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頓在車門制造中的類型，
更具體地涉及包括通過非線性焊接連接在一起的多個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構(gòu)造中的類型提供了對封裝在內(nèi)部的部件的支撐，并且增加了結(jié)構(gòu)容量。例如，就車門而言，應(yīng)該理解的是內(nèi)襯提供了側(cè)面沖擊加強件并形成了電子、門鎖、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地M^與之相關(guān)的材料。這樣一來，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鉸鏈。焊接線的最終位置部分地由鄰近線性悍點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于旨板材面積最小化。在圖la中，應(yīng)該理解的是向前移動線性焊接線將使得當(dāng)1.8mm材料被0.8mm材料替代時門內(nèi)襯的質(zhì)量會減少。然而，這導(dǎo)致各種問題，例如沿焊接線下部三分之一部分的應(yīng)變增加，下邊緣附近的薄材可能失效，以及對額外拉模的需求和/^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)襯例如是汽車車門內(nèi)襯，這提高了燃油經(jīng)濟性。通過減輕質(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)有的三件式拉模進行實施且需要最小限度的附加試驗。此外，本發(fā)明有利于通過附加在拉模組件上的受控裂縫裝置來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受控裂縫裝置的j頓得到提高。最后，本發(fā)明對跑共用于TWB制造的改進的板材嵌套和固定也是有用的。在優(yōu)選實施方式中，本發(fā)明的目的^1M重新定位焊接線來減少用于制造門面板的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內(nèi)襯的拉模過程中。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聲器孔成一條直線。為了達到后者的效果，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說明本發(fā)明的ite實施方式，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內(nèi)襯的正投影圖，其中示出了具有下部第三長度L1的線性焊接線；
圖2所示為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的由具有不同厚度的第一和第二板材組成的門內(nèi)襯的正投影圖，其中示出了向前移動且具有大于L1的下部第三長度L2的非線性焊接線；
圖3所示為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的具有位于揚聲器孔內(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)選實施方式的由具有不同厚度的第一和第二板材組成的門內(nèi)襯的正投影圖，其中示出了向前移動并且具有大于L1的下部第三長度L2和構(gòu)造為繞過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較厚和相對較薄的鋼質(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)容量或為外部結(jié)構(gòu)提供殼體和/或加強，例如前車門或后車門，如圖示實施方式中所示。盡管相對于車門實施方式進行了描述和說明，應(yīng)該理解的是本發(fā)明的優(yōu)點可用在其他應(yīng)用中，和其他車結(jié)構(gòu)上，例如發(fā)動機罩、車箱蓋等。也就是說，對,實施方式的以下說明本質(zhì)上僅僅是示例性的而不是對本發(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，在這個位置線16的曲率導(dǎo)致更大的長度，且因此獲得較大的截UM積以傳遞在車門下前角成形時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，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角和兩個判5，三個角分別為al (0 (+/-15)度)、a2 (70 (+/-15)度)、a3 (0 (+/-15)度)，兩個半徑分別為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。基于觀測，在下部三分之一處的焊接線角(從水平面測量為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，并將失效從門的下邊緣移開。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彎曲部分和五個直線部分的焊接線16，其進一步繞過車門鏡子襯墊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樸才料的進一步減少。也就是說，最佳的a2使失效位置遠離下邊緣且朝向揚聲器孔18升高，這使得在下部三分之一處焊接線16能夠進一步向前移動。應(yīng)該理解的是在這個區(qū)域內(nèi)焊接線16的向前移動導(dǎo)致在薄板材巻材的工禾號料內(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(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，以這種方式對厚板材12跨度(pitch)的M^、不會影響0.8mm板材14的質(zhì)量負擔(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局部化和重新定位到更容易管理的位置，例如，和門的揚聲器孔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，現(xiàn)有的三件式拉模在此可通過增加受控裂縫裝置22而被改進以用于將揚聲器廢M L接合在門內(nèi)襯10的J平面上(即，總體上平行于限定揚聲器孔等的門外表面的內(nèi)表面)。在這個位置，應(yīng)該理解的是，膨月長后的im裂縫24,包括在揚聲器孔18內(nèi)，使得當(dāng)壓制孔18時裂縫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質(zhì)量、增加板材的節(jié)省量和增加車輛燃油經(jīng)濟性等方面提高效率。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、以及延遲失效點局部化和減小失效禾號，失效點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，以便在拉摸期間為膨脹留出空間。在優(yōu)選實施方式中，受控裂纟，置22定時從底部(g卩，拉摸或模壓過程的結(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p ，一步向前移動。結(jié)果，在圖示實施方式中1.8mm的板材跨度可實現(xiàn)為低達372mm。
在示例性的門應(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)量的方法進行對照的修整過的拉模內(nèi)襯10的相對節(jié)省質(zhì)量 表1
門內(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)于每個門0.55kg，或每輛4門車2.0kg (未示出)。此外，旨的多觀察和預(yù)測到，具有在離開拉模，，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)來源于焊接線16從變換點艦一步前移12謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，并且 對于在8和10mm處的裂縫接合而言，跨度能額外減少25mm，同時仍然滿足 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正時窗口在離開拉模t，號部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的負擔(dān)增加是由于兩個 突出板材嵌套的材料跨度尺寸的增加而產(chǎn)生的，如用于門生產(chǎn)的通常情形。也 就是說，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，提供了兩個突出板材，這樣一來每個板材的板材質(zhì)量的凈負擔(dān)增長是 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的薄板材負擔(dān)時，應(yīng)該理解的是， 使用本發(fā)明的方法可實現(xiàn)達到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。該書面描述JOT示例公開了本發(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)保護的范圍由權(quán)利要求書限 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 書的文字語言沒有區(qū)別的結(jié)構(gòu)性元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求書的文字 語言沒有無實質(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 書的保護范圍內(nèi)。同樣，如本文中所使用的，術(shù)語"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件和另一個部件，術(shù)語"這"、"一"和'一個"不表示對 數(shù)量的限制，而是表示存在至少一個被引用的物件。所有指向給定部件或測量 值的相同數(shù)量的范圍都包含端點且可以獨立組合。
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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)襯包括限定多個不同厚度的多個金屬部分，其中，所述部分通過非線性焊接線連接，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。
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，并且由該第二部 分限定的所，縫被形)te揚聲器孔附近。
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，該焊接線由四個彎曲部分和五個 直線部分限定。
12. —種適于與外部車門殼體一起使用并通過拉模工藝生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)性內(nèi)襯，所述內(nèi)襯包括限定多個不同厚度的多個金屬部分，其中，所述部分通過非線性焊接線連 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，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. 相對于該拉模固定具有不同厚度的多個金屬板材，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. 相對于戶;M拉模固定戶;M拼焊板；和d. 在壓制過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)進一步包括如下步驟相對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織二板材限定揚聲器 L并且 戶艦預(yù)定位置與該揚聲器孔鄰近。
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揚聲器孔之類的預(yù)定位置。
文檔編號B60R13/02GK101670812SQ20091020575
公開日2010年3月17日 申請日期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 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司