專利名稱：具有一體的焊接凸緣的一件式管形部件以及相關(guān)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
0002聯(lián)邦調(diào)節(jié)員和消費者調(diào)解者(協(xié)會)要求車輛在傾翻、 側(cè)面和正面碰撞中的更高性能。他們的目的是將抗彎強度增加到車輛 重量的2.5倍，以在高速碰撞時保持乘客門孔隙和乘客車廂的整體性。
0003本發(fā)明涉及汽車碰撞和結(jié)構(gòu)化組件的制造。更具體地說， 本發(fā)明公開了車輛的前柱結(jié)構(gòu)，其適于通過硬化或通過用于增強空心 形狀前柱的強度的裝置加強前柱結(jié)構(gòu)，該空心形狀的前柱具有封閉的 橫截面。
0004通常，汽車工程師努力在將頂蓋縱梁、柱和弓形桿連接 到剛性的底架(例如車架或單體組件)時增強這些結(jié)構(gòu)的強度。傳統(tǒng) 的解決辦法通常包括增加較高強度規(guī)格的多個薄金屬板沖壓件，這受 限于可形成性工藝。管形產(chǎn)品在抗扭剛度和抗扭強度方面一直總是優(yōu) 越的；但是它不能方便地裝配或連接于車輛中的非圓柱形腔，例如柱， 這是本發(fā)明想要解決的問題。
背景技術(shù)：
0005頂蓋縱梁、頂蓋前橫梁、搖臂加強件、前噴射槍結(jié)構(gòu)和 散熱器固定框的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)上都是用包括結(jié)構(gòu)化汽車車身的一部 分的多個沖壓件制造。近來，車頂結(jié)構(gòu)和散熱器固定框作為由液壓成 形工藝制造的一件式組件開始替代多個沖壓件。
0006在授予Gabbianelli等人的美國專利6，926，350號中闡述了
具有一對橫向間隔開并且縱向延伸的側(cè)縱梁結(jié)構(gòu)的液壓成形的空間框 架的例子，并且其還包括一對最前面的豎直結(jié)構(gòu)，每個豎直結(jié)構(gòu)連接
于各自的側(cè)縱梁結(jié)構(gòu)，因而形成一對A柱。包括一對頂蓋縱梁結(jié)構(gòu)， 每個頂蓋縱梁結(jié)構(gòu)的前端連接于相關(guān)A柱的上端，向后的環(huán)形組裝件 在其上部和頂蓋縱梁結(jié)構(gòu)連接，在其底部和側(cè)縱梁結(jié)構(gòu)連接。該向后 的環(huán)形組裝件還包括具有十字部分和一對支腿部分的管形液壓成形的 并且倒U形形狀的上部件，該對支腿部分從該十字部分的相對端向下 延伸， 一對管形的液壓成形的側(cè)部件，以及以環(huán)形成形關(guān)系剛性地連 接在該側(cè)部件的第二端之間的十字結(jié)構(gòu)。
0007Yoshida的美國專利申請公布2005/0088012號教導(dǎo)了一種 車輛前柱，其中內(nèi)外框架部件連接成基本管狀的形狀。內(nèi)框架部件的 前部朝向車輛的前部，并且具有形成在其上的至少一個彎曲部分，以 便充當減震部。內(nèi)框架部件的后部朝向車輛的后部，并且具有連接于 其上的封閉截面結(jié)構(gòu)的加強部件，以便用作高剛性部。加強部件可以 具有圓形或矩形的橫截面形狀。
0008最后，Yoshida等人的美國專利6,692,065號教導(dǎo)了一種 繞車門開口設(shè)置的框架結(jié)構(gòu)，其由設(shè)置在車門開口內(nèi)的液壓管成形的 管狀框架制造，以形成基本框架。外板通過焊接連接于該管狀框架。 該管狀框架的內(nèi)側(cè)是車輛內(nèi)的內(nèi)壁。面向外板的該管狀框架的外側(cè)是 硬化壁。該硬化壁隱藏在外板和內(nèi)壁之間的封閉間隔內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
0009本發(fā)明公開一種細長結(jié)構(gòu)部件和相關(guān)的制造方法，并且
它是根據(jù)任何滾軋成形、擠壓制造或液壓成形工藝制成的，該結(jié)構(gòu)部
件在其中并入了整體成形的或者焊接于其上的巻邊的凸緣，為附加的 點焊車身板例如門、窗戶安裝結(jié)構(gòu)或其他結(jié)構(gòu)板提供凸緣。限定該細
長結(jié)構(gòu)部件的封閉截面滾軋件用簡單的單件式部分替代多件式?jīng)_壓結(jié) 構(gòu)，并且能夠被滾軋或者擠壓成直的、或被拉伸彎曲成曲線的或復(fù)合 的彎曲環(huán)境。
0010本構(gòu)造不需要在汽車碰撞和結(jié)構(gòu)組件的制造工藝中的個 體組件或步驟，例如，增加鋼的規(guī)格、附加加強件和/或復(fù)雜的制造操
作。這又增加在現(xiàn)有技術(shù)中提供的與常規(guī)制造工藝相關(guān)的制造和處理 成本。
0011典型的頂蓋結(jié)構(gòu)包括用于車輛加強的A柱、頂蓋縱梁、 和B或C柱。本發(fā)明通過用一體的或整體的焊接凸緣形成一件式結(jié)構(gòu) 部件來組合這些常用的個體部件。除了應(yīng)用于柱之外，本發(fā)明的細長 結(jié)構(gòu)部件也可以重新構(gòu)造，應(yīng)用于下部門檻板應(yīng)用。
0012
一件式滾軋成形拉伸彎曲組件(或另外的固定裝置形成 的結(jié)構(gòu)組件)替代(在該公開的申請中)頂蓋縱梁系統(tǒng)的下述組件1) 內(nèi)A柱板，2)外A柱板，3) A柱加強件，4)內(nèi)側(cè)頂蓋縱梁板，5) 外側(cè)頂蓋縱梁板，6) A柱延伸部，以及7) C柱加強件，這些組件都 用于典型的車體結(jié)構(gòu)構(gòu)造中。結(jié)果，本發(fā)明具有制造優(yōu)點，它不需要 大量的沖壓工具模具、焊接機、焊接夾具以及裂紋夾具，并且如果需 要馬氏體替代物，還提供重量優(yōu)勢。


0013當結(jié)合下面的詳細描述閱讀時參照附圖，其中在所有的 幾個附圖中同樣的附圖數(shù)字標記指的是同樣的零部件，其中
0014圖1是具有一體的焊接凸緣的一件式管形部件的側(cè)視圖；0015圖2是圖1的特寫，示出具有一體的焊接凸緣的一件式
管形部件的一段；
0016圖3是具有焊接的附加凸緣的一件式單凸緣的管形柱的 透視圖，以及
0017圖4是沿著圖1的A-A線截取的根據(jù)本發(fā)明的具有焊接 的附加凸緣的一件式單凸緣的管形柱的橫截面圖。
具體實施例方式
0018參考附圖，現(xiàn)在本發(fā)明的優(yōu)選實施例將描述如下。 一種 頂蓋結(jié)構(gòu)，大致在40 (圖l)示出，包括A柱部分IO、頂蓋縱梁部分 42以及B或C柱部分60。
0019圖2是圖1所示A柱部分10的放大的部分視圖，并且其 包括一件式管形部件8和焊接的凸緣部件30。 一件式管形部件8代替
與常規(guī)的A柱和頂蓋縱梁以及附加的A柱延伸部件相關(guān)的內(nèi)側(cè)和外側(cè) 板，因而，減少附加部件的制造和組裝成本和成形步驟。
0020頂蓋結(jié)構(gòu)40的管形形狀增加整個部件的結(jié)構(gòu)整體性，結(jié) 果，加固的頂蓋結(jié)構(gòu)40不需要附加的A柱加強插入件。正如前面所述 的，本發(fā)明的細長結(jié)構(gòu)部件還適合于合并到其他應(yīng)用中，不限于門檻 板、保險杠結(jié)構(gòu)等。
0021一件式管形部件也不限于用于整個頂蓋結(jié)構(gòu)40的整個長 度。在頂蓋結(jié)構(gòu)40的變化中， 一件式管形部件8可能在長度上限于A 柱部分10、頂蓋縱梁部分42和/或B或C柱部分60。形成上面所述的 這些部分單獨需要附加的焊接和/或結(jié)合的后續(xù)步驟，以將這些部件連 接在一起，并且這將會增加制造成本。
0022進一步參考圖4 (還參考圖3的透視圖)，穿過頂蓋結(jié)構(gòu) 40 (圖1一2)的A-A截面截取的A柱部分10的橫截面再一次示出一 件式管形部件8和焊接的凸緣部件30，每個部件用鋼制造。 一件式管 形部件8 (圖4)包括頂壁24、外板26和內(nèi)板28，這些通常形成為一 件式部件，然后隨后被彎曲以封閉該柱結(jié)構(gòu)。該外板26還包括側(cè)壁14、 底壁18以及凸緣壁20，而內(nèi)板28還包括側(cè)壁14'和14"、底壁15' 和凸緣壁12，其中頂壁16連接外板和內(nèi)板。
0023在后續(xù)彎曲滾軋成形的金屬板之后，通過例如在附圖標 記22所指的焊接，獲得的一件式管形部件10呈現(xiàn)封閉的，因而多邊 形形狀的部分，例如，諸如任意多邊物件，包括三角形、矩形、五邊 形、六邊形等，這在相應(yīng)的外凸緣壁20和內(nèi)凸緣壁12之間進一步形 成整體的(一體的)凸緣，用于支撐車輛的組件。這樣做， 一件式管 形部件10形成第一選擇的并且整體成形的(例如門密封)凸緣，參見 進一步在50處大體標記的。該門密封凸緣50包括圍繞外凸緣壁20和 內(nèi)凸緣壁12的門密封件52 (再次見圖4)。
0024
一件式管形部件8的頂壁16 (見圖4)通過在其之間施 加的焊縫24還連接到焊接凸緣部件30的底壁32。結(jié)果，該焊接凸緣 部件30的相關(guān)支腿還從一件式管形部件10向上延伸，這形成在其上 可以支撐玻璃窗(未示出)的側(cè)壁34，并且側(cè)壁34在隨后的制造步驟 中還可能進一步附加于一件式管形部件8。
0025如果一式件管形部件8在長度上被限制在A柱部分10， 或者不延伸頂蓋結(jié)構(gòu)40 (圖1)的整個長度，那么也可以去除隨后的 輔助(焊接的)凸緣部件30的連接步驟。上面所述的優(yōu)選實施例預(yù)見， 單個構(gòu)造的一體的凸緣(例如在附圖標記50所示的并且通過構(gòu)造部分 12或20產(chǎn)生的)能夠通過希望的鋼板材料的滾軋成形來制造。
0026還是再一次參考圖3，壁12或20的選擇部分(并且被軸 向延伸的虛線23定義的壁部分12'標記)沿著焊接位置22并且在該 焊接位置22之外被期望地切斷。這樣做的目的是減少凸緣壁的整個厚 度(即，從兩個壁到單個壁的厚度)。這是為了提供改進的結(jié)構(gòu)一體性， 正如所發(fā)現(xiàn)的，與三層結(jié)構(gòu)相比，兩層焊接組裝件呈現(xiàn)優(yōu)越的保持性。
0027進一步給出與滾軋成形技術(shù)相關(guān)的限制，通常理解，任 何附加的凸緣(例如，諸如在標記30處所示)例如通過焊接單獨地安 裝。但是本發(fā)明預(yù)見到成形結(jié)構(gòu)和/或應(yīng)用(滾軋成形、液壓成形等) 因而不只凸緣可以整體地成形到根據(jù)本發(fā)明制造的細長結(jié)構(gòu)部件中。
0028
一件式管形部件10的多邊形橫截面(圖4)也不限于本 發(fā)明的優(yōu)選實施例。由于不斷改變對車輛式樣的要求，需要更堅固的 車輛部件和更小的組裝是最基本的。結(jié)果，在許多情況下，非常需要 可變的橫截面和對比的(contrasting)外柱板和內(nèi)柱板。在其他希望 的成形技術(shù)中，滾軋成形允許內(nèi)外柱板構(gòu)造的變化并能夠變化內(nèi)外柱 板構(gòu)造。
0029給出了上面的結(jié)構(gòu)描述，現(xiàn)在簡要地總結(jié)形成頂蓋結(jié)構(gòu) 40 (再次見圖1)的方法。 一件式管形部件和焊接的凸緣部件優(yōu)選用薄 鋼板構(gòu)成，其在滾軋成形工藝期間基本上是從大型巻材供給的連續(xù)板 材。鋼板的寬度根據(jù)管形且焊接的凸緣部件的期望最終尺寸選擇，以 允許同時地形成單個或多個的部件。如在巻材中所提供的，平鋼板的 初始寬度因此基本上對應(yīng)于預(yù)定量的部件的寬度，如果所述部件展平 成平面狀態(tài)的話。
0030展平的鋼板從巻材供給滾軋機，當它通過該滾軋成形機 時以常規(guī)且已知的方式逐漸地重新成形為平鋼板，使得當離開該機器 時，該鋼板縱向地形成。連續(xù)的波紋鋼板然后供給剪切壓機，其在希 望的間隔距離處切割該連續(xù)的波紋鋼板，該間隔距離對應(yīng)于完成的頂 蓋結(jié)構(gòu)(多個)的希望長度。
0031在另一個步驟中，(多個)頂蓋結(jié)構(gòu)以升高的溫度被加熱， 該溫度足夠高，從而在加載在其中的金屬部件中造成冶金轉(zhuǎn)變。在優(yōu) 選的方法中，這個冶金轉(zhuǎn)變是奧氏體化轉(zhuǎn)變(austenizing transition),并且在這方面，零部件被加熱到超過900°C的溫度。
0032適當?shù)臒崽幚碇螅?多個)頂蓋結(jié)構(gòu)被淬火。盡管在本 領(lǐng)域也可以采用其他淬火介質(zhì)，但是淬火流體通常是液體，并且通常 是水基液體。淬火步驟使金屬變硬，并且保持由成形(滾軋成形)步 驟所賦予它的形狀。最后的結(jié)構(gòu)部件由超高強度鋼(UHSS)組成，并 且因此具有較小規(guī)格的厚度，并且更重要的是要求較小的包裝間隔。 結(jié)果，UHSS柱更有效地滿足車輛碰撞標準，而常規(guī)的現(xiàn)有技術(shù)低強度 鋼部件需要較厚的規(guī)格和/或附加的加強結(jié)構(gòu)來滿足同樣的車輛標準。
0033雖然為了說明的目的詳細地公開了本發(fā)明的特殊優(yōu)選實 施例，但是應(yīng)當認識到，公開的裝置的各種變化或修改，包括零部件 的重新排列，屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)而不脫離所附權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于車輛中的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，包括細長的、內(nèi)部空心的管形形狀的主體，其具有選擇數(shù)目的邊；和組件支撐凸緣，其與所述主體整體成形，并且從指定的橫截面位置以至少部分縱向延伸的方式伸出。
2. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，所述整體成形的凸緣還包括與所述主體相關(guān)的端部延伸壁。
3. 如權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，還包括在將所述壁固定在一起的位置外面切割選擇的并且鄰接的凸緣壁的一部分。
4. 如權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，還包括沿著與所述主體相關(guān)的另一個橫截面位置固定的輔助凸緣。
5. 如權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，所述主體具有具指定的形狀和尺寸，并且其中所述凸緣用粘接、焊接、銅焊、低溫焊和機械緊固件中的至少之一固定于所述主體。
6. 如權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，所述主體呈現(xiàn)指定的形狀和尺寸，并且用鋼制造。
7. 如權(quán)利要求6所述的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，所述鋼進一步包括馬氏體鋼。
8. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，所述主體呈現(xiàn)指定形狀和尺寸， 并且并入到與車輛相關(guān)的頂柱中。
9. 如權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，由所述主體限定的所述頂柱結(jié)構(gòu)還包括內(nèi)A柱板、外A柱板、A柱加強件、內(nèi)側(cè)頂蓋縱梁板、外側(cè) 頂蓋縱梁板、A柱延伸部分以及C柱加強件的至少其中之一。
10. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，所述主體呈現(xiàn)指定的形狀和尺寸，并且根據(jù)滾軋成形工藝和液壓成形工藝中的至少之一形成。
11. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，所述主體呈現(xiàn)組合的弓形細 長構(gòu)型，并且是矩形、五邊形和六邊形橫截面構(gòu)形的至少其中之一。
12. —種制造結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的方法，包括如下步驟 提供具有選擇厚度的鋼板材料；將所述鋼板逐漸成形為細長主體，所述主體呈現(xiàn)封閉的多邊形橫 截面形狀，并具有空心的內(nèi)部；以及同時將所述板的相關(guān)端部延伸壁成形為至少一個整體的凸緣，該 凸緣沿著所述主體以至少部分縱向延伸的方式延伸。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括將限定壁的所述整體的 凸緣固定在一起的步驟。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括切割步驟，其在所述壁 被固定在一起的位置外面切割選擇的并且鄰接的凸緣壁的一部分。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括沿著與所述主體相關(guān)的 另一個橫截面位置固定輔助凸緣的步驟。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括通過粘接、焊接、銅焊、 低溫焊和機械緊固件的至少其中之一固定所述輔助凸緣的步驟。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括剪切壓機，用于切割所 述細長主體的希望長度。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括根據(jù)滾軋成形工藝和液 壓成形工藝的至少其中之一形成所述主體的步驟。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括在升高的溫度下加熱所 述鋼板形成的主體的步驟，該溫度足以造成冶金轉(zhuǎn)變。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，所述加熱的步驟還包括將所述 主體的溫度升高到足夠的溫度，以便在所述鋼中啟動奧氏體化轉(zhuǎn)變。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括將所述奧氏體化鋼浸入 淬火槽中以便形成超高強度鋼。
22. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，將所述主體成形為封閉的多邊 形橫截面形狀的所述步驟還包括形成矩形、五邊形和六邊形橫截面的 至少其中之一。
23. —種用在車輛中的結(jié)構(gòu)化支撐頂柱，其包括細長的、內(nèi)部空心的且多邊形形狀的主體，其具有選擇的弓形縱 向構(gòu)形，并在位置上對應(yīng)于A、 B和C車輛柱中的至少之一；第一組件支撐凸緣，其通過重疊所述主體的端部并且從指定的橫 截面位置以至少部分縱向延伸的方式伸出而整體成形；和輔助組件支撐凸緣，其固定于與所述主體相關(guān)的另一個橫截面位置。
24. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，所述整體成形的凸緣還包括 與所述主體相關(guān)的焊接在一起的端部延伸壁。
25. 如權(quán)利要求24所述的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，還包括在將所述壁固定在一 起的焊接位置外面切割選擇的并且鄰接的凸緣壁的一部分。
26. 如權(quán)利要求23所述的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，所述輔助凸緣通過粘接、焊 接、銅焊、低溫焊和機械緊固件的至少其中之一固定于所述主體。
全文摘要
一種用于車輛中的結(jié)構(gòu)化支撐頂柱，包括細長的、內(nèi)部空心的多邊形形狀的主體，該主體具有選擇的弓形縱向構(gòu)形并且在位置上對應(yīng)于A、B和C車輛柱中的至少之一。第一部件支撐凸緣例如通過重疊輥軋成形主體的端部并且從指定的橫截面位置以至少部分地縱向延伸方式伸出而整體形成。輔助部件支撐凸緣例如進一步通過焊接固定于與所述主體相關(guān)的另一個橫截面位置。
文檔編號B62D25/04GK101208236SQ200680021899
公開日2008年6月25日 申請日期2006年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月10日
發(fā)明者J·齊默曼, T·馬赫羅維齊 申請人:普而門工業(yè)有限公司