專利名稱：由鋼及輕金屬組成的組合車身部件的制作方法
強化材料和組合材料特別在汽車車身的制造中得到了應用，因為這些材料性能能精確地適應一個部件的使用條件和安裝狀況。到目前為止，在這方面應用的均是由板或薄壁型材制成的構(gòu)件，主要通過熱接合法將很多單個部件制造汽車車身。
在汽車制造業(yè)中越來越多地使用輕金屬或輕金屬合金材料，用它來生產(chǎn)車身外殼或支承結(jié)構(gòu)件，直至全部由輕金屬組成的汽車車身。這種輕金屬主要是鋁，現(xiàn)在了越來越多地使用鎂。這兩種金屬的可用性、加工性和有關(guān)的材料參數(shù)均是很好的。
但是，這種類型的輕金屬不能在車身結(jié)構(gòu)的所有區(qū)域中應用，因為輕金屬的強度尚不能滿足較高的負荷或當應用不同的傳統(tǒng)加工鋼板構(gòu)件的工藝來大批加工僅由輕金屬組成的車身構(gòu)件就會出現(xiàn)很多的問題。用輕金屬構(gòu)件達到了重量減輕，這種節(jié)約對生產(chǎn)這種汽車的經(jīng)濟性直接起作用，但它抵消了由于復雜加工工藝所帶來的缺點。
歐洲專利說明書EP0736357AL公開了一種由鋼或輕金屬或它的合金組成的組合結(jié)構(gòu)件。這種組合構(gòu)件在高應力區(qū)域或在與傳統(tǒng)鋼材組成的結(jié)構(gòu)件機械連接的區(qū)域中，應用鋼材作為結(jié)構(gòu)材料，而在應力不是很高的區(qū)域和其中優(yōu)選大面積的部件，如外殼部件或類似構(gòu)件，應用輕金屬作為結(jié)構(gòu)材料。此時應用的材料基本上是平的，只有少許弧度并事先已經(jīng)加工好的薄板坯。它的邊緣與鋼構(gòu)件接觸后定位，并借助一個高密能源射線束進行焊接。這種類型的構(gòu)件的優(yōu)點是，焊縫是平面接合結(jié)構(gòu)，但是它的焊接過程和焊縫的強度性能是有問題的。
此外，在BIAS的“Strahltechnik”(射線技術(shù))(不來梅)第4冊中，德國Carolin R.Radscheit的論文“鋁和鋼的激光束焊接法”公開了應用激光束焊接鋼和鋁材。用這種方法可生產(chǎn)出鋼構(gòu)件和鋁構(gòu)件之間的優(yōu)質(zhì)焊縫。這也可以應用于汽車制造業(yè)中的鋁板和鋼板的焊接。直到現(xiàn)在用傳統(tǒng)的方法還不能生產(chǎn)出致密的焊縫。
本發(fā)明的目的是提供一種特別為汽車制造業(yè)的強度合適的和加工技術(shù)優(yōu)越的鋼--輕金屬組合構(gòu)件。
該目的通過權(quán)利要求1特征部分的特征結(jié)合前序部分特征來實現(xiàn)。其余的權(quán)利要求敘述了各種優(yōu)選的替換方案。
為達到上述目的，本發(fā)明提供一種組合車身部件，它至少由一種鋼構(gòu)件和至少一種優(yōu)選大面積的輕金屬構(gòu)件組成。根據(jù)本發(fā)明的這種結(jié)構(gòu)的組合車身部件通過下述措施得到進一步改進，在輕金屬構(gòu)件的邊緣區(qū)域中至少組成了一個與鋼構(gòu)件的結(jié)合區(qū)域，它在組裝位置中至少在有些節(jié)段上平搭在鋼構(gòu)件的法蘭狀區(qū)域并借助激光焊接法將輕金屬構(gòu)件和鋼構(gòu)件互相直接固定在法蘭狀的搭接區(qū)上。此時首先要考慮用布置在鋼構(gòu)件和輕金屬構(gòu)件之間的、兩邊均是法蘭狀的、至少在節(jié)段范圍上平面重疊的區(qū)域與鋼構(gòu)件和輕金屬構(gòu)件進行良好的定位。由此獲得一個很小的間隙距離或兩個接合構(gòu)件之間的接觸范圍在一個很大的法蘭式搭接區(qū)域上是可調(diào)整的。在用激光射線焊接過程中，通過盡可能高的進給速度避免生成有害于結(jié)合的金屬間相的生成，因此鋼構(gòu)件和輕金屬構(gòu)件在搭接區(qū)域中相互間特別緊密地結(jié)合。此外搭接區(qū)域?qū)υ诤附訒r的、特別在激光焊接時的過程參數(shù)有特別好的影響，因為與其它已知的焊接法不同，在對焊縫那是沒有鋼構(gòu)件和輕金屬構(gòu)件的兩個要結(jié)合節(jié)段的持續(xù)交換距離。
本發(fā)明特別有利的改進是，在輕金屬構(gòu)件和鋼構(gòu)件的組合構(gòu)件中的輕金屬構(gòu)件組成了一種基本上沒有或只有很少強度功能的結(jié)構(gòu)件，而用鋼構(gòu)件來連接相鄰的構(gòu)件。在本發(fā)明的一個方案中，將鋼構(gòu)件布置在組合車身部件區(qū)域中，它與其它相鄰的車身構(gòu)件連接。它們之間的任務分工為，輕金屬構(gòu)件用于覆蓋大面積的車身段，而強度合適的鋼構(gòu)件放在真實的高負荷區(qū)域中，作為強化組合車身部件的構(gòu)件。
在本發(fā)明的另一種替換方案中，規(guī)定鋼構(gòu)件在組合車身部件的邊緣區(qū)域中，特別是要與相鄰車身構(gòu)件焊接的區(qū)域，由此可順利地用汽車加工業(yè)中通常使用的鋼車身構(gòu)件的加工方法制造根據(jù)本發(fā)明方法所組成的組合車身部件。這樣可以將根據(jù)本發(fā)明的組合車身部件的制造與車身的其它區(qū)域的加工結(jié)合在一起進行，而無須特殊的加工設備或類似設備。
鋼構(gòu)件和輕金屬構(gòu)件的接合在最終安裝前的加工工段中完成是特別有利的，由此只在那里布置加工輕金屬構(gòu)件的特殊設備，如激光接合、激光焊接等，而其它加工工藝還可以無變動地進行。
在本發(fā)明的另一種方案中，鋼構(gòu)件和輕金屬構(gòu)件之間的接合線基本上在一個平面中延伸，它類似將幾塊薄板坯用深沖法生產(chǎn)輕金屬結(jié)構(gòu)件的加固情況。此時鋼構(gòu)件和輕金屬構(gòu)件之間的接合線在很寬的范圍內(nèi)基本上均是平坦的，因此控制激光焊接設備的激光加工頭就特別簡單。由此可以應用名為“泰羅坯件”(taylored blanks)作為原始材料。
在本發(fā)明的另一種方案中，鋼構(gòu)件和輕金屬構(gòu)件之間的接合線至少在有些節(jié)段空間彎曲延伸，其中特別是有些帶有部分復雜的空間結(jié)構(gòu)的成品部件相互靠近地固定在一起。例如由輕金屬制成的空間彎曲的下凹部件固定在由鋼組成的基礎結(jié)構(gòu)旁邊，這樣在車身結(jié)構(gòu)件中也找到名為“泰羅結(jié)構(gòu)”(taylored structures)的應用。
本發(fā)明的一種有利方案規(guī)定，組合車身部件是一個主要組成車頂件的輕金屬構(gòu)件并具有一個布置在它的旁邊的、直接固定在車身側(cè)面部件上的鋼構(gòu)件。此時稍有彎曲的車頂構(gòu)件，如后車頂橫梁(Dachreling)固定在一般由于強度原因?qū)嵤殇摌?gòu)件的側(cè)面部件上，其中車頂構(gòu)件的邊緣區(qū)域與側(cè)面部件的直接接合是可以考慮的。在本發(fā)明的一種方案中也可以在側(cè)面部件和車頂構(gòu)件之間布置一個由鋼組成的接合構(gòu)件。它的一側(cè)與車頂構(gòu)件用已敘述的方案進行焊接，在另一側(cè)借助如傳統(tǒng)的焊接方法與同樣用鋼制成的側(cè)面部件固定。
在本發(fā)明的另一種有利方案中，組合車身部件有一個主要組成備用輪盤的輕金屬構(gòu)件和布置在它旁邊的鋼底板，如組成后備箱的底部。由于負荷強弱相差極大的強度原因，它必須由鋼組成。相反地對一確定的負荷，即只有后備車輪撞擊備用輪盤，此時也可用深沖法制造出的輕金屬構(gòu)件，嵌裝在鋼底板上并用激光來接合。
在本發(fā)明另一種有利方案中，組合車身部件可以是一個基本上組成車身頂蓋的輕金屬構(gòu)件，在它的邊緣布置了為連接側(cè)邊部件的鋼構(gòu)件。因為頂蓋一般負荷不大，在頂蓋中間區(qū)域很大的段落上應用輕金屬構(gòu)件已經(jīng)足夠，而為了與側(cè)邊部件連接簡單，所以在輕金屬構(gòu)件的兩側(cè)還是布置了鋼構(gòu)件，以后就可以采用簡單的點焊接方法焊接。
在本發(fā)明的另一種方案中，組合車身部件可以是基本上組成車門、蓋或類似構(gòu)件的輕金屬構(gòu)件，在它的邊緣布置了鋼構(gòu)件。這種類型的車門、蓋或類似構(gòu)件在很寬的段上只有較少的強度要求，因為它們主要是為了車身襯里的需要。但是在另一個方案中特別在車門、蓋或類似構(gòu)件的車鎖或鉸鏈點區(qū)域中布置了鋼構(gòu)件，它專門為了連接鎖或鉸鏈而生產(chǎn)，因為它們可對車門或車蓋或類似構(gòu)件產(chǎn)生很大的負荷。通過這種結(jié)構(gòu)明顯地減輕了車門、車蓋或類似構(gòu)件的重量，而在多種負荷作用下不會降低強度性能，特別是疲勞強度性能。
在本發(fā)明另一種方案中，組合車身部件是一個主要組成車輪箱的內(nèi)部件和/或外部件的輕金屬構(gòu)件，在它的固定側(cè)旁邊布置了一個鋼構(gòu)件。例如一部分或幾個部分構(gòu)件組成的車輪箱不僅在外部而且在內(nèi)部均可用輕金屬構(gòu)件組成，因為在此處除了原來的連接區(qū)域外，只有很少的負荷加在這些部件上。這樣自然可以設想內(nèi)部件和/或外部件均可由輕金屬構(gòu)件組成，而其它的部件為鋼質(zhì)構(gòu)件。
在本發(fā)明的另一種有利的方案中，組合車身部分是一個主要組成車身消聲器外板的輕金屬構(gòu)件，它的周圍布置了鋼構(gòu)件。此時以名為“泰羅結(jié)構(gòu)”(taylored structures)形式形成一個加工很復雜的車身構(gòu)件，它沒有明顯的強度功能，直接固定在側(cè)面部件或形成邊框的鋼構(gòu)件上，該構(gòu)件由于強度原因需要由鋼構(gòu)件制成。
在本發(fā)明的另一種方案中，組合車身部件是一個主要組成車身后蓋箱部件的輕金屬構(gòu)件和布置在側(cè)面部件旁邊的鋼構(gòu)件。車身后蓋箱是在外面關(guān)閉，基本上沒有強度功能。
本領域的技術(shù)人員應該理解，本發(fā)明在車身結(jié)構(gòu)方面有的很多的應用領域，如在內(nèi)部區(qū)域中，座椅框架由輕金屬構(gòu)件組成，它與座椅支座架連接。本發(fā)明不限于上述的一些實施例，所有能想到的該類型的應用領域均屬于本發(fā)明的范圍。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的組合車身部件的有利的實施例作進一步的說明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的組合車身部件以汽車側(cè)面部件旁邊的車頂部件形式的應用示意圖。
圖2是組合車身部件以帶有由輕金屬制成的備有輪盤和鋼底部形式的應用示意圖。
圖3是在中間區(qū)域由輕金屬組成、在邊緣上用點焊法固定在鋼構(gòu)件上的頂蓋。
圖4是帶有布置在裝鎖側(cè)或撞擊側(cè)的鋼構(gòu)件和車窗下由輕金屬組成的裝內(nèi)襯區(qū)域的車門示意圖。
圖5是汽車旁的箱蓋，如馬達箱蓋示意圖，它帶有一個布置在撞擊側(cè)和裝鎖側(cè)的鋼構(gòu)件。
圖6是一個由鋼構(gòu)件組成的車輪箱內(nèi)部件和一個由輕金屬組成的箱外部件的示意圖。
圖7是由輕金屬制成的消音器，裝在由鋼組成的汽車框架結(jié)構(gòu)部件上。
圖8是一個輕金屬制成的后備箱蓋部件，帶有作為側(cè)面部件的鋼構(gòu)件。
圖1至圖8是根據(jù)本發(fā)明的組合車身部件的典型應用實施例的簡化示意圖。其中1表示不同形式的輕金屬結(jié)構(gòu)件，2表示不同形式的鋼結(jié)構(gòu)件，3表示作為接合區(qū)利用的、互相平面搭接的搭接區(qū)，它們通過激光焊接法互相連接。相同的標號表示相同的功能和結(jié)構(gòu)件，在下面的附圖中針對應用情況作進一步說明。
圖1至圖8的所有實施形式是共同的，不同形狀的輕金屬構(gòu)件1和鋼構(gòu)件2為了借助激光源進行接合，通過相應成形構(gòu)成了搭接區(qū)域3，其中輕金屬1和鋼構(gòu)件2基本上互相平面重疊搭接，在它們之間只有很小或甚至沒有縫隙。由此在輕金屬構(gòu)件1和鋼構(gòu)件2之間形成了為焊接所需的特別好的空隙，產(chǎn)生的焊接化合物，特別是生成的金屬間相具有特別好的強度，而它的相鄰區(qū)域通過激光焊接在機械性能方面沒有變化。
圖1是車頂構(gòu)件連接形式的示意圖，輕金屬構(gòu)件1組成車頂構(gòu)件，它與作為側(cè)面部件的鋼構(gòu)件2連接。在示意圖中的方案中，設置了由鋼制成的接合構(gòu)件5，它經(jīng)加工和測定后不僅覆蓋輕金屬構(gòu)件1的一個邊緣側(cè)段，而且也覆蓋鋼構(gòu)件(2)的邊緣側(cè)段，其中在輕金屬構(gòu)件1和接合構(gòu)件5之間的過渡區(qū)域3中進行激光焊接。接合構(gòu)件5和側(cè)面部件2在一個連接區(qū)域4連接，此外用已知方法的點焊接法或類似的方法進行連接。
在示意圖中未畫出的，但是也包括在本發(fā)明范圍中的由以輕金屬構(gòu)件形式組成的車頂，它直接與由以鋼構(gòu)件形式組成的側(cè)面部件連接。接合構(gòu)件5可以與輕金屬構(gòu)件1也可以與鋼構(gòu)件2加工在一起，由此達到了輕金屬構(gòu)件1和鋼構(gòu)件2的直接搭接。
在圖2中顯示了由鋼構(gòu)件2組成的鋼底板，如在汽車行李箱區(qū)域。由于強度和負荷原因，它必須由鋼構(gòu)件組成。大約在中部位置的區(qū)域中放入一個鍋狀的、優(yōu)選可用深沖法生產(chǎn)的由輕金屬構(gòu)件組成的備用輪盤。它象一個帽緣覆蓋在鋼底板空洞的邊緣區(qū)域上，這樣輕金屬構(gòu)件1與鋼構(gòu)件2的焊接就可以特別簡單。
圖4顯示了一個組合車身構(gòu)件的汽車車門。它用已知方法制成車門框，在裝鎖側(cè)7和裝鉸鏈側(cè)6的區(qū)域均用鋼材制成。鋼構(gòu)件2與由基本上平面板組成的輕金屬構(gòu)件1連接，它與鋼構(gòu)件1在相向搭接區(qū)域3上焊接。由此鋼構(gòu)件2擔負強度功能，特別要忍受由鎖和鉸鏈引入汽車車門的各種外力，而輕金屬構(gòu)件1在汽車車門的內(nèi)部區(qū)域中負責車身襯里功能。
圖5表示與圖4相應的作為馬達箱蓋或車尾箱蓋的汽車組合車身部件。在車鎖側(cè)7上規(guī)定為鋼構(gòu)件2和在撞擊側(cè)6上規(guī)定也是鋼構(gòu)件2。輕金屬構(gòu)件1覆蓋在兩個鋼構(gòu)件2之間的區(qū)域，輕金屬構(gòu)件1與鋼構(gòu)件2在過渡區(qū)域3中連接。當然也可以有其它的加固形式如橫梁或類似構(gòu)件來覆蓋兩個鋼構(gòu)件2之間的區(qū)域。
圖6是一個車輪箱的示意圖，其中鋼構(gòu)件2組成了車輪箱的內(nèi)半部，而輕金屬構(gòu)件1組成了車輪箱的外半部。它們在過渡區(qū)域3中連接，而與側(cè)面部件8必要時同樣用焊接法連接。因為車輪內(nèi)部件和外部件只受到較小的力學負荷，這樣的方案可達到減輕車身部件的重量，如車輪箱或類似的部件。
圖7是本發(fā)明中的一個實施形式的消聲器區(qū)域的示意圖。其中由鋼制成的側(cè)面部件8或由鋼制成汽車框架底板，在消聲器區(qū)域由輕金屬構(gòu)件1制成消聲器，它向外覆蓋在鋼構(gòu)件上。在輕金屬構(gòu)件1的上側(cè)，在搭接區(qū)域3中，輕金屬構(gòu)件1與側(cè)面部件8連接，在消聲器的下部與作為鋼底板的鋼構(gòu)件2連接。
圖8是另一種方案的后備箱蓋部分的示意圖。車尾蓋部件中的輕金屬構(gòu)件1固定在兩個作為側(cè)面部件8的組成車身結(jié)構(gòu)部件的鋼構(gòu)件2上，它們在搭接區(qū)域3中互相連接。
附圖標記清單1輕金屬構(gòu)件2鋼構(gòu)件3搭接區(qū)域4連接區(qū)域5適配件6裝鎖處7裝鉸鏈處8側(cè)面部件
權(quán)利要求
1．至少由一種鋼構(gòu)件(2)和至少一種優(yōu)選大面積的輕金屬構(gòu)件(1)組成的組合汽車車身部件，其特征在于，在輕金屬構(gòu)件(1)的邊緣區(qū)域至少構(gòu)成了一個與鋼構(gòu)件(2)的搭接區(qū)域(3)，在組裝位置中，搭接區(qū)域(3)法蘭式地至少在有些節(jié)段平搭在屬于鋼構(gòu)件(2)的部件上，輕金屬構(gòu)件(1)和鋼構(gòu)件(2)在法蘭式搭接區(qū)域藉助激光束焊接直接相互固定。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合車身部件，其特征在于，輕金屬構(gòu)件(1)和鋼構(gòu)件(2)在法蘭狀搭接區(qū)域中主要是平面接觸。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2中一項所述的組合車身部件，其特征在于，輕金屬構(gòu)件(1)是基本上沒有或只有很小的強度功能的結(jié)構(gòu)件。
4．根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的組合車身部件，其特征在于，鋼構(gòu)件(2)布置在組合車身部件的一個部位中，該部位用來與其它相鄰的車身結(jié)構(gòu)件(8)接合。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的組合車身部件，其特征在于，限定鋼構(gòu)件(2)在組合車身部件的邊緣區(qū)域中與相鄰的車身結(jié)構(gòu)件(8)焊接在一起。
6．根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的組合車身部件，其特征在于，鋼構(gòu)件(2)和輕金屬構(gòu)件(1)的焊接可在最終裝配前的一個加工工段中實施。
7．根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的組合車身部件，其特征在于，鋼構(gòu)件(2)和輕金屬構(gòu)件(1)之間的接合線基本上在一個平面中延伸。
8．根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項所述的組合車身部件，其特征在于，鋼構(gòu)件(2)和輕金屬構(gòu)件(1)之間的接合線至少在有些節(jié)段空間彎曲延伸。
9．根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的組合車身部件，其特征在于，組合車身部件具有一個主要組成車身的車頂構(gòu)件的輕金屬構(gòu)件(1)和一個布置在它的邊緣旁邊的、可直接固定在車身側(cè)面部件上的鋼構(gòu)件(2)。
10．根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的組合車身部件，其特征在于，在車項構(gòu)件(1)和車身側(cè)面部件(8)之間布置了一個由鋼制成的接合構(gòu)件(5)，它在一側(cè)與車頂構(gòu)件(1)接合，在另一側(cè)與車身側(cè)面部件(8)接合。
11．根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的組合車身部件，其特征在于，組合車身部件具有一個主要組成汽車備用輪盤的輕金屬構(gòu)件(1)和一個位于它旁邊的作為底板的鋼構(gòu)件(2)。
12．根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的組合車身部件，其特征在于，組合車身部件具有一個主要組成車身頂蓋的輕金屬構(gòu)件(1)和一個布置在它的邊緣旁邊的鋼構(gòu)件(2)。
13．根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的組合車身部件，其特征在于，組合車身部件具有一個主要組成車門內(nèi)板或箱蓋內(nèi)板或車身的類似構(gòu)件的輕金屬構(gòu)件(1)和一個布置在它的邊緣旁邊的鋼構(gòu)件(2)。
14．根據(jù)權(quán)利要求13所述的組合車身部件，其特征在于，鋼構(gòu)件(2)布置在車門或蓋或類似構(gòu)件上的閉鎖點(6)或鉸鏈點(7)的區(qū)域中。
15．根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的組合車身部件，其特征在于，組合車身部件具有一個主要組成車身車輪罩的內(nèi)部件和/或外部件的輕金屬構(gòu)件(1)和一個布置在固定側(cè)旁邊的鋼構(gòu)件(2)。
16．根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的組合車身部件，其特征在于，組合車身部件有一個主要組成車身的消音器外板的輕金屬構(gòu)件(1)和一個布置在它的邊緣旁邊的鋼構(gòu)件(2)。
17．根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的組合車身部件，其特征在于，組合車身部件具有一個主要組成車身后蓋箱部件的輕金屬構(gòu)件(1)和一個布置在側(cè)面部件旁邊的鋼構(gòu)件(2)。
18．根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的組合車身部件，其特征在于，組合車身部件具有一個主要組成座椅框架的輕金屬構(gòu)件(1)和布置在它旁邊的、將座椅框架固定在鋼質(zhì)車架的鋼構(gòu)件(2)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種至少由一種鋼構(gòu)件(2)和至少一種優(yōu)選大面積的輕金屬構(gòu)件(1)組成的組合車身部件。在輕金屬構(gòu)件(1)的邊緣區(qū)域中至少形成了一個與鋼構(gòu)件(2)的搭接區(qū)域(3)。搭接區(qū)域(3)在組裝位置中至少在的些段落上緊密地平搭在鋼構(gòu)件(2)的法蘭狀區(qū)域并借助激光接合法將輕金屬構(gòu)件(1)與鋼構(gòu)件(2)直接地固定在法蘭狀的搭接區(qū)域(3)上。由此,這種組合車身得到了進一步的發(fā)展。本發(fā)明的組合車身部件有各種結(jié)構(gòu)形式,如車頂區(qū)域、消音器、汽車車門、箱蓋、護板和車門內(nèi)襯板等。
文檔編號B62D25/08GK1319039SQ99811305
公開日2001年10月24日 申請日期1999年8月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月24日
發(fā)明者J·希爾曼, C·拉德謝特 申請人:大眾汽車有限公司