专利名称：制备局部加强的中空型材的方法
制备局部加强的中空型材的方法
本发明涉及一种由金属、特别是由钢或钢合金来制备局部加强的中空型材的方 法。局部加强的中空型材尤其应用于机动车辆的车身结构中，但是也应用于其他技术 领域中，以便能够在实现重量最轻的同时达到一定的强度。这种中空型材(特别是管)可 被制成所谓的“特制管”的形式，其包含焊接在一起的、不同壁厚的管和/或不同材料制成 的管。这样，如此制成的部件在壁厚较大的部位能够(例如)吸收和传递更大的力。另一 方面，在允许部件的刚度相对较小的区域内，使壁厚减小到所要求的最小尺寸，由此使部件 的重量保持较低。这些组合管的问题是制造成本相对较高。特别是在需要许多加强区域的情况下， 结果必须将许多管沿管端焊接在一起。当然，由特制坯件制得的其他形状的中空型材也是 如此。为了简化该过程，从德国专利申请DE 102 21 880 Al中已知，使整体或部分包围 管的加强构件滑到需要被加强的管上，然后通过内高压法成型，使得局部加强构件与管形 成形锁合连接。然而，考虑到所需的设备和工具的资本成本，内高压成型法的费用昂贵，因 此制备局部加强管件的成本相对较高。同样，还从现有技术DE 198 19 484 Al已知，在成型 过程之前，使坯件具有布置在其上的加强物，并且在该坯件被深冲压成为U形型材的时候， 将该加强物设置在该坯件上。最后，从DE 197 37 969 Al已知，在制备局部加强的半成品 的过程中，使加强构件通过牢固接合而连接到该尚未成型的半成品。一方面，在所述加强构 件和所述尚未成型的半成品之间形成牢固接合需要大量的工作，另一方面，当随后半成品 成型时，会导致在其中产生应力。以上述情况作为出发点，本发明的目的是提出一种简单且便宜地、由金属来制备 局部加强的中空型材的方法。根据本发明的第一教导，借助于下面的事实实现了如上所述的目的，所述事实为 通过采用卷曲技术(Einroll-Technik)或者UO成型法，使坯件上布置有多个金属加强构件 的坯件成型为中空型材，在成型之后，布置在坯件上的加强构件处于这样的状态它们通过 形锁合而连接到成型的坯件，优选的是，仅仅通过形锁合而实现连接。令人惊讶的是，已经发现，即使是采用卷曲技术或者UO成型法，也能够使布置在 坯件上的加强构件与坯件一起成型，同时在加强构件和坯件之间实现形锁合。当将多个或 许多加强构件设置在中空构件上时，本发明方法的优点变得尤为明显，这是因为这些加强 构件通过形锁合而同时连接到成型的坯件。在UO成型中，扁平坯件与布置在该坯件上的加 强构件一起形成预成型件，并且在模具中形成封闭的中空型材，然后进行焊接。预成型件的 横截面可以(例如)是V形或者是U形。但是，预成型件还可以具有不同的横截面形状。当 采用卷曲技术时，将坯件与布置在坯件上的加强构件一起放置在模具中，该模具使得其上 布置有加强构件的扁平坯件成型为中空型材。此时，如果使用型芯，则坯件在型芯和模具之 间的狭缝区域中滑行，直到坯件的边缘位于与待焊接的另一端彼此相对为止。如果加强构 件位于内侧上，则可以使用型芯来实施卷曲技术，这意味着型芯使得加强构件与坯件压印连接。如果加强构件位于外侧上，原则上也可以不使用型芯来实施卷曲技术。因此，通过采 用根据本发明的方法，可以在制备局部加强的中空型材时使用已有的设备，这意味着资本 成本较低。此外，根据本发明的方法的特征在于循环时间较短，这也有助于使该方法高度经 济。最后，在采用UO成型法和卷曲技术的过程中，材料上的应力特别低，这意味着在制得的 中空型材上还可以进行进一步的成型操作。在本发明的第一实施方案中，与局部加强的中空型材的预期目的达到了良好的匹配，因为加强构件具有与应力匹配的壁厚。不同的壁厚能够允许中空型材的不同区域承受 更多和/或更少的重压。通过选择不同的加强构件并将其布置在坯件上，本发明的方法可 以在无需大的花费的条件下针对要产生的应力来合适地设计局部加强的中空型材，并且该 局部加强的中空型材还可容易地具有许多加强区域。除了具有不同的壁厚之外，加强构件还可以由与应力匹配的材料所构成。例如，可 以使用不同的钢合金。该实施方案的优点在于下列事实因为加强构件通过形锁合而连接 到成型的坯件，所以还可以使用不可焊接的材料。采用根据本发明的方法，通过将加强构件布置在中空型材的内侧上和/或外侧 上，还可以对预期目的所暗含的应力做出响应。如上所述，当采用卷曲技术或者实施UO成 型时，加强构件布置在内侧上需要使用内部型芯，从而使加劲构件与形成中空型材的坯件 压印连接。在根据本发明方法的改进的第二实施方案中，通过纵向焊缝将成型坯件的相对边 缘焊接在一起，可以提供封闭的中空型材。如果制得了圆形横截面的局部加强的管状中空型材，则可以提供特别容易成形的 局部加强的中空型材。按照这种方式制得的局部加强的中空型材可用作(例如)制备其他 更复杂的中空型材的初始产品。为了能够进一步简化该制备方法，优选的是，在成型之前，将加强构件固定入位和 /或定位在坯件上。就本发明的目的而言，“固定入位”手段是指仅仅保证加强构件不致于 在成型期间滑动。一方面，这可以通过模具本身的形状来实现，但是另一方面，也可以采用 以下方式来实现固定入位间断焊和/或粘合剂粘接点，或通过将坯件和加强构件(例如) 成型为折叠在一起的U形而获得的轻度的形锁合。还可以在坯件上进行定位。与从现有技 术中已知的加强构件和待成型的坯件之间形成的“牢固”连接相比，这大大降低了成本并且 使工作更为简单。在根据本发明方法的改进的实施方案中，可以在成型之后，另外通过间断焊或焊 缝和/或粘合剂粘接点而使加强构件牢固连接到坯件上，以保证加强构件不致于轴向滑动。另外的特别简单的使至少一个加强构件固定入位的操作可以通过以下方式来实 现在成型之后，使至少一个加强构件环绕中空型材，并且使其在相对边缘处被焊接在一 起。最后，可以在成型的过程中通过压印、冲压和/或成形来将其他功能要素引入到 中空型材中，由此进一步改进根据本发明的方法。这使得制备相应的中空型材所需的操 作步骤数进一步减少，由此还可以降低生产成本。可以引入中空型材中作为功能要素的是 (例如)压印或压纹和/或孔、以及凸缘。
因此，可以有很多可行途径来改进和实施根据本发明的方法。就此而言，一方面，请关注从属于权利要求1的那些权利要求，另一方面，请关注参照附图给出的实施方案的 描述。在附图中
图1是在成型之前其上布置有加强构件的坯件的实施方案的剖视图。图2是按照本发明方法的一个实施方案将如图1所示的坯件成型为管后，中空型 材的一半的剖视图。图3示出用于使加强构件固定入位的预成型坯件的实施方案。图4a和4b是用于实施根据本发明的方法的装置在两个不同的时点的示意性轴向 平面图。图5是通过根据本发明方法的另一实施方案在使用型芯的条件下实施卷曲技术 的装置的示意性轴向平面图。图6是通过根据本发明方法的最终实施方案在不使用型芯的条件下实施卷曲技 术的装置的示意性轴向平面图。图1示出未成型状态的、其上布置有加强构件2'、2〃、2〃 ‘的坯件1的剖视图。 加强构件2'、2"、2"‘(也被称为补片)要么没有固定入位(2')，要么通过间断焊或 焊接点或钎焊点3、或粘合剂层4而固定在坯件1上，以免滑动。粘合剂层4还可以采取粘 合剂粘接点的形式。通过间断焊或者焊接点或钎焊点3、以及粘合剂层4或粘合剂粘接点 来进行固定的目的仅在于当(例如)将坯件放置在成型用装置内时，防止加强构件滑动。 在坯件和加强构件之间不需要牢固连接。在通过(例如)采用卷曲技术或UO成型法而成 型之后，加强构件2'、2"、2"‘与成型的坯件1压印连接，由此在成型的坯件1和加强构 件2'、2"、2"‘之间形成形锁合。该形锁合足以使加强构件2'、2"、2"‘永久地连接 到成型的坯件。图3以预成型的坯件1的示意性剖面的方式示出了将加强构件2保持在坯件1上 适当位置处的其他可行的方法。预成型坯件1已被成型为V形，加强构件2以形锁合的方式 和/或通过力锁合而布置在预成型坯件1的上面。这样制备的预成型件可以通过(例如) UO成型法而成型为封闭的中空体。这就是图4a和4b以用于实施UO成型法的装置5的示 意性轴向平面图所示的内容。用于实施UO成型法的装置5包括模具，所述模具可以(例如)由两个模具半部6、 7构成。模具半部6、7在合拢的状态下形成所制备的中空型材的形状。将坯件1上布置有 加强构件2 (其在本方案中仅由虚线来表示)的坯件1放置在模具半部7中，然后将模具半 部6和7合拢。如图4b所示，在合拢时，坯件1和加强构件2被成型为封闭的中空型材。在 成型之后，位于外侧上的加强构件2以图2中所示的方式与坯件1压印连接，由此它们通过 形锁合而连接到形成中空型材的坯件。然后，可通过焊接(图中未示出)将坯件和加强构 件的相对边缘焊接在一起，从而能够制得封闭的中空型材。虽然图4a和4b所示的是加强构件2位于外侧上时实施UO成型法的情况，但是还 容易想到使用位于内侧上的加强构件2，但是在这种情况下要使用型芯，以与卷曲技术类似 的方式(其将在下文描述)对位于内侧上的加强构件进行压印。图5的示意性平面图示出当使用位于内侧上的加强构件时实施卷曲技术的设备 的实施方案。如图5所示，该设备的模具包括两个模具半部8、9。其上布置有加强构件2的坯件1放置在模具半部9和8之间。此外提供型芯10，当模具半部8和9合拢时，型芯10使位于内侧上的加强构件2与坯件1压印连接。可任选地，可以提供刀片11，其沿着要制备 的中空型材的轴向延伸，并且用来在成型的坯件1的相对边缘之间的连接处形成缝隙。一 旦坯件成型，则这样制备的中空型材可以通过可靠的纵向焊缝工艺而容易地焊接在一起。最后，图6示出当将加强构件2设置于要制备的中空型材的外侧上时，在不使用型 芯的条件下实施卷曲技术所用的装置。然而，如果位于内侧上和位于外侧上的加强构件2 都需要与坯件1 一起成型，则必需使用型芯10。上述的实施根据本发明的方法所用的设备是常规且结构相对较简单的设备，这降 低了资本成本。结果，当使用UO成型法和使用卷曲技术时，采用根据本发明的方法，都可以 便宜地制备出局部加强的中空型材、特别是具有多个加强区域的中空型材。
权利要求
一种由金属、特别是由钢或钢合金来制备局部加强的中空型材的方法，其特征在于，通过采用卷曲技术或者UO成型法，将坯件和布置在该坯件上的多个金属加强构件一起成型为中空型材，在成型之后，布置在所述坯件上的所述加强构件处于这样的状态它们通过形锁合而连接到成型的坯件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加强构件具有与应力匹配的壁厚。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述加强构件由与应力匹配的材料构成。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，将所述加强构件布置在所 述中空型材的内侧上和/或外侧上。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其特征在于，将所述成型的坯件的相对 边缘通过纵向焊缝而焊接在一起。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，制备圆形横截面的局部加 强的管状中空型材。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的方法，其特征在于，在成型之前，使所述加强 构件固定入位和/或定位在所述坯件上。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的方法，其特征在于，在成型之后，另外通过间 断焊、焊缝和/或粘合剂粘接点而使所述加强构件牢固地粘接到所述坯件。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的方法，其特征在于，在成型之后，至少一个加 强构件环绕所述中空型材，并且将该至少一个加强构件的相对边缘焊接在一起。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的方法，其特征在于，在成型过程中，通过压 印、冲压和/或成形而将另外的功能要素引入所述中空型材中。
全文摘要
本发明涉及由金属、特别是由钢或钢合金来制备局部加强的中空型材的方法。根据本发明实现了以下目的，即，提出一种简单且具有成本效益的由金属制备局部加强的中空型材的方法，其中采用卷曲技术或者通过UO成型法，将坯件(1)和布置在其上的多个金属加强构件(2′，2″，2″′)一起成型为中空型材，其中在成型之后，布置在坯件(1)上的加强构件(2′，2″，2″′)至少通过形锁合而连接到成型的坯件(1)。
文档编号B21D5/01GK101815591SQ200880102561
公开日2010年8月25日 申请日期2008年7月29日 优先权日2007年8月14日
发明者托马斯·弗莱米希, 洛塔尔·赫米希, 约尔格·戈施吕特 申请人:蒂森克虏伯钢铁欧洲股份公司