專利名稱：用于制造具有大致管狀金屬壁的結(jié)構(gòu)件的方法以及結(jié)構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造具有大致管狀金屬壁的結(jié)構(gòu)件的方法，該結(jié)構(gòu)件具有至少兩個(gè)不是軸向?qū)R的段；本發(fā)明還涉及一種管狀金屬壁結(jié)構(gòu)件，其適合于制造成各式各樣的形狀，并且具有寬廣的應(yīng)用范圍。
這種結(jié)構(gòu)件可以是曲線的或者可以是呈角形布置的直線性連續(xù)段，比如，當(dāng)結(jié)構(gòu)件為正方形或者矩形框架時(shí)，所述段彼此呈直角延伸。
在某些應(yīng)用領(lǐng)域，需要框架具有高的剛性和盡可能小的質(zhì)量，而當(dāng)通過(guò)將多邊形截面的管狀分段裝配在一起而制成框架時(shí)，這兩個(gè)條件通常是很難協(xié)調(diào)的。為了將框架的各個(gè)邊在其角部組裝和焊接在一起，需要使用具有足夠壁厚的管。按照常規(guī)，假如管壁厚小于1毫米，則很難通過(guò)將管子如正方形截面的管組裝在一起而制成框架。
在某些特定的應(yīng)用領(lǐng)域，比如，在制造金屬門方面，不僅僅希望獲得好的剛性和盡可能小的質(zhì)量，而且希望獲得很好的外觀質(zhì)量，例如將門用在建筑物上而作為特殊裝飾用途時(shí)。在這種情況下，很有必要提供一種具有各種截面形狀的不同側(cè)面的框架結(jié)構(gòu)。因此有必要使管具有不同的截面形狀和與眾不同的可行形狀。這就使得制造這種門的結(jié)構(gòu)很昂貴。
在某些工業(yè)領(lǐng)域，比如汽車工業(yè)、航空工業(yè)或者造船工業(yè)，使用結(jié)構(gòu)件或“桿材”，這些結(jié)構(gòu)件重量輕，具有管狀金屬壁，形狀復(fù)雜，而且為了制成一種環(huán)形件，可以為曲線形或者甚至自行成圈。這種為了節(jié)省重量而具有管狀結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)件必須以一種非常剛硬和堅(jiān)固的方式制造。
為了制造這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)，通常需要將大量零件組裝在一起，而這些零件已經(jīng)通過(guò)一種成形和/或切割方法預(yù)先成形。將零件組裝在一起以制造一種具有復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)，這樣做可以使得在形狀上和尺寸上具有好的精度，但是這是一種昂貴的操作方式，而且用于進(jìn)行裝配的各種焊縫必須全面檢測(cè)探傷。
另外，當(dāng)所用金屬材料很難焊接時(shí)，比如鋁及其合金，制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)甚至更難和更昂貴，而且為了避免焊接，可能需要采用很難實(shí)施的組裝方法。
當(dāng)利用平面材料如金屬板制造結(jié)構(gòu)件時(shí)，坯料通常被切割出來(lái)并通過(guò)沿它們的邊緣焊接而被組裝在一起，這通常需要使用夾具和支承件，以將坯料保持在它們的裝配位置上。因此，這些結(jié)構(gòu)制造復(fù)雜而且需要使用昂貴的加工工具。另外，在某些情況下，當(dāng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)被組裝和焊接在一起后，甚至不可能使用放置在該管狀結(jié)構(gòu)的中空部分中的夾具，因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)的形狀妨礙了該夾具的移動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制造具有大致管狀金屬壁的結(jié)構(gòu)件的方法，該結(jié)構(gòu)件包括不是軸向?qū)R的兩段，該方法實(shí)施簡(jiǎn)單而且限制了成本，使得采用任何金屬材料制造形狀復(fù)雜、堅(jiān)硬和重量輕的結(jié)構(gòu)成為可能。
為實(shí)現(xiàn)此目的，該方法包括以下步驟一從金屬板材上切割出至少一塊平坯料，該坯料具有主要部分，該主要部分具有形成所述結(jié)構(gòu)件的壁的段的展開形狀，對(duì)于每一段，至少一個(gè)重疊固定翼片與至少一個(gè)附加翼片用于將各段固定在一起；—將切割出的坯料沿多條線折疊，以便利用切割出的坯料的主要部分的折疊邊緣形成所述結(jié)構(gòu)件的壁；和—通過(guò)焊接，將每一段的至少一個(gè)附加重疊固定翼片與至少一個(gè)用于將各段固定在一起的附加翼片在所述結(jié)構(gòu)件的壁的至少一個(gè)折疊邊緣或者第二重疊翼片上相固定，每一段的所述至少一個(gè)附加重疊固定翼片和所述用于將各段固定在一起的至少一個(gè)翼片和所述壁的折疊邊緣或者所述第二重疊翼片被保持以彼此彈性支承。
為了更好地理解本發(fā)明，下面將對(duì)本發(fā)明方法的實(shí)例的各種實(shí)施方式以及結(jié)構(gòu)件進(jìn)行描述，其中結(jié)構(gòu)件具有非常新穎的特性，并且能夠由所述方法制成。


圖1為切割出的坯料的一小部分的平面圖，該坯料可以用來(lái)制造用于本發(fā)明的框架結(jié)構(gòu)中的一種具有多邊形截面的支柱；圖2為通過(guò)折疊圖1所示坯料而制成的具有多邊形截面的支柱的橫截面示意圖，該支柱處于焊接一連接件和固定翼片之前的狀態(tài)；圖3為一種具有用本發(fā)明方法制成的圓形表面的門的透視圖；圖4為用于制造圖3所示門結(jié)構(gòu)的切割出的金屬板的平面圖；圖5為圖4所示坯料的一小部分的放大圖；圖6和7為通過(guò)將圖4所示金屬坯料折疊和焊接而制成的所述門結(jié)構(gòu)的局部透視圖；圖8為用本發(fā)明方法制造的具有環(huán)形形狀的結(jié)構(gòu)件的透視圖；圖9為用于制造圖8所示結(jié)構(gòu)件的金屬坯料的一小部分的平面圖；圖10為圖9所示一小部分坯料的一個(gè)表面的透視圖；圖11和12為圖8所示結(jié)構(gòu)件的其中一小部分處于本發(fā)明方法的折疊階段和處于組裝階段時(shí)的透視圖。
金屬坯料1總體上具有如圖1所示沿縱向方向2延伸的坯料延伸部分和通過(guò)折疊而構(gòu)成框架其它側(cè)邊的其它小部分，所述其它側(cè)邊可以選擇性地具有與圖2所示坯料段的截面形狀不同的多邊形橫截面。
圖1和2的目的僅僅在于解釋本發(fā)明的制造方法的原理，而沒有完整地描述結(jié)構(gòu)件的制造步驟。
圖1所示金屬坯料1的段為矩形帶的形式，沿縱向方向2延伸，其寬度足夠用來(lái)制造圖2所示矩形框架的一側(cè)邊部分。
制造框架的第一步包括從一具有所需類型和厚度的金屬板材上切割出所述坯料1。
一般而言，如下所述，本發(fā)明的方法可以制造大致管狀并且壁厚能夠很小的結(jié)構(gòu)，比如壁厚可在50微米(μm)至1mm的范圍內(nèi)，使用諸如管的角裝配法等的公知方法就不可能制造這樣的薄壁結(jié)構(gòu)件。
所述小部分金屬坯料1將要用來(lái)構(gòu)成橫截面如圖2所示的框架支柱3，該坯料1上具有均平行于縱向方向2的折疊線，從而將金屬坯料1定義為5個(gè)長(zhǎng)方形條帶的部分4、5、6、7和8。如圖1所示的小部分坯料1在坯料的各個(gè)條帶部分之間具有折疊線，所述小部分坯料1構(gòu)成了圖2所示框架3的側(cè)邊部分的展開形狀。如圖2所示進(jìn)行折疊，以便將坯料的條帶部分5和6相對(duì)于條帶部分4向上折疊90°，構(gòu)成框架的兩個(gè)側(cè)邊表面，再將框架側(cè)邊部分3的條帶部分7和8向內(nèi)折疊而構(gòu)成兩塊翼板，翼板在位置7′和8′重疊，以便構(gòu)成框架側(cè)邊3的上壁。
如圖2所示，金屬坯料的條帶部分7和8被向內(nèi)折疊，以使翼板8位于翼板7的下方，并且使翼板7和8相對(duì)于它們的關(guān)閉位置7′和8′留出一個(gè)剩余開角。
通過(guò)將條帶部分7和8折疊并通過(guò)在垂直方向上向翼板7施加一外力9將兩者固定在一起，從而將條帶部分7和8裝配在一起，所述外力9促使翼板7從外向框架3的側(cè)邊內(nèi)部移動(dòng)。
在所述力9的作用下，翼板7繞其折疊線樞轉(zhuǎn)并壓靠在翼板8上，而翼板8依次繞其折疊軸線樞轉(zhuǎn)。所述翼板7和8移動(dòng)的距離被確定，以便通過(guò)使翼板在共面位置7′和8′重疊而構(gòu)成框架側(cè)邊3的上壁。
通過(guò)施加力9的推力元件將翼板7′保持在正確位置，而翼板8位于其位置8′時(shí)彈性地壓靠在翼板7′的下表面上，以便在它們的位置7′和8′，翼板7和8彼此相互平齊并彼此彈性相壓靠。
上翼板7在翼板7的自由邊與線7a之間延伸的一小部分構(gòu)成金屬坯料的一個(gè)重疊固定翼片，用以封閉管狀結(jié)構(gòu)，所述線7a壓靠在翼板8的處于平面位置時(shí)的自由邊上。為了將翼板7和8固定在一起，可能需要使用一種焊接設(shè)備比如一種激光焊接頭10，從而在重疊的平面部分7和8之間沿所述縱向方向2形成多個(gè)焊點(diǎn)或多條焊線，比如，在翼板7的重疊翼片與翼板壁8之間，而翼板壁8被所述重疊翼片覆蓋。這種通過(guò)激光束而在翼板7和8的重疊翼片的厚度上進(jìn)行的焊接被稱為穿透焊接。
當(dāng)翼板7和翼板8在它們的裝配位置7′、8′相互重疊時(shí)，也可以沿翼板7的自由邊將翼板7和8焊接在一起，但是，這種沿翼板7的自由邊所進(jìn)行的焊接，與通過(guò)將焊接點(diǎn)或者焊接線性區(qū)域任意設(shè)置在處于裝配位置的翼板7和8的重疊翼片上所進(jìn)行的穿透焊接相比，需要對(duì)焊接光束的方向和位置進(jìn)行更精確的控制。
一旦重疊翼片已經(jīng)被焊接在所述結(jié)構(gòu)的一小部分壁上，結(jié)構(gòu)就變得堅(jiān)硬，因?yàn)樗鲋丿B翼片就不可能在壁上相對(duì)滑動(dòng)。
這樣，在圖1和2所示的很簡(jiǎn)單的實(shí)例中就可以看出，所述結(jié)構(gòu)的一段，比如具有任意形狀的多邊形截面的框架的一邊，就能夠用一種簡(jiǎn)單的方式制成，其中僅僅需要通過(guò)折疊、將一重疊翼片彈性地壓靠在一壁部，然后比如用激光將所述重疊翼片焊接在被覆蓋的壁部上。
自然地，可以采用除了激光焊槍以外的焊接方式以進(jìn)行點(diǎn)或者線焊接，然而該焊接設(shè)備應(yīng)當(dāng)能夠從結(jié)構(gòu)的外部進(jìn)行焊接，并且焊接時(shí)能夠不與結(jié)構(gòu)的壁接觸。
當(dāng)焊接其壁的厚度小于1mm比如約0.7mm的框架形結(jié)構(gòu)的壁時(shí)，可以通過(guò)一種采用釔鋁石榴石(YAG)激光器的激光器而進(jìn)行高質(zhì)量的焊接，即使當(dāng)被重疊的金屬板的厚度“膨”到高達(dá)0.2mm的值時(shí)。術(shù)語(yǔ)“膨脹”是相對(duì)于一疊層的板材而言的，指的是金屬板疊層與被重疊的各個(gè)板材的厚度之和相比較的額外增加厚度。該膨脹值與被重疊的板材之間的空氣層的平均厚度相一致，所述空氣的存在是因?yàn)榘宀皇峭耆教沟摹?br> 因而，對(duì)于工業(yè)金屬片的平面度就能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的方法，這樣就允許在金屬板材部分堆疊時(shí)存在一定量的膨脹。
作為實(shí)例，下面對(duì)兩種方法進(jìn)行描述，它們通過(guò)將從板比如金屬片或金屬薄片上切割下來(lái)的金屬坯料折疊而制成一種大致管狀的結(jié)構(gòu)，這兩個(gè)實(shí)例僅僅是用于解釋本發(fā)明的方法，參見上述附圖1和2用一種很常用的方式描述本發(fā)明。
自然地，本發(fā)明的方法可以適用于制造多種大致管狀的結(jié)構(gòu)件，其特性和用途具有很寬的變化范圍。
一種包含有根據(jù)本發(fā)明所制造的結(jié)構(gòu)件的第一裝置顯示于圖3中。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的方法制造的一種金屬門，其總體上用附圖標(biāo)記11表示，其包括一總體上為矩形的框架12，框架12的側(cè)面呈現(xiàn)為管狀結(jié)構(gòu)。
所述框架包括兩個(gè)水平側(cè)面，一頂面12a和一底面12b，以及兩個(gè)垂直側(cè)面，分別為12c和12d。
所述頂面和底面12a和12b由具有三角形橫截面的管制成，而所述側(cè)面12c和12d也同樣由管形制成，但是其橫截面呈現(xiàn)為矩形。頂面和底面12a和12b的端部邊緣沿三角形橫截面的角部相互連接，構(gòu)成各自的曲面，可以將一門面13的各自頂端和底端固定在所述曲面上，從而呈現(xiàn)為一種圓弧形。所述表面13可以由一單塊金屬板構(gòu)成，而該金屬板可以通過(guò)沿所述門的框架的兩側(cè)面12a和12b的弧形邊緣進(jìn)行焊接而被固定。
下面將參照附圖4、5、6和7進(jìn)行描述，根據(jù)本發(fā)明的方法就能制造門的框架12，僅僅需要切割和折疊金屬板，以便構(gòu)成所述框架的壁，所述壁的重疊翼片能與框架的被折疊部分裝配和固定在一起，并能使框架的側(cè)面相互固定，以便形成如圖3所示的封閉結(jié)構(gòu)。
然后將面板13放置在合適位置并通過(guò)被焊接到框架的邊緣上而被固定，尤其是通過(guò)沿弧形邊緣的頂部和底部被焊接。這就提供了一種在框架上制成的弧形金屬門，其側(cè)邊具有不同形狀的橫截面，這就使得改善門的外觀并使之具有一種新穎的外觀成為可能。
這種門可以用來(lái)關(guān)閉食櫥或者控制室，或者用于關(guān)閉寓所。
下面將參照附圖4-7對(duì)如圖3所示類型的框架進(jìn)行描述，采用如此方式不僅可以構(gòu)成門的框架，而且可以制成具有合適用途的框架，比如絲網(wǎng)印刷機(jī)上的框架。在此情形下，用質(zhì)輕和剛性方式所制造的框架能夠容易地適宜于固定和張緊絲網(wǎng)，其中絲網(wǎng)是沿框架的邊緣被固定的。
當(dāng)將絲網(wǎng)放置在正確位置時(shí)，在頂側(cè)面和底側(cè)面12a和12b之間施加力，然后，當(dāng)絲網(wǎng)已經(jīng)被固定后再釋放所施加的力，這樣就可以將框架上的絲網(wǎng)張緊。
圖4示出一金屬坯料，其總體上用附圖標(biāo)記14表示，該坯料14已經(jīng)被從一金屬板或金屬薄片上切割下來(lái)，以便形成一細(xì)長(zhǎng)的條帶，其在條帶的每一小部分之間具有切口，以形成所述框架的一特殊側(cè)邊。
框架的端面12a和12b的壁是由細(xì)長(zhǎng)帶狀坯料14的小部分15a和15b制成的，而長(zhǎng)方形截面的側(cè)面12c和12d是由坯料14的小部分15c和15d制成的。
圖4中的虛線表示帶狀部分15a、15b、15c和15d的折疊線，在這些帶狀部分上進(jìn)行折疊以形成框架的相應(yīng)邊，框架的橫截面為大致管狀，邊的橫截面分別為三角形和長(zhǎng)方形。
坯料的每一小部分15a、15b、15c和15d具有一構(gòu)成框架側(cè)平面的主帶狀部分，以及用于封閉和固定框架側(cè)邊和用于將框架的側(cè)邊相互固定的重疊固定翼片。
所述小部分15a和15b包括三個(gè)平面壁部分，它們通過(guò)相互平行的折疊線連接，用于構(gòu)成框架側(cè)邊的三個(gè)面，框架為三角形截面，還包括兩個(gè)將被重疊的縱向邊，以便能使框架的端面被裝配和固定。所述金屬坯料的小部分15a和15b的兩縱向邊被各自的曲線限定，而底邊稍微凹陷以便能使兩個(gè)被組裝在一起的邊嚙合，該凹陷部分也起到加固框架邊緣的作用，該框架特別被用于一種門的表面或者一種固定到框架上的印刷絲網(wǎng)。
金屬坯料的小部分15c和15d包括各自的主要部分，所述主要部分由四個(gè)縱向延伸的壁部通過(guò)折疊線連接在一起而構(gòu)成，以便構(gòu)成框架的長(zhǎng)方形側(cè)面的壁的四個(gè)面；以及兩個(gè)重疊翼片，所述重疊翼片被在兩個(gè)折疊部分上重疊而構(gòu)成形成框架側(cè)面的兩個(gè)面，該框架通常為長(zhǎng)方形形狀。
在金屬坯料14的連續(xù)小部分之間的切口是以這樣一種方式制成的，折疊之后，將框架的側(cè)面端部放置在三角形截面的端部，并將框架的每一個(gè)角切開。此外，以這樣一種方式進(jìn)行切割，留出用于構(gòu)成框架壁的重疊固定翼片并且位于框架的側(cè)邊之間的翼片和翼板。
圖6和7分別示出框架的一個(gè)端面的外部和內(nèi)部以及兩個(gè)側(cè)面的端部，在坯料14已經(jīng)被沿所示折疊線折疊之后，所述側(cè)面被容納于所述端面內(nèi)。
當(dāng)被折疊后框架呈現(xiàn)出如圖7所示的布置，框架的每一側(cè)邊的管狀壁通過(guò)重疊翼片被固定在一起，從而導(dǎo)致彈性地支承在構(gòu)成框架側(cè)邊的壁部分的坯料部分上，或支承在其它重疊翼片上。
如上所述，所述重疊翼片是由所述小部分15a和15b的縱向外側(cè)邊構(gòu)成的，在折疊期間將所述小部分15a和15b彼此相面對(duì)地放置，并在進(jìn)行焊接操作期間被彈性地相互擠壓，比如，用激光束在沿側(cè)邊長(zhǎng)度方向上的焊接點(diǎn)上或者沿焊接線進(jìn)行穿透焊接，而所述側(cè)邊被做成彼此一致并相互彈性地壓靠。
如圖7所示，可以看到連接區(qū)16，連接區(qū)16是由在每一側(cè)邊上的中凹的凹坑形成的，用以連接框架的端面，并且，當(dāng)將要裝配在一起的兩個(gè)側(cè)邊彈性地?cái)D壓時(shí)，一個(gè)凹坑被嚙合在另一凹坑中。焊接線可以是在凹坑16上形成的，焊接線平行于或者垂直于框架的端面的側(cè)邊，這樣，就將它們裝配在一起了。
當(dāng)組裝和封閉框架的側(cè)面時(shí)，由兩個(gè)帶狀部分構(gòu)成的所述重疊翼片與構(gòu)成側(cè)面的壁的表面的兩個(gè)部分重疊。通過(guò)在這些重疊翼片上施加推力，就能使重疊翼片彈性地支承在構(gòu)成側(cè)面表面的被折疊部分上。然后，所述重疊翼片被焊接到構(gòu)成框架壁的表面的被折疊部分，比如，通過(guò)穿透焊接，采用一種激光束或者通過(guò)電焊。通過(guò)焊接點(diǎn)或焊接線可以將框架的側(cè)面裝配和固定在一起，而焊接點(diǎn)或線是沿側(cè)面的長(zhǎng)度方向相互間隔的。
框架側(cè)邊的焊接能夠簡(jiǎn)單和快速地進(jìn)行，僅僅使用了有限數(shù)量的焊接點(diǎn)或焊接線，這些焊接點(diǎn)或焊接線在所述連接區(qū)沿框架側(cè)面的長(zhǎng)度分布?？梢允顾鲋丿B翼片彼此彈性支承或者支承在一個(gè)壁部，從而在焊接期間獲得令人滿意的連接，以便形成牢固的連接。
尤其是如圖7所示，通過(guò)由在框架的端面或側(cè)面的連接部分上的翼板或翼片17構(gòu)成的重疊翼片，所述側(cè)面被固定到端面上。當(dāng)在與壁重疊的翼板17上用激光進(jìn)行穿透焊接時(shí)，用于構(gòu)成所述端面壁的附加重疊翼片的翼板17被彈性地支承在側(cè)面的壁上。同樣，當(dāng)用激光進(jìn)行穿透焊接時(shí)，用于構(gòu)成所述側(cè)面壁上的附加翼片的翼板17被重疊和彈性地支承在端面的壁上。
用焊接方法將重疊翼片和附加重疊翼片或者框架的壁連接在一起，使得獲得一種非常剛性的裝配成為可能，即使在使用一種薄金屬坯料的情況下，比如一種厚度約為0.7mm或者甚至0.5mm的金屬坯料。
在某些情況下，甚至可以通過(guò)將厚度在0.05mm至0.5mm范圍內(nèi)的金屬板進(jìn)行切割和折疊而制造所述框架。
這樣的框架用途很廣，無(wú)論何時(shí)只要希望它具有好的剛性和輕的質(zhì)量，比如當(dāng)所用的材料很昂貴的時(shí)候。
在其它情況下，對(duì)于大致管狀的中空結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，有必要獲得很高級(jí)別的剛性和強(qiáng)度，而其管狀可能具有復(fù)雜形狀的外形。
對(duì)于這種需要很高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)，有可能使用相對(duì)厚些的金屬坯料，比如，金屬坯料的厚度大于1mm，以便構(gòu)成該中空結(jié)構(gòu)的壁，以及在該結(jié)構(gòu)已經(jīng)被折疊之后構(gòu)成用于裝配目的的所述重疊翼片。
圖8示出一種具有環(huán)形結(jié)構(gòu)且大致管狀的結(jié)結(jié)構(gòu)件，其可以用本發(fā)明的方法制造，只用一塊被折疊的金屬坯料或金屬帶就可構(gòu)成該結(jié)構(gòu)的壁，也可構(gòu)成重疊固定翼片。
一般而言，圖8所示的結(jié)構(gòu)件18為一環(huán)形形式，其可以具有大尺寸，可以具有通常為長(zhǎng)方形形狀的中空橫截面。
結(jié)構(gòu)件18由連續(xù)的環(huán)形段19組成，環(huán)形段19的方位角與下文描述的制造方法相適應(yīng)，它們通過(guò)在重疊翼片上的焊接點(diǎn)或焊接線被連接在一起，而翼片彈性地支承在該結(jié)構(gòu)件的壁部上。
比如，如圖8所示類型的環(huán)形件18可以被指定為具有12個(gè)段19，每一段占據(jù)30°的方位角。
圖9示出一小部分金屬坯料，它用于通過(guò)折疊和焊接方法制造圖8所示的結(jié)構(gòu)件。
圖9所部分示出的金屬坯料總體上用附圖標(biāo)記20表示。
所示金屬結(jié)構(gòu)件的每一段19由金屬坯料20的一部分21制成。
每一部分21分別具有一帶22，所述帶22用于構(gòu)成所述環(huán)形結(jié)構(gòu)件18的一段19的外圓柱表面的壁部。
下一壓印區(qū)22是以坯料20的一縱向延伸的帶形成的，坯料20是從一金屬板上切割的，每一壓印區(qū)22以一個(gè)延伸30°角的圓弧的形式而形成縱向段圓柱表面的一小部分。
所述壓印區(qū)22通過(guò)橫向延伸并在帶形坯料20的縱向方向上彼此間隔的折疊線或區(qū)23而相互連接。
所述連續(xù)的壓印區(qū)能夠用一種沖壓機(jī)制成，比如，該沖壓機(jī)包括，具有通過(guò)橫向凹坑而形成的彼此間隔的圓柱形凸壓印區(qū)的輪或者圓柱體。
在坯料20的部分21的每一帶22的橫向方向上的每一邊上，形成有兩個(gè)梯形的壁部24和24′，用于構(gòu)成所述環(huán)形件18的管壁的兩個(gè)端面。所述壁部24和24′通過(guò)縱向延伸的折疊線而與所述壓印帶22連接。
所述壁部(24′)之一被向外延伸出一壁部25，該壁部25的長(zhǎng)度等于所述壁24和24′中的較小長(zhǎng)度，其寬度基本上等于壓印帶22的寬度。該壁部25構(gòu)成了所述環(huán)形件18的一棱鏡形的內(nèi)壁部分。最后，該壁部25又延伸出一附加重疊翼片26，用于一旦所述部分21已經(jīng)被折疊和組裝就封閉所述管狀段19。
另外，每一壁部24和24′分別在其傾斜的側(cè)邊之一上具有一固定和重疊翼片，它由一翼板27或27′構(gòu)成。
同樣，所述壁部25在其側(cè)邊之一上具有一重疊翼片，它由一翼板28構(gòu)成。
通過(guò)在縱向方向上延伸的折疊線，所述壁部24′、25和26被彼此連接。
圖11示出了所述環(huán)形件18的兩個(gè)連續(xù)的段19，通過(guò)將所述壁部24、24′和25繞縱向折疊線折疊并通過(guò)將所述重疊翼片26向下折疊而搭接在壁部24的外表面上，這樣就已經(jīng)將所述兩個(gè)連續(xù)的段19成形和組裝，其中所述壁部24被相對(duì)于所述壓印帶22約90°進(jìn)行折疊。通過(guò)施加推力將重疊翼片26在橫向方向上彈性地壓靠在壁部24上，環(huán)形件18的段19就被裝配和固定了。處于彈性接觸的所述重疊翼片26和壁部24被相互牢固地壓緊，從而，通過(guò)采用激光束的一種穿透焊接方法在壁26和24的厚度上形成焊接點(diǎn)或焊接線，將環(huán)形件18的段19裝配。
如圖11所示，然后，在將兩個(gè)連續(xù)的壓印帶22連接在一起的一折疊線上進(jìn)行折疊，以便將壁部24和24′的翼板27和27′嚙合在其它壁部的縱向端內(nèi)?？梢栽O(shè)置壓印區(qū)，以在所述部分21的壁部24和24′的縱向末端邊緣上接收翼板27和27′，其中所述部分21鄰近于設(shè)有所述翼板27和27′的部分。所述翼板27和27′被向外折疊一些，以便當(dāng)通過(guò)使兩個(gè)所述部分21繞著將所述兩個(gè)帶22連接在一起的折疊線彼此相對(duì)樞轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)嚙合時(shí)，翼板27和27′彈性地支承在所述部分21的壁24和24′的壓印末端區(qū)之內(nèi)。
同樣，翼板28被嚙合在所述段的壁部25的一壓印區(qū)內(nèi)，而所述段鄰近具有該翼板28的段。一旦被嚙合，翼板28被向環(huán)形件18的內(nèi)部折疊一些，以便彈性地支承在壁部25的端部上。
在為了裝配而進(jìn)行焊接期間，所述翼板27、27′和28被保持彈性地支承在所述相鄰段19的壁的嚙合區(qū)上。
在沿兩個(gè)連續(xù)的壓印帶22之間的折疊線折疊后，設(shè)備的所述連續(xù)段19的翼板27、27′和28被從管狀結(jié)構(gòu)18的外部焊接。
可以通過(guò)使用激光束的穿透焊接方法來(lái)實(shí)現(xiàn)焊接，通過(guò)彈性的推動(dòng)，翼板與一相鄰段19的壁的末端保持牢固的接觸。為了促進(jìn)壁的末端與翼板之間的接觸，可以在朝向管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部的方向上向所述壁施加壓力或擠壓力。
圖12示出了各種激光焊接線或點(diǎn)29、30，焊接線或點(diǎn)起到將兩個(gè)連續(xù)的管狀段裝配以及將所述兩個(gè)連續(xù)的段以它們的共同端裝配在一起的作用。
最好是，采用計(jì)算機(jī)模擬來(lái)確定作用在結(jié)構(gòu)件上的操作負(fù)載，以便發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)件上應(yīng)力集中最小的區(qū)域。在以這種方式所確定的所述區(qū)域中形成焊接點(diǎn)或焊接線。
這些焊接點(diǎn)或焊接線通常用激光以穿透焊接法形成，然而，在某些情況下，可以沿著將連接翼片和壁部的彼此壓靠的邊緣進(jìn)行焊接，而連接翼片與壁部則彼此彈性地支承，這種焊接法被稱為熔渣組裝。
可以使結(jié)構(gòu)件獲得很好的尺寸精度，該尺寸精度尤其依賴于金屬板被切割和折疊的精度，以及依賴于焊接時(shí)所述重疊翼片與壁部被保持固定的位置精度。焊接期間的位置精度容易保證，因?yàn)樗軌驖M足使通過(guò)焊接被固定在一起的兩個(gè)壁中的之一定位的要求，然后其中第二壁彈性地壓靠在所述第一壁上。
無(wú)需在結(jié)構(gòu)件的管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部使用夾具就能實(shí)現(xiàn)裝配，從而制造出結(jié)構(gòu)件，而在結(jié)構(gòu)件中管狀結(jié)構(gòu)的橫截面可以變化。在焊接期間，可以用一種簡(jiǎn)單的機(jī)械設(shè)備比如鉗子或夾子將用于焊接的壁部保持住。
具有很復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)件都可以制造，尤其是可以通過(guò)采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件來(lái)優(yōu)化金屬板的輪廓和它的折疊線。
對(duì)于具有大尺寸的結(jié)構(gòu)件，可能需要用多塊金屬板來(lái)制造該結(jié)構(gòu)件，通過(guò)將不同的金屬板先后折疊和裝配所得到的各種部件被通過(guò)焊接操作裝配在一起，其中將重疊翼片和/或壁彈性地彼此支承。
有可能需要用薄金屬板來(lái)制造非常剛硬的結(jié)構(gòu)件，原因是通過(guò)將一重疊翼片焊接到所述結(jié)構(gòu)件的一個(gè)壁部或另一重疊翼片而獲得的硬化效果。通過(guò)將一重疊翼片重疊到一壁部上而將結(jié)構(gòu)件的某些部分加強(qiáng)，在焊接期間，比如在穿透焊接期間，防止該重疊翼片和該壁部移動(dòng)。
可能需要制造厚度在0.05mm至1mm范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)件，這就很難想象在部件的基礎(chǔ)上制造大致管狀的具有多邊形截面的結(jié)構(gòu)件。
如上所述，可能需要用厚度大于1mm的金屬板來(lái)制造非常堅(jiān)硬和牢固的結(jié)構(gòu)件，可以使用用于制造結(jié)構(gòu)件的切割和折疊裝置使其厚度可能達(dá)到最大。
本發(fā)明的方法能夠用任何金屬制造結(jié)構(gòu)件，特別是，它能夠用很難焊接的金屬比如鋁及其合金來(lái)制造結(jié)構(gòu)件。
本發(fā)明的方法以及所能制得的結(jié)構(gòu)件的可能應(yīng)用非常廣泛。
下面列舉出本發(fā)明的方法以及通過(guò)折疊而制造的結(jié)構(gòu)件在不同工業(yè)領(lǐng)域的幾種可能的應(yīng)用。然而這種列舉并非局限性的。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)件的特征在于，其形狀為大致管狀而且最好是多邊形截面，其具有至少兩個(gè)不是軸向?qū)R的管狀段，該結(jié)構(gòu)件可能包括曲線部分，通過(guò)在折疊之前將金屬坯料的某些部分壓印而獲得所述曲線部分，可以在切割金屬坯料之前或之后執(zhí)行該壓印操作。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)件為大致管狀而且具有多邊形截面，其特征在于，它們包括多個(gè)壁部，所述壁部相對(duì)于彼此呈角形布置，所述壁部通過(guò)在單塊金屬坯料上的折疊線被連接在一起，而且，每一段的至少一個(gè)附加重疊固定翼片以及至少一個(gè)用于將連續(xù)的段固定在一起的附加翼片被通過(guò)至少一條重疊焊接的線或點(diǎn)而重疊和固定在一起并與結(jié)構(gòu)件的壁部和第二重疊翼片中的至少一個(gè)固定，所述結(jié)構(gòu)件作為一個(gè)整體被裝配在一起，并且僅僅采用每一段的至少一個(gè)重疊翼片的至少一條焊接線或一個(gè)焊接點(diǎn)來(lái)加固，此外，用于固定一重疊元件的至少一個(gè)翼片在一重疊位置上彈性地支承在所述壁部和所述第二重疊固定翼片中的至少一個(gè)上。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)件可用在建筑工業(yè)上，比如，用作一種用于制造門或者窗戶的活動(dòng)或固定部件的框架。為了獲得裝飾效果，這種框架可以具有管狀的和多個(gè)橫截面的側(cè)邊。這樣的框架，尤其是當(dāng)用框架制造門時(shí)，可以具有圓形的表面，一般而言，可以呈現(xiàn)弧形部分。本發(fā)明的一種用于建筑工業(yè)上的結(jié)構(gòu)件也可以構(gòu)成用于雙層玻璃門或窗戶的框架。在此應(yīng)用中，用折疊的金屬板通過(guò)焊接而組裝的結(jié)構(gòu)件，與用正方形截面的材料通過(guò)在雙層玻璃窗框架的角部以直角進(jìn)行折疊而構(gòu)成的傳統(tǒng)類型的框架相比，具有很有效的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于這樣的現(xiàn)有框架，由于折疊，部件的橫截面要被做很大程度的修改，通常會(huì)引起部件的表面上出現(xiàn)皺紋。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)件可以用于制造電器的外殼，比如制造櫥柜門或者整個(gè)外殼的框架。
在印刷機(jī)械領(lǐng)域，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)件能被用作絲網(wǎng)印刷的框架。
在制造陸用、水用車輛或航空器領(lǐng)域，本發(fā)明也可以有大量的應(yīng)用，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)件可適用于制造車輛底盤或車體，特別是可以用作金屬板覆蓋的堅(jiān)固的儲(chǔ)藏箱結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)件也可以用來(lái)制造機(jī)身尤其是飛機(jī)機(jī)身。在這樣的應(yīng)用中，尤其是在航空應(yīng)用中，用難以焊接的輕合金比如鋁或鈦的合金能夠容易地制造結(jié)構(gòu)件。
一般而言，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)件可以用來(lái)代替采用異常形狀的部件而制造的復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)件。
本發(fā)明的實(shí)施可以避免制造昂貴的型材部件。
一般而言，在金屬結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)件可以用作需要表現(xiàn)出高等級(jí)剛性和高強(qiáng)度且重量也可以減輕的加強(qiáng)和支承結(jié)構(gòu)。
特別是，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)件也可以構(gòu)成曲線截面的部件，其中空斷面具有可變化的多邊形截面、或者環(huán)形或者框架形結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)件也可以被用作熱交換器，比如，用于熱交換的散熱器或者換流器。
在某些情況下，按照本發(fā)明的方法制造的管狀結(jié)構(gòu)需要用防漏的方式來(lái)封閉。在如此情況下，在重疊翼片與壁部之間形成連續(xù)的焊接線，且也可能在某些壁部之間形成焊接線。
一般而言，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)件是這樣的，它構(gòu)成一實(shí)際上連續(xù)的中空體；當(dāng)該中空體被繞成環(huán)時(shí)，它能得到一種平面封閉線，該封閉線整體位于該中空體內(nèi)部并通過(guò)每一段的內(nèi)部。
本發(fā)明并不嚴(yán)格地局限于在兩種特殊情況下所描述的實(shí)施例。
被用來(lái)制造本發(fā)明結(jié)構(gòu)件的金屬坯料可以是鋼坯，尤其是不銹鋼坯，或者它可以用任何其它鐵合金或非鐵合金比如鋁合金來(lái)制造。
可以采用其它方法進(jìn)行焊接而不是采用激光束焊接方法，即使激光束法表現(xiàn)有上述優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的方法除了可以用來(lái)制造框架或者管狀結(jié)構(gòu)的環(huán)形件以外，還可以制造其它結(jié)構(gòu)件。
本發(fā)明的方法可以用來(lái)制造非環(huán)形的大致管狀和多邊形截面的結(jié)構(gòu)件，其與環(huán)形框架或環(huán)形件不一樣。
權(quán)利要求
1.一種制造結(jié)構(gòu)件的方法，該結(jié)構(gòu)件具有大致管狀金屬壁并包括至少兩個(gè)段(19)，其特征在于，該方法包括以下步驟—從金屬板材上切割出至少一塊平坯料(14，20)，該坯料具有主要部分，該主要部分具有由用于形成該結(jié)構(gòu)件(11，18)的壁的各個(gè)段所構(gòu)成的展開形狀，對(duì)于每個(gè)段(19)，至少一個(gè)重疊固定翼片與至少一個(gè)附加翼片用于將各段固定在一起；—將切割出的坯料沿多條線折疊，以便用切割出的坯料(14，20)的主要部分的折疊部分形成該結(jié)構(gòu)件(11，18)的壁；以及—通過(guò)焊接，將每一段的至少一個(gè)附加重疊固定翼片與至少一個(gè)用于將各段(19)固定在一起的附加翼片在該結(jié)構(gòu)件(11，18)的壁的至少一個(gè)被折疊部分或者第二重疊翼片上相互固定，每一段(19)的所述至少一個(gè)附加重疊固定翼片和所述用于將各段(19)固定在一起的至少一個(gè)翼片和所述壁的折疊部分或者所述第二重疊翼片被保持為彼此彈性支承。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在將所述切割出的坯料(14，20)折疊之前，該金屬坯料(14，20)的至少一個(gè)區(qū)(22)被壓印。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述焊接是用激光束進(jìn)行的，最好是通過(guò)穿透焊接，焊接經(jīng)過(guò)所述每一段(19)的附加重疊固定翼片和用于將所述段(19)固定在一起的所述附加翼片，以及所述結(jié)構(gòu)件(11，18)的壁的所述折疊部分和第二重疊翼片中的至少之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的方法，其特征在于所述金屬板材的厚度在0.05mm至1mm的范圍內(nèi)。
5.一種結(jié)構(gòu)件，其具有大致管狀和多邊形橫截面的金屬壁，該結(jié)構(gòu)件包括至少兩個(gè)不是軸向?qū)R的段，其特征在于該結(jié)構(gòu)件包括多個(gè)壁部(24，24′，25，26)，所述壁部相對(duì)于彼此呈角形布置，所述壁部通過(guò)在單塊金屬坯料(20)上的折疊線被連接在一起，而且，通過(guò)重疊焊接線或焊接點(diǎn)(29，30)，每一段(19)的至少一個(gè)附加重疊固定翼片(17，27，27′，28)和至少一個(gè)用于將所述段(19)固定在一起的附加翼片被重疊和固定在結(jié)構(gòu)件的壁部(24，24′，25，26)和第二重疊翼片中的至少一個(gè)上，所述結(jié)構(gòu)件(11，18)作為一個(gè)整體被裝配在一起并且僅僅采用每一段(19)的至少一個(gè)重疊翼片上的至少一焊接線或焊接點(diǎn)(29，30)來(lái)加固，并且，用于將各段(19)固定在一起的至少一個(gè)翼片(17)在重疊位置上彈性地支承在所述壁部和所述第二重疊固定翼片中的至少一個(gè)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)件，其特征在于所述結(jié)構(gòu)件可以構(gòu)成下列部件的全部或者一部分建筑用門或窗戶框架，門，窗戶，雙層玻璃框架，電器外殼和機(jī)柜的框架或門，印刷機(jī)上的絲網(wǎng)印刷框架，用于構(gòu)成陸用、水用車輛或航空器的結(jié)構(gòu)部件，車身，機(jī)動(dòng)車底盤，飛行器骨架，飛機(jī)機(jī)身，機(jī)動(dòng)車上堅(jiān)固鼠籠式結(jié)構(gòu)，用于金屬結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)和支承結(jié)構(gòu)，具有多邊形截面的復(fù)雜曲線型材件，多邊形截面的中空環(huán)形件，熱交換器元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法，包括從金屬板材上切割出至少一個(gè)平坯料(20)，坯料具有主要部分，該主要部分具有用于形成該結(jié)構(gòu)件的壁的展開形狀和至少一個(gè)匹配重疊固定部分(26，27，28)，將切割出的坯料(20)沿多條線(23)折疊，以便用被切割坯料(20)的主要部分的折疊部分(22，24，24′，25)形成結(jié)構(gòu)件的壁，結(jié)構(gòu)件包括幾個(gè)非軸向?qū)R的環(huán)形截面，通過(guò)焊接，將所述至少一個(gè)匹配重疊固定部分(26，27，28)固定在至少一個(gè)所述折疊部分(22，24，24′，25)和第二重疊部分上。在焊接期間，所述至少一個(gè)重疊部分(26，27，28)與所述壁的折疊部分(22，24，24′，25)或所述第二重疊部分保持為在一重疊位置上彼此彈性支承。最好是，所述焊接由一種穿透激光束進(jìn)行。本發(fā)明的新穎結(jié)構(gòu)件在多種工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)B21C37/15GK1443098SQ01813000
公開日2003年9月17日 申請(qǐng)日期2001年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月17日
發(fā)明者讓·皮埃爾·雷伊阿爾 申請(qǐng)人:伊姆菲·尤金精密公司