ES2713168T3 - Aparato de formación de vigas de múltiples tiras, método y viga - Google Patents

Abstract

Un artículo de viga de refuerzo construido para impactar en un vehículo que comprende: al menos tres láminas de metal alargadas separadas, en el que al menos una de las láminas incluye una estructura preformada sobre las mismas, en el que las láminas se colocan y se interconectan para definir una viga (100) tubular alargada, que tiene una longitud no lineal y secciones de cortes transversales, en el que las secciones de cortes transversales definen las paredes delantera (101) y trasera (102) y al menos dos paredes (103, 104, 105) de cizalla que conectan las paredes delantera (101) y trasera (102), caracterizado porque al menos dos de las láminas que tienen bordes que se apoyan en las superficies laterales de otras adyacentes de las láminas para formar esquinas (106) soldadas perpendiculares no redondeadas; y en el que las porciones de extremo de la viga (100) tubular están configuradas para facilitar el acoplamiento a un vehículo.

Description

DESCRIPCION

Aparato de formacion de vigas de multiples tiras, metodo y viga

Antecedentes de la invencion

La presente invencion se relaciona con aparatos y metodos de formacion de vigas, y con vigas alargadas fabricadas usando los mismos, y mas particularmente se relaciona con a vigas de multiples tiras y aparatos y metodos relacionados para formar vigas de refuerzo de parachoques de automoviles a partir de multiples tiras. Sin embargo, el alcance de la presente invencion no se limita a vigas de refuerzo de parachoques ni a usos automotrices.

Los vehiculos modernos incluyen sistemas de parachoques con vigas de refuerzo que deben cumplir estrictos requisitos de rendimiento (por ejemplo, estandares de prueba que miden las resistencias al impacto de torsion y flexion, diversos impactos de barrera, impactos de vehiculo a vehiculo y peatones), pero tambien cumplen con los estandares de la industria que le dan una gran importancia a minimizar el peso (por ejemplo, normas mpg). Ademas, la competitividad de la industria requiere minimizar los costes de fabricacion y, al mismo tiempo, proporcionar una alta consistencia dimensional, confiabilidad de fabricacion y flexibilidad de diseno y fabricacion.

Las vigas de refuerzo de parachoques se utilizan para proporcionar una estructura de carro transversal a los sistemas de parachoques, y a menudo se realizan mediante procesos de perfilado y/o extrusion. El perfilado puede proporcionar un coste de proceso competitivo con una buena calidad de la parte cuando se usa en ejecuciones de alto volumen. Sin embargo, la mayoria de los procesos de perfilado comerciales de gran volumen estan limitados a formas de corte transversal constantes, se limitan a formar una unica lamina de material, requieren un tiempo de espera significativo para desarrollar los laminados y requieren una inversion sustancial en equipos de perfilado de trabajo pesado. Los procesos secundarios se han utilizado para remodelar porciones de vigas de laminado, pero los procesos secundarios son costosos, lentos, a menudo no son consistentes dimensionalmente, requieren un manejo multiple de las partes en proceso y pueden ser intensivos manualmente.

Las vigas de aluminio extruido a veces son especificadas por los fabricantes de equipos originales (denominados OEM) debido a su peso ligero, alta proporcion de resistencia a peso y la capacidad de las vigas de aluminio extruido para tener paredes con diferentes espesores ubicados para un rendimiento optimo. Sin embargo, el aluminio es un material costoso, y las calidades extruibles de aluminio son limitadas en resistencia a la traccion y generalmente tienen un alto coste. Ademas, las vigas de aluminio tienen cortes transversales constantes en toda su longitud, debido al proceso de extrusion. Ademas, las vigas fabricadas utilizando procesos de extrusion requieren operaciones secundarias, tal como la curvatura de la viga (es decir, el "barrido"), la perforacion (por ejemplo, para la fijacion del soporte o para los orificios de fijacion o los orificios de paso), y el envejecimiento/tratamiento termico del material (por su resistencia y estabilidad).

El documento DE 19726720 C1 divulga un miembro estructural de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1 que tiene en su plano de corte transversal al menos dos camaras cerradas de seccion hueca que se producen por laminacion y que estan hechas de una sola parte de lamina metalica.

El documento WO 2008/144367 A1 trata de una viga de refuerzo de parachoques que incluye una primera lamina que forma al menos un tubo que incluye una pared frontal, y una segunda lamina soldada a y que soporta la pared frontal en una disposicion laminar que agrega rigidez a la pared frontal.

Se desea una mejora que brinde flexibilidad en el diseno de partes (incluyendo el uso de materiales de pared colocados de manera optima, formas y espesores de pared variados), pero que tambien proporcione ahorros/mejoras del proceso en terminos de bajo coste, inversion de capital relativamente mas baja, alta eficiencia de fabricacion, buena confiabilidad, alta consistencia dimensional y bajo inventario en proceso. Es deseable utilizar procesos de formacion y union que sean conocidos y no exoticos.

Resumen de la invencion

En un aspecto de la presente invencion, un articulo de viga de refuerzo construido para impactar en un vehiculo comprende al menos tres laminas de metal alargadas separadas, al menos una de las cuales incluye una estructura preformada en el mismo, colocada e interconectada para definir una viga tubular alargada que tiene una longitud no lineal y secciones de cortes transversales que definen las paredes delantera y trasera y al menos dos paredes de cizallamiento que conectan las paredes delantera y trasera, con al menos dos de las laminas que tienen bordes que se apoyan en las superficies laterales de otras adyacentes de las laminas para formar esquinas soldadas perpendicularmente no redondeadas; y porciones finales de la viga tubular configuradas para facilitar el acoplamiento a un vehiculo.

En otro aspecto de la presente invencion, un articulo de viga incluye laminas de metal alargadas cada una teniendo un cuerpo alargado y bordes opuestos, los cuerpos dispuestos y asegurados juntos para formar una viga tubular cerrada alargada que tiene una longitud con secciones de cortes transversales no constantes a lo largo de la longitud, con algunos de los bordes colindantes adyacentes de los cuerpos para formar esquinas no redondeadas, siendo el cuerpo de al menos una de las laminas plano.

En otro aspecto de la presente invencion, un articulo de viga de refuerzo comprende una pluralidad de al menos tres laminas preformadas separadas colocadas juntas y luego soldadas para formar una viga de caja tubular con paredes verticales delantera y trasera y multiples paredes horizontales que definen tubos superiores y inferiores, un borde de algunas de las laminas que se apoyan en una superficie lateral de una adyacente de las laminas para definir las esquinas delanteras y traseras no redondeadas cuando se cortan transversalmente en forma transversal a la longitud de la viga.

En otro aspecto de la presente invencion, un articulo de viga comprende al menos dos laminas dispuestas para formar una viga tubular que tiene una longitud no lineal y paredes delantera y trasera y al menos una esquina no redondeada adyacente a la pared frontal y soldada usando un proceso de soldadura de baja zona afectada por el calor para tener una region de la zona afectada por el calor que, en una seccion de corte transversal a traves de la region, se extienda transversalmente a menos de 3 mm desde la al menos una esquina no redondeada.

En otro aspecto de la presente invencion, un metodo para construir un articulo de viga de refuerzo para uso en un vehiculo comprende proporcionar al menos tres laminas metalicas alargadas separadas; preformar al menos una de las al menos tres laminas de metal alargadas separadas; colocar e interconectar las laminas para definir una viga tubular alargada que tiene una longitud no lineal y secciones de cortes transversales donde al menos dos de las laminas tienen bordes que se apoyan en las superficies laterales de otras adyacentes de las laminas para formar esquinas soldadas perpendiculares no redondeadas; y formar una estructura de montaje en las porciones extremas de la viga tubular configurada para facilitar la fijacion a un marco del vehiculo.

En otro aspecto de la presente invencion, un metodo para formar un articulo de viga comprende colocar laminas de metal alargadas juntas, teniendo cada una un cuerpo alargado y bordes opuestos, estando dispuestos los cuerpos para formar una viga tubular cerrada alargada que tiene una longitud con secciones de cortes transversales no constantes a lo largo de la longitud, con algunos de los bordes que se apoyan en unos adyacentes de los cuerpos para formar esquinas no redondeadas, siendo al menos una de las laminas planas; y soldar conjuntamente las laminas, incluyendo la soldadura en las esquinas no redondeadas.

En otro aspecto de la presente invencion, un metodo para construir un articulo de viga de refuerzo comprende preformar una pluralidad de al menos tres laminas separadas; colocar las al menos tres laminas juntas y luego soldar las laminas para formar una viga de caja tubular con paredes verticales delantera y trasera y multiples paredes horizontales que definen los tubos superior e inferior, un borde de algunas de las hojas que se apoyan en una superficie lateral de una adyacente de las laminas para definir esquinas no redondeadas cuando se seccionan transversalmente en forma transversal a la longitud de la viga, y donde el paso de la soldadura incluye la soldadura de las esquinas no redondeadas.

En otro aspecto de la presente invencion, un metodo para construir un articulo de viga comprende disponer al menos dos laminas para formar una viga tubular que tiene una longitud no lineal y al menos una esquina no redondeada; y soldar la al menos una esquina no redondeada utilizando un proceso de soldadura de baja zona afectada por el calor para tener una region de zona afectada por el calor que, en una seccion de corte transversal a traves de la region, se extienda transversalmente a menos de 3 mm de la al menos una esquina no redondeada. Los expertos en la tecnica entenderan y apreciaran estos y otros aspectos, objetos y caracteristicas de la presente invencion al estudiar la siguiente especificacion, las reivindicaciones y los dibujos adjuntos.

Breve descripcion de los dibujos

Las Figs. 1-3 son una perspectiva en despiece ordenado, una perspectiva ensamblada y vistas de corte transversal de una viga formada por cinco laminas de aluminio, dos paredes formadoras delantera y trasera, y tres paredes horizontales de cizallamiento formadoras, donde las paredes frontal y trasera tienen orificios de fijacion del marco y tienen bridas superiores y bridas inferiores que se extienden por encima y por debajo de los muros de cizallamiento, donde todas las esquinas de la viga son esquinas perpendiculares no redondeadas.

Las Figs. 4-5 son vistas en perspectiva y de corte transversal de una viga similar a la Fig. 2, pero con nervaduras de canal en su pared frontal.

Las Figs.6-8 son vistas en perspectiva y de corte transversal de una viga similar a la Fig. 4, pero con nervaduras de canal y un corte transversal variado a lo largo de su longitud.

La Fig. 9 es una vista en perspectiva en despiece de una viga de multiples laminas hecha de cinco laminas preformadas, similar a la Fig. 2, pero teniendo la viga una pared posterior con material mas grueso/diferente en una region central y un material mas delgado/diferente en las regiones de extremo.

La Fig. 10 es una vista en perspectiva en despiece de una viga de multiples laminas similar a la Fig. 9 pero hecha de siete laminas preformadas, que incluyen una lamina central corta y dos laminas del extremo mas cortas que forman la pared posterior de la viga (con espacios entre la lamina central y dos laminas de extremo mas cortas), y la pared de cizallamiento horizontal intermedia es similar en longitud a lamina central en longitud pero teniendo superficies de extremo en angulo hacia afuera.

La Fig. 11 es una vista en perspectiva en despiece de una viga de multiples laminas similar a la Fig. 2 y hecha de cinco laminas, que incluye una pared frontal preformada que tiene secciones de extremo deformadas hacia atras comenzando en curvas notables en los bordes externos de la region central (y opcionalmente que incluyen nervaduras de canal), y una pared de cizalla horizontal intermedia escorzada y que tiene porciones de extremo de forma concava.

La Fig. 12 es un corte transversal de una viga de multiples laminas, donde la pared de cizalla horizontal intermedio tiene bordes que se extienden hacia las superficies delantera y trasera de la viga, y donde las laminas delanteras superior e inferior se combinan con la punta frontal de la pared de cizalla horizontal intermedia para formar la pared frontal de la viga, donde se combinan las laminas traseras superior e inferior con la punta trasera de la pared de cizalla horizontal intermedia para formar la pared trasera de la viga, y donde las paredes de cizalla horizontales superior e inferior se apoyan en las superficies internas de la combinacion de pared frontal y combinacion de pared trasera.

La Fig. 13 es una vista ampliada de un area rodeada por un circulo (una esquina en T) en la Fig. 12.

La Fig. 14 es una vista ampliada similar a la Fig. 13 pero donde las diferentes laminas que forman la esquina T tienen tres espesores diferentes.

Las Figs. 15-17 son vistas en despiece, en perspectiva y en corte transversal central de una viga de aluminio de multiples laminas de profundidad variable, teniendo la viga un corte transversal constante a traves de su region central y cortes transversales de extremo estrechos hacia atras, con todos los cortes transversales teniendo una profundidad menor que las vigas en las Figs. 1 -8 y teniendo nervadura de canal mas baja en su pared frontal.

La Fig. 18 es una vista frontal de una viga de multiples laminas donde la pared frontal tiene una altura constante y las paredes de cizalla horizontal superior e inferior se extienden teniendo planos hacia atras desde los bordes superior e inferior de la pared frontal, pero donde la pared de cizalla horizontal intermedia tiene una forma ondulada no plana (mostrada en lineas discontinuas).

Las Figs. 19-21 son vistas frontales y en corte transversal de una viga de doble tubo donde un tubo tiene una forma variada a lo largo de la longitud de la viga.

La Fig. 22 es una vista frontal de una viga de multiples laminas donde la pared frontal tiene un borde superior arqueado que se extiende verticalmente bien por encima de los extremos de la viga.

La Fig. 23 es una vista en despiece de una viga de multiples laminas, teniendo las paredes delantera y trasera orificios de fijacion y ranuras de ubicacion de pared, con una o mas de las tres paredes de cizalla que tienen pestanas de acoplamiento de ranura que se ubican en las ranuras de ubicacion de pared y donde el accesorio tiene pasadores que encajan en los orificios de fijacion.

La Fig. 24 es una vista en corte transversal de una viga de multiples laminas, donde las paredes de cizalla horizontales intermedia e inferior forman esquinas perpendiculares no redondeadas con las paredes delantera y trasera, pero la pared de cizalla horizontal superior ilustrada forma esquinas no redondeadas que estan a 5-10 grados desde un angulo perpendicular, o mas preferiblemente de 2 a 5 grados desde un angulo perpendicular. Las Figs. 25-26 son vistas en perspectiva y en corte transversal de una viga de aluminio extruido de la tecnica anterior con diseno de doble tubo y brida frontal hacia arriba.

Las Figs. 27 a 28 son vistas en perspectiva y en corte transversal de una viga de acero perfilada de la tecnica anterior con diseno de doble tubo y esquinas redondeadas.

La Fig. 29 es una vista similar a la Fig. 28, pero despues del impacto inicial donde las esquinas redondeadas comienzan a colapsar.

La Fig. 30 es una vista en perspectiva de una tecnica anterior, donde la viga de refuerzo con un perfil de corte transversal coincide con la viga en la Fig. 28 (que esta perfilada de una sola lamina de acero), donde la viga tiene tapas de extremo soldadas en extremos cortados en angulo para definir los extremos exteriores de la pared frontal. La Fig. 31 es una vista en perspectiva de una viga dimensionalmente similar a la Fig. 30, pero donde los extremos externos se forman preformando los extremos exteriores de la pared frontal y las paredes de cizalla (en lugar de utilizar operaciones secundarias de corte y soldadura).

Las Figs. 32 a 34 son pruebas de viga de la tecnica anterior, donde la Fig. 32 muestra una prueba de flexion de tres puntos, donde la Fig. 33 muestra una prueba de impacto de parachoques de linea central con desviacion cero (tambien llamada "prueba de impacto de superposicion de 100% de IIHS"), y donde la Fig. 34 muestra una prueba de impacto de superposicion de linea central de desplazamiento de 73.2 mm.

Las Figs. 35-36 son graficos que comparan el ahorro de masa de una viga de aluminio de multiples laminas (veanse las Figs. 4 y 6) sobre una viga de aluminio extruido (vease la Fig. 25), donde la Fig. 35 compara la masa para vigas que encajan en un mismo espacio de paquete y rendimiento de prueba de impacto de parachoques de IIHS equivalente; donde la Fig. 36 compara la masa de viga para las vigas que encajan en un mismo espacio del paquete y que tienen resultados similares de prueba de flexion.

Las Figs. 37-39 son graficos que comparan el ahorro de masa de una viga de acero de multiples laminas de corte transversal constante (vease la Fig. 4) y una viga de acero de multiples laminas de corte transversal variado (vease la Fig. 6) sobre una viga de acero perfilada (vease la Fig. 27), donde la Fig. 37 compara el ahorro de masa para las vigas que encajan en el mismo espacio del paquete y que tienen un momento de flexion equivalente; donde la Fig. 38 compara el ahorro de masa para las vigas que encajan en el mismo espacio del paquete y que tienen un rendimiento equivalente de prueba de impacto de superposicion del 100% de IIHS; y donde la Fig. 39 compara el ahorro de masa para las vigas que encajan en un mismo espacio de paquete y que tienen un rendimiento equivalente de prueba de impacto de superposicion de desplazamiento de 73.2 mm de IIHS.

Las Figs. 40-41 son vistas en planta y laterales de una soldadura MIG tradicional en la tecnica anterior, donde la vista muestra un cordon de soldadura y una zona afectada por el calor (tambien llamada "region HAZ") que se extiende a 5-15 mm (o mas) desde el borde, donde la region HAZ tiene propiedades de material significativamente reducidas debido al calor generado durante el proceso de soldadura, lo que lleva a caracteristicas de rendimiento de impacto significativamente reducidas.

La Fig. 42 es una vista en perspectiva de una soldadura laser tipica de la tecnica anterior, que incluye una region HAZ mas pequena.

Las Figs. 43-44 son vistas lateral 1ra y 2da, y la Fig. 45 es una vista en perspectiva, de un proceso de soldadura de transferencia de metal frio (CMT) que usa un rayo laser para soldar un cable frio introducido en el area de soldadura, donde el proceso de soldadura CMT minimiza la zona afectada por el calor alrededor de la soldadura a menos de aproximadamente 3 mm, y potencialmente a menos de aproximadamente 1.5 mm.

Las Figs. 46-47 son vistas laterales de un proceso de soldadura por friccion y agitacion (FSW) que utiliza una herramienta de rotacion/movimiento que causa soldadura en estado solido, donde el proceso FSW elimina o casi elimina la zona afectada por el calor alrededor de la soldadura.

Las Figs. 48-50 muestran la fijacion y soldadura de las laminas multiples para formar una viga, donde la Fig. 48 muestra la soldadura de una primera pared de cizalla a las paredes delantera y trasera, donde las Figs. 49-50 muestra la soldadura de paredes de cizalla adicionales.

Descripcion detallada de realizacion preferida

Debe entenderse que muchos de los conceptos innovadores presentes estan interrelacionados y se pueden combinar de diferentes maneras para generar una amplia variedad de disenos de vigas diferentes. Al mismo tiempo, los expertos en la tecnica entenderan que no es posible ilustrar cada viga posible que podria construirse usando estos principios. Por consiguiente, los expertos en la tecnica entenderan que la amplia variedad de vigas puede construirse usando caracteristicas seleccionadas de cualquiera de las diversas realizaciones ilustradas. Por lo tanto, las ilustraciones actuales no pretenden ser exhaustivas, ni limitantes.

En las siguientes figuras, se describen las vigas de multiples laminas (tambien llamadas "vigas de multiples tiras" o "vigas de refuerzo de parachoques" o "segmentos de vigas") como hechas de material de alta resistencia (laminas de aluminio o acero) soldadas entre si. Tipicamente las vigas tienen propiedades y espesores de pared colocadas de manera optima en ubicaciones estrategicas para brindarles una excelente resistencia al impacto mientras minimiza el peso segun sea necesario para aplicaciones especificas de vehiculos. Tambien se discuten novedosos procesos de soldadura para formar zonas de bajo efecto de calor alrededor del area soldada de las vigas, particularmente alrededor de las esquinas perpendiculares no redondeadas formadas por el apoyo de las laminas adyacentes, y se describe un sistema novedoso de fijacion relacionado para mantener las laminas juntas durante la soldadura. Tal como se usa aqui, el termino "esquina no redondeada" (o "esquina con radio cero") se usa para indicar una esquina formada por un borde de una primera lamina que se apoya con un no-borde (cuerpo) de una segunda lamina, donde la estructura que se apoya en la esquina define un angulo de aproximadamente 90 grados (por ejemplo, dentro de 5-10 grados de perpendicular), y donde la estructura que se apoya en la esquina no incluye un radio formado por material de lamina que se "laminaria" o se tornaria inestable durante un impacto lateral en la viga en la esquina.

La viga 100 (Figs. 1-3) esta hecha de cinco laminas de aluminio, que incluyen laminas que forman su pared 101 frontal, pared 102 trasera, pared 103 de cizalla horizontal superior, pared 104 de cizalla horizontal intermedia, y pared 105 de cizalla horizontal inferior. Las paredes 103-105 de cizalla son generalmente planas, (pero son preformadas para tener bordes frontales y traseros no lineales). Las paredes 101 y 102 delantera y trasera se acoplan y se aseguran de forma coincidente a los bordes mediante soldaduras continuas, tal como las soldaduras ubicadas en las seis esquinas 106 no redondeadas (Fig. 3) formadas cuando las laminas relacionadas ortogonalmente se apoyan. Las paredes 101 y 102 delantera y trasera estan preformadas para incluir los orificios 107 de union en la pared 102 trasera (tambien denominada "estructura de union" aqui, y esta disenada para incluir soportes soldados con orificios) y los orificios 108 de acceso en la pared 101 frontal, y cualquier otra caracteristica deseada, tal como el orificio 109 de montaje de accesorios. Se contempla que se pueden preformar (es decir perfilar, perforar, punzar o estampar) las paredes 101 y 102 delantera y trasera (u otras paredes), y que pueden no ser planas o planas (por ejemplo, cuando no estan sometidas a tension) pero suficientemente flexibles para adoptar la forma de los bordes cuando el accesorio de soldadura las desplaza para que se enganchen. (Vease, por ejemplo, el accesorio en las Figs. 50-52). Las bridas 110 hacia arriba y bridas 111 hacia abajo en las paredes 101 y 102 delantera y trasera se extienden por encima y por debajo de las paredes 103 y 105 de cizalla superior e inferior, respectivamente.

La viga 100 (Fig. 3) ilustrada puede, por ejemplo, tener laminas mas gruesas que forman la pared 101 frontal y la pared 102 trasera, y las laminas mas delgadas que forman las paredes 103-105 de cizalla. Por ejemplo, cuando se usa aluminio, las paredes 101-102 delantera y trasera puede ser de 2mm-5mm de material espeso, o mas preferiblemente 2mm-3mm de espesor, y puede ser 551.6 N/mm2 (80ksi) de material de resistencia a la traccion, o mas preferiblemente 827.4 N/mm2 (120 ksi) de resistencia a la traccion (o mas, especialmente la pared frontal); mientras las paredes 103-105 de cizalla pueden ser 1.5 mm-3mm de material espeso, o mas preferiblemente 1.5 mm-2.2mm de espesor, y puede ser 413.7 N7mm2 (60 ksi) de material de resistencia a la traccion o mas preferiblemente 496.4 N/mm2 a 599.8 N/mm2 (72 ksi a 87 ksi) de resistencia de rendimiento. Se observa que el aluminio puede seleccionarse entre aluminio de muy alta resistencia, que incluye el aluminio que es mucho mas resistente que las calidades extruibles de aluminio. Cuando se usa acero en lugar de aluminio, las paredes 101-102 delantera y trasera puede ser 1.0mm-4mm de material espeso, o mas preferiblemente 1.2-2.0mm de espesor, y puede ser 1310 N/mm2 (190 ksi) de material de resistencia a la traccion, o mas preferiblemente 1516.8 N/mm2 a 1723.7 N/mm2 (220 ksi a 250 ksi) de resistencia a la traccion o mas ( por ejemplo materiales de martensita y materiales de ultra alta resistencia); y las paredes 103-105 de cizalla pueden ser 0.8-3 mm de material espeso, o mas preferiblemente 1 -1.5mm de espesor, y puede ser 1310 N/mm2 (190 ksi) de material de resistencia a la traccion, o mas preferiblemente 1516.8 N/mm2 a 1723.7 N/ mm2 (220 ksi to 250 ksi) de material o mas. Una proporcion de espesores de las paredes 101-102 delantera y trasera a las paredes 103-105 de cizalla puede ser importante para el coste total y/o la funcion de la viga. Por ejemplo, las proporciones de espesor de las paredes 101-102 delantera y trasera a las paredes 103-105 de cizalla estan preferiblemente en un intervalo entre una proporcion de 2:1 hasta una proporcion de casi 1:1. Una dimension exterior del segmento 100 de viga puede ser de 90 mm-150 mm de altura y 30 mm-80 mm de proa a popa (profunda), pero se observa que la viga puede ser de cualquier tamano o forma para su funcion prevista o entorno previsto. Una longitud del segmento 100 de viga ilustrado coincide con la dimension de un carro transversal de un vehiculo para el cual esta destinado.

Se observa que solo ciertas clases de material de aluminio son extruibles. Los materiales de aluminio que tienen la mayor resistencia a la traccion no son extruibles y, por lo general, no se pueden soldar. Al utilizar los conceptos innovadores actuales, que incluyen las tecnicas de soldadura, las vigas pueden fabricarse de aluminio mas resistente que las clases de aluminio "extruible". Esto permite que las vigas se fabriquen utilizando un intervalo mucho mas amplio de materiales de aluminio que la que se puede procesar mediante procesos de extrusion, incluyendo el uso de materiales de aluminio mas resistentes y/o materiales de lamina de aluminio delgado/mas espeso/de multiples espesores. En particular, los aluminios de mayor resistencia conducen a vigas de menor peso al tiempo que mantienen las propiedades de resistencia.

El presente aparato (y los metodos relacionados) tienen muchas ventajas, que incluyen un coste de capital relativamente bajo para el equipo, tiempos de espera reducidos para el equipo, es facil de automatizar (lo que conlleva menores costes de mano de obra) y, potencialmente, proporciona un inventario en proceso reducido y procesamiento secundario reducido. Al mismo tiempo, el presente aparato es flexible y capaz de producir una amplia gama de formas de vigas, que incluyen vigas que tienen esquinas perpendiculares no redondeadas (tambien llamadas "esquinas de radio cero") adecuadas para una resistencia optima al impacto, vigas que tienen paredes discontinuas , vigas que tienen laminas mas gruesas y mas delgadas ubicadas estrategicamente (o que tienen laminas de mayor resistencia y menor resistencia ubicadas estrategicamente) en ubicaciones a lo largo de la viga para proporcionar las mejores propiedades funcionales. Tambien permite la formacion de bridas hacia arriba (y hacia abajo) que se extienden por encima (o por debajo) de la viga, lo que a veces es deseado por los fabricantes de vehiculos. Tales bridas pueden ayudar al vehiculo del fabricante a pasar las pruebas de impacto, pueden soportar la fascia y pueden servir como sitios de montaje para diversos componentes, sensores y accesorios.

El segmento 100 de viga ilustrado (Fig. 3) tiene una brida 110 hacia arriba que se extiende por encima de la pared 101 frontal. Esto a veces lo especifica el fabricante del vehiculo con el fin de proporcionar soporte a los componentes adyacentes, tal como el soporte para la fascia de extremo frontal o para soportar un clip de sujecion o un clip de cable. Se observa que la brida 110 hacia arriba puede tener una altura consistente, o puede aumentarse cerca de un centro del vehiculo o incrementarse en ubicaciones seleccionadas a lo largo de su longitud.

Ademas, la viga 100 ilustrada tiene esquinas no redondeadas (tambien denominadas a veces "esquinas cuadradas" o "esquinas en forma de T") donde un borde de una lamina se apoya en un lado de otra lamina en un angulo perpendicular de 90 grados. (La frase "esquinas no redondeadas" se usa aqui para referirse a las esquinas de 90 grados formadas por las laminas planas que se apoyan, pero se pretende que incluyan esquinas que varian ligeramente de 90 grados, como 85 grados o incluso 80 o 75 grados (vease la Fig. 24.) Esto contrasta con las vigas perfiladas tradicionales que necesariamente tienen esquinas redondeadas (veanse las Figs. 27-28, y la Fig. 29 donde las esquinas redondeadas conducen a un colapso temprano tras el impacto). En vigas perfiladas que tienen esquinas redondeadas, el radio interior tipicamente tiene que ser mayor que al menos aproximadamente 4 veces el espesor del material para evitar cizallar o fracturar el material en la esquina cuando se dobla en la forma de la esquina. Las esquinas redondeadas tienden a rodar y proporcionan una resistencia inicial al impacto "mas suave" o mas baja, y por lo tanto un potencial para una mayor tendencia de colapso catastrofico debido a la existencia del radio (vease la Fig. 29). En contraste, la viga 100 ilustrada con esquinas no redondeadas no tiene ningun radio de esquina. Esto proporciona ventajas al impactar, ya que las esquinas cuadradas proporcionan un aumento inmediato y agudo en su resistencia al impacto (comunmente conocida como "resistencia al impacto altamente eficiente" ya que se absorbe una cantidad de energia generalmente mayor que en los sistemas de viga de impacto que tienen una eficiencia menor de resistencia al impacto). Por lo tanto, la resistencia de una viga contra un colapso catastrofico se mejora por la existencia de esquinas no redondeadas. Se contempla que, aunque se prefieran esquinas no redondeadas en las vigas innovadoras actuales, algunas vigas podrian desarrollarse con algunas esquinas redondeadas. Por ejemplo, se podria formar una viga utilizando una sola lamina para formar las paredes frontal, superior e inferior (es decir, con las esquinas redondeadas que se unen a las mismas), con laminas adicionales que forman la pared posterior y la pared de cizalla intermedia (y que tienen esquinas no redondeadas).

A continuacion, se describen vigas adicionales, con componentes, rasgos, caracteristicas y atributos similares que se identifican utilizando el mismo numero pero con la adicion de una letra como "A", "B", etc. Esto se hace para reducir la discusion redundante y no para otro proposito.

Las Figs. 4-5 muestran una viga 100A similar a la viga 100, pero con nervaduras 114A de canal en su pared 101A frontal, una nervadura 114A de canal que esta centrada sobre cada seccion tubular de la viga 100A. Las pruebas muestran que las nervaduras 114A de canal ayudan a estabilizar la pared frontal durante un impacto, lo que lleva a una resistencia al impacto mejorada y/o una resistencia a la flexion mejorada sobre una viga (100) identica sin las nervaduras 114A de canal. Las nervaduras 114A de canal pueden ser tan profundas o poco profundas como se desee en la viga para fines funcionales. (Comparese las nervaduras en las Fig. 5 y 17). La nervadura 114A preferida de canal ilustrada se extiende alrededor del 25% del ancho de la seccion tubular subyacente, y la nervadura 114A de canal es tan profunda como ancha. Sin embargo, se contemplan diferentes profundidades de canal, que incluyen la necesidad de hacer que la nervadura 114A del canal sea tan profunda que una parte inferior de la nervadura 114A de canal se apoye sobre la lamina formando una pared 102A trasera de la viga 100A. Las paredes 103A-105A de cizalla ilustradas tienen bordes que definen una forma longitudinal de la viga, a veces denominada como su barrido. La pared 101A frontal esta formada para coincidir con una forma de los bordes de las paredes 103A-105A de cizalla. La pared 102A trasera puede ser relativamente plana (cuando no sufre tension) y deformarse durante la fijacion a una forma del borde trasero de las paredes 103A-105A de cizalla (o se puede preformar para darle forma). Los bordes ilustrados de las paredes 103A-105A (Fig. 4) son no lineales pero generalmente paralelos, de manera que una longitud de la viga define dimensiones de corte transversal constantes.

Una viga 100B modificada (Figs. 6-8) es similar a la viga 100A (Figs. 4-5) pero la viga 100B (Figs. 6-8) tiene paredes 103B-105B de cizalla con bordes no paralelos, de modo que su forma de corte transversal cambia a lo largo de una longitud de la viga 100B. Por lo tanto, viga 100B tiene una dimension de corte transversal mas grande (mas profunda) en una direccion de profundidad en su region central (Fig. 8), y una dimension de corte transversal mas estrecha (menos profunda) en una direccion de profundidad en sus extremos exteriores (Fig. 7). Esta viga 100B proporciona una apariencia mas aerodinamica al extremo delantero del vehiculo. Se observa que el refuerzo del parachoques no requiere una resistencia a la flexion tan alta en las monturas estructurales en los extremos de la viga, donde la viga esta atornillada al marco del vehiculo o a los tubos de aplastamiento del vehiculo. En contraste, cerca de un centro de la viga 100B, es deseable tener un mayor momento de flexion (es decir, una forma de corte transversal mas grande) con el fin de pasar las pruebas de impacto de superposicion de compensacion IIHS. (Vease la Fig. 34.) La viga 100B puede tener una seccion central de menor barrido (es decir, un radio mas grande cuando se ve desde arriba) y secciones de extremo mas agudamente barridas (es decir, radios mas pequenas cuando se ve desde arriba).

Las laminas en vigas pueden tener diferentes espesores y resistencias segun se desee para un rendimiento optimo, y tambien una lamina en particular podria tener diferentes segmentos de lamina soldados entre si de extremo a extremo. Por ejemplo, una viga 100C (Fig. 9) tiene una lamina 102C posterior con una porcion 102C' central hecha de acero que tiene un espesor de 2 mm y que tiene aproximadamente 16-20 pulgadas de largo. Las laminas 102C" exteriores, por ejemplo, podrian ser de un material de acero similar pero teniendo un espesor mas delgado, tal como 1.0-1.5 mm de espesor. Las laminas 102C' y 102C" estan soldadas entre si, tal como a lo largo de la linea de soldadura laser, para formar una lamina "hibrida" continua que se extiende a lo largo de la viga 100C. La pared 102C trasera hibrida resultante podria resultar en una gran cantidad de ahorros de masa de material. Se puede hacer una misma disposicion en una pared 101C frontal, o en paredes 103C-105C de cizalla.

La viga 100D (Fig. 10) es similar a la viga 100C, pero en la viga 100D, una porcion 102D' central trasera no esta conectada a una porcion 102D" exterior trasera. En cambio, hay un espacio entre las porciones 102D' y 102D", tal como brechas que generalmente miden aproximadamente 4-10 pulgadas de largo. Ademas, una pared 104D de cizalla horizontal intermedia es similar en longitud a la lamina 102D' trasera central, pero notablemente puede ser algo mas larga que la lamina 102D' trasera central de manera que los extremos de la lamina 102D trasera central no se alineen con los extremos de la pared 104D de cizalla. Esto se hace para evitar afectar adversamente la resistencia a la flexion de la viga en ese punto. Los extremos exteriores de la pared 104D de cizalla horizontal intermedia se extienden en un angulo externo a medida que se extienden desde la pared 102D trasera hacia la pared 101D frontal. Notablemente, se contempla que los extremos de la pared 104D de cizalla intermedia pueden ser lineales, o curvados, o de otro modo, cualquier forma deseada para optimizar la resistencia de la viga y las propiedades de impacto mientras se minimiza el peso de la viga.

La viga 100E (Fig. 11) incluye una pared 101E frontal preformada que tiene secciones 101E' de extremo deformadas hacia atras que definen una linea 101E" de plegado vertical. La linea 101E" de plegado no es un plegado pronunciado, sino que se forma una curva gradual para evitar la concentracion de tension y para proporcionar una buena transicion desde el centro hasta los extremos de la viga. La pared 101E frontal puede o no incluir nervaduras (114A) de canal, y estas pueden o no extender la longitud de la viga. Una pared 104E de cizalla horizontal intermedia ilustrada esta escorzada y tiene porciones de extremo de forma concava. Las paredes 103E y 105E de cizalla horizontal superior e inferior son relativamente planas, pero tienen un borde frontal que coincide con la forma de la pared 101E frontal. El borde posterior de las paredes 103E-105E de cizalla no es lineal y no es paralelo y generalmente esta curvado para definir una forma deseada. La lamina para una pared 102E trasera es relativamente plana y flexible, de modo que es plana cuando no esta tensionada, pero se dobla para que coincida con la forma del borde trasero de las paredes 103E-105E de cizalla cuando esta fijada y presionada contra ella. (Veanse las Figs. 1, 4, 6 y 48-50).

La viga 100F (Figs. 12-13) esta hecha de siete laminas de aluminio. Una pared 104F de cizalla horizontal intermedia de cizalla se extiende a y forma parte de las superficies delantera y trasera de la viga 100F. Dos laminas 101F' y 101F" delanteras superior e inferior se combinan con la punta delantera de la pared 104F de cizalla horizontal intermedia para formar una pared 101F frontal. Dos laminas 102F' y 102F" traseras superior e inferior se combinan con la punta trasera de la pared 104F de cizalla horizontal intermedia para formar la pared 102F trasera de la viga 100F. Las paredes 103F y 105F de cizalla horizontal superior e inferior apoyan las superficies internas de la combinacion de la pared 101F frontal y la combinacion de la pared 102F trasera. Se observa que la soldadura por friccion y agitacion descrita a continuacion (veanse las Figs. 46-47) esta particularmente bien adaptada para unir la soldadura central en la viga 100F de una manera que mantiene una superficie frontal "plana" lisa. La Fig. 13 es una vista ampliada de un area IVIX en circulo en la Fig. 12 en el centro de viga 100F (una esquina en T). Notablemente, preferiblemente se usa un proceso de soldadura para que ningun material de soldadura se extienda mas alla de la esquina soldada. Replanteado, esencialmente no hay cordon de soldadura. En su lugar, todo el material de soldadura se captura dentro de la esquina como se ilustra, y por lo tanto, la superficie frontal (y/o la superficie posterior si se usa una soldadura similar) es "plana".

En la viga 100F (Fig. 13), todas las laminas que se apoyan tienen un espesor similar. Sin embargo, en una viga 100G modificada (Fig. 14), las diferentes laminas que forman la esquina tienen diferentes espesores. Por lo tanto, la viga 100G tiene materiales diferentes o materiales de espesor diferente de arriba a abajo en una lamina determinada. Esta viga 100G presenta propiedades novedosas ya que proporciona una resistencia a la flexion menor (o superior) a lo largo de la seccion tubular inferior de la viga 100G.

La viga 100H (Fig. 15) es similar a la viga 100B (Fig. 6), pero la viga 100H tiene una dimension de proa a popa generalmente mas delgada a lo largo de su longitud, y una curva mas aguda en una pared 101H frontal al pasar de un primer barrido (primera curva) a lo largo del centro de la pared frontal hasta un segundo barrido mas agudo (segunda curva) a lo largo de los extremos exteriores de la pared 101H frontal. Ademas, una nervadura 114H de canal es menos profunda que la nervadura 114B en viga la 100B. (Comparese la Fig. 17 y la Fig. 8.)

La viga 100J (Fig. 18) tiene una forma similar a la viga 100 (Fig. 1), pero la viga 100J tiene una pared 104J de cizalla horizontal intermedia que no es plana. Especificamente, la pared 104J de cizalla tiene una forma ondulada o rizada, con una onda en cada lado del centro. La pared 104J de cizalla puede formar mas o menos ondas, o se pueden hacer agudas curvas en zigzag, y tambien las ondas pueden ser consistentes o inconsistentes en el ancho o la altura de la ondulacion.

La viga 100K (Fig. 19-21) es similar a la viga 100 (Fig. 1), pero la viga 100K tiene una pared 103K de cizallamiento superior en forma de arco, y las paredes 101K y 102K delantera y trasera coinciden con su forma. Por lo tanto, los dos tubos formados por la viga 100K son diferentes en una region central (vease la Fig. 21) pero similares en los extremos de la viga (Fig. 20). En particular, la seccion de tubo inferior ilustrada mantiene una forma constante, pero el tubo superior varia de una forma mas grande en el centro (Fig. 20) a un tubo mas estrecho en los extremos (Fig. 21).

La viga 100L (Fig. 22) es similar a la viga 100K, pero una pared 103L de cizalla superior tiene una forma arqueada aun mayor. Se observa que la pared 103L de cizalla superior puede seguir un borde superior de la pared 101L frontal, o podria extenderse en un plano horizontal.

La viga 100M (Fig. 23) incluye las paredes 101M y 102M delantera y trasera con los orificios 130M de fijacion y las ranuras 131M de ubicacion de pared. Los orificios 130M de fijacion en las paredes 101M y 102M delantera (y trasera) enganchan los pasadores 132M en una fijacion 133M para ubicar con precision las laminas 101M-105M cuando se colocan en la fijacion 133M. Una (o mas) de las tres paredes 103M-105M de cizalla tiene pestanas 135M (tengase en cuenta que las pestanas 135M solo se muestran en la pared 104M de cizalla intermedia) que se ubican dentro de las ranuras 131MU de ubicacion coincidente de pared, ubicando asi exactamente las paredes 103M-105M de cizalla horizontal en las paredes 101M y 102M delantera (y trasera) durante la soldadura. Los orificios 130M de fijacion y las estructuras 131M/135M de pestana-ranura simplifican los accesorios necesarios para el montaje. Se observa que los accesorios tambien pueden incluir otros dispositivos de sujecion, tales como abrazaderas y soportes mecanicos (que sujetan dos lados de las laminas para sostenerlos), o copas de vacio e imanes (que se acoplan a un lado de las laminas para perforarlos), y/o pueden incluir otros medios conocidos en la tecnica para localizar con precision las partes adyacentes para el montaje soldado. Veanse las Figs. 50-52 descritos a continuacion.

La viga 100N (Fig. 24) tiene paredes 103N-105N de cizalla horizontal superior, inferior e intermedia que forman esquinas 106N no radiadas con paredes 101N y 102N delantera y trasera. Las paredes 104N y 105N de cizalla horizontales intermedias e inferiores forman esquinas perpendiculares no redondeadas. Sin embargo, la pared 103N de cizalla horizontal superior se extiende en un angulo con respecto a la horizontal, de manera que forma una esquina no redondeada que esta separada aproximadamente 1-10 grados respecto a un angulo perpendicular, o mas preferiblemente con 2-5 grados respecto a un angulo perpendicular (cuando se usa como una viga de refuerzo de parachoques). Se contempla que la viga 100N podria "voltearse" de modo que la pared en angulo se encuentre en la parte inferior de la viga cuando esta en una posicion montada en un vehiculo.

Las Figs. 25-26 ilustran una viga 500 de aluminio extruido en la tecnica anterior usada como una linea de base para la comparacion con vigas de multiples laminas que incorporan los diversos conceptos mencionados anteriormente. La viga 500 incluye las paredes 501 -505 delantera, trasera, superior, intermedia e inferior y una brida 506 frontal. Las Figs. 27-28 ilustran una viga 600 de acero perfilada hecha de acero de alta resistencia en la tecnica anterior utilizada como linea base para la comparacion con vigas de multiples laminas que incorporan los diversos conceptos mencionados anteriormente. La viga 600 de acero perfilada incluye paredes 601-605 frontal, trasera, superior, intermedia e inferior que definen las esquinas 608 redondeadas e incluye nervaduras 606 de canal sobre los tubos en la viga 600.

La Fig. 29 ilustra un impacto contra la viga 600, donde su forma de corte transversal cambia a medida que comienza a colapsarse durante un impacto. Se observa que la deformacion tiende a comenzar en las esquinas no redondeadas, lo que conduce a la inestabilidad en todas las paredes de la viga perfilada y, por lo tanto, conduce a un colapso catastrofico "temprano" de la viga.

Una viga 600A (Fig. 30) es similar a la viga 600, pero sus extremos estan cortados en angulo en una operacion secundaria, y una tapa 609A esta soldada en cada extremo. Las tapas 609A forman un extremo que se extiende hacia atras con un corte brusco hacia atras hacia la pared 601A frontal, lo que aumenta la resistencia al impacto lateral y las propiedades deseadas. Sin embargo, las tapas 609A tambien aumentan el peso total y el coste del parachoques de los procesos secundarios.

Una viga 100P de multiples laminas (Fig. 31) es similar a la viga 100A (Fig. 4), pero la viga 100P incluye una pared 101P frontal con una seccion de extremo exterior que esta doblada hacia atras de manera aguda, e incluye paredes 103P- 105P de cizalla con un borde frontal coincidente para enganchar de manera apoyada la pared 101P frontal. Por lo tanto, la forma de corte en angulo de la viga 100P se integra en los componentes existentes, eliminando las operaciones secundarias, evitando el peso adicional, y proporcionando una apariencia y funcion similares a la viga 600A perfilada descrita anteriormente.

Las Figs. 32-34 muestran las pruebas comunmente utilizadas para medir el rendimiento de las vigas de refuerzo de parachoques. La Fig. 32 ilustra una prueba de flexion de tres puntos utilizada para probar los parachoques. Cuando se probaron, se utilizo un tramo de soporte de 880 mm y objetivos de 7.6kN-m de resistencia de flexion. La Fig. 33 ilustra una prueba de impacto de superposicion del 100% de IIHS. La Fig. 34 ilustra una prueba de impacto de superposicion de desplazamiento IIHS de 73.2 mm. Notablemente, el desplazamiento provoca una carga torsional significativa en la viga durante el impacto, especialmente cerca de un centro de la viga que esta separado de las monturas del vehiculo (en los extremos de la viga). IIHS significa Insurance Institute for Highway Safety y se han conocido estandares de pruebas de parachoques ampliamente utilizados en la industria automotriz.

Para resumir un metodo relacionado de fabricacion, donde un metodo para fabricar la viga de parachoques comprende proporcionar multiples tiras de propiedades de material seleccionado (potencialmente diferentes) y espesores para formar las paredes delantera, trasera, superior, central e inferior de una viga; cortar los bordes de todas las laminas y formar agujeros en cualquier lamina necesaria (tal como los bordes cortantes de las paredes superior, central e inferior para formar un ancho variado a lo largo de su longitud); dar forma a las paredes segun sea necesario (por ejemplo, para formar una nervadura de canal u otra caracteristica en la pared frontal); fijar las paredes delantera y trasera en contacto que se apoyan con una o mas de las paredes superior, central e inferior; soldar las mismas juntas; y repetir los pasos de fijacion y soldadura con el resto de las paredes superior, central e inferior.

La Fig. 35 es un grafico que compara la masa de la viga para una viga 100A de multiples laminas de profundidad constante (Fig. 4) y una viga 100B de multiples laminas de profundidad variable (Fig. 6) en comparacion con una viga 500 de aluminio extruido objetivo (Fig. 25). Las vigas 100A, 100B y 500 encajan en el mismo espacio del paquete del vehiculo y tienen un rendimiento equivalente de prueba de impacto del parachoques IIHS. Las vigas 100A y 100B utilizaron aluminio de alta resistencia (no extruible) colocado de manera optima para brindar resistencia y propiedades, y para minimizar el peso. Este estudio sugirio que existe una gran oportunidad para ahorros de masa, ya que la viga 100A ofrecio un gran ahorro de masa, y la viga 100B ofrecio un potencial de ahorro de masa potencial aun mayor (de aproximadamente 20% de ahorro masivo) mientras se mantiene el mismo rendimiento de prueba de impacto IIHS. Al optimizar las propiedades del material a lo largo de la longitud de la viga y alrededor de un corte transversal de la viga, se pueden lograr mayores ahorros de masa con respecto a la viga de aluminio extruido conocida de la tecnica anterior, con un ahorro de masa de hasta 34%, como se muestra en la Fig. 36.

La Fig. 37 es un grafico que compara el momento maximo de flexion por unidad de masa para tres vigas diferentes, que incluye una viga 600 de pata unica de linea base (doble tubo) perfilada de la tecnica anterior (Fig. 27), hecha de material de acero, una viga 100A de multiples laminas (Fig. 4) con corte transversal constante y cara con nervadura de canal, y una viga 100B de multiples laminas (Fig. 6) con corte transversal variado y cara con nervadura de canal. La prueba consistia en medir un momento de flexion maximo por kilogramo. La prueba no se baso en un rendimiento de viga igual ni en una masa de viga igual. Como se muestra, la viga 100B de multiples laminas con un corte transversal variado proporciono un momento de flexion mucho mayor por unidad de masa en un 27.4% con respecto a la viga 600 de pata unica de linea base de la tecnica anterior. Incluso la viga 100A de multiples laminas con corte transversal constante proporciono un momento de flexion mejorado por unidad de masa en un 23% sobre la viga 600 de la tecnica anterior de linea base.

La Fig. 38 es un grafico que compara la masa de las vigas en la Fig. 37, teniendo cada una un rendimiento similar en una prueba de impacto de superposicion del 100% de IIHS. Especificamente, las vigas incluyen la viga 600 perfilada (tubo doble) de la tecnica anterior (Fig. 27), una viga 100A de multiples laminas (Fig. 4) con corte transversal constante y una viga 100B de multiples laminas (Fig. 6) con corte transversal variado. La viga 100B proporciono una reduccion de masa del 15.6%, mientras que la viga 100A proporciono una reduccion de masa del 3.3% sobre la viga 600 de linea base de la tecnica anterior. Se observa que se utilizaron diferentes combinaciones de espesor de lamina para optimizar el rendimiento.

La Fig. 39 es un grafico que compara la masa para las mismas tres vigas diferentes en comparacion con la Fig. 37, teniendo cada una un rendimiento similar en una prueba de impacto de superposicion de 73.2 mm de IIHS, pero donde las vigas tienen una masa diferente para lograr el rendimiento de impacto de compensacion. El grafico muestra que la viga 100B tenia un 22.4% de ahorro de masa con respecto a la viga 600 perfilada de la tecnica anterior, al tiempo que proporciona un resultado equivalente de prueba de impacto de superposicion de 73.2 mm de IIHS. De nuevo, se observa que se utilizaron diferentes combinaciones de espesor de lamina para optimizar el rendimiento.

Se contempla que se pueden usar nuevos metodos de soldadura para minimizar (casi eliminar) la zona afectada por el calor alrededor de una soldadura. Esto puede ser particularmente importante en las vigas de refuerzo de parachoques usadas en sistemas de parachoques de vehiculos, ya que los sistemas de parachoques tienen numerosos estandares de prueba establecidos por las agencias IIHS (Insurance Institute Highways Safety standards) y FMVSS (Federal Motor Vehicle Safety Standards). En particular, los procesos de soldadura y las soldaduras que generan calor elevado tambien degradan las propiedades fisicas del material alrededor y adyacente a la soldadura. Se observa que las resistencias al impacto y la flexion y los estandares de prueba para vigas de refuerzo de parachoques son muy sofisticadas y se relacionan con pruebas de poste, pruebas de pendulo, pruebas de impacto de superposicion (simulacion de vehiculo a vehiculo), pruebas de impacto/lesiones de peatones, pruebas de seguridad de los ocupantes, y numerosas otras pruebas.

Las propiedades del material degradado (es decir, areas de resistencia reducida en aceros o aluminios de alta resistencia) generalmente tienen resistencias al impacto mas bajas y menos consistencia de propiedades y absorcion de energia menos predecible durante un impacto. La Fig. 40 muestra esquematicamente el efecto de las zonas afectadas por el calor alrededor de las soldaduras en los procesos de soldadura tradicionales donde el calor se utiliza para crear metal fundido que une los componentes adyacentes. La soldadura MIG ilustrada (o podria ser una soldadura TIG) agrega material 700 de soldadura (tambien llamado "cordon de soldadura") para unir las laminas 701 y 702 adyacentes. El cordon 700 de soldadura se extiende aproximadamente 3-10 mm hacia afuera desde la reserva de pared que forma la esquina (o plano) siendo soldado. El cordon 700 de soldadura crea un charco o piscina de material de soldadura en y a lo largo de la esquina, pero ademas causa que una region 704 de alto calor se extiende mucho mas lejos que el cordon de soldadura, tal como 15-20 mm hacia afuera desde una esquina que se esta soldando. Aun mas, dependiendo de la sensibilidad del material, una region 705 afectada adversamente (llamada "zona afectada por el calor" o "HAZ") se extendera incluso mas lejos, tal como 15-25 mm desde la esquina. La soldadura con laser (Fig. 42) tambien es un proceso de soldadura conocido, donde el material 710 en el lugar de la soldadura se funde con la energia 711 del laser para crear una piscina de material que, cuando se enfria, se une al material adyacente.

Se han encontrado tres procesos de soldadura que controlan la zona afectada por el calor particularmente bien. Estos incluyen soldadura por transferencia de metal frio (CMT) (Figs. 43-45), soldadura por friccion y agitacion (FSW) (Figs. 46-47) y soldadura por laser homogenea (no ilustrada). Se observa que cada uno de estos procesos se conoce publicamente y esta disponible comercialmente, aunque su uso no esta muy extendido a nuestro conocimiento. En particular, no se tiene conocimiento de ninguna viga de refuerzo de parachoques realizada con ninguno de estos procesos, ni de vigas disenadas para impacto de choque realizadas usando cualquiera de estos procesos.

La soldadura por transferencia de metal frio (CMT) es un proceso promovido y disponible comercialmente por varias companias, incluyendo por ejemplo, una compania llamada Fraunhofer. Las Figs. 43-45 ilustran uno (de los varios) procesos de soldadura por transferencia de metal frio, e incluye la capacidad de minimizar la zona afectada por el calor alrededor de la soldadura a menos de aproximadamente 3 mm, y potencialmente a menos de aproximadamente 1.5 mm. El proceso incluye proporcionar energia limitada y enfocada para soldar desde un laser 400 bien calibrado bien enfocado mientras se alimenta una reserva 401 de alambre frio (es decir, sin carga electrica) al sitio de soldadura segun sea necesario para iniciar la soldadura y para el material de soldadura (ilustrado como las laminas 104F y 102F', de la Fig. 12). En particular, la cantidad de material de soldadura agregado a la soldadura por el alambre 401 frio es minima (incluyendo un pequeno tamano del alambre y un movimiento/alimentacion potencialmente lento u oscilante del alambre), y ademas el laser 400 se controla de manera cercana para minimizar el calor acumulado. Por lo tanto, la zona afectada por el calor alrededor del sitio de soldadura es minima, tal como menos de 3 mm o incluso tan bajo como 1 mm desde la esquina, como se senalo anteriormente. Hay esencialmente un cordon de soldadura cero que se extiende fuera de la esquina soldada.

Las Figs. 46-47 son vistas laterales de un proceso de soldadura por friccion y agitacion, que es un proceso disponible comercialmente promovido y vendido por la empresa ESOB. La soldadura por friccion y agitacion (FSW) es un proceso de soldadura de estado solido por lo que casi elimina la perdida de propiedades de la entrada de calor desde la soldadura. En la soldadura por friccion y agitacion, una herramienta 420 se mueve ciclicamente o de manera oscilante de una manera que causa friccion alrededor de una ubicacion estrechamente asociada con el sitio 421 de soldadura, causando que el material de las laminas 104F y 102F' y 102F" se una sin material de soldadura adicional, minimizando asi el exceso de calor agregado al sitio de soldadura durante la soldadura. No se agrega material exterior al sitio de soldadura. En cambio, el material de las areas inmediatamente adyacentes se hace lo suficientemente movil para unir las laminas 104F y 102F 'y 102F" adyacentes.

La soldadura por laser homogenea (no ilustrada) es un proceso conocido comercialmente que no requiere una explicacion detallada aqui para que los expertos en la tecnica puedan comprenderlo. Tambien se puede utilizar para minimizar la acumulacion de calor durante la soldadura.

En cada uno de los procesos de soldadura anteriores (soldadura por transferencia de metal frio, soldadura por friccion y agitacion, soldadura laser homogenea), se agrega material minimo o cero al sitio de soldadura. No se deja que un cordon de soldadura se extienda 3-5 mm desde el sitio de soldadura. Al mismo tiempo, minimizan el calor en el sitio de soldadura, minimizando asf la zona afectada por el calor a una distancia muy corta (por ejemplo, unos pocos milfmetros) de la esquina que se esta soldando.

Las laminas 101-105 pueden fijarse de diferentes maneras, dependiendo de la forma de las laminas y el tipo de soldadura utilizada. El accesorio 800 (Fig. 48) usa una base 801 con un bloque 802 vertical, abrazaderas 803 laterales y una abrazadera 804 superior para sostener las laminas 101, 102 y 104 juntas. El proceso de soldadura ilustrado es un proceso de soldadura CMT con laser 400 y cable frfo (no mostrado). El proceso se repite en la Fig. 49 utilizando un bloque 805 central adicional para sujetar la lamina 105. Posteriormente, en la Fig. 50, la viga parcial se invierte, y la ultima lamina 103 se fija mediante el bloque 806 y se suelda. Se contempla que se pueden utilizar muchos metodos y procedimientos de fijacion diferentes. Por ejemplo, la viga puede soldarse desde la parte inferior en lugar de estar invertida (no ilustrada, pero vease la Fig. 50), o la viga puede girarse 90 grados y soldarse desde un lado (no ilustrado).

Por lo tanto, debe entenderse que pueden realizarse variaciones y modificaciones en la estructura mencionada anteriormente sin apartarse de los conceptos de la presente invencion, y ademas debe entenderse que se pretende que tales conceptos esten cubiertos por las siguientes reivindicaciones. A menos que estas reivindicaciones por su lenguaje expresen expresamente lo contrario.

Claims (21)

REIVINDICACIONES

1. Un articulo de viga de refuerzo construido para impactar en un vehiculo que comprende:

al menos tres laminas de metal alargadas separadas,

en el que al menos una de las laminas incluye una estructura preformada sobre las mismas,

en el que las laminas se colocan y se interconectan para definir una viga (100) tubular alargada, que tiene una longitud no lineal y secciones de cortes transversales,

en el que las secciones de cortes transversales definen las paredes delantera (101) y trasera (102) y al menos dos paredes (103, 104, 105) de cizalla que conectan las paredes delantera (101) y trasera (102),

caracterizado porque al menos dos de las laminas que tienen bordes que se apoyan en las superficies laterales de otras adyacentes de las laminas para formar esquinas (106) soldadas perpendiculares no redondeadas; y en el que las porciones de extremo de la viga (100) tubular estan configuradas para facilitar el acoplamiento a un vehiculo.

2. El articulo de viga de refuerzo de la reivindicacion 1, en el que las porciones de extremo incluyen una estructura de montaje en las porciones de extremo para unirse a la estructura de montaje de parachoques de vehiculo.

3. El articulo de viga de refuerzo en cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en el que al menos una de las laminas de metal es una calidad de aluminio no extruible.

4. El articulo de viga de refuerzo de la reivindicacion 3, en el que al menos una lamina de metal tiene una resistencia a la traccion de al menos 827.4 N/mm2 (120 ksi).

5. El articulo de viga de refuerzo de cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que al menos una de las laminas de metal es una calidad de acero que tiene una alta resistencia a la traccion de al menos 1310 N/mm2 (190 ksi).

6. El articulo de viga de refuerzo en cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que la pared (101) frontal no es plana.

7. El articulo de viga de refuerzo de la reivindicacion 6, en el que la pared (101) frontal incluye al menos una nervadura (114) de canal que se extiende longitudinalmente a lo largo de la pared (101) frontal.

8. El articulo de viga de refuerzo en cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que al menos dos de las paredes (103, 104, 105) de cizalla son planas.

9. El articulo de viga de refuerzo en cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el que la pared (101) frontal incluye una region central que define una primera curvatura y regiones de extremo que definen una segunda curvatura diferente de la primera curvatura.

10. El articulo de viga de refuerzo de cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que al menos una de las paredes frontal (101), trasera (102) y de cizalla (103, 104, 105) es diferente de las otras paredes frontal (101), trasera (102) y de cizalla (103, 104, 105) en espesor, material, resistencia a la traccion o longitud.

11. El articulo de viga de refuerzo de la reivindicacion 10, en el que la pared (101) frontal se extiende a lo largo de la viga (100) y al menos una de las paredes trasera (102) y de cizalla (103, 104, 105) es mas corta que la pared (101) frontal.

12. El articulo de viga de refuerzo en cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en el que las secciones de cortes transversales definen un tamano tubular mas pequeno en los extremos de la viga (100) y un tamano tubular mas grande en el centro de la viga (100).

13. El articulo de viga de refuerzo en cualquiera de las reivindicaciones 1-12, tiene tres paredes de cizalla.

14. El articulo de viga de refuerzo en cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en el que la pared (101) frontal incluye una brida (110) hacia arriba que se extiende al menos aproximadamente 1.5 mm por encima de una de las paredes (103) de cizalla.

15. El articulo de viga de refuerzo de cualquiera de las reivindicaciones 1-14, en el que al menos una de las esquinas soldadas perpendiculares no redondeadas incluye una zona afectada por el calor que se extiende a menos de 3 mm desde la al menos una esquina.

16. Un articulo de viga que comprende:

laminas de metal alargadas, teniendo cada una un cuerpo alargado y bordes opuestos, los cuerpos dispuestos y asegurados entre si para formar una viga (100) tubular cerrada alargada que tiene una longitud con secciones de cortes transversales no constantes a lo largo de la longitud, a lo largo de la longitud, apoyandose algunos de los bordes adyacentes a los cuerpos para formar esquinas (106) no redondeadas, siendo plano el cuerpo de al menos una de las laminas.

17. El articulo de viga en la reivindicacion 16, en el que al menos una de las laminas de metal es una calidad de aluminio no extruible.

18. El articulo de viga de la reivindicacion 17, en el que la al menos una lamina de metal tiene una resistencia a la traccion de al menos 827.4 N/mm2 (120 ksi).

19. El articulo de viga en cualquiera de las reivindicaciones 16-18, en el que al menos una de las laminas de metal es una calidad de acero que tiene una alta resistencia a la traccion de al menos 1310 N/mm2 (190 ksi).

20. Un articulo de viga de refuerzo que comprende:

una pluralidad de al menos tres laminas preformadas separadas colocadas juntas y luego soldadas para formar una viga de caja tubular con paredes verticales frontal (101) y trasera (102) y multiples paredes horizontales que definen los tubos superior e inferior, un borde de algunas de las laminas que se apoyan en una superficie lateral de una adyacente de las laminas para definir las esquinas (106) no redondeadas frontal y trasera cuando se cortan transversalmente en forma transversal a la longitud de la viga (100).

21. Un articulo de viga que comprende:

al menos dos laminas dispuestas para formar una viga (100) tubular que tiene una longitud no lineal y paredes frontal (101) y trasera (102) y al menos una esquina (106) no redondeada adyacente a la pared (101) frontal y soldada utilizando un proceso de soldadura de baja zona de afectacion por calor para tener una region de zona de afectacion por calor que, en una seccion de corte transversal a traves de la region, se extienda transversalmente a menos de 3 mm desde la al menos una esquina (106) no radiada.