把用于車輛的多管加固梁輥軋成型的方法和輥軋成型的制造方法
【專利摘要】加固梁，用于汽車保險杠系統(tǒng)，其包含單一薄片，被變形以限定第一和第二管，該些第一和第二管共用一共同的第一中央壁。在各管上形成槽形肋條，并在該中央支腿之上形成夾縫肋條，形成第三肋條。該薄片的邊緣被變形為圓角，使得其表面與在該中央支腿的端部上形成的相關圓角角位一致地嚙合，有助物料表面的抵接線嚙合一致，并從而有助焊接一致。在優(yōu)選的梁中，各管的前壁段為共面的并形成該梁的一面，而各槽形肋條和夾縫肋條則為該梁提供額外的剛度，但不會有任何東西在該些共面的前壁段前方延伸。本內容亦公開了有關裝置和方法。
【專利說明】把用于車輛的多管加固梁輥軋成型的方法和輥軋成型機
[0001]本專利申請為分案申請；其原申請的申請日為2011年09月09日，申請?zhí)枮?01180056225.3，發(fā)明名稱為“帶有單一中央支腿的管梁”。原申請是國際申請，其國際申請?zhí)枮镻CT/US2011/051025，國際申請日為2011年09月09日，進入國家階段日為2013年05
月23日。

【技術領域】
[0002]本申請根據(jù)美國法典第35條119(e)款要求于2010年9月23日申請的標題為“帶有單一中央支腿的管梁”的美國臨時專利申請?zhí)?1/385，680的優(yōu)先權，所述專利申請的全文以引用的方式并入本文中。
[0003]本發(fā)明涉及在汽車保險杠系統(tǒng)中使用的保險杠加固梁，其中該梁為管狀的，并帶有單一(單)中央支腿。本發(fā)明亦涉及輥軋成型裝置和形成所述梁的方法。然而，相信本發(fā)明并不僅限于用于汽車的保險杠加固梁。

【背景技術】
[0004]現(xiàn)代的汽車保險杠系統(tǒng)包括的加固梁通常是為了其強度和抗沖擊特征而設計的，以符合政府和保險業(yè)界對特定車輛的標準，但亦是為了將整車重量減到最低、將強度-重量比提到最高、適合置于有限的汽車安裝空間內并滿足汽車在車輛前后兩端的美觀和功能需求而設計的。與此同時，制造該些梁的工藝和方法優(yōu)選地將不想要的產品維度和質量變化減到最少，并同時將制造成本降到最低、優(yōu)化可制造性和將廢料減至最少。已證實，輥軋成型工藝和方法在具競爭力的價格和高維度一致性以大批量生產的保險杠加固梁特別有效。然而，行業(yè)競爭激烈，使得即使是小改進亦可為重要的。
[0005]此外，許多上述理想特點是相互矛盾的，使得如何改進某一特定保險杠加固梁，或如何改進用于制造該梁的輥軋成型工藝并不清楚。舉例來說，較重的梁可能會更強，但會導致不可接受的車重增加。高強度物料或為優(yōu)選的，但其較昂貴、難以成形并導致模具高度磨損。在輥軋成型過程期間對于薄片邊緣的定位控制精確是理想的，以便梁有精確的橫截面形狀，以減少沿邊的公差，使得沿邊的過剩物料得以減少，以將梁的重量減到最低，并便于在焊接期間的接觸一致。然而，這可需額外的輥軋成型步驟和站段，以及額外的模具和軟硬件控制，以上各項均須加大投入資金，并令輥軋成型過程更加復雜。上述的梁包括兩個薄片邊緣，其是抵著該薄片的其他物料而形成的，并各自由焊機焊上，以永久性地形成該些梁的管狀形狀。然而，焊機會沿著輥軋成型裝置占據(jù)空間，特別是在該些焊機被置于沿著輥軋成型裝置的長度上的不同站段的情況下。因此，對占地面積以及投入資金的需求均會顯著增力口。盡管如此，由于飛屑會對其中一個或兩個焊機均造成不良影響，故此難以在梁的相對兩側進行焊接。值得注意的是，必須保持焊縫均一致且可靠，以在保險杠加固梁和相關保險杠系統(tǒng)中提供可靠和一致的抗沖擊強度。


【發(fā)明內容】

[0006]在本發(fā)明的一個方面中，加固梁包括從單一薄片形成的梁，并包括第一和第二管，其共用一共同的壁，并帶有共面對齊的前壁和共面對齊的后壁，各前壁在其中包括槽形肋條，該薄片包括帶有第一圓角部分和第一末梢的第一邊緣、帶有第二圓角部分和第二末梢的第二邊緣、將該些已對齊的前壁的其中之一和該共同壁的一端連接的第三圓角部分以及將該些后壁的其中之一和該共同壁的另一端連接的第四圓角部分，第一和第三圓角部分在第一焊縫處被焊接在一起，并形成前縫肋條，其空腔深度至少為該薄片厚度的兩倍，而第二和第四圓角部分在第二焊縫處被焊接在一起，并形成后縫，其空腔深度至少為該薄片厚度的兩倍，該些槽形肋條和該前縫肋條形成將該梁前面硬化的肋條。
[0007]在本發(fā)明的另一方面中，提供了用于將薄片成型為帶有四面外壁和共同的中央支腿的梁的裝置，該共同的中央支腿在該些壁的相對兩壁之間延伸，該四面外壁限定矩形橫截面，而該中央支腿將該橫截面分為第一和第二相鄰管，該中央支腿帶有圓角端部，各圓角端部限定垂直于該中央支腿的滑面，而該薄片帶有抵接該些圓角端部的邊緣。該裝置包括輥軋成型機，其包括帶有輥子的輥軋成型站，用于將該薄片成型為帶有該四面外壁和該共同中央支腿的梁，該輥軋成型機包括帶有焊機和焊箱固定裝置的焊接站，該焊箱固定裝置包括固定裝置框、由該固定裝置框支承的外芯模(mandrel)，其以想要的精確的形狀支承該四面外壁，該些外芯模的其中兩個為可移動并為相對的、以及包括至少一個致動器，其被可操作地連接至該兩個相對的外芯模，用于將該些相對的外芯模移動成與該四面外壁中相關的相對壁嚙合。該裝置進一步在該些由上游錨線支承的第一和第二相鄰管中各自包括內芯模，使得該些內芯模保持大致上與該些外芯模相鄰。通過這樣的布置，該些內外芯模連同該些彈簧的偏壓和該兩個相對的外芯模的反偏壓，通過該薄片的物料沿著該些滑面撓曲和移動來控制該梁的形狀，從而當在該焊箱固定裝置中時在該焊機的焊接過程期間積極維持其精確形狀。
[0008]在范圍較窄的方面中，該些內芯模各自包括相對的半部和彈簧，該彈簧施以對抗該些外芯模和對抗該致動器的力的偏壓，使該些相對的半部分隔開。
[0009]在本發(fā)明的另一方面中，提供了一用于將薄片成型為帶有四面外壁和共同的中央支腿的梁的裝置，該共同的中央支腿在該些壁的相對兩壁之間延伸，該四面外壁限定矩形橫截面，而該中央支腿將該橫截面分為第一和第二相鄰管，該中央支腿帶有圓角端部，各圓角端部限定垂直于該中央支腿的滑面，而該薄片帶有抵接該些圓角端部的邊緣。該裝置包括輥軋成型機，其包括帶有輥子的輥軋成型站，用于將該薄片成型為帶有該四面外壁和該共同中央支腿的梁，該輥軋成型機包括帶有焊機和焊箱固定裝置的焊接站，該焊箱固定裝置包括固定裝置框、由該固定裝置框支承的外芯模，其以想要的精確的形狀支承該四面外壁，該些外芯模的其中兩個為可移動并為相對的、以及包括至少一個致動器，其被可操作地連接至該兩個相對的外芯模，用于將該些相對的外芯模移動成與該四面外壁中相關的相對壁嚙合，該些外芯模的另外兩個是固定并相對的，使得該另外兩個外芯模大致上固定該相對兩壁之間的距離，而該中央支腿就是在該相對兩壁之間延伸的。通過這樣的布置，該些外芯模連同該兩個相對的外芯模的偏壓，通過該薄片的物料沿著該些滑面撓曲和移動來控制該梁的形狀，從而當在該焊箱固定裝置中時在該焊機的焊接過程期間積極維持其精確形狀。
[0010]在本發(fā)明另一方面中的裝置包括輥軋成型機，其包括帶有輥子的輥軋成型站，用于將該薄片形成為帶有該四面外壁和該共同中央支腿的連續(xù)梁，該輥軋成型機包括帶有焊機和焊箱固定裝置的焊接站，該焊機產生向上傾斜的激光光束，用于焊接該連續(xù)梁，以永久性地固定該橫截面，并位于該連續(xù)梁的下方在該焊箱固定裝置的上游或下游位置，使得該激光光束在朝向下的夾縫內焊接，而該夾縫是由該些圓角端部的其中之一抵接該些圓角邊緣的其中之一而形成的。通過這樣的布置，該焊機從該連續(xù)梁下方但遠離落屑的位置焊接該連續(xù)梁。
[0011]在本發(fā)明另一方面中的裝置包括輥軋成型機，其包括帶有輥子的輥軋成型站，用于將該薄片形成為帶有該四面外壁和該共同中央支腿的該連續(xù)梁，該輥軋成型機包括單一焊接站，其帶有頂部焊機和底部焊機以及焊箱固定裝置，該些焊機焊接該連續(xù)梁，以通過在該焊接站中同時在該梁的上部和下部位置進行焊接，永久性地固定該橫截面。通過這樣的布置，焊接是在該單一焊接站中而非在多個焊接站中進行的。
[0012]在本發(fā)明另一方面中的裝置包括輥軋成型機，其包括帶有第一組輥子的第一輥軋成型站，以形成該薄片的中央支腿和該薄片的外側翼，而該些外側翼帶有鄰近該中央支腿的部分，該些部分垂直于該中央支腿而延伸，并通過該些圓角端部而接合至該中央支腿，而且該些外側翼亦帶有在其上形成的圓角邊緣。該輥軋成型機進一步包括帶有另一些組的輥子的另一些輥軋成型站，將該些外側翼成型為第一和第二管，而該中央支腿為共同的壁，其形成該些第一和第二管各自的一部分。該輥軋成型機包括頂部和底部焊機，將該些圓角邊緣焊接至該些圓角端部。
[0013]相關方法亦形成本發(fā)明的一部分。
[0014]經(jīng)研究以下說明內容、權利要求和所附附圖后，本領域技術人員將可明白并理解本發(fā)明的這些和其他方面、目的和特點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為保險杠加固梁的俯視圖，其為管狀的并包括單一中央支腿。
[0016]圖2為沿圖1的線I1-1I的截面圖。
[0017]圖3為該輥軋成型裝置的視圖，其用于進行本輥軋成型工藝。
[0018]圖4為一系列標為S1-S33的截面圖，顯示了在形成圖1的梁時，該原來的薄片在各形成步驟中的形狀。
[0019]圖5為在圖1-2中的梁的截面圖，包括了形成焊接站一部分的焊縫跟蹤圓盤。
[0020]圖6為類似圖1-2的經(jīng)修改的梁，但其帶有經(jīng)修改的橫截面。
[0021]圖7為顯示了接近該輥軋成型過程尾聲的焊接站的側視圖。
[0022]圖8為通過圖7的焊接站的截面圖，顯示了壓力箱夾具，用于在同時雙焊接的步驟期間保持該已輥軋成型的梁的最終形狀。

【具體實施方式】
[0023]保險杠加固梁40(圖1)包括用于汽車保險杠系統(tǒng)的加固管梁50，以及附接至該梁50的支架41，以便附接至車架，在例如汽車的前保險杠系統(tǒng)(在圖1中示出)或后保險杠系統(tǒng)中使用。所示的梁50包括縱向中部42，其在第一圓角Rl彎曲，而縱向外端則在較窄的第二圓角R2彎曲，以配合特定車輛的合乎空氣動力的外形。然而，可設想的是，本發(fā)明的概念可用于任何梁上，無論其為直線或弧形的，亦無論是一致地以單一圓角彎曲/呈弧形或帶有不同的縱向曲線(“弧度”)均可。
[0024]本梁50以鋼片物料制成，厚度為0.8mm至1.4mm，而拉伸強度約為800至2000MPa(即約120至290ksi)。所示的梁約80mm高40mm深(處于已裝在車內的位置)，而在該梁的前面形成有兩條槽形肋條(每管上各一)。所示的槽形肋條各約8-lOmm深8-lOmm寬，并包括一圓底。然而，可設想的是，本梁可以不同物料制成，包括AHSS(先進高強度鋼)，而其可由厚度約為0.8mm-3.0mm厚(或如0.8mm至1.4mm的厚度)的薄片制成，并可以不同的梁的橫截面大小制造，如約80mm-150mm高30mm-60mm深,而其長度與車輛支架/保險杠框架的軌架末梢之間的距離相等或比其稍大。
[0025]本梁50 (圖3)是以在輥軋成型裝置上的單一鋼金屬片經(jīng)由在輥軋成型站中一連串成對的輥子而形成的，而各站會進行成型操作，如在圖4中步驟1-33的經(jīng)輥軋成型的花型圖案所示般。在該過程中，所形成的單一薄片帶有在單一中央壁(在本文中有時稱為“單”壁或“中央支腿”)相對側上形成的相鄰管。該輥軋成型機包括在站段S1-S7中的成型軋輥第一區(qū)域，其包括形成中部(即該中央壁)，而該薄片外部向外延伸并大致上垂直于該中央壁。圓角薄片邊緣亦是在步驟S1-S7中形成的。該輥軋成型機進一步包括在站段S8-S33中的成型軋輥第二區(qū)域，其在該中央支腿的各側上形成第一和第二管，并共用該中央支腿作為共同的壁。該些槽形肋條基本上是在步驟S8-S12中形成的，并有助在該薄片沿著該輥軋成型裝置橫過時控制該薄片的橫向位置。激光焊接在站段S33或之后進行?；蛘撸附涌稍趦蓚€分開的步驟中進行，如在一輥軋成型工藝中，其中該第一管是在該過程的半途中(在最后的成型站段更早之前)形成的。
[0026]具體來說，如所示般，該薄片有略少于“一半”以第一方向(如圖4所示的順時針方向)變形成第一管，該薄片的第一圓角邊緣與該中央壁的圓角端部抵接(并進行焊接)，而該薄片的另“一半”則以相反的第二方向(如逆時針方向)變形成第二管，第二圓角邊緣與該中央壁的另一圓角端部抵接(并進行焊接)。在該第一圓角邊緣上焊接的接觸線位于該圓角的端部，該薄片的終端末梢在該處變得“平坦”。同樣，在該中央壁的圓角端部的接觸線位于該中央壁的端部，該中央壁在該處變得“平坦”。然而，以該圓角作主要的接觸點是可取的，使得焊接過程的激光光束在最佳條件下制造均一的焊縫。須注意的是，該焊接過程包括激光光束進入該夾縫，并在由該圓角端部和該圓角邊緣形成的抵接線加熱物料。為此，將該些薄片邊緣的終端末梢形成得使得盡管有工藝差異其也不會致使在該夾縫底部處有缺口或為可取的，視乎該缺口的大小，其將(可)對焊接造成不良影響。
[0027]須注意的是，該焊箱固定裝置有助設定該接觸線，并有助在該接觸線處設定用于焊接過程所需的抵接壓力。如圖8所示的焊接固定裝置將該些匹配物料保持成彼此抵接，以如下文所述的幫助產生良好的焊縫。該些邊緣的圓角形狀不但允許良好的接觸，并允許該些邊緣(因在該焊箱固定裝置中所產生的力而)，特別是沿著滑面Pl和P2，撓曲、滑動和彎曲，讓該固定裝置可在該焊接站中“固定”并維持所需的橫截面形狀。這樣的安排有利于良好的焊接，并有可能降低該些邊緣有完美維度的重要性。同時，該薄片的邊緣包括在該梁內從該焊接線向外延伸的物料的末梢部分。如上文所注，該末梢部分的自由端部(freeend)是必需的，以確保盡管沿著該邊緣處有物料差異和工藝差異，也有足夠物料進行焊接。然而，在該末梢部分的自由端部中的多余物料會導致浪費并增加該保險杠梁的重量。通過精確控制該些邊緣和抵接物料的接觸和嚙合，可將該“自由端部”的長度縮到最短，從而將該梁的整體重量減至最低。須注意，對汽車工程師和車輛設計人員而言，即使重量只減了幾盎司亦可非常重要。預計所示的“自由端部”將約為小于4_，但已設想到，其有可能可縮短至如2mm，視乎該梁的具體工藝參數(shù)和功能要求而定。
[0028]如前所述，隨著該薄片的圓角邊緣延伸以與在該梁的中央支腿上的匹配圓角(彎曲)角位接觸并焊接于其上，這有利地有助并容許一致和寬容的抵接嚙合。該些邊緣和該些中央支腿端部的雙圓角讓該兩部分物料可靠地以線接觸的方式嚙合，并在所想的抵接力范圍內嚙合，從而在制造期間更好地包容維度差異。這樣的配置有助該些抵接的物料部分進行良好的線接觸，并從而有助盡管有維度和處理差異焊接也能良好地進行。與此同時，該些圓角邊緣和該些邊緣的“自由端部”均凹陷到該梁的前面和后面中，使得由該梁的前面和后面限定的垂直平面不會因任何該薄片向外突出的邊緣而間斷，這對符合車輛制造商的規(guī)格而言可為重要的。而且，該中央支腿是由該薄片的中央(而非該薄片的側面邊緣)形成。通過先形成該中央支腿并通過由該薄片的中央形成該中央支腿，使該輥軋成型的過程更為平衡和受控，更容易控制該薄片的橫向位置。換言之，由于先形成了該中央支腿，然后該中央支腿會在該薄片后期的成型過程中充當“中央支錨”，故此會減低該薄片在該輥軋成型機中“漂移”。由于無須有大的公差，故此對薄片的位置控制增強，會致使可進一步降低該些邊緣的“自由端部”的公差。已設想到，該些邊緣的“自由端部”可縮至4_或以下，并甚至短至2mm或以下，視乎過程控制以及該薄片和輥軋成型過程的特征。
[0029]由于該帶有中央支腿的加固管梁50有高的強度-重量比、對因其端部內側的沖擊而致的縱向彎曲的抗力、以及對如來自垂直地偏離中心的沖擊的旋轉力的抗扭力，其特別適合在汽車保險杠系統(tǒng)中作為加固梁使用。
[0030]如上文所述，該梁50(圖2)是從單一整片薄片經(jīng)過連續(xù)的輥軋成型工藝而形成的(圖6)。該梁50包括第一和第二邊緣51和52以及在其間依次延伸的七個壁段53-59。該些第一至第四壁段53-56形成第一管，該些第四至第七壁段56-59形成相鄰的第二管，而該壁段56則為共享壁。該些壁段53-55和57-59組合以形成管狀，并由水平延伸的壁段56 (當處于已裝在車上的位置時)形成中央支腿，而壁段55和59形成垂直的共面的前面，壁段53和57則形成垂直的共面的后面。該第一邊緣51會變形以形成約3-4mm半徑的圓角CR1，其末梢51’(即“自由端部”的長度約為4mm或可能短至2mm)會延伸，使得該第一邊緣51的內表面61的位置與該中央壁段56平行。該圓角CRl與相關圓角角位62 (由該些第四和第五壁段56-57在該梁的前面上形成)嚙合，并被焊接以永久固定該第一管。
[0031]在梁50中，該第二邊緣52亦被向內變形，以形成與圓角CRl類似的圓角(如在該所示的梁中的約3-4mm)，但其終端末梢52’會與該中央壁段56平行地延伸。該圓角CRl與由該些第四和第三壁段56和55形成的相關圓角角位64嚙合和焊接。該所示的梁50的橫截面大致上為矩形，而中央支腿將該矩形分為等份的相鄰第一和第二管。已發(fā)現(xiàn)，這橫截面提供優(yōu)異的抗彎剛度、抗扭剛度和相對較高的強度-重量比。
[0032]所示的第一壁段53包括槽形肋條65 (即向內形成的凹陷處，有時亦稱為“承力肋條”)，其進一步使該壁段53硬化，并據(jù)此使該梁的前面硬化和使該第一管段硬化。所示的槽形肋條65大致沿著壁段53的中央，其寬度直徑約為該壁段53寬度的10% -40% (或更優(yōu)選約為該寬度的20%-30%)而深度約與其寬度直徑相等。該第五壁段57亦包括槽形肋條66 (大小、形狀和位置均與肋條65相若)，其使該壁段57硬化，并據(jù)此使該梁的前面和該第二管段硬化。由該第一邊緣51和末梢51A以及由該第二邊緣52和末梢52A形成的該些圓角CRl帶有中央點，其位于從而形成的該些相應的管的內側。所示的槽形肋條的底部形狀為半圓形。然而，已設想到，該些槽形肋條的深度和大小可被制成較淺較深、較寬較窄、平底或不平底修改來滿足對梁的特定功能要求。
[0033]須注意，該些邊緣51和52的圓角形狀和匹配角位致使其形成夾縫肋條，該夾縫肋條亦使該梁50硬化，并因而以并非與該些槽形肋條65和66完全相異的方式使該梁50的前后壁/面穩(wěn)定住。在該梁的前面上，由前邊緣51的圓角形狀和相關角位形成的夾縫肋條與該兩條槽形肋條65組合，以在該梁50的一面上有效形成三條肋條，各自使該梁的抗彎剛度和抗扭剛度加強。測試顯示，該梁的硬度可被充分增強，以抵消任何因該些槽形肋條需較寬的薄片來制造該梁而額外增加的物料重量。該夾縫肋條大概與該中央壁對齊，而其限定的空腔的深度約為該薄片物料的橫截面厚度的3-4倍。具體來說，若薄片物料的厚度約為
0.8mm-1.2mm,則所示的夾縫肋條的空腔約3_4mm深。該激光焊縫位于該夾縫的底部，該物料在該處首次進行抵接的接觸。
[0034]已設想到，將使用激光焊機72和73制造該些焊縫70和71 (圖3)。該些當前的焊機72和73位于單一站段S33中，其在空間運用、接線和工藝控制方面提供了顯著優(yōu)勢。該些焊縫70和71 (圖2)在該夾縫中與外側抵接的物料形成，使得該些焊縫與該些第一和第二邊緣的終端端部(即“自由端部”)稍微隔開，如約4_，或可能低至約2_。已發(fā)現(xiàn)，所示的薄片物料的彎曲抵接地相互嚙合是寬容的，容許在該焊接固定裝置內的一些維度差異和維度控制，而不會對線接觸和焊接操作有不利影響。即使該些當前焊機72和73位于單一站段S33中，但已設想到，如有需要或如某應用有具體需要，其可沿著該輥軋成型裝置位于不同站段。
[0035]須注意，該梁，包括其橫截面輪廓和該些焊縫70和71，均為對稱的。這大大幫助了在輥軋成型和生產操作期間將該梁保持均勻且筆直(并有助避免因焊縫加熱不平衡和物料收縮/移動而致的跑偏和非線性彎曲)。輥軋成型領域的技術人員將看出，在各個該些步驟Sl-S33(圖4)中的成型工藝是如何取得平衡的。具體而言，輥軋成型生產和設計領域的技術人員將看出，該中央壁在該步驟S7中的垂直度的重要性，以及該些外壁在步驟S21中的垂直度的重要性，并從而有助將輥軋成型步驟減至最少。
[0036]制造用于保險杠加固梁40、帶有中央壁段56的加固管梁50的有關方法(見在圖3中的輥軋成型機和在圖1-2中的梁)包括以下步驟:提供薄片49(見圖3)，其包括第一和第二邊緣51-52(圖2)和在其間依次延伸的七個壁段53-59 ;將該中央壁彎曲至垂直于余下物料的方向(見步驟S2-S7)，將該些邊緣末梢彎曲(步驟S3-S7)并形成該些槽形肋條65，66 (從步驟S3-S9開始并在步驟S10-S12完成該些槽形肋條)，將該些第一至第四壁段53-56彎曲以形成第一管，并將該些第四至第七壁段56-59彎曲以形成相鄰的第二管(在步驟S3-S21形成了一半并在步驟S22-S33將其完成)；將該第一邊緣51焊接至該相關圓角角位62，并將該第二邊緣52焊接至該相關圓角角位64，同時在焊接固定裝置中維持該連續(xù)梁的精確的橫截面形狀(見圖7-8);在制弧站中使該連續(xù)梁變形成縱向彎曲(“弧形”)的形狀，并在切斷站中將該些梁節(jié)段切斷至一定長度，以形成個別的保險杠加固梁。
[0037]須注意，在該第一壁段53中的槽形肋條65和在該第五壁段中的槽形肋條66與該梁前方中央的夾縫(在該中央壁之上)組合，以在該梁面上提供三條槽形肋條的構造。如上文所述，這為該梁提供了優(yōu)異的抗扭和抗彎剛度。特別是，測試顯示了一意想不到和預料之外的結果，即槽和肋條為該梁面提供了穩(wěn)定性，可大幅提高抗沖擊強度，并提供提高了的抗沖擊強度一致性(和吸收能量能力的一致性)而不會增加梁的重量?？箾_擊強度得以改善是歸因于幾個因素。舉例來說，該當前的梁的重量相比起大小相若但不帶有槽形肋條的梁并無增加，這是由于該當前的梁使用較薄的薄片物料并同時仍能提供類似或更佳的沖擊測試結果。須注意，由於對薄的薄片物料作出沖擊期間發(fā)生的動力作用，故此較薄的物料或會趨向于無法預知/過早地扭折和災難性地擠塌，可能會在測試期間增大抗沖擊強度的差異和不一致性。然而，在該當前的梁前方的槽形肋條和夾縫肋條有助于使該梁的管狀結構更穩(wěn)定，因此即使使用了較薄的薄片物料，也能提供更佳的測試結果。鑒于該些槽形肋條和夾縫肋條是在該梁面上的，故此這樣的改善是意想不到。意想不到的部分原因是，該些位于面上的槽形肋條和夾縫肋條會致使部分薄片物料的位置向內靠近彎矩的中心線(而非遠離該中心線)。須注意，比較靠近彎矩的中心線的物料會對該梁的彎矩帶來較少的影響，因此有可能減小該梁的慣性彎矩。然而，由於沖擊的動力作用，梁壁的穩(wěn)定性可對梁的抗沖擊性能非常重要。再者，一些保險杠測試會致使垂直地失衡的扭轉力(如當沖擊試驗器擊上梁的位置比梁的中心線高時)。
[0038]有關裝置88(圖3)用于制造帶有中央壁段56的加固管梁50，用于保險杠加固梁40，其包含輥軋機89，帶有聯(lián)機制弧站90和切斷器91。該輥軋機89包括構建以形成薄片49的軋輥，其包括第一和第二邊緣51-52以及在其間依次延伸的七個壁段53-59。該軋輥包括的輥軋成型站第一區(qū)域92帶有軋輥組，其被置成形成該中央支腿，而該薄片的外側翼從該中央支腿大致垂直地延伸。該輥軋成型站第一區(qū)域92亦形成該薄片的圓角邊緣。輥軋成型站第二區(qū)域92’包括軋輥組并被置成和被構制成將該些第一至第四壁段53-56彎曲以形成第一管，并將該些第四至第七壁段56-59彎曲以形成相鄰的第二管，而該單一中央支腿為兩個管共用的。第一和第二焊機72和73被置成將該第一邊緣51焊接至圓角角位62的相關內表面，并將該第二邊緣52焊接至該相關圓角角位64。該第一焊機72被置于該梁上方，而該第二焊機73被置于該梁下方，其激光光束所定位的角度如下文所述。
[0039]須注意，本裝置可運用帶有水平軸支承成型軋輥的輥軋機，又或者可運用帶有立軸支承成型軋輥的輥軋機。在該立軸機中，該些激光焊機將有可能在該梁的相對側處操作或有部分在該梁上方操作。立軸輥軋機的一好處是，由于該焊機被置于該焊縫的側面和/或上方附近，故此可利用重力令碎屑和灰塵遠離該些焊接地點而落下。在該水平軸輥軋機中，該些激光在相對于該梁的頂部和底部位置操作。該些焊機中的其中一個的底部位置有可能會致使與落屑有關的問題，但本發(fā)明如下文所述般解決了這問題。
[0040]如圖3和4示出的版本所示，該裝置優(yōu)選被構建成使得兩條焊縫均在單一站段中制造，而焊接是同時進行的。一個焊機72位于該焊接位置上方，而另一焊機73則位于下方，但位于該焊縫位置的明顯較上游(或下游)處。該底部焊機被置成和被遮蔽成使得飛屑和落屑不會對該焊機產生不良影響。舉例來說，所示的底部焊機以垂直傾斜15度位于實際焊接地點的上游。而且，如有需要(視乎該激光光束生成器離該焊縫位置的距離而定)，可使用遮蔽物來物理遮蔽該激光生成器不與該焊縫接觸。所示的遮蔽物為物理屏障，其被置成使得不會干擾該激光光束(其限定了線)，但亦保護該激光生成裝置以免與落屑接觸(其傾向限定了弧線，這是由于該碎屑起初會橫向移動然后因重力而朝向其下降路徑的終點落下所致)。已設想到。該遮蔽物亦將包括由直接氣流所提供的空氣遮蔽物。須注意，激光焊機光束的焦距長度可長達36英寸，而該激光光束可為多種不同類型中的任何一種，如氣體(C02)、固態(tài)、纖維或圓盤狀。
[0041]須注意，在圖4所示的該些步驟中，該中央支腿起初在前幾個步驟S1-S7中由該薄片的中央成型為相對于水平面(其沿著該輥軋成型機的某線標水平延伸)的垂直方向。這將該薄片錨定，并在輥軋成型過程中將該薄片保持在中央，從而消除(或大大降低)該薄片在該成型過程中漂移或橫向滑動的傾向。須注意，由于該當前薄片的高強度特性以及其厚度和寬度，故此在輥軋成型過程期間生成大的側向力。通過首先將該中央支腿成型為垂直狀態(tài)，會較易控制該薄片的橫向位置，且會在本質上更受控/可控。再者，圓角在步驟S1-S7中被形成為該薄片的邊緣。其后，該些相鄰的管在該共同的中央支腿的相對側上形成。在圖4的當前過程中，即使形成的薄片有290ksi+拉伸強度，結果輥軋成型步驟的數(shù)量仍可減少到少至33個步驟(見圖4)，這被視為在已知方法中的預料之外和意想不到的顯著改善。須注意，成型步驟較少可以是非常有利的，這是由于減少步驟數(shù)量可減少模具成本(即越少成型輥軋越好)、縮短該輥軋成型裝置的長度(即較少輥軋成型站)以及縮短整體的處理時間(即從起初的平坦薄片到雙管梁形狀的周期時間較短)。
[0042]圖5顯示了焊縫追蹤圓盤90’，用以追蹤和控制該夾縫80。(在圖5中，該圓盤90’在分解視圖中分開示出，但所設想的是該圓盤將與該梁50物理嚙合并沿著該夾縫追蹤。)該圓盤90’會追蹤該夾縫80的谷溝，以助進行該焊接過程。具體而言，該圓盤90’為旋轉圓盤，與比薩刀類似，其在該連續(xù)焊縫的區(qū)域中行走。該激光焊機位于離開該焊縫谷溝中的這圓盤。如所示般，可使用圓盤90’以在該梁50的頂部和底部追蹤夾縫。
[0043]圖6為該經(jīng)修改的梁50A的橫截面，其與圖2類似但該些管的寬度不同。具體而言，梁50A的一個管的寬度約為另一個管的兩倍。然而，該兩個管共用一共同的中央壁。此夕卜，該兩個管均帶有大小形狀相若的槽形肋條，而且亦在該中央支腿之上形成有夾縫肋條。在該梁50A中，類似和相同的特點、特征和部件使用相同但帶有英文字母(如“A”)的數(shù)字標示。這樣做是為了減少冗余的論述。保險杠加固梁和相關制造工藝領域的技術人員將明白到，該梁50A可以并確實結合了許多梁50的特點，相信使得無須個別論述在梁50A中的各個數(shù)字。
[0044]圖3、7_8顯示了焊接站100，其位于輥軋成型機的末端并為其出口。在圖7中，所示的薄片已在輥軋成型機成型，并以行進方向Dl行進。焊箱固定裝置102被置成與該已部分成型的梁50對齊。頂部和底部激光焊機103位于該焊接站，而其位置將使該焊箱固定裝置不會干擾其相應激光光束撞擊該梁50的目標抵接物料。該底部激光焊機103位于該焊箱固定裝置102稍微上游處，而其焊接激光104定位在下游角度，使得該焊接激光光束104撞擊該梁101的所需的位置，以加熱和焊接該梁101的抵接物料。該激光的焦距長度長達36英寸，視乎激光的類型而定。激光離在該梁101上的焊接位置的距離并無最低限制。舉例來說，已設想到該激光類型可為氣體(如C02)，或可為固態(tài)、纖維或圓盤激光類型。該激光104朝向該加固梁101的最大角度Al為垂直傾斜約15度(即從垂直于該梁50 —側的方向)。如有需要或如果想要，可使用物理遮蔽物105，以遮蔽該激光光源106不與來自該焊接過程的碎屑接觸。該物理遮蔽物105可為下游的氣刀或氣體射流，或可包括物理面板。
[0045]該可調整焊箱固定裝置102 (圖8)位于該焊接站，并被設計用于在該焊接步驟中設置和保持該已輥軋成型的梁的最終形狀。該所示的可調整固定裝置102包括外鋼箱框110、頂部和底部外芯模111、112以及由致動器115、116向內加壓的可調整側面外芯模113、114?？稍O想的是，該些致動器可為電動(dynamic)或主動的(如液壓缸)，或其可為可調整和被動的，如可被調整以提供所需的向內的壓力量的螺栓，以在該焊箱固定裝置102內維持該些外芯模的所需形狀。顯示了兩根桿子，其從該致動器115延伸并穿過該框110至其附接至該外芯模111的位置。然而可設想到，可構建其他連接和推動布置。
[0046]內芯模117、118位于該雙管梁120的各管121、122中，并由纜線123、124錨定，其延伸至位于該輥軋成型機上的上游錨柱125 (該薄片在該處充分地橫向展開)，以將用于為了保持該些纜線123、124 (圖8)的錨柱125 (圖3)定位。在此顯示了梁50，但可設想到，該梁可與梁50A或其他經(jīng)修改的梁類似。所示的內芯模117、118各自為分開的芯模，帶有相對的兩半芯模126、127，由彈簧128(如液壓、機械或其他彈簧)施加偏壓來隔開。內芯模118亦包括相對的兩半芯模130、131，由液壓彈簧132施加偏壓來隔開。然而可設想到，在某些情況下，可在各側上使用一件式的實心內芯模。在該固定裝置箱框110和外芯模111、112中設有激光通入開口，而所示的激光通入開口 129提供了通道，用于讓該激光光束通過該箱框110的底部和頂部，并通過該些頂部和底部外芯模111、112。
[0047]該些內彈簧128和132以及分開的內芯模117、118與該些向內偏壓的致動器115、116以及外芯模113、114組合，致使在該梁101穿過該焊接站100并被焊接時，該固定裝置會維持該梁的所需的外形。須注意，在該頂部外芯模111和該些側面外芯模113、114頂部之間限定了滑面P1。另外，在該底部外芯模112和該些側面外芯模113、114底部之間限定了滑面P2。該滑面Pl與該梁101前面對齊，并部分由該中央支腿的前圓角端部末梢的外側表面限定，而該滑面P2與該梁101后面對齊，并部分由該中央支腿的后圓角端部末梢的外側表面限定。在該焊接站中，來自該焊接固定裝置的內外芯模的壓力致使薄片物料移動，并沿著該些滑面Pl和P2上精確的已知位置變形。這在該焊接過程之前和期間，使該梁橫截面形狀的維度更為一致和精確。此外，通過這樣的布置，可更精確和一致地控制在該些將進行焊接的抵接表面上的壓力，以制造最佳的焊接條件。
[0048]應理解，可在不違背本發(fā)明概念的情況下，對前述結構作出各種變化和修改，并應進一步理解，除非以下權利要求以其文字另有明確說明，否則這些概念擬由這些權利要求涵蓋。
【權利要求】
1.把用于車輛的多管加固梁輥軋成型的方法，其包含: 提供薄片，其包括在該薄片的第一邊緣和第二邊緣之間橫向延伸的大體上平面的主體； 提供輥軋成型機，其至少包括被配置為順序接收該薄片的第一組輥子和第二組輥子； 以該第一組輥子彎曲該薄片，以形成相對于該薄片的第一和第二橫向部分大體上成直角定向的中央壁段，該薄片的第一和第二橫向部分從該中央壁段各自的第一端部和第二端部以相反方向延伸； 以該第一組輥子彎曲該薄片的各自的第一和第二橫向部分的第一和第二邊緣，以在各第一和第二邊緣上形成半徑； 以該第二組輥子以相同旋轉方向同時彎曲該薄片的第一和第二橫向部分，以接合該第一邊緣和該中央壁的該第二端部并接合該第二邊緣和該中央壁的該第一端部，以限定第一管和相鄰的第二管，其中第一和第二邊緣的半徑各接觸該中央壁段以限定用于接收焊縫的谷溝；以及 在谷溝的焊接，以把第一和第二邊緣各自附接到該中央壁的第二和第一端。
2.如權利要求1所述的方法，其中第一和第二橫向部分各以該第二組輥子彎曲以形成前壁段、外壁段和后壁段，其與該中央壁段一起限定相鄰的第一和第二管。
3.如權利要求2所述的方法，其中第一和第二邊緣與中央壁接合時，前壁段和后壁段各大體上為共面的，使得第一和第二管一起有大體上矩形的橫截面。
4.如權利要求3所述的方法，其進一步包含: 在第一和第二邊緣與中央壁接合前，以第二組輥子同時彎曲該薄片的第一和第二橫向部分，以在各前壁段形成槽形肋條。
5.如權利要求4所述的方法，其中該中央壁被配置為通過該第二組輥子保持平衡的輥軋成型運作，使得形成槽形肋條后，該薄片的第一和第二橫向部分相同地同時被彎曲以形成前、外和后壁段，使得第一和第二管有相同的大小。
6.如權利要求1所述的方法，其中該第二組輥子彎曲第一和第二橫向部分以形成接近該中央壁段的第一端部的第一圓角角位和接近該中央壁段的第二端部的第二圓角角位，使得第一和第二圓角角位形成與第一和第二邊緣的半徑的一致接觸線，以進一步限定該沿梁的縱向延伸的谷溝。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其進一步包含: 在焊接站焊接該第一邊緣到該第二圓角角位和焊接該第二邊緣到該第一圓角角位，同時保持精確和一致的橫截面形狀。
8.如權利要求7所述的方法，其進一步包含: 在制弧站把第一和第二管變形成縱向彎曲的弧形，并在切斷站裁剪第一和第二管到適當長度，以形成個別的多管式加固梁。
9.形成多管式保險杠梁的方法，其包含: 提供單片金屬鋼片； 提供輥軋成型機； 使用輥軋成型機把該單片薄片輥軋成型，以在單一共同中央壁的相對側上形成一些相鄰管，其中輥軋成型步驟包含: 形成該中央壁，以大體上與從該中央壁的相對彎曲端以相反方向延伸的該薄片的橫向部分成直角； 在各所述橫向部分的一致位置形成槽形肋條，并使用該中央壁以保持該薄片的位置；以及 通過以相同的旋轉方向同時彎曲該些橫向部分以形成該些橫向部分，使得該些橫向部分的外邊緣緊靠地接觸該些與該中央壁關聯(lián)的彎曲端從而形成該些相鄰管，同時使用該些彎曲端，以協(xié)助保持該些橫向部分平衡且對稱的變形，其中該些橫向部分成形以帶有包括槽形肋條的共面前壁；以及 焊接該些橫向部分的外邊緣到該些關聯(lián)的彎曲端。
10.如權利要求9所述的方法，其中該些橫向部分各自形成以包括前壁、外壁和后壁，其與中央壁一起限定該些相鄰管。
11.如權利要求10所述的方法，其中該些后壁大體上為共面的，而該些外邊緣與該中央壁接合后，該些相對壁為平行的，使得該些相鄰管一起帶有大體上矩形的橫截面。
12.如權利要求9所述的方法,其中該薄片的第一和第二橫向部分各包括第一和第二邊緣之間限定的薄片寬度的小于一半。
13.如權利要求9所述的方法，其中輥軋成型該薄片進一步包含: 形成該些槽形肋條前于該些橫向部分的外邊緣形成半徑，其中該些半徑接合該中央壁的彎曲端以限定用于接收焊縫的谷溝。
14.如權利要求13所述的方法，其中該些外邊緣延伸超出該谷溝的部分被縮小到小于4mm的長度。
15.如權利要求9所述的方法，其進一步包含: 通過使用單一焊接站把該些外邊緣焊接到該中央壁的該些彎曲端，以沿該些彎曲端和該些外邊緣之間限定的谷溝連續(xù)地放置焊縫，同時保持精確和一致的橫截面形狀。
16.如權利要求9所述的方法，其中該輥軋成型機包括第一組輥子，其接收用于形成該中央壁的薄片，以及第二組輥子，其依次接收該薄片，以首先形成該槽形肋條，然后形成該些橫向部分，以包括共面對齊的前壁、平行對齊的外壁和共面對齊的后壁，其與中央壁一起限定有矩形橫截面的一些相鄰管。
17.如權利要求9所述的方法，其進一步包含: 在制弧站把該些相鄰管變形成縱向彎曲的弧形，并在切斷站裁剪第一和第二管到適當長度，以形成個別的多管式保險杠梁，其中該制弧站被配置以提供該彎曲的弧形，其包括接近該梁的縱向中部的第一半徑和接近該梁的縱向端部的更收緊的第二半徑。
18.輥軋成型機，其用于把薄片成形為帶有四個外壁的連續(xù)多管加固梁，該四個外壁限定矩形的橫截面和共同中央壁，其在該些外壁的相對外壁之間延伸，并把矩形橫截面分割為相鄰管，該輥軋成型機包含: 第一組輥子，其被配置以接收和彎曲該薄片，以形成該共同中央壁，其大體上相對于該薄片的第一和第二橫向部分成直角定向，該些第一和第二橫向部分以相對的方向從該共同中央壁的相應第一和第二圓角端延伸；以及在第一和第二橫向部分上形成圓角邊緣； 第二組輥子，其被配置以從該第一組輥子接收該薄片，并同時彎曲第一和第二橫向部分，以縱向地沿各個第一和第二橫向部分形成槽形肋條； 第三組輥子，其被配置以從該第二組輥子接收該薄片，并以同一旋轉方向同時且同等地彎曲第一和第二橫向部分，從而使第一和第二圓角邊緣緊接到該共同中央壁的相應的第一和第二圓角端，以限定該梁的該些相鄰管；以及 焊機，其用于焊接第一和第二圓角邊緣到該共同中央壁的相應的第一和第二圓角端。
19.如權利要求18所述的輥軋成型機，其中第一和第二圓角邊緣接合該共同中央壁的第一和第二圓角端，以限定用于接收沿焊機連續(xù)而下的焊縫的谷溝，而其中該些槽形肋條位于該些相鄰管的共面前壁。
20.如權利要求18所限定的裝置，其進一步包含: 制弧站，其被配置以從該第三組輥子接收該些相鄰管，并把該些相鄰管變形成縱向彎曲的弧形，其包括接近某梁段的縱向中部的第一半徑和更收緊的接近該梁段的縱向端部的第二半徑。
【文檔編號】B21D53/88GK104148539SQ201410385120
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2011年9月9日 優(yōu)先權日:2010年9月23日
【發(fā)明者】托馬斯·約翰遜, 道格·維特, 丹尼爾·加蒂, 布萊恩·奧克斯利, 布萊恩·馬爾科夫斯基, 坎南·拉瑪穆帝, 艾德·彭德格拉斯 申請人:形狀集團