專利名稱：制造定制管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容涉及一種形成用于車輛的管狀結(jié)構(gòu)性構(gòu)件的方法。更具體地，描述了一種制造中空金屬管的方法，該中空金屬管的某些部分比同一根管的其他部分擴大60%。
背景技術(shù)：
本部分提供與本公開相關(guān)的背景信息，不一定是現(xiàn)有技術(shù)。由于對車輛燃油經(jīng)濟性一直不斷增加的關(guān)注，正在投入越來越多的努力以減小車輛總重。與重量減小相結(jié)合地，還期望改進車輛操控性和穩(wěn)定性。一些車輛制造商已經(jīng)成功地用包括鎂合金或鋁合金的輕質(zhì)材料構(gòu)造出了多種車輛結(jié)構(gòu)性部件。碳纖維和加強塑料面板也已經(jīng)被結(jié)合到車輛設(shè)計中。然而，這種方法對于部件承受大量機械載荷的某些應(yīng)用可能是不可能的。這種部件的示例可以包括車輛車架構(gòu)件、懸架部件和車橋殼?！┸囕v車架構(gòu)件由相互焊接的“C”形槽鋼構(gòu)成。槽鋼由相對低碳鋼構(gòu)造。車架縱梁上可能附連有多個支架、角撐板、凸緣和橫梁，從而為未與縱向延伸的車架縱梁精確對齊的各種車身和懸架部件提供附連點。已經(jīng)進行了各種嘗試對中空鋼管進行液壓成形來制造車輛車架縱梁。盡管這些嘗試中有些成功了，但可以借助于液壓成形獲得的擴大量存在限制。一些制造商已經(jīng)增加了額外的工藝步驟和生產(chǎn)線外的(off-line)機器來使車架縱梁的一部分折彎、擠壓或者以另外的方式變形。盡管這些額外的幾套工具和工藝步驟可以更緊密地將車架縱梁限定為期望的形狀，但與這些制造技術(shù)相關(guān)聯(lián)的成本可能是過高的。因此，本領(lǐng)域中存在對于提供一種以經(jīng)濟高效的方式提供具有相對復雜的幾何形狀的重量減小的結(jié)構(gòu)性構(gòu)件的制造工藝的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本部分提供本公開內(nèi)容的概述，不是其全部范圍或其全部特征的全面公開。一種制造中空結(jié)構(gòu)性車架縱梁的方法包括使管相對于機床(tool)旋轉(zhuǎn)，以在沿管的長度的預定位置處減小管的外徑。在管內(nèi)設(shè)置彈性體插入件。在容納插入件的位置使管折彎。對折彎后的管進行液壓成形以限定車架縱梁的完成形狀。本公開內(nèi)容還涉及一種制造中空結(jié)構(gòu)性車架縱梁的方法，包括獲得具有大致圓柱形外表面的管。旋轉(zhuǎn)管，并使周向間隔開的滾子與外表面接合以在沿管的長度的預定位置處減小管的外徑。在管內(nèi)設(shè)置彈性體插入件。在容納插入件的位置使管折彎。對折彎后的管進行液壓成形以限定車架縱梁的完成形狀。
其它可應(yīng)用方面通過本文提供的描述將變得顯而易見。本概要中的描述及具體示例僅用于示例性目的，而非意于限制本發(fā)明公開的范圍。


本文描述的附圖僅出于示例所選實施方式而非所有可能的實施方式的目的，無意于限制本公開的范圍。圖1是通過本公開的方法構(gòu)造的示例性車架縱梁的立體圖；圖2是取自部分A和部分B的相交處的車架縱梁的橫截面圖；圖3是取自部分B和部分C之間的相交處的車架縱梁的橫截面圖；圖4是管的立體圖；圖5是半成品漸縮管的立體圖；圖6是半成品折彎和漸縮的管的立體圖；圖7是半成品液壓成形后的管的立體圖；圖8是液壓成形及液壓穿孔(hydropierced)后的管的立體圖；圖9是顯示用于旋轉(zhuǎn)管并減小其外徑的機床的示意圖；圖10是顯示用于減小管直徑的致動器滾子組件的示意圖；圖11是折彎前設(shè)置在管內(nèi)的插入件的立體圖；圖12是處于未變形狀態(tài)的插入件的橫截面圖；圖13是處于變形狀態(tài)的插入件的一部分的橫截面圖；圖14是處于未變形狀態(tài)的替代性插入件的橫截面圖；圖15是處于變形狀態(tài)的替代性插入件的橫截面圖；圖16是彎管機以及液壓成形彎管機的示意圖；和圖17是替代性漸縮管組件的側(cè)視圖。在所有附圖中相應(yīng)的參考數(shù)字指示相應(yīng)的部分。
具體實施例方式現(xiàn)在將參照附圖更全面地描述示例性實施方式。參照圖1至圖2，通過本公開的方法構(gòu)造的示例性車架縱梁以參考數(shù)字10表示。 車架縱梁10包括整體式管12，管12具有分別不同尺寸和形狀的第一至第五部分A、B、C、 D、E0車架縱梁10的每個部分均包括頂壁14和底壁16，頂壁14和底壁16分別由第一側(cè)壁18和第二側(cè)壁20互連。圖中顯示每個壁均具有對應(yīng)于第一至第五部分中的一個的后綴字母。例如，第一部分A具有大致為矩形的橫截面形狀，該橫截面形狀包括具有大致相等的長度并且大致相互平行地延伸的頂壁14A和底壁16A。第一側(cè)壁18A具有與第二側(cè)壁20A 大致相同的尺寸。第一側(cè)壁18A和第二側(cè)壁20A大致相互平行地延伸。出于參引的目的， 第一部分A的周長限定為距離P。第二部分B具有無縫地連接至第一部分A的第一端M。第一端M具有與第一部分A大致相同的橫截面形狀。第二部分B包括具有大致矩形橫截面的第二端觀。如圖3 中示出的，部分B在第二端28處的外周長減小為近似0. 63P。頂壁14B和底壁16B與頂壁 14A和底壁16A的尺寸大致相同。周長的減小是借助于減小第一側(cè)壁18B和第二側(cè)壁20B的高度完成的。在圖中顯示的示例中，第一側(cè)壁18B和第二側(cè)壁20B從第一端對向第二端 28漸縮大致相同的量。還應(yīng)當理解，第二部分B相對于第一部分A成一定角度延伸。第三部分C具有大致恒定的矩形橫截面形狀，其具有近似為0. 37P的外周長。第三部分C相對于第二部分B成一定角度延伸。第四部分D是類似于部分B的漸縮部，其頂壁14D和底壁16D與部分A、B和C的頂壁14和底壁16的尺寸大致相同。第一側(cè)壁18D和第二側(cè)壁20D從第一端30向第二端 32漸縮。在第二端32處，部分D的周長為近似0.72P。根據(jù)車架縱梁10的最終設(shè)計要求， 第四部分D可以相對于第三部分C成一定角度延伸。第五部分E具有第四部分D的第二端32的橫截面尺寸和形狀。第五部分E的橫截面形狀沿著其長度大致恒定。部分E的周長為近似0.72P?；谏衔拿枋?，應(yīng)當理解，當與部分C相比較時，部分A顯示出擴大了近60%。類似地，當與部分C相比較時，部分E顯示出擴大了近15%。參照圖4至圖8，制造車架縱梁10的方法包括以具有大致圓柱形外表面42的半成品部件或管40開始。管40的內(nèi)表面44也具有大致圓柱形形狀。管40可旋轉(zhuǎn)地安裝在諸如圖9中顯示的車床46的機器內(nèi)。管40的第一端48暫時地傳動地安裝至車床46的心軸 50。心軸50由馬達52驅(qū)動。管40的第二端M借助于尾架56可旋轉(zhuǎn)地支承。通過為馬達52通電，管40可以相對于機床58旋轉(zhuǎn)。如圖10中示出的，機床58可以包括三個周向間隔開的壓力滾子組件60。每個壓力滾子組件60均包括致動器62，致動器62可操作為使?jié)L子64沿徑向平移(translate)為與管40的外表面42接觸和不接觸。該組壓力滾子組件60還能夠平行于管40的旋轉(zhuǎn)軸線 66縱向移動。通過與該組壓力滾子組件60的縱向位置一致地改變施加至每個滾子64的力，可以對外表面42成形。一旦壓力組件不再與外表面42接合，則限定了中等水平的半成品漸縮管70。漸縮管70包括部分A、B、C、D、E，但每個部分的外形均是大致圓柱形或者大致截頭圓錐體形。也可以限定其他形狀。此外，每個部分的外表面均沿著公共旋轉(zhuǎn)軸線66 對齊。此時從車床46上取下漸縮管70。圖11至圖15中顯示的一個或多個插入件74可以在預定軸向位置設(shè)置在漸縮管 70內(nèi)。插入件74優(yōu)選地由諸如聚氨酯或者橡膠的彈性體材料構(gòu)造。插入件74起到在隨后的折彎工藝過程中限制漸縮管70的局部部分起皺、起折痕或者扭結(jié)的作用。插入件74將很可能具有成形為與內(nèi)表面44的形狀的至少一部分互補的外表面76。在圖11和圖12中示出的第一構(gòu)形中，插入件74包括以細長槽的形狀形成的軸向延長孔78。孔78的形狀可以變化以保持折彎工藝后內(nèi)表面44和外表面42的期望形狀。圖13顯示了施加壓縮載荷后插入件74的形狀。替代性插入件74a在圖14中示出為實心圓柱形構(gòu)件。如圖15中示出的，當壓縮力施加至插入件7 的外表面76a時，變形的外表面76a的形狀與變形的外表面76的形狀不同?；诖颂匦孕袨?，可以在工件的部分內(nèi)限定特別定制(tailored)的橫截面形狀。例如，使用具有細長孔78的插入件74保證了折彎處的橫截面形狀大致為矩形。圖11顯示插入件74具有三個部分F、G、H，這三個部分F、G、H的尺寸和形狀設(shè)置為與漸縮管70的內(nèi)表面44的形狀緊密配合。因此，第一部分F包括最大的外徑。第二部分G具有漸縮的外表面。第三部分H具有直徑減小的大致圓柱形表面。插入件74可以進入在漸縮管70的包括第一部分A的端部處形成的孔92中。插入件74的直徑最小的第三部分H首先進入孔92中。插入件74軸向平移直至第二漸縮部分G接合漸縮管70的漸縮部分B內(nèi)的內(nèi)表面44。通過將漸縮管70和插入件74的子組件設(shè)置在如圖16中示出的彎管機94或者組合型彎管及液壓成形機94’內(nèi)，制造車架縱梁10的工藝繼續(xù)。稍后將在本文中更詳細地描述組合型彎管及液壓成形機94’。彎管機94包括夾具100，該夾具100可操作為在特定位置限制漸縮管70移動。在圖16中顯示的示例中，夾具100接合第二部分B的外表面。彎管機94還包括第一可旋轉(zhuǎn)模具102和第二可旋轉(zhuǎn)模具104。第一模具102包括凹腔106，該凹腔106尺寸和形狀設(shè)置為與漸縮管70的外表面42在第一部分A處的尺寸和形狀互補。第一模具102能夠繞軸線 108旋轉(zhuǎn)。第一模具102上形成有第一凸輪表面110。第一凸輪表面能夠與外表面42接合。 第一致動器112施加力，以使第一模具102旋轉(zhuǎn)并折彎漸縮管70。第二可旋轉(zhuǎn)模具104包括凹腔116，該凹腔116的尺寸和形狀設(shè)置為與漸縮管70 在部分C、D、E處的外表面42互補。第二可旋轉(zhuǎn)模具104能夠繞軸線118旋轉(zhuǎn)。第二致動器120提供移動可旋轉(zhuǎn)模具104并折彎漸縮管70的力。第二可旋轉(zhuǎn)模具104上形成有第二凸輪表面122，該第二凸輪表面122能夠選擇性地與外表面42接合。應(yīng)當理解，在顯示的示例中，插入件74的第三部分被加長以延伸超出第三部分C、并且至少部分地進入第四漸縮部分D。同樣地，只需要一個插入件74來制造圖中示出的特定車架縱梁10。如上文指出的，如果錐形的幾何形狀和所需折彎的位置如此要求，則可以在漸縮管70內(nèi)設(shè)置額外的插入件。如果彎管機94與液壓成形機分開地設(shè)置，則如圖6中示出的折彎和漸縮后的半成品管1 可以從彎管機94上取下并設(shè)置在液壓成形設(shè)備內(nèi)。在液壓成形過程中，加壓流體作用在內(nèi)表面44上以使外表面42徑向向外擴大而與液壓成形機的模具表面接觸。 可以設(shè)想在完成折彎操作后限定80%至90%的成品零件形狀。液壓成形操作修飾潤化 (qualifies) 了外表面42，并使折彎和漸縮后的管1 擴大近2%至4%，以使管成為最終形式，從而限定如圖7中顯示的半成品縱梁130。如果需要如圖8中示出的諸如孔96、97和 98的額外特征，此時也可以執(zhí)行液壓打孔操作。完成了的車架縱梁10此時可以從液壓成形及液壓打孔模具上取下。如上所述，可以設(shè)想使用組合式折彎、液壓成形和液壓打孔設(shè)備來代替之前描述的兩個單獨的機器。具體地，可以設(shè)想組合式折彎和液壓成形機94’執(zhí)行之前描述的折彎和液壓工藝中的每一個，而無需使半成品的折彎及漸縮后的管1 在彎管機與液壓成形機之間進行實體轉(zhuǎn)移。另一替代性工藝步驟可以包括在執(zhí)行完折彎操作后對折彎及漸縮后的管1 感應(yīng)加熱，從而為管重新引入可成形性(formability)。如果管在折彎工藝過程中已經(jīng)充分硬化加工而妨礙適當?shù)囊簤撼尚魏鸵簤捍蚩?，則可能需要此步驟。在圖17中示出的替代性形式中，可以通過將第一半成品漸縮管202固定至第二半成品漸縮管204來形成多件式車架縱梁200。管可以通過包括金屬惰性氣體焊接、激光焊接、機械緊固、粘性粘接之類的多種已知工藝中的任意一個相互聯(lián)接。之前描述的其余工藝步驟也可以在漸縮管組件200上執(zhí)行。
此外，上述討論僅僅公開和描述了本公開的示例性實施方式。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以從這種討論、以及從附圖和權(quán)利要求容易地認識到，在不脫離如權(quán)利要求中所限定的本公開的精神和范圍的情況下可以進行各種改變、修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種制造中空結(jié)構(gòu)性車架縱梁的方法，包括使管相對于機床旋轉(zhuǎn)，以在沿所述管的長度的預定位置處減小所述管的外徑；在所述管內(nèi)設(shè)置彈性體插入件；在容納所述插入件的位置使所述管折彎；以及對折彎的管進行液壓成形以限定所述車架縱梁的完成形狀。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在將所述管設(shè)置在用來執(zhí)行液壓成形的液壓成形模具內(nèi)時對所述管進行穿孔。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括夾緊所述管，以在所述折彎過程中限制所述管的一部分的運動。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，還包括向所述管的第一端施加力，以使所述管的第一端相對于所述夾具旋轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括使所述管的外表面與凸輪表面接合，以在所述折彎過程中限定所述外表面的形狀。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述凸輪表面形成在容納所述管的所述第一端的可旋轉(zhuǎn)模具上。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括向所述管的與所述第一端間隔開的另一部分施加力，以使所述另一部分相對于所述夾具旋轉(zhuǎn)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述折彎和液壓成形在共用機床內(nèi)執(zhí)行。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述共用機床內(nèi)對所述管進行液壓穿孔。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括使第二管相對于機床旋轉(zhuǎn)，以在沿所述管的長度的預定位置處減小所述管的外徑；以及將所述管的一端固定至所述第二管的一端，并且隨后執(zhí)行所述折彎和液壓成形。
11.一種制造中空結(jié)構(gòu)性車架縱梁的方法，包括 獲得具有大致圓柱形外表面的管；旋轉(zhuǎn)所述管；使周向間隔開的滾子與所述外表面接合，以在沿所述管的長度的預定位置處減小所述管的外徑；在所述管內(nèi)設(shè)置彈性體插入件；在容納所述插入件的位置使所述管折彎；以及對折彎的管進行液壓成形以限定所述車架縱梁的完成形狀。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括在朝管旋轉(zhuǎn)軸線徑向移動所述滾子的同時使所述滾子大致平行于所述管旋轉(zhuǎn)軸線平移。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括在所述滾子接合后將所述插入件的外表面限定為與所述管的內(nèi)表面互補。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括在所述插入件內(nèi)形成成形孔，以在施加外部載荷時改變所述插入件形成的外形。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括夾緊所述管，以在所述折彎過程中限制所述管的一部分的運動。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括向所述管的第一端施加力，以使所述管的第一端相對于所述夾具旋轉(zhuǎn)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括使所述管的外表面與凸輪表面接合，以在所述折彎過程中限定所述外表面的形狀。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述凸輪表面形成在容納所述管的所述第一端的可旋轉(zhuǎn)模具上。
19.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述折彎和液壓成形在共用機床內(nèi)執(zhí)行。
20.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括使第二管相對于機床旋轉(zhuǎn)，以在沿所述第二管的長度的預定位置處減小所述管的外徑；以及將所述第二管的一端固定至所述管的一端， 并且隨后執(zhí)行所述折彎和液壓成形。
全文摘要
一種制造中空結(jié)構(gòu)性車架縱梁的方法，包括使管相對于機床旋轉(zhuǎn)，以在沿所述管的長度的預定位置處減小所述管的外徑。在所述管內(nèi)設(shè)置彈性體插入件。在容納所述插入件的位置使所述管折彎。對折彎的管進行液壓成形以限定所述車架縱梁的完成形狀。
文檔編號B21D9/15GK102355962SQ201080012798
公開日2012年2月15日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月19日
發(fā)明者喬瓦尼·迪切薩雷 申請人:麥格納國際公司