專(zhuān)利名稱：金屬板材疊層的單面一步連接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
現(xiàn)有技術(shù)中已知三個(gè)金屬板材的連接是需要兩個(gè)分開(kāi)的 焊接步驟，并且需要兩面(兩側(cè))接近它內(nèi)板與外板的電阻焊接步驟， 需要接近板材的相對(duì)面以允許其被焊極的連接，然后進(jìn)行內(nèi)板與另 一外 板的凸焊步驟。

圖1示出了連接的金屬板材疊層10,包括第一外板12、 內(nèi)板14和第二外板16，其形式為相比第一和第二板相當(dāng)厚的金屬帶條。 第二外板16通過(guò)電阻焊接18a連接到內(nèi)板14上，第一外板12通過(guò)凸 焊18b連接到內(nèi)板14的單頂點(diǎn)突起14a。僅僅作為使用的環(huán)境，圖1A 示出了組件10，，包括用作第一外板的頂板12，和用作第二外板的帶式隔 板16',其中頂板12，焊接至用作內(nèi)板的主體鑲板14'上，而帶式隔板16， 在頂板相反側(cè)焊接到主體鑲板上。 另外參考圖2A至2F描述現(xiàn)有技術(shù)的雙面兩步連接方法的 細(xì)節(jié)。 圖2A中，使用具有相互合作的模具部件20a、 20b的模具 20在內(nèi)板14上施加沖壓力F。其中互補(bǔ)的V形才莫具面20a，、 20b，彼此 直接相對(duì)，從而在內(nèi)板中形成至少一對(duì)單頂點(diǎn)突起14a，每個(gè)單頂點(diǎn)突 起14a都為大致V形的結(jié)構(gòu)。例如，如圖2B至2D所示，產(chǎn)生的^t沖 壓的內(nèi)板14可具有細(xì)長(zhǎng)的單頂點(diǎn)突起14a,該突起具有約0.7 mm的凸 起高度H，、約1.5mm的寬度W，和約8mm的長(zhǎng)度L，。 圖1中示出了現(xiàn)有技術(shù)的第一和第二焊接步驟的結(jié)果。對(duì) 于各組單頂點(diǎn)凸起，可如上述方式在板12、 14、 16之間提供任意數(shù)量 的焊接組18a、 18b。 在第一步中，板制為被連接的板材疊層的內(nèi)板的金屬板經(jīng)
過(guò)模具沖壓操作，其中設(shè)有至少一對(duì)分叉凸起。每個(gè)分叉凸起都包括至
少兩個(gè)頂點(diǎn)，其中至少一個(gè)頂點(diǎn)面向一個(gè)方向，且至少另一個(gè)頂點(diǎn)面向 相反的方向。這樣，對(duì)于對(duì)稱性和穩(wěn)定性，優(yōu)選的是所述分叉凸起為大
體w形的形式，由布置在中間頂點(diǎn)兩側(cè)的面向相同方向的兩個(gè)外側(cè)頂
點(diǎn)構(gòu)成，所迷中間頂點(diǎn)面向與所述外側(cè)頂點(diǎn)相反的方向。
在第二步中，將所述板材疊層的第一和第二外金屬板與所
述內(nèi)板裝配在一起。這樣，所述第一外板定位成與各分叉凸起的所述中間頂點(diǎn)鄰接，所述第二外板定位成與各分叉凸起的所述外側(cè)頂點(diǎn)鄰接。 圖2C為沿著圖2B的線2C-2C的截面圖； 圖2D為沿著圖2B的線2D-2D的截面圖； 圖2E為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的板材疊層連接方法的第一焊接步
圖2F為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的板材疊層連接方法的第二焊接步
0024]00251
驟的側(cè)一見(jiàn)圖；
圖7A為根據(jù)本發(fā)明方法連接的金屬板材疊層的端—見(jiàn)截面
圖； 圖3至3B示出了根據(jù)本發(fā)明的連接方法的第一步驟的實(shí) 例。要成為板材疊層組件100'的內(nèi)板102的金屬板材經(jīng)歷了模具沖壓操 作，如圖3所示。模具104具有交界的上模具部件104a和下模具部件 104b,其中互補(bǔ)的分叉面104a，、 104b，彼此正好相反。當(dāng)沖莫具104通過(guò) 向內(nèi)板102施加反向力F!執(zhí)行其沖壓操作時(shí)，在內(nèi)板102中形成包括分叉凸起106a、 106b的至少一個(gè)分叉凸起對(duì)106。還可同時(shí)或者通過(guò)在內(nèi) 板上的繼續(xù)沖壓操作來(lái)提供其它對(duì)分叉凸起。 每個(gè)分叉凸起106a、 106b沿著其間的軸向布置方向A都 是細(xì)長(zhǎng)的，并且包括至少兩個(gè)頂點(diǎn)，其中至少一個(gè)頂點(diǎn)(即，頂點(diǎn)108a、 108b中的4壬一個(gè)或兩者)面向一個(gè)方向，至少另一頂點(diǎn)(即，頂點(diǎn)IIO) 面向相反方向。這樣，對(duì)于對(duì)稱性和穩(wěn)定性，優(yōu)選每個(gè)分叉凸起106a、 106b都為大體W形的形式，包括兩個(gè)相同的面向外側(cè)的頂點(diǎn)108a、 108b，它們布置在與外側(cè)頂點(diǎn)面向相反的中間頂點(diǎn)110的兩側(cè)。中間頂 點(diǎn)IIO相對(duì)于板平面P優(yōu)選具有比外側(cè)頂點(diǎn)108a、 108b的高度H2更高 的高度Hj。 盡管分叉凸起106a、 106b的圖示在附圖H又為示意性示 出而非限制性)中可為看清目的而放大，但是可使用下面的尺寸細(xì)長(zhǎng) 體的長(zhǎng)度L可約為8mm,中間頂點(diǎn)的高度可為0.6 mm,高度&約 為0.3 mm,外側(cè)頂點(diǎn)繞外側(cè)頂點(diǎn)之間的寬度W可約在1.2與1.5 mm之間。 下面參考圖4、 5和6,在根據(jù)本發(fā)明連接方法的第二步驟 中，提供金屬板材疊層組件100，，包括內(nèi)板102、金屬第一外板112和 金屬第二外板114。這樣，第一外板112定位成與各分叉凸起106a、 106b 的中間頂點(diǎn)110鄰接，第二外板114定位成與各分叉凸起的外側(cè)頂點(diǎn) 108a、 108b鄰接。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，與第一外板112和內(nèi)板102 的每一個(gè)相比，第二外板114厚得多。 僅作為根據(jù)本發(fā)明方法的使用環(huán)境的非限制性實(shí)例，參考 圖1A,第一外板112可為頂板，第二外板可為帶式隔板，內(nèi)板可為主 體鑲板。本發(fā)明應(yīng)用的其它非限制性實(shí)例可包括門(mén)、罩、車(chē)廂蓋、風(fēng)檔、 鉸鏈、插銷(xiāo)或板和加強(qiáng)件涉及的其它位置。 在根據(jù)本發(fā)明的連接方法的第三步驟(可與第二步驟組 合)中，如圖4所示，板材疊層組件IOO，被放入凸焊設(shè)備120中，其中 它的電極122a、 122b與第一外板112鄰接，使得每個(gè)電極都與各自的 分叉凸起106a、 106b重疊。 在第四步驟中，如圖5和6所示，通過(guò)電極122a、 122b 朝著板材疊層組件IOO，施加力F2,然后通過(guò)凸焊設(shè)備120的電源124向 電極供應(yīng)電流i,同時(shí)保持施加力。電流i傳導(dǎo)通過(guò)各分叉凸起106a、
9106b的頂點(diǎn)108a、 108b、 110,并通過(guò)第一外板112、內(nèi)板102和第二 外板114,從而在成對(duì)電極122a、 122b之間流動(dòng)，其中由于第二外板大 得多的導(dǎo)電性能，大部分電流沿著其流動(dòng)，沿著第一外板和內(nèi)板中任一 個(gè)流動(dòng)的電流量小得多。第二外板高得多的導(dǎo)電性能可能是因?yàn)榈诙?板比第一外板和內(nèi)板中任一個(gè)厚得多(即，因?yàn)樗菐礁舭寤蚱渌?強(qiáng)件的形式)、和/或因?yàn)榘宀牟煌饘俚倪x擇，使得第二外板具有低得 多的電流阻抗。 如圖5中所示，如果通過(guò)第一外板112的電流為h,通過(guò) 內(nèi)板102的電流為i2,通過(guò)第二外板114的電流為i3,那么總電流i由 下式給出
i—+i2 + ",其中i3》(i1 + i2) (1) 對(duì)于優(yōu)選實(shí)施例，這是由于在電4及122a、 122b之間的電流導(dǎo)電面 積中，相比第一外板112和內(nèi)板102的截面積，第二外板114的截面積 非常大。其它的成對(duì)分叉凸起類(lèi)似地被焊接。 在僅從板材疊層組件IOO，的第一外板側(cè)執(zhí)行的本發(fā)明的 單焊接步驟期間，給電極122a、 122b提供力F2，然后供應(yīng)電流i,同時(shí) 繼續(xù)施加力。通過(guò)電流與力F2 (對(duì)于非限制性實(shí)例，每個(gè)電極可供應(yīng)約 200磅(即，總共400磅))結(jié)合的引起的熱，導(dǎo)致分叉凸起106a、 106b 的皺縮，尤其是由于中間頂點(diǎn)110和外側(cè)頂點(diǎn)108a、 108b的收縮，產(chǎn) 生圖7A和7B的連接的板材疊層IOO的整體最終形式?？煽闯觯虚g焊 接點(diǎn)126和外側(cè)焊接點(diǎn)128a、128b布置在現(xiàn)在皺縮了的分叉凸起106a，、 106b，處，特別是在之前布置了中間頂點(diǎn)110和外側(cè)頂點(diǎn)108a、 108b的 地方，從而第一外板112、第二外板114和內(nèi)板102在三個(gè)焊接點(diǎn)126、 128a、 128b處相互連接(實(shí)際上是熔合)在一起，所有這些都在使電極 僅從板材疊層組件 一側(cè)接近的單個(gè)焊接步驟中執(zhí)行。 對(duì)于本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員，上述優(yōu)選實(shí)施例可進(jìn)行 改變或修改。這種改變或修改可在不脫離本發(fā)明范圍的情況下實(shí)施，所 述范圍僅由所附權(quán)利要求的范圍來(lái)限制。
權(quán)利要求
1.一種用于連接板材疊層組件的方法，包括下列步驟在內(nèi)板中形成一對(duì)分叉凸起，其中每個(gè)分叉凸起都包括沿第一方向的至少一個(gè)第一頂點(diǎn)和沿第二方向的至少一個(gè)第二頂點(diǎn)，所述第一方向與所述第二方向相反；組裝板材疊層組件，包括下列步驟將第一外板放置為與所述內(nèi)板的所述至少一個(gè)第一頂點(diǎn)成鄰接關(guān)系；以及將第二外板放置為與所述內(nèi)板的所述至少一個(gè)第二頂點(diǎn)成鄰接關(guān)系；以及將所述板材疊層組件連接地焊接在一起，包括下列步驟朝著所述第一外板施加力，所述力疊加于各分叉凸起上；以及在所述施加力的步驟期間向所述第一外板施加電流，所述電流疊加于各分叉凸起上，其中所述電流在各分叉凸起之間流過(guò)所述板材疊層組件，并且其中大部分電流在所述成對(duì)分叉凸起之間流過(guò)所述第二外板。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法連接的連接板材疊層。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述焊接步驟還包括 將所述板材疊層組件放入凸焊設(shè)備中，所述凸焊設(shè)備具有布置為與所述第 一外板成鄰接關(guān)系的電極，每個(gè)電極都置于相應(yīng)的分叉凸起上。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述第二外板相對(duì)于所述第一外 板和所述內(nèi)板選擇為使得，如果通過(guò)所述第一外板的電流為h，通過(guò)所 述內(nèi)板的電流為i2,通過(guò)所述第二外板的電流為i3,那么總電流i由下式 給出i-i!+i2 + i3,其中ig》(h + i2)。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中在所述形成各分叉凸起的步驟中， 包括所述至少一個(gè)第 一頂點(diǎn)包括面向所述第 一方向的中間頂點(diǎn)；并且 所述至少 一個(gè)第二頂點(diǎn)包括面向所述第二方向的 一對(duì)外側(cè)頂點(diǎn)，所 述中間頂點(diǎn)的每側(cè)分別布置一個(gè)外側(cè)頂點(diǎn)。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中在所述組裝步驟中，所述中間頂 點(diǎn)鄰接所述第一外板，所述外側(cè)頂點(diǎn)鄰接所述第二外板。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中在所述形成步驟中，相對(duì)于所述 內(nèi)板的平面，所述中間頂點(diǎn)的高度比所述外側(cè)頂點(diǎn)的高度高。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的方法連接的連接板材疊層。
9. 一種用于連接板材疊層組件的方法，包括下列步驟 在內(nèi)板中形成一對(duì)分叉凸起，其中每個(gè)分叉凸起都包括沿第一方向的至少 一個(gè)第 一頂點(diǎn)和沿第二方向的至少一個(gè)第二頂點(diǎn)，所述第 一方向 與所述第二方向相反；組裝板材疊層組件，包括下列步驟將第 一外板放置為與所述內(nèi)板的所述至少一個(gè)第 一頂點(diǎn)成鄰 接關(guān)系；以及將第二外板放置為與所述內(nèi)板的所述至少 一個(gè)第二頂點(diǎn)成鄰 接關(guān)系，其中所述第二外板在所述分叉凸起之間的電阻遠(yuǎn)小于所述 第一外板和所述內(nèi)板的電阻；以及 將所述板材疊層組件連接地焊接在一起，包括下列步驟朝著所述第一外板施加力，所述力疊加于各分叉凸起上；以及 在所述施加力的步驟期間向所述第 一外^反施加電流，所述電流 疊加于各分叉凸起上，其中所述電流在各分叉凸起之間流過(guò)所述板 材疊層組件，并且其中大部分電流在所述成對(duì)分叉凸起之間流過(guò)所 述第二外板。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法連接的連接板材疊層。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述焊接步驟還包括 將所述板材疊層組件放入凸焊設(shè)備中，所述凸焊設(shè)備具有布置為與所述第一外板成鄰接關(guān)系的電極，每個(gè)電極都置于相應(yīng)的分叉凸起上。
12. 如權(quán)利要求ll所述的方法，其中所述第二外板相對(duì)于所述第一 外板和所述內(nèi)板選擇為使得，如果通過(guò)所述第一外板的電流為ii,通過(guò) 所述內(nèi)板的電流為i2,通過(guò)所述第二外板的電流為i3,那么總電流i由下 式給出<formula>formula see original document page 3</formula>
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中在所述形成各分叉凸起的步驟 中，包括所述至少一個(gè)第 一頂點(diǎn)包括面向所述第 一方向的中間頂點(diǎn)；并且 所述至少一個(gè)第二頂點(diǎn)包括面向所述第二方向的一對(duì)外側(cè)頂點(diǎn)，所述中間頂點(diǎn)的每側(cè)分別布置一個(gè)外側(cè)頂點(diǎn)。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中在所述組裝步驟中，所述中間 頂點(diǎn)鄰接所述第 一外板，所述外側(cè)頂點(diǎn)鄰接所述第二外板。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中在所述形成步驟中，相對(duì)于所 述內(nèi)板的平面，所述中間頂點(diǎn)的高度比所述外側(cè)頂點(diǎn)的高度高。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法連接的連接板材疊層。
17. —種用于連接板材疊層組件的方法，包括下列步驟 在內(nèi)板中形成一對(duì)分叉凸起，其中每個(gè)分叉凸起都包括形成面向第一方向的中間頂點(diǎn)；以及形成面向第二方向的一對(duì)外側(cè)頂點(diǎn)，所述第 一方向與所述第二 方向相反，所述中間頂點(diǎn)的每側(cè)分別布置一個(gè)外側(cè)頂點(diǎn)； 組裝板材疊層組件，包括下列步驟將第 一外板放置為與所述內(nèi)板的所述中間頂點(diǎn)成鄰接關(guān)系；以及將第二外板放置為與所述內(nèi)板的所述外側(cè)頂點(diǎn)成鄰接關(guān)系；以及將所述板材疊層組件連接地焊接在一起，包括下列步驟朝著所述第一外板施加力，所述力疊加于各分叉凸起上；以及 在所述施加力的步驟期間向所述第一外板施加電流，所述電流疊加于各分叉凸起上，其中所述電流在各分叉凸起之間流過(guò)所述板材疊層組件；其中所述第二外板相對(duì)于所述第 一外板和所述內(nèi)板選擇為使 得，如果通過(guò)所述第一外板的電流為ii,通過(guò)所述內(nèi)板的電流為i2, 通過(guò)所述第二外板的電流為i3,那么總電流i由下式給出 i-^+i2 + i3,其中i3 〉> (ii + i2)。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中在所述形成步驟中，相對(duì)于 所述內(nèi)板的平面，所述中間頂點(diǎn)的高度比所述外側(cè)頂點(diǎn)的高度高。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬板材疊層的單面一步連接方法。一種僅使用單個(gè)焊接步驟、僅需要接近一側(cè)板材而執(zhí)行的三個(gè)金屬板材疊層的連接操作。所述疊層的內(nèi)板具有形成在其中的一對(duì)分叉凸起，其中至少一個(gè)第一頂點(diǎn)面向一個(gè)方向，至少一個(gè)第二頂點(diǎn)面向相反的另一方向。所述第一和第二外金屬板與所述內(nèi)板組裝在一起，其中所述第一外板鄰接所述至少一個(gè)第一頂點(diǎn)，所述第二外板鄰接所述至少一個(gè)第二頂點(diǎn)。凸焊設(shè)備僅接近疊加在所述分叉凸起上的所述第一外板就可焊接這些板材，其中大部分電流流過(guò)所述第二外板。
文檔編號(hào)B23K101/16GK101596646SQ20091014268
公開(kāi)日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2009年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月6日
發(fā)明者A·D·哈哈列夫, C·J·布魯格曼, D·C·哈特欽森, J·M·倫德維四世, S·M·沙 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作公司