專利名稱：非線性焊接板和減輕重量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由拼焊板形成的結(jié)構(gòu)性內(nèi)襯，例如4頓在車門(mén)制造中的類型，
更具體地涉及包括通過(guò)非線性焊接連接在一起的多個(gè)子部分的板和一種減輕其
重量的方法。
背景技術(shù)：
結(jié)構(gòu)性內(nèi)襯一例如使用在車門(mén)構(gòu)造中的類型提供了對(duì)封裝在內(nèi)部的部件的支撐，并且增加了結(jié)構(gòu)容量。例如，就車門(mén)而言，應(yīng)該理解的是內(nèi)襯提供了側(cè)面沖擊加強(qiáng)件并形成了電子、門(mén)鎖、和窗戶部件的殼體。但是，這些內(nèi)豐 加的重量使得需要最大禾號(hào)地M^與之相關(guān)的材料。這樣一來(lái)，由不同厚度(例如0.8和1.8mm)的薄板金屬型材構(gòu)成的多部分^M量鋁feil常被用于結(jié)構(gòu)中，其中型材的比例構(gòu)成了內(nèi)襯的整體重量。豎向線性焊接線通常用于連接型材，且較厚的材料朝向內(nèi)襯的前方布置以便支撐門(mén)鉸鏈。焊接線的最終位置部分地由鄰近線性悍點(diǎn)的薄板材料的可成形性決定。例如，如

圖1和la中的現(xiàn)有技術(shù)所示，車門(mén)內(nèi)襯1在三件式拉模2內(nèi)模壓且由拼焊板(TWB) 3形成。TWB3通常由0.8mm的坯件(即薄金屬板等)4和1.8mm的坯件5沿著共同的直緣由連續(xù)線性焊點(diǎn)6連接在一起而形成。為了減輕質(zhì)量，焊接線6布置成使得較厚的坯件相對(duì)于旨板材面積最小化。在圖la中，應(yīng)該理解的是向前移動(dòng)線性焊接線將使得當(dāng)1.8mm材料被0.8mm材料替代時(shí)門(mén)內(nèi)襯的質(zhì)量會(huì)減少。然而，這導(dǎo)致各種問(wèn)題，例如沿焊接線下部三分之一部分的應(yīng)變?cè)黾?，下邊緣附近的薄材可能失效，以及?duì)額外拉模的需求和/^t承重墊(tonnage pad)增加的允許。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種工程非線性焊接板的創(chuàng)新應(yīng)用和解決上述問(wèn)題的減小結(jié)構(gòu)性內(nèi)襯質(zhì)量的方法。除了其他方面，本發(fā)明的方法在生產(chǎn)凈重節(jié)省的結(jié)構(gòu)性內(nèi)襯方面是有用的，這些結(jié)構(gòu)性內(nèi)襯例如是汽車車門(mén)內(nèi)襯，這提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)減輕質(zhì)量，本發(fā)明還有利于減少相關(guān)原材料的成本，包括減少板材成本。本發(fā)明可使用現(xiàn)有的三件式拉模進(jìn)行實(shí)施且需要最小限度的附加試驗(yàn)。此外，本發(fā)明有利于通過(guò)附加在拉模組件上的受控裂縫裝置來(lái)將失效位置重新定位到更容易管理的新位置。在這方面，非線性焊接板的可成形性通過(guò)受控裂縫裝置的j頓得到提高。最后，本發(fā)明對(duì)跑共用于TWB制造的改進(jìn)的板材嵌套和固定也是有用的。在優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明的目的^1M重新定位焊接線來(lái)減少用于制造門(mén)面板的1.8mm坯件的數(shù)量，使得更多的1.8mm坯件被0.8mm坯件所替代。本發(fā)明提供一種用于在拼焊板內(nèi)重新分配成型應(yīng)變的方法，使得較少的厚材料可被用在門(mén)內(nèi)襯的拉模過(guò)程中。與傳統(tǒng)的線性焊接應(yīng)用相比，曲線或非線性焊接線更均勻地拉緊薄板材料、延遲初始縮頸，并且失效位置被重新定位成與揚(yáng)聲器孔成一條直線。為了達(dá)到后者的效果，使用拉模中的受控裂縫裝置以使本發(fā)明的益處最大化。以下參考示例性比例的附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的ite實(shí)施方式，其中
圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)的三片式拉模和沖壓前的拼if+反的示意性正投影圖la所示為現(xiàn)有技術(shù)的由具有不同厚度的第一和第二板材組成的門(mén)內(nèi)襯的正投影圖，其中示出了具有下部第三長(zhǎng)度L1的線性焊接線；
圖2所示為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的由具有不同厚度的第一和第二板材組成的門(mén)內(nèi)襯的正投影圖，其中示出了向前移動(dòng)且具有大于L1的下部第三長(zhǎng)度L2的非線性焊接線；
圖3所示為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的具有位于揚(yáng)聲器孔內(nèi)的控制裂縫裝置的三件式拉模和沖壓前的非線性焊接TWB的示意性正投影圖4所示為根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施方式的由具有不同厚度的第一和第二板材組成的門(mén)內(nèi)襯的正投影圖，其中示出了向前移動(dòng)并且具有大于L1的下部第三長(zhǎng)度L2和構(gòu)造為繞過(guò)鏡子襯墊的上部糊璣性焊接線；禾口
圖5所示為圖1和2或4中焊接線的下部第三輪廓的示意圖，尤其示出了在載荷作用下的L1和L2。
5具體實(shí)M式本發(fā)明涉及一種呈現(xiàn)平面外形結(jié)構(gòu)的焊接多部分結(jié)構(gòu)性內(nèi)襯10和一種減輕其質(zhì)量的制造應(yīng)用或方法。更具體地，本發(fā)明提供一種創(chuàng)新方法，該方法重新分配在由相對(duì)較厚和相對(duì)較薄的鋼質(zhì)型材(或'板林')12、 14組成的拼焊板(TWB)內(nèi)的成型應(yīng)變，使得在內(nèi)襯10的拉模中使用的薄材料的數(shù)量增加以替代厚材料(比較圖la和圖2和4)。如本領(lǐng)域中公知的，內(nèi)襯10通常用于增加結(jié)構(gòu)容量或?yàn)橥獠拷Y(jié)構(gòu)提供殼體和/或加強(qiáng)，例如前車門(mén)或后車門(mén)，如圖示實(shí)施方式中所示。盡管相對(duì)于車門(mén)實(shí)施方式進(jìn)行了描述和說(shuō)明，應(yīng)該理解的是本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可用在其他應(yīng)用中，和其他車結(jié)構(gòu)上，例如發(fā)動(dòng)機(jī)罩、車箱蓋等。也就是說(shuō)，對(duì),實(shí)施方式的以下說(shuō)明本質(zhì)上僅僅是示例性的而不是對(duì)本發(fā)明、其應(yīng)用或用途的限制。
在本發(fā)明的第一方面，如圖2和4中最佳地示出的，和現(xiàn)有技術(shù)方法比較，曲線或非線性板材焊接線16被制造為更均勻地拉緊謝及且在焊接線的下端處延遲初始縮頸的開(kāi)始。更具體地，應(yīng)該理解的是薄板材14受到的最大應(yīng)力和因此產(chǎn)生的變薄發(fā)生在焊接高度的下部三分之一處，焊接線16在下部三分之一處顯示為彎曲的或非線性的輪廓。如圖5所示，和線性焊接線相比，在這個(gè)位置線16的曲率導(dǎo)致更大的長(zhǎng)度，且因此獲得較大的截UM積以傳遞在車門(mén)下前角成形時(shí)弓胞的橫向軸向載荷P2。這M^、了薄板材14受到的應(yīng)力并使得線16能夠向前移動(dòng)，因此M^賺材的分量。例如，在圖2中，非統(tǒng)性焊接線16示出為由S1、 S2和S3三部分組成，且它們的交叉處限定為三個(gè)角和兩個(gè)判5，三個(gè)角分別為al (0 (+/-15)度)、a2 (70 (+/-15)度)、a3 (0 (+/-15)度)，兩個(gè)半徑分別為Rl (100+/-50mm)和R2 (100+/-50mm)，其中，上部Sl和交叉處在焊接高度的非臨界的上部三分之二內(nèi)延伸?；谟^測(cè)，在下部三分之一處的焊接線角(從水平面測(cè)量為a2)最優(yōu)為22.5度。皿一步增加了承載拉伸載荷的面積，局部化失效，并將失效從門(mén)的下邊緣移開(kāi)。替代性地，應(yīng)該理解的是提供了大于Ll的L2的其他非線性結(jié)構(gòu)可被j頓以減小厚板材部分。在圖4中，示出了具有四t彎曲部分和五個(gè)直線部分的焊接線16，其進(jìn)一步繞過(guò)車門(mén)鏡子襯墊12a，且因此提供了厚板禾^tt才料接合以增加結(jié)構(gòu)支撐。如前所述，焊接線外形 地被優(yōu)化為重新設(shè)置失效到合適的位置，這允許內(nèi)襯10下邊緣附近的厚板t樸才料的進(jìn)一步減少。也就是說(shuō)，最佳的a2使失效位置遠(yuǎn)離下邊緣且朝向揚(yáng)聲器孔18升高，這使得在下部三分之一處焊接線16能夠進(jìn)一步向前移動(dòng)。應(yīng)該理解的是在這個(gè)區(qū)域內(nèi)焊接線16的向前移動(dòng)導(dǎo)致在薄板材巻材的工禾號(hào)料內(nèi)的節(jié)省，這使得在S2和S3的交叉處具有最大寬度或變換點(diǎn)(buypoint)。這樣，應(yīng)該理解的是較寬的薄板材12將不再需要在該位置代替厚材料；或者，換句話說(shuō)，以這種方式對(duì)厚板材12跨度(pitch)的M^、不會(huì)影響0.8mm板材14的質(zhì)量負(fù)擔(dān)。在本發(fā)明的另一方面，一種形成內(nèi)襯10的方法包括使失效點(diǎn)局部化和重新定位到更容易管理的位置，例如，和門(mén)的揚(yáng)聲器孔18成一條直線。這里，應(yīng)該理解的是，與受控裂纟1^置22配合使用的其他傳纟i^件式拉模20可用于在拉模工藝中控制裂縫24的形成，且不需要額外的拉模和Mf虛墊(tonnagepad)。也就是說(shuō)，現(xiàn)有的三件式拉模在此可通過(guò)增加受控裂縫裝置22而被改進(jìn)以用于將揚(yáng)聲器廢M L接合在門(mén)內(nèi)襯10的J平面上(即，總體上平行于限定揚(yáng)聲器孔等的門(mén)外表面的內(nèi)表面)。在這個(gè)位置，應(yīng)該理解的是，膨月長(zhǎng)后的im裂縫24,包括在揚(yáng)聲器孔18內(nèi)，使得當(dāng)壓制孔18時(shí)裂縫24隨之被丟棄。
除了設(shè)置非線性焊接線16，，裂縫24的形成可用于在減小門(mén)質(zhì)量、增加板材的節(jié)省量和增加車輛燃油經(jīng)濟(jì)性等方面提高效率。更具體地，受控裂縫24用于在拉模期間影響內(nèi)襯10的下前角的材料供給、以及延遲失效點(diǎn)局部化和減小失效禾號(hào)，失效點(diǎn)4纖地在受!綴縫24的陰影內(nèi)定位。這樣，裂縫24{，地在孔18的下半部分內(nèi)定位并與其邊緣隔開(kāi)，以便在拉摸期間為膨脹留出空間。在優(yōu)選實(shí)施方式中，受控裂纟，置22定時(shí)從底部(g卩，拉摸或模壓過(guò)程的結(jié)尾)至少6mm—最優(yōu)選10mm處與薄板材14接合。應(yīng)該理解的是，這增加了裂縫24的可成形窗口，并允許焊接線16在厚板材變換點(diǎn)p ，一步向前移動(dòng)。結(jié)果，在圖示實(shí)施方式中1.8mm的板材跨度可實(shí)現(xiàn)為低達(dá)372mm。
在示例性的門(mén)應(yīng)用中，表l示出了用于榭專統(tǒng)的產(chǎn)品內(nèi)襯和包括當(dāng)前非統(tǒng)性焊接線方法的其他M^質(zhì)量的方法進(jìn)行對(duì)照的修整過(guò)的拉模內(nèi)襯10的相對(duì)節(jié)省質(zhì)量 表1
門(mén)內(nèi)襯焊接結(jié)構(gòu) 總質(zhì)量(kg) 凈重節(jié)省(kg)傳統(tǒng)生產(chǎn)3PC 8.86 ——
50醒前移線性焊接4PC 8.73 0.13
100mm前移線性悍接4PC 8.54 0.32 非線性焊接w/受控裂縫3PC 8.31 0.55
因此，從表1可以看出，所提出的具有受控裂縫的非線性焊接板材的使 用導(dǎo)致1.8mm板材12的用料M^、，這相當(dāng)于每個(gè)門(mén)0.55kg，或每輛4門(mén)車2.0kg (未示出)。此外，旨的多觀察和預(yù)測(cè)到，具有在離開(kāi)拉模，，呈底部8和10mm處 接合的受控裂縫的1.8mm坯件的質(zhì)量減少的樣本分別提供凈重節(jié)省0.80和 l.Olkg。這些數(shù)據(jù)來(lái)源于焊接線16從變換點(diǎn)艦一步前移12謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，并且 對(duì)于在8和10mm處的裂縫接合而言，跨度能額外減少25mm，同時(shí)仍然滿足 可成形性要求。此外，可觀察到，薄板材14在行程底部的焊接線16處的最大 減薄度為19%，且在離開(kāi)底部8mm處接合受控裂縫導(dǎo)致底部的最大減薄度為 17%。因此，應(yīng)該理解的是，4OT正時(shí)窗口在離開(kāi)拉模t，號(hào)部6和10mm之 間的位置處接合受控裂纟線置22導(dǎo)致產(chǎn)生可成形性的額外強(qiáng)度和具有非線性焊 接板材的額外的質(zhì)量和板材節(jié)省。如表1所示，移位線性焊接也顯示出質(zhì)量節(jié)省，但是，如前戶，，它們 要求額外的拉模，禾口/或承重襯墊以承受從80至lJ120噸的必須施加的力。此外， 應(yīng)該理解的是，由移位線性焊接構(gòu)造成的TWB不滿足可成形性要求。
為了實(shí)現(xiàn)原材料的節(jié)省，應(yīng)該滿足的是，厚板材12的減少必須抵消 0.8mm材料由于焊接線16的位置向前變化而導(dǎo)致的負(fù)擔(dān)增力Q(penalty increase)。 在特定樣本中，能夠觀察到，0.69kg的0.8mm板材14的負(fù)擔(dān)增加是由于兩個(gè) 突出板材嵌套的材料跨度尺寸的增加而產(chǎn)生的，如用于門(mén)生產(chǎn)的通常情形。也 就是說(shuō)，在非線性焊接下的板材14的凸起部分需要較寬的起始板材。應(yīng)該 的是，提供了兩個(gè)突出板材，這樣一來(lái)每個(gè)板材的板材質(zhì)量的凈負(fù)擔(dān)增長(zhǎng)是 0.69/2或大約0.35kg。當(dāng)從前述厚板材節(jié)省材料中減去0.35kg的薄板材負(fù)擔(dān)時(shí)，應(yīng)該理解的是， 使用本發(fā)明的方法可實(shí)現(xiàn)達(dá)到0.66kg的凈質(zhì)量節(jié)省。還應(yīng)該理解的是，由本發(fā) 明引起的凈成本節(jié)省取決于用于TWB生產(chǎn)的板材預(yù)定成本和夾具成本、以及非 線性板材的TWB焊接的合成件的成本增量。該書(shū)面描述JOT示例公開(kāi)了本發(fā)明，其中包括最佳模式，并且使本領(lǐng)域
8技術(shù)人員能夠制造和使用本發(fā)明。本發(fā)明受專利權(quán)保護(hù)的范圍由權(quán)利要求書(shū)限 定，且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員能想到的其他示例。如果它們具有與權(quán)利要求 書(shū)的文字語(yǔ)言沒(méi)有區(qū)別的結(jié)構(gòu)性元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求書(shū)的文字 語(yǔ)言沒(méi)有無(wú)實(shí)質(zhì)性區(qū)別的等同的結(jié)構(gòu)性元件，則這些其他示例將落入權(quán)利要求 書(shū)的保護(hù)范圍內(nèi)。同樣，如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"第一"、"第二"等不表示任何順序或重
要性，而是用于區(qū)別一^p件和另一個(gè)部件，術(shù)語(yǔ)"這"、"一"和'一個(gè)"不表示對(duì) 數(shù)量的限制，而是表示存在至少一個(gè)被引用的物件。所有指向給定部件或測(cè)量 值的相同數(shù)量的范圍都包含端點(diǎn)且可以獨(dú)立組合。
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權(quán)利要求
1.一種適于與外部結(jié)構(gòu)性殼體一起使用并通過(guò)拉模工藝生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)性內(nèi)襯，所述內(nèi)襯包括限定多個(gè)不同厚度的多個(gè)金屬部分，其中，所述部分通過(guò)非線性焊接線連接，該焊接線構(gòu)造成在該工藝期間在限定最大厚度的第一部分內(nèi)產(chǎn)生凹部并在限定最小厚度的第二部分內(nèi)產(chǎn)生凸?fàn)钶喞?，并且減小該線附近受到的應(yīng)變。
2. 如權(quán)利要求1戶腿的內(nèi)襯，其中，戶腿內(nèi)襯限定一高度，并^iJ5腿 凹部和所述凸?fàn)钶喞獏f(xié)同性地構(gòu)造為在該高度的下部三分之一內(nèi)產(chǎn)生彎曲的焊 接部分。
3. 如權(quán)利要求l戶脫的內(nèi)襯，其中，該殼體是車門(mén)。
4. 如權(quán)利要求3戶腿的內(nèi)襯，其中，i織一部分具有1.8mm的厚度且 該第二部分具有0.8mm的厚度。
5. 如權(quán)利要求1所述的內(nèi)襯，其中，該內(nèi)襯限定一高度，該工藝沿著 該高度產(chǎn)生最大應(yīng)力部分，并且該焊接線構(gòu)造為在該最大應(yīng)力部分內(nèi)具有彎曲 焊接部。
6. 如權(quán)利要求1所述的內(nèi)襯，其中，該第二部分在預(yù)定位置限定有受 控裂縫。
7. 如權(quán)利要求6所述的內(nèi)襯，其中，該殼體是車門(mén)，并且由該第二部 分限定的所，縫被形)te揚(yáng)聲器孔附近。
8. 如權(quán)利要求1戶脫的內(nèi)襯，其中，該焊接線包括兩^F彎曲部分和三 個(gè)直線部分，這些彎曲部分和直線部分協(xié)同性地限定出三個(gè)角度。
9. 如權(quán)利要求8所述的內(nèi)襯，其中，所述角度包括第一角度a1—等于 0加上或減去15度、第二角度a2—等于70加上或減去15度、和第三角度a3 一等于0加上或減去15度。
10. 如權(quán)禾腰求8戶誠(chéng)的內(nèi)襯，其中，^^彎曲部分由100加上或減去 50mm的半徑形成。
11. 如權(quán)利要求8戶脫的內(nèi)襯，其中，該焊接線由四個(gè)彎曲部分和五個(gè) 直線部分限定。
12. —種適于與外部車門(mén)殼體一起使用并通過(guò)拉模工藝生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)性內(nèi)襯，所述內(nèi)襯包括限定多個(gè)不同厚度的多個(gè)金屬部分，其中，所述部分通過(guò)非線性焊接線連 接，該焊接線構(gòu)造成在該工藝期間在限定最大厚度的第一部分內(nèi)產(chǎn)生凹部并在 限定最小厚度的第二部分內(nèi)產(chǎn)生凸?fàn)钶喞⑶覝p小該線附近受到的應(yīng)變，其中，該內(nèi)襯限定一高度，該工藝沿著該高度產(chǎn)生最大應(yīng)力部分，并且該 焊接線構(gòu)造為在該最大應(yīng)力部分內(nèi)具有彎曲焊接部，其中，該第二部分限定受控裂縫，并且使得該受控裂縫形成在揚(yáng)聲器孔附近。
13. —種利用三件式拉模構(gòu)造結(jié)構(gòu)性內(nèi)襯的方法，所述方法包括.-a. 相對(duì)于該拉模固定具有不同厚度的多個(gè)金屬板材，其中，第一板材 具有最大厚度和凸?fàn)钶喞?，第二板材具有最小厚度和凹部，該凸?fàn)钶喞c該凹 部相配合以便形成連續(xù)界面；b. 沿著該界面形劇^線性焊接，以便連接戶;M板材并生成拼焊板；c. 相對(duì)于戶;M拉模固定戶;M拼焊板；和d. 在壓制過(guò)程中將所述拼焊板拉伸成預(yù)定構(gòu)造，以便形成所述內(nèi)襯。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，該拉模包括控制裂纟纖置，并且 步驟c)和d)進(jìn)一步包括如下步驟相對(duì)于卩腿拼焊板定位該控制裂纟線置； 和在該工藝期間在所述拼焊板內(nèi)的預(yù)定位置處產(chǎn)生局部失效。
15. 如權(quán)禾腰求14戶脫的方法，其中，戶;^i線置在預(yù)定正時(shí)窗口內(nèi)與臓拼焊板接合。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中，該窗口是從該工藝結(jié)束6到10mm。
17. 如權(quán)利要求15戶腿的方法，其中，i織二板材限定揚(yáng)聲器 L并且 戶艦預(yù)定位置與該揚(yáng)聲器孔鄰近。
全文摘要
本發(fā)明涉及非線性焊接板和減輕重量的方法。一種結(jié)構(gòu)性內(nèi)襯—例如車門(mén)內(nèi)襯由包括不同厚度的板材部分的工程非線性焊接板材形成，一種在拉模工藝中減小板材質(zhì)量并重新分配所受應(yīng)力的方法，和一種具有控制裂縫裝置的改進(jìn)的三件式拉模，該三件式拉模適用于在該工藝中壓制板材以及使板材失效局部化、最小化和重新定向到諸如車門(mén)揚(yáng)聲器孔之類的預(yù)定位置。
文檔編號(hào)B60R13/02GK101670812SQ20091020575
公開(kāi)日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月30日
發(fā)明者J·J·格雷斯, V·埃薩拉于 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司