材料失效前可允许的最尖锐成形半径。有利的是，由此产生的可成形性比率的增加允许人们有效且高效地使用包括挤压无缝管和结构管的铝管来通过液压成形生产诸如梁的车辆零件。
根据本文所述的目的和益处，提供了一种由挤压铝管液压成形车辆梁的方法。该方法包括步骤：(a)将挤压铝管安置到液压成形模具中；(b)部分地封闭液压成形模具；(c)向液压成形模具中的挤压铝管应用处于第一压力水平的液体；以及(d)在完全封闭液压成形模具之前将挤压铝管中的弯折部的内半径与液压成形模具接合从而减小弯折部的内半径上的外部纤维圆周弯折应变。接下来是围绕挤压铝管完全封闭液压成形模具并将液体压力水平增加至第二水平以由挤压铝管形成并液力贯穿成诸如车辆梁的零件。这包括形成包括第一过渡段、第二过渡段以及介于第一和第二过渡段之间的中间段的非恒定半径的横截面。该方法还包括为第一和第二过渡段配置比中间段的曲率半径更紧密的曲率半径以便因此形成平头拐角半径。
进一步，该方法包括在液压成形期间维持液压成形模具与第一和第二过渡段之间的间隙。另外，该方法包括线性减小限制的横截面长度以防止皱折。在一个实施例中，线性减小的横截面长度低于1％。在一个实施例中，挤压铝管由诸如AA6082-T4或AA6061-T4的AA6xxx系列铝合金制成。
根据另外的方面，由挤压铝管液压成形车辆梁的方法还可被描述为包括在挤压铝管的弯折部中形成具有非恒定半径横截面的内半径，非恒定半径横截面包括第一过渡段、第二过渡段以及介于第一过渡段和第二过渡段之间的中间段，从而有效地形成平头拐角半径。该方法还包括为第一和第二过渡段配置比中间段的曲率半径更紧密的曲率半径。为此目的，该方法包括在液压成形期间将平头模具部件的中间段与挤压铝管接合同时维持平头模具部件的第一和第二过渡段与管之间的间隙的步骤。
根据又一方面，提供了一种用于车辆的梁。该梁包括具有弯折部的管体，其中该弯折部的内半径包括具有第一过渡段、第二过渡段以及介于第一和第二过渡段之间的中间段的非恒定半径的横截面。第一和第二过渡段具有的曲率半径比中间段的曲率半径更紧密从而有效地形成平头拐角半径。
梁的中间段包括在液压成形期间有与模具接合形成的工具痕并且由于在液压成形期间第一和第二过渡段未接合模具因此第一和第二过渡段无工具痕。弯折部的内段可包括线性减小的横截面长度但是量受到限制以防止皱折。在一个可能的实施例中，线性减小的长度低于1％。
根据本实用新型的一个方面，提供了一种由挤压铝管液压成形零件的方法，包括：将挤压铝管安置到液压成形模具中；局部封闭液压成形模具；将处于第一压力水平的液体应用至液压成形模具中的挤压铝管以防止挤压铝管塌陷；以及在完全封闭液压成形模具之前将挤压铝管中的弯折部的内半径与液压成形模具接合从而减小弯折部的内半径上的外部纤维应变量。
根据本实用新型，进一步包括围绕挤压铝管完全封闭液压成形模具并将液体压力水平提高至第二水平以从挤压铝管进一步形成并液力贯穿成零件。
根据本实用新型，进一步包括形成包括第一过渡段、第二过渡段以及介于第一过渡段和第二过渡段之间的中间段的非恒定半径的横截面。
根据本实用新型，进一步包括围绕挤压铝管完全封闭液压成形模具并将液体压力水平提高至第二水平以从挤压铝管进一步形成零件，其中第一压力水平位于50巴至150巴之间并且第二压力水平位于750巴至1250巴之间。
根据本实用新型，包括为零件的第一过渡段和第二过渡段配置比零件的中间段的曲率半径更紧密的曲率半径。
根据本实用新型，包括在液压成形期间维持液压成形模具与零件的第一过渡段和第二过渡段之间的间隙。
根据本实用新型，包括为弯折部的内半径配置线性减小的横截面长度。
根据本实用新型，线性减小的横截面长度小于1％。
根据本实用新型，挤压铝管由AA6xxx系列铝合金制成。
根据本实用新型的另一方面，提供了一种由挤压铝管液压成形零件的方法，包括：在由挤压铝管形成的零件的弯折部中形成具有非恒定半径横截面的内半径，非恒定半径横截面包括第一过渡段、第二过渡段以及介于第一过渡段和第二过渡段之间的中间段。
根据本实用新型，包括为零件的第一过渡段和第二过渡段配置比零件的中间段更紧密的曲率半径。
根据本实用新型，包括将挤压铝管与液压成形模具的平头壁区接合以便形成零件的中间段。
根据本实用新型，包括在液压成形期间维持液压成形模具与由挤压铝管形成的零件的第一过渡段和第二过渡段之间的间隙。
根据本实用新型，包括为零件中的弯折部的内半径配置线性减小的横截面长度。
根据本实用新型，线性减小的长度小于1％。
根据本实用新型的又一方面，提供了一种用于车辆的梁，包括：包括弯折部的管体，其中弯折部的内半径包括具有第一过渡段、第二过渡段以及介于第一过渡段和第二过渡段之间的中间段的非恒定半径的横截面。
根据本实用新型，第一过渡段和第二过渡段具有比中间段的曲率半径更紧密的曲率半径。
根据本实用新型，中间段包括在液压成形期间有与模具接合形成的工具痕并且由于在液压成形期间第一过渡段和第二过渡段未接合模具因此第一过渡段和第二过渡段无工具痕。 
根据本实用新型，弯折部的内半径包括线性减小的横截面长度。
根据本实用新型，线性减小的长度小于1％。
本实用新型提供了在液压成形工艺中具有提高的可成形性的用于车辆的梁。
在后面的描述中，示出并描述了液压成形方法以及由挤压铝管借助该方法形成的车辆梁的若干优选实施例。正如应当意识到的，该方法和梁能够为其他不同的实施例并且其若干细节能够在多种多样的方面上进行修改 而不偏离后面的权利要求中所列举和描述的方法和梁。因此，附图和描述应当认为在本质上是示意性的而非限制性的。
附图说明
结合于此并构成说明书的一部分的附图示出了液压成形车辆梁的方法的若干方面并且连同描述用以阐释该方法的某些原理。在图中：
图1a是通过当前方法形成的车辆梁的立体图。
图1b是图1a中所示的梁的俯视平面图。
图2a至图2e是示出在图1a和图1b中所示的车辆梁的弯折区域中形成横截面的方法的横截面图。
图3是在当前液压成形方法期间配置到梁的线性减少的横截面长度以便降低工件材料中的应变并防止爆裂的详细示意性视图。
图4是平头过渡区的非恒定半径的详细示意性视图。
现将详细参考该方法的当前优选实施例，附图中示出了优选实施例的实例。
具体实施方式
现参照图1a和图1b，其示出了通过经历本文的液压成形的方法制成的车辆梁10。梁10包括弯折部B。弯折部B的内半径或平头半径R由包括第一过渡段12、第二过渡段14以及介于第一和第二过渡段之间的中间段16的非恒定半径的横截面形成。还参见在弯折部B处示出梁10的轮廓的图3。
形成梁10的工艺可通过在包括心轴板和盖帽区的分流模(porthole die)中挤压结构铝合金管而开始。更具体地，加热铝坯并在高温和高压下将其挤压穿过分流模。挤压铝在心轴板中分离并且在盖帽区中重新汇聚。挤压铝管可被称作结构挤压管。该管在连续铣削操作中形成并且在挤压之后切割成期望长度。
接下来，可采用任意弯曲工艺(旋转拉延、推碾等)以期望的方式弯折该挤压铝管。这样之后可为中间形成操作(即，执行)。进一步地，该 挤压管或工件可在弯折之后、执行之后或者是两者之后经历感应退火以便使该挤压管或工件恢复一些可成形性。
在这些预备操作和工艺之后，弯曲且预成形的挤压铝管或工件被装载到液压成形模具中，该模具在图2a至图2e中示意性示出为两件式模具D1、D2。
在将工件或管W装载到模具D1、D2中之后，封闭该模具(参见图2a和图2b)。在到达图2c中所示的局部封闭位置时，在第一压力水平下的液体L被引入到工件W的内部中。第一压力水平在大约0至200巴的范围内。在另一实施例中，第一压力水平在50至150巴的范围内。在又一可能的实施例中，第一压力水平大约为100巴。该液压成形液体L可为水或其他合适的材料。
正如通过观察图2c应当进一步理解的，模具D1的上部包括平头壁区S，其具体成形为：在液压成形工艺中当模具D1、D2仅部分封闭且第一压力水平被施加以在收尾阶段期间防止该管塌陷时的时间点处与工件W形成接触。该接触点形成梁10的平头拐角半径R的中间段16。这减小了圆周外部纤维应变(fiber strain)和沿着材料变厚的弯折部的内侧将工件W成形为零件或梁10所需的延展性。
在液压成形工艺中接下来的步骤是完全封闭液压成形模具D1、D2。图2d示出了围绕工件封闭的模具D1、D2。在模具D1、D2围绕工件W完全封闭之后，充满工件W的液体L的压力被增加至第二压力水平以形成并且液力贯穿(hydro-pierce)该工件W。第二压力水平在500至1500巴的范围内。在另一可能的实施例中，第二压力水平在750至1250巴的范围内。在又一可能的实施例中，第二压力水平大约为1000巴。
当压力增加时，工件W被朝向模具D1、D2向外挤压。值得注意的是，在液体L的压力增加至第二水平之前，平头拐角半径R的中间段16已经与模具D1的平头壁区S接合。这样防止在收尾期间不受限制的/不受支持的横截面弯折。相反，在典型的常规方案中，工件并不接触模具壁直到模具被完全封闭并且校准压力被施加。在这种情况下，于塑料铰链的末端处形成的拐角的实际曲率半径通常小于相应的模具的半径。因此，由此产生 的r/t比率也比设计中的要小并且外部纤维应变较高。在本方法中，平头壁区S在收尾阶段期间的早期接合工件W并且基本上防止额外的非受限弯折，如此减小外部纤维应变并提高r/t比率。同时，该区域中的应变在校准阶段期间基本不变。
此外，工件W与壁段S的接合导致在模具D1、D2与工件W之间维持微小间隙G，从而形成梁10的第一过渡段12和第二过渡段14。因此，应当理解，工件W和最终在模具中形成的梁10将沿着中间段16具有来自模具D1的工具痕但是沿着第一和第二过渡段12、14将完全无工具痕。如图4中所示，由此产生的梁10的第一和第二过渡段12、14会结合弯折部B角度，其中中间40％以过渡到位于每端的剩余30％的角度上的传统拐角形状的方式延伸。
在液压成形之后，通过激光修整或其他合适的修整操作来将工件W修整成最终期望的长度。在激光修整操作之后，现以顶梁10为形式的工件可进行热处理以通过本领域已知的方式将铝合金人工熟化(age)至期望强度。该梁10随后可顺序地经历化学预处理以使其准备用于接收粘合剂、涂料和/或后续车辆装配操作中所使用的其他涂层和化学药品。在替代实施例中，梁10在热处理之前而非热处理之后经历化学预处理。可使用任一种方法。
后面的实例进一步示出液压成形挤压铝管的方法。
实例
由AA6082-T4材料制成的挤压结构管或无缝管具有5.08cm的外径和2.8mm或3.5mm的壁厚。该管被安置在液压成形模具中并且该模具部分地封闭。随后以100巴压力的液压成形液体填充该管以防止管塌陷。继续封闭上模具引起管接合模具的平头壁区，其减小外部纤维上的应变和中间段的区域中的铝合金所需的延展性。随后完全封闭模具并将液压成形液体的压力增加至1000巴以便完成液压成形工艺。
总之，由在本文中公开并在图2a至图2e中示意性示出的压力顺序液压成形方法产生了多种益处。正如上面所指出的，通过在模具D1、D2局部封闭并且该液体处于第一较低压力水平时将工件W与模具D1的平头段S接合，有可能提高管中形成的最小曲率半径，这样限制外部纤维上的应 变并且防止沿着中间段16的爆裂。这样还用以减小或消除工件失效和由液压成形工艺所导致的材料浪费。在通过完全封闭模具D1、D2并将液体L的压力提高至第二水平而完成液压成形工艺之后，该工件中的弯折部B的内部或平头拐角半径R配置有小于1％的线性减小的横截面长度。值得注意的是，参见图3，这样沿着平头拐角半径R将工件W的几何尺寸在宽度上减小了大约2mm。
如上所呈现的用于示出和描述的目的。其并非是全面的或者旨在将实施例限制成所公开的准确形式。根据上述教导，多种修改和变型是可能的。例如，尽管未示出，液压成形冲孔机可被配合作为液压成形模具D1、D2的一部分来在液压成形工艺期间在工件W或最终零件/梁10中冲压孔18。当该孔形成时，坯料(未示出)与工件W部分地分离。当根据所附权利要求公平、合法且合理地对其宽度进行理解时，所有这种修改和变型都应在所附权利要求的范围内。

Claims (5)

1.一种用于车辆的梁，其特征在于，包括：
包括弯折部的管体，其中所述弯折部的内半径包括具有第一过渡段、第二过渡段以及介于所述第一过渡段和所述第二过渡段之间的中间段的非恒定半径的横截面。
2.根据权利要求1所述的梁，其特征在于，所述第一过渡段和所述第二过渡段具有比所述中间段的曲率半径更紧密的曲率半径。
3.根据权利要求1所述的梁，其特征在于，所述中间段包括在液压成形期间有与模具接合形成的工具痕并且由于在液压成形期间所述第一过渡段和所述第二过渡段未接合所述模具因此所述第一过渡段和所述第二过渡段无工具痕。
4.根据权利要求1所述的梁，其特征在于，所述弯折部的所述内半径包括线性减小的横截面长度。
5.根据权利要求4所述的梁，其特征在于，所述线性减小的横截面长度小于1％。
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