專利名稱：選擇性退火緩沖梁的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于緩沖系統(tǒng)中的管狀緩沖梁，例如用于車輛的前部 和后部。但是，如下所述，可以預期本發(fā)明的各方面不僅限于前緩 沖梁和后緩沖梁。
背景技術：
用具有高抗拉強度的超高強度鋼材料(UHSS)(例如具有140 千磅/平方英寸(ksi)抗拉強度的材料)制造的管狀軋制成型緩沖梁 提供良好的撞擊特性和高的強度重量比。但是，由于HUSS材料有 限的伸長率，因此在材料裂紋出現(xiàn)之前對軋制成型部分進行成型受 到局限。這種局限性對將軋制成型的橫截面裝入原始設備制造商 (OEM)提供的所需空間造成困難。具體說，很難使橫截面足夠小并 使彎曲足夠尖從而滿足OEM空間和形狀要求。當梁具有縱向曲率/ 彎曲(sweep)時這個問題更嚴重。而且，有時需要降低軋制成型部 分的初始擠壓強度來控制撞擊期間傳輸?shù)杰嚰芑壍目傋矒糨d荷和 撞擊載荷峰值。緩沖裝置研發(fā)項目已經(jīng)具有長的前置周期，需要提 供這樣的設計方案，該方案提供高強度同時保持設計靈活性，同時 還保持在調整緩沖系統(tǒng)來對特定模型車輛提供最優(yōu)撞擊/載荷特性時 提供相對短的前置周期的能力。
Nees的美國專利No.6,643,931 (受讓人Shape 7>司)/〉開了 一種 制造單件管狀門梁的方法，其中梁的非管狀部分退火從而形成具有最優(yōu)撞擊特性的整體端部支架(16)和過渡區(qū)域(14)。但是，Nees 的，931專利沒有講授在哪里或如何應用這種技術到緩沖梁或整個梁 都是管狀的管狀強化梁上。顯然，例如用于車輛前部和/或后部的緩 沖梁具有不同于門梁的特殊要求。例如，緩沖梁不僅必須承受相當 高的撞擊載荷還必須通過多種不同試驗，例如30度固定障礙物撞擊、 平障礙物撞擊、5英里/小時和更高速度撞擊、中心桿撞擊、角撞擊 和行人安全撞擊測試。緩沖梁的形狀還必須支撐儀表板(fascia)和 其它前端構件，同時使得空氣流向散熱器和發(fā)動機室。而且，門梁 通常具有非常小的橫截面形狀，并通常不具有沿門梁整個長度延伸 的管狀部分(由于它們所在的門組件中的空間限制，并基于顯著低 于前端撞擊要求的OEM側部撞擊裝載要求)。

發(fā)明內容
在本發(fā)明的一個方面， 一種緩沖系統(tǒng)，包括由至少80ksi抗拉強 度的超高強度鋼制成的管狀梁。該管狀梁在整個長度上都是管狀的 并包括中心部分、端部分、將中心部分連接到端部分上的安裝部分。 一支架接合到安裝部分，該支架適于連接到車架滑軌。中心部分、 端部分和安裝部分中的一個的至少一部分被退火從而具有小于80ksi 的減小的抗拉強度，因此優(yōu)化該梁的撞擊特性。
在本發(fā)明的另一方面， 一種產(chǎn)品包括由至少80ksi抗拉強度的超 高強度鋼制成的管狀梁，該管狀梁在整個長度上都是管狀的并包括 中心部分、端部分、將中心部分連接到端部分上的安裝部分。中心 部分、端部分和安裝部分的至少一部分被退火從而具有小于80ksi的 減小的抗拉強度。
在本發(fā)明的另一方面， 一種包括以下步驟的工藝提供具有至少 80ksi的抗拉強度的超高強度鋼板材，在軋制成型軋機中將該板材軋 制成型為連續(xù)管狀形狀。該工藝還包括向軋制成型軋機在線地提供 退火線圏，并通過循環(huán)退火線圏的接通和斷開在軋制成型軋機中成 型板材的同時對板材的選定部分退火，使得管狀形狀的選定部分被
6退火從而具有小于80ksi的抗拉強度。另外該工藝還包括將連續(xù)管狀 形狀切割成段以形成緩沖梁，被退火的選定部分位于沿著緩沖梁的 選定位置，用于所需的撞擊強度。
在本發(fā)明的又一方面， 一種包括以下步驟的工藝提供具有至少 80ksi的抗拉強度的超高強度鋼板材，在軋制成型軋機中將該板材軋 制成型為連續(xù)管狀形狀，和將連續(xù)管狀形狀切割成段以形成連續(xù)管 狀緩沖梁。該工藝還包括對緩沖梁和板材其中一個的選定部分退火， 從而緩沖梁的選定部分具有小于80ksi的退火抗拉強度，被退火的選 定部分位于沿著緩沖梁的選定位置，用于所需的撞擊強度。
通過研究以下說明書、權利要求和附圖本領域普通技術人員會理 解和領會本發(fā)明的這些和其它方面、目的和特征。


圖l-3是三個不同梁的俯視圖，每個具有不同的退火區(qū)。 圖4是示出材料退火效果的應力對應變圖表。 圖5-7是示出三種不同緩沖撞擊試驗的系統(tǒng)行程對總載荷的圖表。
圖8-9是示出可選工藝的流程圖，可選工藝用于退火緩沖梁從 而具有用于最優(yōu)撞擊強度性能的選擇性退火區(qū)。
具體實施例方式
緩沖系統(tǒng)20 (圖1)包括帶有支架底座22的管狀梁21，支架底 座22焊接到梁21各管狀末端的后表面上，用于將梁21安裝到車架 滑軌上。示出的梁21軋制成型從而具有連續(xù)的橫截面并在它的整個 長度上都是管狀的，但是可預想到本發(fā)明的各方面可合并到其它梁 形狀中。示出的梁21具有中心部分23和角部形成端部分24，中心 部分23的前表面限定相對較大的第一半徑(例如2500mm)，角部 形成端部分24的前表面限定相對較小的第二半徑(例如425mm)。 安裝部分25將中心部分23的末端與端部分24連接起來，并提用于供接合底座22的結構。因此，梁21靠近其末端具有逐漸增加曲率的 彎曲前表面，使其適用于具有空氣動力形狀前端的車輛。顯然，梁 21可以是"D"或"B"形狀(或具有其它形狀)，并可用例如在Sturrus 的美國專利No. 5,092,512和/或5,454,506中說明的工藝進行軋制和彎 曲。
在緩沖系統(tǒng)20中，中心部分23和安裝部分25沒有退火(即， 它們沒有在退火區(qū)26中)，因此它們相對較硬并在兩底座22之間延 伸并使兩底座22互連，因此提供非常高的梁強度同時非常高的前部/ 中心撞擊強度。但是，角部形成端部分24被退火，賦予它們減小的 抗拉強度但增強的撓曲和流動能力(即，應變能力...流動和拉伸材料 的能力以及在管狀部分毀滅性失效之前彎曲的能力)。退火區(qū)26在 圖1中標示出，開始于安裝部分25的外側邊緣。通過控制退火步驟， 可調節(jié)梁21 (更上位的，緩沖系統(tǒng)20)從而優(yōu)化用于特定緩沖撞擊 試驗的撞擊強度。值得注意的是，退火區(qū)26可圍繞端部分24的整個 管狀橫截面延伸，或者可限于橫截面的特定區(qū)域，例如限定退火材 料僅僅沿著后壁并且部分在頂壁和底壁上。通過對在底座22上的橫 截面的后壁部分退火，并通過不對前壁部分退火，梁21能夠更好地 維持其前表面的形狀，同時仍具有這樣的結構，該結構抑制或減少 撞擊能量的峰值(波峰)向車架滑軌傳遞。
該梁可用抗拉強度80ksi的UHSS材料制成，從而提供優(yōu)良的撞 '擊特性，或者根據(jù)需要抗拉強度甚至為140ksi或更高。但是，UHSS 材料可選擇性地退火從而在關鍵區(qū)域提高伸長率，既是為了在梁中 形成尖的半徑(這有助于滿足OEM包裝和空間標準)，也是為了有 利地影響撞擊強度(既在于選定局部區(qū)域中限制最大撞擊載荷的方 面，又在于選定局部區(qū)域中延伸撞擊行程的方面)。
下面公開其它緩沖系統(tǒng)，使用相同的數(shù)字標識相同或類似的構 件，但添加字母"A"或"B"。這樣做是為了減少重復論述。本領 域技術人員通過比較不同的緩沖梁會理解各緩沖系統(tǒng)的共同特征和 優(yōu)點。
8緩沖系統(tǒng)20A (圖2)公開了類似于緩沖系統(tǒng)20 (圖1)的帶有 底座22A的管狀梁21A (僅示出一個底座22A)。梁21A包括線性 中心部分23A，線性端部分24A和連接端部分24A與中心部分23A 的末端并相對于中心部分23A形成角度的安裝部分25A。在梁21A 中，退火區(qū)26A包括所有的安裝部分25A并包括端部分24A的內部 和中心部分23A的外部。具體地，示出的端部分24A長度的25% -35。/。在退火區(qū)26A中。在這種配置中，緩沖系統(tǒng)20A中心的撞擊強 度減小，因為底座22A處的區(qū)域及其內側的區(qū)域退火從而減小其材 料抗拉強度并增加材料的應變能力(即，材料伸長和流動的能力)。 緩沖系統(tǒng)20A提供"較軟"或較低的角部撞擊強度和增加的碰撞行 程，因為在角部撞擊時，端部分24A會趨向于以與沒有退火的情況 不同的方式撓曲、彎曲和變形。
緩沖系統(tǒng)20B (圖3)公開了類似于緩沖系統(tǒng)20 (圖1)的帶有 底座22B的管狀梁21B。梁21B包括中心部分23B、端部分24B和 安裝部分25B，每部分形成半徑為2900mm的連續(xù)縱向曲率。但是， 在梁21B中，退火區(qū)26B開始于底座22B內側邊緣附近，并包括安 裝部分25B的外側部分和所有的端部分24B。具體地，示出的安裝 部分25B長度的約75% -90%在退火區(qū)26B中。在這種配置中，緩 沖系統(tǒng)20A中心的強度減小，因為底座22A處的區(qū)域及其內側的區(qū) 域退火從而減小其抗拉強度并增加其應變能力/材料流動能力。但是， 角部形成端部分24B的長度減小，因為這種特殊設計不需要長的角 部形成端部分24B。
圖4示出在1200。F和1400。F的退火溫度之間抗拉強度的急劇下 降。因此，可以相信對于測試的材料來說，包4舌1400°F的退火溫度 的工藝是優(yōu)選的，測試的材料是國內DF140TUHSS板材。
圖5-7示出實驗數(shù)據(jù)，其中對于三種不同緩沖撞擊試驗，針對 總載荷測量緩沖系統(tǒng)的行程，三種緩沖撞擊試驗為1IHS30。固定障礙 物試驗，5mph平障礙物試驗，和5mph40。/。偏移障礙物試驗。在所 有三個圖表中，對于示出的特定實驗，退火梁都說明改進的撞擊試驗結果。圖5中，對于退火材料制成的緩沖梁，與用沒有退火的材 料制成的緩沖梁相比，吸收的撞擊能量(即，曲線下面的區(qū)域)幾 乎相等于或略大，而且，能量吸收出現(xiàn)在較長的行程上。而且，較 低的波峰撞擊應力經(jīng)過梁傳遞進入車架滑軌。圖6和7示出類似的結 果。
形成包括軋制成型部分的退火部分的緩沖梁的工藝提供意外的 和預料不到的結果。通過對軋制成型的部分局部退火，梁設計為材 料提供額外的成型性能，允許梁中緊湊的彎曲(例如，半徑小于 400mm)。較緊湊的彎曲使得梁的包裝改善，尤其是對于低速偏移 撞擊。梁的局部退火使得軋制成型部分傳遞較低的碰撞栽荷到相連 的車架滑軌。選定梁部分的局部退火使得在緩沖梁末端的撞擊中對 于增加截面擠壓允許減小的截面強度(即，角部撞擊強度可被調節(jié) 到所需的減小的撞擊載荷水平和在毀滅性失效之前的增加的行程)。
用于形成帶有選擇退火部的緩沖梁的笫一工藝(圖8)包括將退 火線圏在線設置在軋機中，當原料板沿軋機移動時基于所需的退火 區(qū)域長度循環(huán)地接通和斷開退火線圏。退火線圏優(yōu)選定位在將原料 板成型為管狀部分的軋機的軋制之前。但是應理解的是(可預期的 是)，退火線圏可定位在成型原料板的軋制時或軋制之后，甚至可 定位在管狀部分被焊接成永久的連續(xù)管并彎曲之后?？蛇x地，該工 藝可包括將退火線圏在線設置在軋機中，當原料板沿著軋機移動時 基于所需的退火區(qū)域長度循環(huán)地接通和斷開退火線圏。在第二可選 工藝中，梁成型得相對較直并切割到緩沖梁段，然后在附加工藝中 彎曲到縱向曲率?；蛘?圖9)，可在線軋制和彎曲并且切割。然后， 梁將進入組合彎曲和退火的附加彎曲操作。
可以理解，可在前述的結構上進行變形和修改而沒有離開本發(fā)明 概念，而且可以理解的是，這些概念包括在以下的權利要求中，除 非這些權利要求通過語言明白地說明其它不同的情況。
權利要求
1. 一種緩沖系統(tǒng)，包括由至少80ksi抗拉強度的超高強度鋼制成的管狀梁，所述管狀梁在整個長度上都是管狀的并包括中心部分、端部分和將所述中心部分連接到所述端部分上的安裝部分；接合到所述安裝部分的支架，所述支架適于連接到車架滑軌；所述中心部分、所述端部分和所述安裝部分中的一個的至少一部分被退火從而具有小于80ksi的減小的抗拉強度。
2. 在權利要求1中限定的緩沖系統(tǒng)，其中被退火的部分僅部分 地圍繞垂至于所述梁的長度截取的橫截面延伸。
3. 在權利要求1中限定的緩沖系統(tǒng)，其中被退火的部分至少部 分地延伸到所述中心部分、所述端部分和所述安裝部分中的兩個上。
4. 在權利要求1中限定的緩沖系統(tǒng)，其中被退火的部分橫跨所 述安裝部分的大部分延伸，并延伸到所述中心部分和所述端部分中 的至少一個的一部分上。
5. 在權利要求1中限定的緩沖系統(tǒng)，其中所述中心部分、所述 端部分和所述安裝部分中的至少一個縱向彎曲以限定一半徑。
6. 在權利要求1中限定的緩沖系統(tǒng)，其中所述端部分相對于所 述中心部分成角度地延伸。
7. 在權利要求l中限定的緩沖系統(tǒng)，其中所述鋼具有至少140ksi 的抗拉強度。
8. —種梁，包括由至少80ksi抗拉強度的超高強度鋼制成的管狀梁，所述管狀梁 在整個長度上都是管狀的并包括中心部分、端部分和將所述中心部 分連接到所述端部分上的安裝部分；所述中心部分、所述端部分和 所述安裝部分的至少一部分被退火從而具有小于80ksi的減小的抗拉強度。
9. 一種包括以下步驟的工藝提供具有初始抗拉強度的超高強度鋼板材；在軋制成型軋機中將所述板材軋制成型為連續(xù)管狀形狀；向所述軋制成型軋機在線地提供退火線圏；通過循環(huán)退火線圏的接通和斷開而在軋制成型軋機中成型板材 的同時對板材的選定部分退火，使得所述管狀形狀的選定部分被退 火從而具有比初始抗拉強度ksi小的抗拉強度；和將所述連續(xù)管狀形狀切割成段以形成緩沖梁，被退火的選定部分 位于沿著所述緩沖梁的選定位置，用于所需的撞擊強度。
10. 在權利要求9中限定的工藝，其中所述退火步驟在將所述板 材軋制成型為管狀形狀之前進行。
11. 在權利要求9中限定的工藝，其中所述退火步驟包括僅對所 述板材寬度的一部分退火。
12. 在權利要求9中限定的工藝，其中所述退火步驟僅在一對車 架滑軌在所述梁上的安裝位置附近或外側進行。
13. 在權利要求9中限定的工藝，其中所述梁包括其上帶有底座 的后壁和在所述底座外側延伸的端部分，并且其中所述退火步驟僅 在所述端部分上進行。
14. 在權利要求9中限定的工藝，包括使所述連續(xù)管狀形狀具有 非線性形狀的步驟。
15. 在權利要求9中限定的工藝，包括使所述緩沖梁具有非線性 形狀的步"驟。
16. 在權利要求9中限定的緩沖梁系統(tǒng)，其中所述鋼具有至少 140ksi的抗拉強度。
17. —種包括以下步驟的工藝 提供具有至少80ksi的抗拉強度的超高強度鋼板材； 在軋制成型軋機中將所述板材軋制成型為連續(xù)管狀形狀； 將所述連續(xù)管狀形狀切割成段以形成連續(xù)管狀緩沖梁；和 對所述緩沖梁和所述板材其中一個的選定部分退火，從而所述緩沖梁的選定部分被退火以具有小于80ksi的抗拉強度，被退火的選定部分位于沿著所述緩沖梁的選定位置，用于所需的撞擊強度。
18. 在權利要求16中限定的工藝，其中所述緩沖梁包括中心部 分、端部分，并包括將所述中心部分的末端連接到所述端部分的安 裝部分，所述安裝部分包括被退火的選定部分的至少一部分。
19. 在權利要求17中限定的工藝，包括在所述退火步驟之后在 所述端部分內側的位置處將支架底座接合到所述安裝部分的步驟。
20. 在權利要求17中限定的工藝，包括在所述安裝部分附近的 位置處將支架底座接合到所述安裝部分。
21. 在權利要求17中限定的工藝，其中對選定部分退火的步驟 包括僅對所述安裝部分附近的部分退火。
22. 在權利要求17中限定的工藝，其中所述鋼具有至少140ksi 的抗拉強度。
全文摘要
一種緩沖系統(tǒng)，包括帶有支架底座的軋制成型管狀梁(21)，支架底座焊接到后表面上用于安裝到車架滑軌。示出的梁在其整個長度上都具有連續(xù)的管狀橫截面并包括中心部分(23)和角部形成端部分，和將中心部分的末端連接到端部分上的安裝部分(25)。中心部分、端部分和安裝部分可以是線性的或相同彎曲的或不同彎曲的。中心部分、端部分和安裝部分可相同或不同地局部退火，部分被調節(jié)到特定撞擊載荷標準，包括對所有或部分橫截面區(qū)域退火。退火可在軋制成型工藝中在線進行，從而有助于在梁中形成緊湊的半徑，用于滿足包裝/與空間有關的要求，或者可以是附加工藝的一部分，用于在選定的局部區(qū)域中有利地影響撞擊強度。
文檔編號B60R19/03GK101511645SQ200780032063
公開日2009年8月19日 申請日期2007年8月30日 優(yōu)先權日2006年8月30日
發(fā)明者D·W·希瑟靈頓, M·吉勒斯, R·B·尼斯, T·J·約翰遜 申請人:沙普公司