專利名稱：具有液壓成形互連件的管狀組件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常關(guān)于汽車框架領(lǐng)域，更具體地說關(guān)于用于汽車框架的液壓中空構(gòu)件。
背景技術(shù)：
車體結(jié)構(gòu)的中空構(gòu)件、如框架件或增強梁可能會要求沿其長度改變截面形狀和/或參數(shù)。一般的具有變截面的中空構(gòu)件是由如兩塊金屬板沖壓而成，每塊板形成整個管的縱向的一半。然后兩塊板焊接在一起，具有兩條焊縫，每條焊縫沿著構(gòu)件長度。為了生產(chǎn)最終的中空件，這就要求大量勞力來進行焊接，因此使加工成本加大。
生產(chǎn)變截面中空構(gòu)件的一種方法是液壓成形，對金屬結(jié)構(gòu)件進行液壓成形是公知的。例如可參見美國專利Nos.4567743，5070717，5107693，5233854，5239852，5333775和5339667，這里提出的這些專利可供參考。在通常的液壓成形方法中，一個管狀金屬坯料放入液壓成形模的模腔。管的相對端密封，在內(nèi)部對管狀坯料噴入壓力流體，使坯料向外膨脹，從而與模腔限定的內(nèi)表面一致。在對普通液壓成形方法最近的改進中，管狀坯料的相對端在管向外膨脹期間相互朝向地縱向受力，從而在它向外膨脹時補足金屬的壁厚。在美國專利Nos.5718048，5855394，5899498及普通轉(zhuǎn)讓的專利5979201和6014879中均公開了用縱向壓縮坯料來補足金屬壁厚的示例的方法。
液壓成形中空構(gòu)件的優(yōu)點是可以很容易地和低成本地制造出具有不規(guī)則截面構(gòu)形的高強度構(gòu)件，如果采用沖壓或滾軋技術(shù)，不是不可能也是極其困難的。
在一些應(yīng)用中，一個中空構(gòu)件要求其截面有急驟變化，采用液壓成形有時是毫無疑問的。在一般的液壓成形中，均勻截面的坯料(通常是圓筒形的)的截面直徑通常選成略小于待加工的構(gòu)件的尺寸，然后坯料膨脹成模腔確定的尺寸。在管狀坯料部分膨脹到非常大的程度時(如大于30％)，在該位置上的壁厚可能太薄了，從而會對構(gòu)件有害。
在某些應(yīng)用中，例如構(gòu)件的延伸部分可具有恒定截面形狀(如采用擠壓法生產(chǎn)的構(gòu)件)，此時就沒有必要使整個構(gòu)件經(jīng)受液壓成形加工。此外，還可要求提供一個中空構(gòu)件，該構(gòu)件由兩個或多個不均勻截面的管件(如用擠壓或滾軋成形方法形成)結(jié)合在一起，這些管件的截面形狀不同和/或相互的尺寸不同，為提供這類構(gòu)件毫無疑問地需要將具有不同形狀和/或尺寸的管連接在一起。
因此，本發(fā)明的目的在于以一種新的低成本方式克服上述困難。
發(fā)明概述本發(fā)明是一種形成中空構(gòu)件的方法。為了達到上述目的，提供第一中空件，它具有第一敞開端和一個第二敞開端，該第一端具有預(yù)定的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀。提供第二中空件，它具有第一敞開端和第二敞開端，該第一端具有預(yù)定的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀。第一中空件的第一端在尺寸和形狀上均不同于第二中空件的第一端。一個第三中空件做成具有一個第一敞開端和一個第二敞開端，第一敞開端的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀通常與第一中空件的第一端的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀相同，第二敞開端的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀通常與第二中空件的第一端的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀相同。該第三中空件的成形包括將它放入一個液壓成形模的模腔內(nèi)，使它膨脹成與模腔確定的表面相一致，從而使它的一部分在膨脹后構(gòu)成第一端，該第一端在結(jié)構(gòu)形狀和尺寸上與第一中空件的第一端相同。該模腔的形狀還做成使第三中空件的另一部分構(gòu)成第二端，該第二端的尺寸和形狀與第二中空件的第一端的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀相同。第三中空件的第一端焊接到第一中空件的第一端上，第三中空件的第二端焊接到第二中空件的第一端上。
在本發(fā)明的第二個方面中，提供了一種將緊固件連接套筒固定到預(yù)先制成的中空件上的方法。該中空件具有第一和第二相對的壁，在該壁中分別具有第一和第二孔，該第一和第二孔分別與連接套筒的第一和第二端對準(zhǔn)。該方法包括將連接套筒通過中空件的一端插入中空件內(nèi)部，使連接套筒的第一和第二相對的敞開端靠近中空件的第一和第二壁。然后使第一壁變形以形成一個凸緣，該凸緣圍繞第一孔并突入連接套筒的第一敞開端。同樣地使第二壁變形以形成第二凸緣，該第二凸緣圍繞第二孔并突入連接套筒的第二敞開端。于是第一和第二凸緣固定連接套筒的第一和第二敞開端，與第一和第二孔對準(zhǔn)從而允許緊固件穿過。


圖1是按照本發(fā)明形成的中空構(gòu)件的分解示圖；圖2是在本發(fā)明液壓成形腔中的管狀坯料的剖視圖；圖3是在本發(fā)明液壓成形腔中已經(jīng)膨脹的中空件的剖視圖；圖4是本發(fā)明另一實施例的液壓成形腔中的通常為錐形的管狀坯料的剖視圖；圖5是本發(fā)明另一方面的插入中空件的增強管的示圖；圖6是本發(fā)明的中空件和具有凸緣的沖頭的增強管的剖視圖。
優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，提供了如圖1所示的兩個中空件10、12，兩個中空件的第一個10具有預(yù)定結(jié)構(gòu)尺寸和形狀的第一敞開端14和第二敞開端15。兩個中空件的第二個具有預(yù)定尺寸和形狀的第一敞開端16和第二敞開端17。第二中空件12的第一端的形狀和尺寸中有一個或兩者均不同于第一中空件10的第一端14。兩個中空件10、12可以是任何金屬材料的，也可按需要的用途由任何合適的材料制成，但最好由鋁擠壓而成。該中空件10、12最好具有非圓筒形的多邊形截面(如三角形、四方形、五邊形等)。
在一個替換的實施例中，兩個中空件10、12的每一個都可以是液壓成形管。
為了連接兩個中空件10、12、一個起到適配器或轉(zhuǎn)接件作用的第三個中空件18做成具有第一敞開端20和第二敞開端22，第一敞開端在結(jié)構(gòu)尺寸和形狀上象第一中空件10的第一端14一樣，第二敞開端22的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀與第二中空件12的第一端16相同。圖1示出焊接線24，它們用于將第三中空件18連接到第一和第二中空件10、12上。
該適配器18由液壓成形制成。參見圖2和3，一個管狀金屬坯料30液壓成形為一個構(gòu)件，在其相對端上具有不同的截面尺寸和/或形狀。正如圖2所示，坯料30放入液壓成形模32，該模具有上部34和下部38，上部具有上模面36，下部具有下模面40。當(dāng)上、下模部分34、38放在一起時，上模面36和下模面40一起限定一個模腔42。模腔42包括第一膨脹部分44和第二膨脹部分48；第一膨脹部分做成使坯料46的第一部分膨脹成第一預(yù)定的形狀和尺寸，第二膨脹部分48做成使坯料50的第二部分膨脹成第二預(yù)定的形狀和尺寸。第一部分的形狀和尺寸中至少一個不同于第二部分。在坯料30放置在上、下模部分34、38之間后，上、下模部分合在一起限定一個模腔42。坯料的端部如過去專利文件中的先有技術(shù)一樣由密封壓頭密封，這里提出以供參考。高壓的液壓成形液52通過一個密封件引入坯料30，使之膨脹成與如圖3所示的模腔面36、40相一致。
在最終完成的第三中空件的端部結(jié)構(gòu)尺寸相差很大的情況下(一端比另一端的截面參數(shù)相差很大)，可采用如圖4所示的錐形管狀坯料60來代替普通的筒狀坯料。錐形管狀坯料60最好由板材滾軋成的錐形管制成。這種錐形坯料60有助于克服一些潛在的問題，如必須很大程度地使管材膨脹到與模腔面36、40一致而使管壁太薄的問題。也就是說，此時坯料每端的參數(shù)更接近于坯料進入其中進行膨脹的相應(yīng)模子部分的參數(shù)。
模腔相對部分的形狀和尺寸做成與液壓成形后的相對端20、22所要求的相同，它們在尺寸上和幾何形狀上與將與之匹配(焊接)的端部14和16相一致。對此應(yīng)該看到，本發(fā)明中在液壓成形的適配器在從液壓成形模上取下時，為了使它們與相對的密封壓頭配合，需要切掉已變形的液壓成形件的端部。這種切割步驟在液壓成形技術(shù)中是公知的，但并不總是必要的。在需要切割的情況下，部分液壓成形模腔做成能提供所要求的形狀和尺寸的適配器18，該適配器在相對端部向內(nèi)離開坯料的端部，并與從液壓成形模拉出的和將切掉的部分區(qū)域相對準(zhǔn)。然后，這些切割后的端部分別焊接到端部14、16上。
當(dāng)最終完成的中空件固定到另一結(jié)構(gòu)件上時，可以要求在該部件上打一個孔并穿一個螺釘之類的緊固件。當(dāng)管子是由兩半個長的沖壓件在縱向焊接在一起制成時，由于在焊接前易于接近管子內(nèi)部，在進行包括在成形后的管子內(nèi)部設(shè)增強件等加工步驟時就比較容易。然而，如果管子是采用液壓成形或擠壓成形。作為一個整體構(gòu)件整體加工而成時，進行這類加工就比較困難。
本發(fā)明的另一個目的是在擠壓的和/或液壓成形的管子內(nèi)提供一個套筒，該套筒用作增強中空管管內(nèi)一個位置。尤其是為了增加管子的強度，可用增強套筒102來接納穿入其間的緊固件，這就沒有使管被壓扁的危險，圖6示出一個中空件100的截面，其中固定有增強的連接套筒102。該連接套筒102通過圖5所示的一個敞開端103插入中空件100。為了固定套筒102，迫使相對的帶凸頭的沖頭104穿過中空件的相對的壁106進入套筒102的敞開端。
在一個優(yōu)選實施例中，在相對的壁106中設(shè)有預(yù)沖孔，這些孔的直徑小于沖頭104的直徑并與套筒102的敞開端對準(zhǔn)。因此，當(dāng)沖頭104受迫穿過壁106中的孔時，孔周圍的邊緣彎曲而形成伸入套筒102敞開端內(nèi)的凸緣108、作為例子，在管100是液壓成形的情況下，這些預(yù)沖孔可在液壓成形階段形成。
在一個替換實施例中，在相對的管壁106中沒有預(yù)沖孔，帶凸緣的沖頭104在中空件的相對的壁106中形成孔。中空件的相對壁106的材料發(fā)生變形從而形成凸緣108。凸緣108位于中空件上形成的孔的周圍并伸入套筒102的相對端。在任一實施例中，凸緣108使套筒的端部相對于中空件100固定。最好用計算機數(shù)控系統(tǒng)來使套筒102插入管100，從而確保在沖孔操作前使沖頭104與套筒對準(zhǔn)，以迫使沖頭向內(nèi)行進。另外，可采用一個夾具來代替手放置套筒102，然后可將套筒102的端部焊接到相對的管壁106上(如用激光焊接、凸出焊接等)，可以看出在套筒102內(nèi)的凸緣108的機械互鎖關(guān)系可以僅是指將套筒102固定到管100上。
可以看出，上面的說明僅作示例用，在本發(fā)明范圍內(nèi)，可具有很多其它的實施例。
權(quán)利要求
1.一種形成中空構(gòu)件的方法，包括提供一個具有第一敞開端和第二敞開端的第一中空件，上述第一中空件的上述第一端具有預(yù)定的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀；提供一個具有第一敞開端和第二敞開端的第二中空件，上述第二中空件的上述第一端具有預(yù)定的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀，上述第一中空件的上述第一端的預(yù)定的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀中至少一個與上述第二中空件的上述第一端的預(yù)定的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀不同，形成一個具有第一敞開端和第二敞開端的第三中空件，上述第一敞開端通常具有與上述第一中空件的第一端相同的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀，上述第二敞開端通常具有與第二中空件的第一端相同的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀，上述形成方法包括將第三中空件放入一個液壓成形模組件的模腔中，并使上述第三中空件膨脹成與上述模腔所確定的表面一致，從而提供一個部分，該部分構(gòu)成通常與上述第一中空件的第一端的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀相同的上述第一端；并提供另一部分，該部分構(gòu)成與上述第二中空件的第一端的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀相同的上述第二端；和將上述第三中空件的上述第一端焊接到上述第一中空件的上述第一端上，并將上述第三中空件的上述第二端焊接到上述第二中空件的上述第一端上。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中上述第一中空件由擠壓金屬材料制成，這樣使上述第一中空件是無縫的、并在其縱向具有基本相同的截面。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其中上述第二中空件由擠壓金屬材料制成，這樣使上述第二中空件是無縫的、并在其縱向具有基本相同的截面。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其中上述第一和第二中空件是通過擠壓鋁材制成的。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其中上述放置在上述液壓成形模組件的上述模腔中的上述第三中空件是通過將板材滾軋成通常的錐管形制成的。
6.按照權(quán)利要求1的方法，其中上述第一和第二中空件是通過液壓成形制成的。
7.一種將一個緊固件連接套筒固定到預(yù)成形的中空件內(nèi)的方法，上述中空件具有相對的第一和第二壁，上述第一和第二壁上具有第一和第二孔，上述第一和第二孔分別與上述連接套筒的第一和第二端對準(zhǔn)，上述方法包括將上述連接套筒通過上述中空件的一個敞開端插入上述中空件的內(nèi)部，使上述連接套筒的相對的第一和第二敞開端安置成分別與上述中空件的第一和第二壁鄰接；使上述第一壁變形以形成圍繞上述第一孔的第一凸緣，該凸緣突入上述連接套筒的上述第一敞開端；使上述第二壁變形以形成圍繞上述第二孔的第二凸緣，該凸緣突入上述連接套筒的上述第二敞開端，上述第一凸緣和上述第二凸緣將上述連接套筒的上述第一和第二敞開端固定成與上述第一和第二孔對準(zhǔn)，以允許緊固件穿過。
8.按照權(quán)利要求7的方法，其中在上述第一和第二壁變形之前提供上述孔。
9.按照權(quán)利要求7的方法，其中上述第一和第二壁的變形時形成上述第一和第二孔以及形成上述第一和第二凸緣。
10.按照權(quán)利要求8的方法，還包括通過擠壓來預(yù)成形上述中空件。
全文摘要
一種形成中空構(gòu)件(18)的方法，其中中空構(gòu)件可采用液壓成形，并連接在截面變化很大的兩部分之間。一個完整的中空構(gòu)件(18)由具有中空截面的液壓成形的中空部分形成。還提供了一種將緊固件套筒插在一預(yù)先制成的中空構(gòu)件(100)中的方法，在該方法中，中空構(gòu)件(100)稍作變形以形成將套筒(102)固定在構(gòu)件內(nèi)的凸緣(108)，一旦套筒(102)固定在中空構(gòu)件內(nèi)，可在不使中空構(gòu)件壓扁的情況下加上緊固件。
文檔編號B21D51/10GK1418136SQ01806803
公開日2003年5月14日 申請日期2001年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月18日
發(fā)明者馬克·巴伯, 約翰·D·戴斯塞爾 申請人:科西馬國際公司