JP6750083B2 - 強化ビーム部品およびその構築方法 - Google Patents
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Description
また、産業での競争力には、高い寸法上の一貫性、製造の信頼性、ならびに設計および製造のフレキシビリティを提供しながら製造コストを最小化することが求められる。
ロール成形は、大量生産において使用される場合、部品品質が良く、競争力のある加工コストを提供し得る。
しかしながら、多くの大量生産型の商業的ロール成形加工は一定断面形状に限られ、材料の単一のシートの成形に限られ、成形ロールを展開するためにかなりのリードタイムを必要とし、頑丈なロール成形装置にかなりの投資を必要とする。
ロール成形されたビームの一部を再成形するのに二次加工が使用されてきたが、二次加工は費用がかかり、速度が遅く、しばしば寸法的に一貫性がなく、製造過程中の部品の複数回の処理を必要とし、手作業集約的であり得る。
しかしながら、アルミニウムは高価な材料であり、さらに、押出可能グレードのアルミニウムは引張強度が限られており、一般的にコストが高い。
また、アルミニウムビームは、押出プロセスのために、それらの全長に沿って一定断面を有している。
また、押出加工プロセスを使用して作られたビームには、ビーム曲げ(すなわち、「スイープ加工」)、(例えばブラケット取付のため、または穴もしくは切りくず穴の取付のための)穴あけ、ならびに(強度および安定性のための)材料のエージング/熱処理などの二次作業が必要である。
ビームは、典型的には、特定の車両用途のために求められる通り、重量を最小化する一方で優れた衝突強度をビームに与えるように、戦略的位置に最適に配置された壁の厚さおよび特性を有する。
新規な溶接プロセスがまた、ビームの溶接領域の周りに、特に、隣接するシートを当接させることにより形成された丸みの付いてない直角コーナの周りに低熱影響ゾーンを形成するために検討され、溶接中シートを一緒に保持するための関連する新規な固定システムが説明される。
本明細書で使用するにあたり、用語「丸みの付いてないコーナ」(または「丸みの全くないコーナ」)は、第2シートの非縁部(本体)に当接する第1シートの縁により形成されたコーナを意味するために使用される。
ここで、コーナでの当接構造は約90度の角度(例えば垂直から5〜10度以内)を画定する。
コーナでの当接構造は、コーナでのビームへの側面衝突中に「転がる」または不安定になり得る、シート材料により形成された丸みを含まない。
せん断壁103〜105は略平面である(しかし非直線的な前縁および後縁を有するように予備成形される)。
前壁および後壁101および102は、連続的な溶接、例えば直角に関連するシートが当接すると形成される6つの丸みの付いてないコーナ106(図3)に位置する溶接により、縁に嵌合係合し、固定される。
前壁および後壁101および102は、後壁102に取付穴107(本明細書において「取付構造」とも呼ばれ、穴を備える溶接されたブラケットを含むことを意図している)、前壁101にアクセス穴108、および付属品取付穴109など、他の任意の望ましい特徴を含むように予備成形される。
前壁および後壁101および102(または他の壁)は、予備成形され得る(すなわち、ロール成形されるか、穿孔されるか、パンチで穴をあけられるか、または型打ちされる)こと、ならびに(例えば応力がかかっていないときに)非平面または平面であり得るが、溶接固定により係合するように付勢されると縁の形状をとるのに十分にフレキシブルであることが想定される。(例えば図50〜52における固定を参照。)
前壁および後壁101および102上のアップフランジ110およびダウンフランジ111は、上部および底部せん断壁103および105の上方および下方にそれぞれ延在する。
例えば、アルミニウムが使用される場合、
前壁および後壁101〜102は、
2mm〜5mmの厚さの材料であり得、またはより好ましくは2mm〜3mmの厚さであり得、
80ksiの引張強度材料であり得、またはより好ましくは120ksiの引張強度(もしくはそれを超える、特に前壁)であり得、
一方でせん断壁103〜105は、
1.5mm〜3mmの厚さの材料であり得、またはより好ましくは1.5mm〜2.2mmの厚さであり得、
60ksiの引張強度の材料であり得、またはより好ましくは72ksi〜87ksiの降伏強度であり得る。
アルミニウムは、押出可能グレードのアルミニウムよりも遙かに高い強度のアルミニウムを含む、非常に高強度のアルミニウムから選択され得ることに留意されたい。
アルミニウムの代わりに鋼が使用される場合、
前壁および後壁101〜102は、
1.0mm〜4mmの厚さの材料であり得、またはより好ましくは1.2〜2.0mmの厚さであり得、
190ksiの引張強度の材料であり得、またはより好ましくは220〜250ksiの引張強度もしくはそれを超える引張強度であり得(例えばマルテンサイト材料および超高強度材料)、
せん断壁103〜105は、
0.8〜3mmの厚さの材料であり得、またはより好ましくは1〜1.5mmの厚さであり得、
190ksiの引張強度の材料であり得、またはより好ましくは220〜250ksiのもしくはそれを超える材料であり得る。
前壁および後壁101〜102の厚さのせん断壁103〜105の厚さに対する比は、総コストおよび/またはビーム機能にとって重要であり得る。
例えば、前壁および後壁101〜102のせん断壁103〜105に対するストリップ厚さ比は、好ましくは比2:1〜約1:1の比までの範囲である。
ビームセグメント100の外法寸法は90mm〜150mmの高さおよび30mm〜80mmの前後(奥行)であり得るが、ビームは、その意図された機能または意図された環境向けに任意の寸法または形状となるように作られ得ることに留意されたい。
図示のビームセグメント100の長さは、それが用いられる車両のクロスカー寸法に合致する。
これにより、より強いアルミニウム材料および/またはより薄い/より厚い/複数の厚さのアルミニウムシート材料を使用することを含む、遥かにより広い範囲の、押出プロセスにより加工され得るアルミニウム材料を使用してビームを作ることが可能になる。
特に、より高強度のアルミニウムは、強度特性を維持しつつより低い重量のビームをもたらす。
同時に、本発明の装置はフレキシブルであり、最適な衝突強度に十分適した丸みの付いてない直角コーナ(「丸みの全くないコーナ」とも呼ばれる)を有するビーム、不連続な壁を有するビーム、最良の機能特性を提供するためにビームに沿った位置に戦略的に位置付けられたより厚いおよびより薄いシートを有する(または戦略的に位置付けられたより高い強度およびより低い強度のシートを有する)ビームを含む広い範囲のビーム形状を製造することが可能である。
ビームの上方(または下方)に延在するアップ(およびダウン)フランジの形成も可能になり、これは車両製造者により望まれることもある。このようなフランジは製造者の車両通過衝突試験(vehicle pass impact testing)を支援し得、フェイシアを支持し得、様々なコンポーネント、センサおよび付属品のための取付部位として機能し得る。
これは、例えば前端部フェイシアのための支持または取付クリップもしくはワイヤクリップを支持するための支持など、隣接するコンポーネントへの支持を提供するために車両製造者により指定されることもある。
アップフランジ110は一貫した高さであり得、または車両の中央部付近で大きくし得、またはその長さに沿った選択された位置で大きくし得ることに留意されたい。
これは、丸み付きコーナを有する必要のある従来のロール成形されたビームとは対照的である(丸み付きコーナが衝突時の早期の崩壊を招く、図27〜28および図29を参照)。
丸み付きコーナを有するロール成形されたビームにおいて、ビームがコーナの形状に曲げられるときに、コーナでの材料のせん断または破砕を回避するために、内半径は典型的には材料の厚さより少なくとも約4倍大きくなければならない。
丸み付きコーナは転がる傾向があり、「より柔らかい」またはより低い初期衝突抵抗をもたらし、したがって、丸みが存在することにより壊滅的に崩壊する傾向がより大きくなる可能性がある(図29を参照)。
対照的に、丸みの付いてないコーナを有する図示のビーム100は、コーナの丸みを全く有しない。これは、衝突されたときに利点を提供し、その理由は、直角のコーナがその衝突抵抗の即時的かつ急な増大をもたらすためである(より効率の低い衝突抵抗を有する衝突ビームシステムにおけるよりも概してより多くの量のエネルギーが吸収されるため、一般に「きわめて効率的な衝突抵抗」と呼ばれる)。
したがって、壊滅的崩壊に対するビームの抵抗は、丸みの付いてないコーナの存在により向上する。たとえ丸みの付いてないコーナが革新的な本ビームにおいて好ましいとしても、幾つかのビームが幾つかの丸み付きコーナを備えて開発され得ることが想定される。
例えば、ビームは前壁、上部壁、および底部壁を形成するのに単一のシートを使用して(すなわち、それらを結合する丸み付きコーナを備えて)形成し得、追加的なシートが後壁および中間せん断壁を形成する(および丸みの付いてないコーナを有する)。
試験により、チャネルリブ114Aは衝突中に前壁を安定させるのを補助し、チャネルリブ114Aなしの同一のビーム(100)より向上した衝突抵抗および/または向上した曲げ強度をもたらすことが示される。
チャネルリブ114Aは機能目的上ビームにおいて望まれる通りに深くも浅くもし得る。(図5および17におけるリブを比較されたい。)
図示の好ましいチャネルリブ114Aは、下にある管状セクションの幅の約25%にわたって延在し、チャネルリブ114Aは、その幅と概ね同じ深さである。
しかしながら、チャネルリブ114Aを、チャネルリブ114Aの底部がビーム100Aの後壁102Aを形成するシート上に載るほど深く作ることを含む、
異なるチャネル深さが想定される。
図示のせん断壁103A〜105Aは、そのスイープと呼ばれることもあるビームの長手方向形状を画定する縁を有する。
前壁101Aは、せん断壁103A〜105Aの縁の形状に合致するように形成される。
後壁102Aは、(応力がかかっていないときに)比較的平面的であり得、せん断壁103A〜105Aの後縁の形状への固定時に変形され得る(または形作るために予備成形され得る)。
壁103A〜105Aの図示の縁(図4)は非直線的であるが、ビームの長さが一定断面寸法を画定するように略平行である。
したがって、ビーム100Bはその中央領域において奥行き方向により大きい(より深い)断面寸法を有し(図8)、その外側端部(図7)で奥行き方向により狭い(より浅い)断面寸法を有する。
このビーム100Bは、車両の前方端部に、より空気力学的な外見を提供する。バンパー強化は、ビームが車両フレームまたは車両クラッシュチューブにボルトで固定されるビームの端部の構造上の取付部での曲げ強度ほどの高さを必要としないことに留意されたい。
対照的に、ビーム100Bの中央付近では、IIHSオフセットオーバーラップ衝突試験に合格するために、より大きい曲げモーメント(すなわち、より大きい断面形状)を有することが望ましい。(図34を参照。)
ビーム100Bは、あまりスイープ加工されていない中央セクション(すなわち、上方から見たときにより大きい丸み)と、より鋭くスイープ加工された端部セクション(すなわち、上方から見たときにより小さい丸み)とを有し得る。
例えば、ビーム100C(図9)は、2mmの厚さを有し、約16〜20インチの長さである鋼でできている中央部分102C’を備える後方シート102Cを有する。
外側シート102C’’は、例えば、同様の鋼材料であり得るが、より薄い厚さ、例えば1.0〜1.5mmの厚さを有する。
シート102C’および102C’’は、例えばレーザー溶接線に沿って一緒に溶接され、ビーム100Cの長さに延在する連続的な「ハイブリッド」シートを形成する。
結果としてのハイブリッド後壁102Cは、多量の材料の質量削減をもたらし得る。同じ配置構成が前壁101C上またはせん断壁103C〜105C上で行われ得る。
また、中間水平せん断壁104Dは中央後方シート102D’と長さにおいて同様であるが、とりわけこれは、中央後方シート102D’の端部がせん断壁104Dの端部と整列しないように、中央後方シート102D’よりも長さが幾分長くてもよい。これは、そのポイントでのビームの曲げ強度に悪影響を与えるのを回避するために行われる。
中間水平せん断壁104Dの外端部は、それらが後壁102Dから前壁101Dに向かって延在するときに、外側角度で延在する。とりわけ、中間せん断壁104Dの端部は、直線的、または湾曲、またはそうでなければ、ビーム重量を最小化する一方でビーム強度および衝突特性を最適化するのに望ましい任意の形状であり得ることが想定される。
折り線101E’’は鋭い屈曲ではないが、代わりに、応力の集中を回避し、中央部からビームの端部への良好な移行部を提供するために形成される緩やかな曲線である。
前壁101Eは、チャネルリブ(114A)を含んでも含まなくてもよく、チャネルリブ(114A)はビームの長さに延在してもしなくてもよい。
示される中間水平せん断壁104Eは、短縮化され、凹状に成形された端部を有する。
上部および底部水平せん断壁103Eおよび105Eは比較的平面的であるが、前壁101Eの形状と合致する前縁を有する。
せん断壁103E〜105Eの後縁は非直線的であり、非平行であり、望ましい形状を画定するために概して湾曲している。
後壁102Eのためのシートは、応力がかかっていないときに平面であるが、せん断壁103E〜105Eの後縁に対して固定およびプレス加工されるとせん断壁103E〜105Eの後縁の形状に合致するように曲がるように、比較的平面的かつフレキブルである(図1、4、6、および48〜50を参照。)
中間水平せん断壁104Fは、ビーム100Fの前面および後面の一部へ延在し、それを形成する。
2つの上部および下部の前方シート101F’および101F’’は中間水平せん断壁104Fの前面側先端部と組み合わさって、前壁101Fを形成する。
2つの上部および下部の後方シート102F’および102F’’は、中間水平せん断壁104Fの後面側先端部と組み合わさってビーム100Fの後壁102Fを形成する。
上部および底部水平せん断壁103Fおよび105Fは、組合せ前壁101Fおよび組合せ後壁102Fの内向面に当接する。
以下で説明される摩擦攪拌溶接(図46〜47を参照)は、滑らかな「平坦な」前面を維持する方法でビーム100F上の溶接された中央部を接合するように特に良好に適合されることに留意されたい。
図13は、図12におけるビーム100Fの中央部で円で囲まれた領域IVIX(Tコーナ)の拡大図である。
とりわけ、溶接されたコーナから離れるように延在する溶接材料がないように、好ましくは溶接プロセスが使用される。換言すると、本質的に溶接ビードはない。
代わりに、溶接材料の全てが図示の通り、コーナ内に捕捉され、したがって、前面(および/または後面も同様の溶接が使用される場合は後面)は「平坦」である。
しかしながら、修正ビーム100G(図14)において、コーナを形成する様々なシートは各々異なる厚さを有する。
したがって、ビーム100Gは、所与のシートの上部から底部へ、異なる材料または異なる厚さの材料を有する。
このビーム100Gは、ビーム100Gの下部の管状セクションに沿ってより低い(またはより高い)曲げ強度を提供するため、新規な特性を呈する。
また、チャネルリブ114Hはビーム100Bにおけるリブ114Bより浅い。(図17と図8とを比較。)
具体的には、せん断壁104Jは、中央部の各側に1つの波を備える、波打つまたは波状の形を有する。
せん断壁104Jにより形成され得る波はこれより多いことも少ないことも可能であり、急でジグザグの屈曲が作られることも可能である。
また、波は起伏の幅または高さが一貫していることも一貫していないことも可能である。
したがって、ビーム100Kにより形成された2つの管は中央領域において異なっているが(図21参照)、ビームの端部では同様である(図20)。
特に、図示の底部管セクションは一定の形状を維持するが、上部管は中央部における最大形状(図20)から端部でのより狭い管(図21)に変化する。
前(および後)壁101Mおよび102Mにおける固定穴130Mは、固定具133Mに位置付けられると、シート101M〜105Mを正確に位置付けるために、固定具133Mにおけるピン132Mと係合する。
3つのせん断壁103M〜105Mの1つ(または2つ以上)は、壁位置決めスロット131MU内に嵌合して位置付けられるタブ135M(タブ135Mは中間せん断壁104Mにのみ図示されることに留意されたい)を有し、それにより、溶接中、水平せん断壁103M〜105Mを前(および後)壁101Mおよび102M上に正確に位置決めする。
固定穴130Mおよびスロット−タブ構造131M/135Mは組立てのために必要な固定を単純化する。
固定具はまた、他の固定デバイス、例えば(シートを保持するためにシートの2つの側に係合する)クランプおよび機械的保持具、もしくは(シートを保持するためにシートの一方側に係合する)真空カップおよび磁石を含み得、ならびに/または隣接する部品を溶接組立てのために正確に位置決めするための当該技術分野において公知の他の手段を含み得ることに留意されたい。
以下説明される図50〜52を参照されたい。
中間および底部水平せん断壁104Nおよび105Nは丸みの付いてない直角コーナを形成する。
しかしながら、(バンパー強化ビームとして使用されるときに)上部水平せん断壁103Nが直角から約1〜10度外れた、またはより好ましくは直角から2〜5度外れた丸みの付いてないコーナを形成するように、上部水平せん断壁103Nは水平に対してある角度をなして延在する。
角度付けられた壁が、車両に取付けられた位置にあるときにビームの底部にあるように、ビーム100Nは「逆さま」にされ得ることが想定される。
ロール成形された鋼ビーム600は、丸み付きコーナ608を画定する前壁、後壁、上部壁、中間壁、および底部壁601〜605を含み、ビーム600における管にわたるチャネルリブ606を含む。
キャップ609Aは、鋭く後方に切断され、前壁601Aに後方に延在する端部を形成し、側面衝突強度および望ましい特性を追加する。
しかしながら、キャップ609Aはまた、二次加工に由来するバンパーの総重量およびコストを追加する。
したがって、ビーム100Pの斜断ちされた形状は、既存のコンポーネントと一体化され、二次作業をなくし、追加的な重量を回避し、それでもなお上述のロール成形されたビーム600Aと同様の外見および機能を提供する。
図32は、バンパーを試験するのに使用される3点曲げ試験を示す。本発明者らは、880mmのスパンの支持体と、試験の際の7.6kN−mの曲げ強度のターゲットを使用した。
図33は、IIHS100%オーバーラップ衝突試験を示す。
図34は、IIHS73.2mmオフセットオーバーラップ衝突試験を示す。とりわけ、オフセットは、衝突中、特に、(ビームの端部で)車両取付具から間隔を空けて配されたビームの中央部付近にビームへのかなりのねじれ負荷をもたらす。
IIHSは、米国道路安全保険協会の略語であり、自動車産業において広く使用される公知のバンパー試験規格を有する。
ビームの前壁、後壁、上部壁、中央壁および底部壁を形成するための選択された(異なる可能性のある)材料特性および厚さの複数のストリップを提供するステップと、
全てのシートの縁をせん断し、必要な任意のシートに穴を形成する(例えば、上部壁、中央壁、および底部壁の縁をせん断してそれらの長さに沿って様々な幅を形成する)ステップと、
(例えば、チャネルリブまたは他の特徴部を前壁に形成するために)必要に応じて壁を成形するステップと、前壁および後壁を、上部壁、中央壁、および底部壁の1つまたは複数と当接して接触させて固定するステップと、
これらを一緒に溶接するステップと、
上部壁、中央壁および底部壁の残りと固定するステップおよび溶接するステップを繰り返すステップと
を含む。
ビーム100A、100B、および500は同じ車両パッケージスペースに適合し、均等なIIHSバンパー衝突試験性能を有する。
ビーム100Aおよび100Bは、強度および特性について最適に配置され、重量を最小化するために高強度(押出可能でない)アルミニウムを使用した。
この研究は、同じIIHS衝突試験性能を維持する一方で、ビーム100Aが大きい質量削減をもたらし、ビーム100Bがさらにより大きい潜在的質量削減(約20%の質量削減)をもたらしたことから、質量削減のための大きい機会があることを示唆している。
ビームの長さおよびビームの断面に沿って材料特性を最適化することにより、公知の先行技術のアルミニウム押出成形ビームよりも、さらにより大きい質量削減が達成され得、質量削減は図36に示され通り34%にもなる。
試験は1キログラム当たりの最大曲げモーメントを測定するためのものであった。
試験は、等しいビーム性能にも等しいビーム質量にも基づいていなかった。
図示の通り、様々な断面を備えるマルチシートビーム100Bは、先行技術の基準モノレグビーム600よりも27.4%だけ大きい、単位質量当たりの曲げモーメントをもたらした。
一定断面を備えるマルチシートビーム100Aさえも、先行技術のビーム600より23%だけ向上した単位質量当たりの曲げモーメントをもたらした。
グラフは、ビーム100Bが、均等なIIHS73.2mmオーバーラップ衝突試験結果をもたらす一方で、先行技術のロール成形されたビーム600よりも22.4%の質量削減があったことを示す。
ここでも同様に、性能を最適化するために異なるシート厚さの組合せが使用されたことに留意されたい。
これは、車両バンパーシステムにおいて使用されるバンパー強化ビームにおいて特に重要となり得、その理由はバンパーシステムにはIIHS(米国道路安全保険協会)およびFMVSS(連邦自動車安全基準)局により定められた数多くの試験規格があるからである。
とりわけ、高熱を生じる溶接プロセスおよび溶接部はまた、溶接部の周りおよびそれに隣接する材料の物理特性を低下させる。
バンパー強化ビームの衝突および曲げ強度ならびに試験規格は非常に精緻であり、ポール試験、振り子試験、オーバーラップ(車両対車両シミュレーション)衝突試験、歩行者衝突/傷害試験、乗員安全試験、および数多くの他の試験に関連することに留意されたい。
図40は、隣接するコンポーネント同士を接合する溶融金属を作り出すために熱が使用される従来の溶接プロセスにおける溶接部の周りの熱影響ゾーンの効果を概略的に示す。
図示のMIG溶接(またはTIG溶接であり得る)は、溶接材料700(「溶接ビード」とも呼ばれる)を、隣接するシート701および702を接合するために加える。
溶接ビード700は、溶接されるコーナ(または平面)を形成する壁の金属材料から約3〜10mm外へ延在する。溶接ビード700は、コーナにまたはそれに沿って溶接材料のたまりまたはプールを作り出すが、溶接ビードよりさらに遠くに、例えば溶接されるコーナから外に15〜20mmのところに延在する高熱領域704をさらにもたらす。
なおさらに、材料の感度に依存して、悪影響を受ける領域705(「熱影響ゾーン」または「HAZ」と呼ばれる)がなお遠くに、例えば、コーナから15〜25mmのところに延在する。
レーザー溶接(図42)もまた公知の溶接プロセスであり、溶接部位の材料710がレーザーエネルギー711により溶融されて、冷却されると隣接する材料に接合する材料のプールを作り出す。
これらには、コールドメタルトランスファー溶接(CMT)(図43〜45)、摩擦攪拌溶接(FSW)(図46〜47)、および均一レーザー溶接(図示せず)が含まれる。
これらのプロセスの各々は公知であり、商業的に利用可能であるが、それらの使用は本発明者らが知っている限り、広く普及していないことに留意されたい。
特に、本発明者らはこれらのプロセスのいずれかを使用して作られたバンパー強化ビームも、これらのプロセスのいずれかを使用して作られた衝突衝撃用に設計されたビームも知らない。
図43〜45はコールドメタルトランスファー溶接プロセス(の幾つかのうち)の1つを説明している。これは溶接部の周りの熱影響ゾーンを約3mm未満、潜在的に約1.5mm未満に最小化する能力を含む。
プロセスは、溶接を開始する必要があると、溶接材料(図12からシート104Fおよび102F’として示される)のためにコールド(帯電していないことを意味する)ワイヤストック401を溶接部位に供給しながら、良好に命中し、良好に調整されたレーザー400からの溶接のための限られた、集中されたエネルギーを提供することを含む。
とりわけ、コールドワイヤ401により溶接部に加えられる溶接材料の量は最小限であり(小さい寸法のワイヤと、潜在的に、ワイヤの遅いまたは揺動可能な移動/供給とを含む)、さらに、レーザー400は熱の蓄積を最小化するために厳密に制御される。
したがって、溶接部位の周りの熱影響ゾーンは最小限であり、例えば、上記の通り、コーナから3mm未満またはさらには1mm程度の小ささである。溶接されたコーナの外側に延在する溶接ビードは本質的にゼロである。
摩擦攪拌溶接(FSW)は、固体溶接プロセスであるため、溶接からの入熱に由来する特性の損失を略なくす。
摩擦攪拌溶接において、工具420は、溶接部位421と密接に関連する位置の周りを摩擦を引き起こすような方法で周期的にまたは揺動可能に移動し、シート104Fおよび102F’および102F’’からの材料を追加的な溶接材料なしに接合させ、それにより溶接中に溶接部位に加えられる過剰な熱を最小化する。
溶接部位に外部の材料が加えられることはない。代わりに、直接隣接する領域からの材料が、隣接するシート104Fおよび102F’および102F’’を接合するのに十分に可動にされる。
これらは溶接部位から3〜5mm延在する溶接ビードを残さない。同時に、これらは溶接部位の熱を最小化し、したがって熱影響ゾーンを溶接されるコーナから非常に短い距離(例えば2、3ミリメートル)だけ最小化する。
固定具800(図48)は、シート101、102、および104を一緒に保持するための、直立ブロック802と、側部クランプ803と、上部クランプ804とを備えるベース801を使用する。
図示の溶接プロセスは、レーザー400およびコールドワイヤ(図示せず)を備えるCMT溶接プロセスである。
プロセスは、シート105を保持するための追加的な中央ブロック805を使用して図49において繰り返される。
その後、図50において、部分的ビームが逆さにされ、最後のシート103がブロック806により固定され、溶接される。
多くの異なる固定方法および手順が使用され得ることが想定される。
例えば、ビームは、逆さにされる代わりに、底部から溶接され得る(図示せず、図50を参照)か、またはビームは90度回転されて側面から溶接されてもよい(図示せず)。
また、さらに、このような概念は、それらの言語による以下の特許請求の範囲が明確にそうではないと述べない限り、これらの特許請求の範囲により包含されることを意図されることを理解されたい。
Claims (31)
- 車両への衝撃吸収のために構築される強化ビーム部品であって、
少なくとも4つの別個の長尺状金属シートであって、そのうちの少なくとも1つがその上に予備成形された構造を含み、長尺状管状ビームを画定するために位置付けられかつ相互連結された少なくとも4つの別個の長尺状金属シートを含み、
前記長尺状管状ビームは、
両端に端部領域が隣接する中央領域と、
非平面である前壁と、
非平面である後壁であって、前記長尺状管状ビームの前記中央領域内において、前記長尺状管状ビームの中央横断軸からの距離が減少するにつれ、前記前壁との間の距離が増加する前記後壁とを含み、
少なくとも2つのせん断壁は前記前壁および前記後壁を連結し、前記せん断壁の縁は前記前壁および前記後壁の側面に当接して、前記縁と前記側面との間の当接部が85度以上の角度の丸みの付いていない溶接コーナを形成し、前記長尺状管状ビームは非直線的長さを有し、
前記長尺状管状ビームは、前記長尺状管状ビームの端部における横断面の管状サイズよりも、大きい管状サイズである長尺状管状ビームの中央部における横断面を有する、
強化ビーム部品。 - 前記長尺状管状ビームは、前記車両に取付けるための1つまたはそれ以上の取付構造を有する端部をさらに含む、
請求項1に記載の強化ビーム部品。 - 前記長尺状管状ビームの前記中央領域において前記前壁は第1曲率を画定し、前記長尺状管状ビームの前記端部領域において前記前壁は第2曲率を画定し、前記第1曲率および前記第2曲率は互いに異なる、
請求項1または2に記載の強化ビーム部品。 - 前記端部の前記取付構造は車両バンパー取付構造に取付けるために構成される、
請求項1または2に記載の強化ビーム部品。 - 前記金属シートの少なくとも1つが押出可能でないグレードのアルミニウムである、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の強化ビーム部品。 - 前記少なくとも1つの金属シートが少なくとも120ksiの引張強度を有する、
請求項5に記載の強化ビーム部品。 - 前記金属シートの少なくとも1つが少なくとも190ksiの高い引張強度を有するグレードの鋼である、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の強化ビーム部品。 - 前記前壁が、前記前壁に沿って長手方向に延在する少なくとも1つのチャネルリブを含む、
請求項1〜7のいずれか一項に記載の強化ビーム部品。 - 前記せん断壁の少なくとも2つが平面である、
請求項1〜8のいずれか一項に記載の強化ビーム部品。 - 前記前壁、後壁、およびせん断壁の少なくとも1つが、前記前壁、後壁、およびせん断壁の他のものと厚さ、材料、引張強度、または長さにおいて異なる、
請求項1〜9のいずれか一項に記載の強化ビーム部品。 - 前記前壁が前記ビームの長さに延在し、かつ前記後壁およびせん断壁の少なくとも1つが前記前壁より短い、
請求項10に記載の強化ビーム部品。 - 前記少なくとも2つのせん断壁が、3つのせん断壁を含む、
請求項1〜11のいずれか一項に記載の強化ビーム部品。 - 前記前壁が、前記せん断壁のうちの上部のものの少なくとも約1.5mm上方に延在するアップフランジを含む、
請求項1〜12のいずれか一項に記載の強化ビーム部品。 - 前記丸みの付いてない直角の溶接コーナの少なくとも1つが、前記少なくとも1つのコーナから3mm未満のところに延在する熱影響ゾーンを含む、
請求項1〜13のいずれか一項に記載の強化ビーム部品。 - 車両への衝撃吸収のために構築される強化ビーム部品であって、
それぞれ長尺状本体と対向する縁とを有する少なくとも4つの長尺状金属シートであって、前記本体が、少なくとも部分的に閉鎖された長尺状管状ビームを形成するように配置されかつ一緒に固定される、それぞれ長尺状本体と対向する縁とを有する少なくとも4つの長尺状金属シートを含み、
前記長尺状管状ビームは、
前壁と、
後壁と、
前記前壁および前記後壁の間に延びる少なくとも2つのせん断壁と、
長さに沿って一定ではない横断面を有する前記管状ビームの前記長さであって、前記せん断壁の縁は丸みの付いていないコーナを形成するように前記前壁の本体および前記後壁の本体に当接し、少なくとも1つの前記せん断壁の本体は平面であり、前記前壁は前記管状ビームの長さに延び、前記後壁および前記せん断壁の少なくとも一方は前記前壁の長さよりも短い、長さに沿って一定ではない横断面を有する前記管状ビームの前記長さと、
車両への取付を円滑にするように構成された前記管状ビームの端部とを有する、
強化ビーム部品。 - 前記前壁は非平面である、
請求項15に記載の強化ビーム部品。 - 前記前壁には前記管状ビームの長さに沿って少なくとも2つの屈曲点が設けられている、
請求項16に記載の強化ビーム部品。 - 前記後壁は非平面である、
請求項15〜17のいずれか一項に記載の強化ビーム部品。 - 前記後壁には前記管状ビームの長さに沿って少なくとも2つの屈曲点が設けられている、
請求項18に記載の強化ビーム部品。 - 前記前壁は、前記管状ビームの長さの実質的な部分に沿って延びるチャンネルリブを含む、
請求項15〜19のいずれか一項に記載の強化ビーム部品。 - 最上段のせん断壁および最下段のせん断壁の上側および下側にそれぞれ延びる、前記前壁および前記後壁のアップフランジおよびダウンフランジをさらに含む、
請求項15〜20のいずれか一項に記載の強化ビーム部品。 - 前記アップフランジは前記最上段のせん断壁の上側に少なくとも約1.5mm延びている、
請求項21に記載の強化ビーム部品。 - 前記金属シートの少なくとも1つが押出可能でないグレードのアルミニウムである、
請求項15〜22のいずれか一項に記載の強化ビーム部品。 - 前記少なくとも1つの金属シートが少なくとも120ksiの引張強度を有する、
請求項23に記載の強化ビーム部品。 - 前記金属シートの少なくとも1つが少なくとも190ksiの高い引張強度を有するグレードの鋼である、
請求項15〜24のいずれか一項に記載の強化ビーム部品。 - 少なくとも1つの前記金属シートは、その上に予備成形された構成を含む、
請求項15〜25のいずれか一項に記載の強化ビーム部品。 - 車両に用いるための強化ビーム部品の構築方法であって、
少なくとも3つの別個の長尺状金属シートを設け、
少なくとも3つの前記長尺状シートのうち少なくとも1つを予備成形し、
非直線的長さと、横断面と、両端に端部領域が隣接する中央領域とを有し、前記横断面が前記管状ビームの長さに沿って変化し、少なくとも2つの前記シートは隣接する他のシートの側面に当接する縁を有し、前記縁と前記側面との角度が85度以上の丸みの付いていない溶接コーナを形成する、長尺状管状ビームを画定するために前記シートの位置を決めかつ連結し、
車両への取付を容易にするために構成された取付構造を前記管状ビームの端部上に形成する、
強化ビーム部品の構築方法。 - 前記金属シートの少なくとも1つが押出可能でないグレードのアルミニウムである、
請求項27に記載の強化ビーム部品の構築方法。 - 前記横断面は、第1曲率を画定する中央領域と、前記第1曲率と異なる第2曲率を画定する端部領域とを含む前壁を画定する、
請求項27または28に記載の強化ビーム部品の構築方法。 - 少なくとも1つの前記丸みの付いていない溶接コーナは、前記少なくとも1つのコーナから3mm未満のところで延在する熱影響ゾーンを含む、
請求項27〜29のいずれか一項に記載の強化ビーム部品の構築方法。 - 前記長尺状管状ビームは前方垂直壁および後方垂直壁と、上部および下部の管を画定する3つの水平壁とを含む、
請求項27〜30のいずれか一項に記載の強化ビーム部品の構築方法。
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