车身结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种车身结构。一种组装车身组件的方法包括将第一组件定位在第二组件上。第一组件具有不同于第二组件的热膨胀系数，第一组件和第二组件中的一者限定槽。所述方法还包括松动地安装螺栓穿过槽以及第一组件和第二组件，并在第一组件和第二组件中构建接头。所述方法还包括加热第一组件和第二组件，这导致第一组件被第二组件由于响应于加热产生的热膨胀而相对于彼此移动。这样的移动导致接头失效。所述方法还包括拧紧螺栓。
【专利说明】
车身结构
技术领域
[0001 ]本公开涉及由多种材料构造的车身结构。
【背景技术】
[0002]当前的政府法规和燃料成本已使得生产机动车的燃料效率的重要性增加。对燃料效率增加的重视使得对轻量化车辆的组件(诸如铝合金车辆组件)的需求增加。铝合金通常具有比合金钢高的强度重量比。因此，用铝取代钢提供了减轻重量的潜力。合金钢和铝合金可以具有不同的材料属性。例如，铝合金具有不同于合金钢的热膨胀系数。除了材料替换以夕卜，这些差异还需要独特的设计方案。
【发明内容】
[0003]根据一个实施例，一种组装车身组件的方法包括将第一组件定位在第二组件上。第一组件具有不同于第二组件的热膨胀系数，第一组件和第二组件中的一者限定槽。该方法还包括松动地安装螺栓穿过槽以及第一组件和第二组件，并在第一组件和第二组件中构建接头。该方法还包括加热第一组件和第二组件，这会由于响应于加热产生的热膨胀而导致第一组件和第二组件相对于彼此移动。所述运动导致接头失效。该方法还包括拧紧螺栓。
[0004]根据另一实施例，一种组装车身组件的方法包括将第一组件定位在第二组件上。第一组件具有不同于第二组件的热膨胀系数，并且第一组件和第二组件中的一者限定槽。该方法还包括安装紧固件组件穿过槽以连接第一组件和第二组件。紧固件组件的至少一部分被构造为当暴露于表面处理溶液中时分解。该方法进一步包括将第一组件和第二组件浸渍在表面处理溶液中，使得紧固件组件的至少一部分分解且第一组件和第二组件热膨胀。该方法还包括重新拧紧紧固件。
[0005]根据又一实施例，一种白车门组件包括具有安装面的内面板和通过紧固件组件附连到安装面的梁。梁具有比内面板较低的热膨胀系数。紧固件组件具有被构造为在电泳涂装期间分解使得紧固件组件松开的至少一个组件，允许在电泳涂装期间由于热膨胀导致的内面板和梁之间的相对运动。
【附图说明】
[0006]图1是从白车门组件内部观看时的白车门组件的侧视图。
[0007]图2是移除外面板的情况下从图1的白车门组件的外部观看时的白车门组件的侧视图。
[0008]图3是沿切割线3-3截取的图1的组件的横截面的俯视图。
[0009]图4是用于附连梁和内面板的接头中的一个的放大侧视图。
[0010]图5是图1的组件的放大透视图。
[0011]图6是用于附连梁和内面板的另一接头的侧视图。
[0012]图7是示出了组装车身组件的步骤的流程图。
[0013]图8是示出了组装车身组件的步骤的另一流程图。
[0014]图9是车辆的B柱的侧视图。
【具体实施方式】
[0015]在此描述了本公开的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅为示例，其它实施例可以采取各种和替代的形式。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不被解释为限制，而仅为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解的，参照任一附图示出并描述的各种特征可与在一个或更多个其它附图中示出的特征进行组合以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合与变型可期望用于特定应用或实施方式。
[0016]参照图1、图2和图3，白车门组件20包括内面板22和外面板24，两者限定有内腔26。白车门组件20可以是驾驶员侧的车门、乘客侧的车门、后车门或车辆的其它车门。内面板22和外面板24可以由钢制成，或者可以由轻质材料(诸如铝合金、镁合金或复合物)制成。内面板22包括面对车厢的内侧34和面对外面板24的外侧36。内面板22可包括多个表面(诸如铰链面38和锁栓面40)。组件20经由附连到铰链面38的铰链附连到车辆。组件20包括锁栓面40上用于将车门固定在关闭位置的锁栓。
[0017]白车门组件或车门20还包括设置在内腔26内并附连到内面板22的外侧36的梁44(诸如防入侵梁)。梁44包括第一端46和第二端48。第一端46在第一接头52处被附连到内面板22的第一安装面50。第二端48在第二接头56处附连到内面板22的第二安装面54。梁44可从门的前部(即铰链面)纵向延伸到门的后部(即锁栓面)，并用作被动安全装置。因此，门梁通常由诸如钢的高强度材料制成。
[0018]许多车门组件(包括内面板、外面板和梁)被单独冲压并在多个阶段组装成白车门组件。在一个阶段中，梁44被附连到内面板22。在随后的阶段中，通常被称为“车门嵌套(door setting)”的内面板22和外面板24通过卷边加工连接在一起。例如，夕卜面板24大于内面板22并且包括凸缘28，凸缘28通常相对于外面板24的主体弯曲成90度。在卷边期间，内面板22的外部30在凸缘28附近抵靠外面板24放置。凸缘被折叠在外部30上以产生卷边32，其将内面板、外面板保持在一起。粘合剂可以应用到卷边32以增加强度和耐腐蚀性。在车门嵌套阶段，内面板22和梁44之间的接头52、56可被拧紧以帮助确保车门的正确几何形状。车门被嵌套后，车门可经历涂装阶段。术语涂装通常指一系列连续的阶段，其可以包括将一种或更多种表面处理方案应用到组件以及传递组件通过一个或更多个烤箱。表面处理方案可包括清洗、磷涂装、电泳涂装(E-coating)和涂漆。涂装阶段通常使车门受热。例如，电泳涂装烤箱可具有150°C和190°C之间的温度。当承受涂装阶段时，各种车门组件热膨胀；当被冷却时，各种车门组件收缩。因此，在整个组装过程中，车门组件可膨胀和收缩若干次。
[0019]为了降低车辆重量，车门20的一些组件可以由轻质金属合金制成。例如，内面板22和外面板24可以是铝合金。但是，车门梁44通常保持为钢。具有双金属的车门组件20产生许多制造挑战。涂装期间的热暴露引起车门20的组件热膨胀。热膨胀的量是热膨胀系数(CTE)的函数，热膨胀系数是材料的固有属性。不同的金属通常具有不同的CTE。例如，钢的典型CTE为12 X I O—V 0C，铝合金的典型CTE是23.6X10—V °C。由于铝的CTE较高，所以铝制组件比钢制组件膨胀得多。这可能会导致变形、断裂、裂纹和其它问题。因此，在车门组件20具有铝合金制面板22、24和钢制梁44的示例中，面板比梁44多膨胀约50%，这可以引起任何上述指出的问题。
[0020]这些问题可以通过在组装的高热阶段期间允许安装面50、54和梁44之间的相对运动来减轻。但是简单地使梁44的一端松动不是最佳的解决方案，因为在组装的其他阶段期间梁需要充分地附连到内面板22。例如，梁需要充分地附连到两端以设置车门的几何形状。因此，松动端部的技术需要在车门的构造期间牢固地附连、松动和重新拧紧梁。这可能是劳动密集、耗费时间的，并且可能不适合大量生产。
[0021 ]为了防止在涂装期间损坏车门20，接头52、56中的一个可被构造为允许梁44和内面板22之间的相对运动。图4和图5示出了当梁和面板热膨胀时允许梁44和内面板22彼此相对滑动的示例性接头42。梁44可以限定沿梁44的纵向方向延长的槽58。螺栓60可将梁44连接到安装面50。螺栓60可被容纳穿过槽58和限定在安装面50中的孔。螺栓60可布置有抵着梁44设置的头部62和延伸到内面板22的内侧34外面的杆部66。螺母64可螺纹连接到杆部66上。螺栓60可包括六角头、内六角头(alien head)、梅花头、十字头、平头(straight bladehead)或任何其他类型的驱动紧固件。当螺栓处于松动状态时，螺栓60可在槽58内滑动，而当处于拧紧状态时，不能在槽58内滑动。螺栓60的紧密度在整个车门构造过程中变化。例如，螺栓60可在涂装以及之前所有的阶段期间处于松动状态，而在涂装后以及未来所有的阶段期间处于拧紧状态。
[0022]接头42的组件的数量或状态可在整个车门构造过程中变化。图4示出了涂装之前的接头42。在此阶段，接头42包括原封不动的紧固装置68。紧固装置68可以是铆钉、螺栓、螺钉、冲压接头(clinch joint)、焊接件或粘合剂。紧固装置68可以防止内面板22和梁44在原封不动时彼此相对移动。车门生产的不同阶段向接头42施加不同大小的应力。例如，在车门嵌套阶段施加在紧固装置68上的力小于在一个或更多个涂装阶段施加的力。因此，紧固装置68可被设计为在某些阶段承受力而在其它阶段失效。例如，紧固装置68可被构造为在车门嵌套阶段将接头42保持在一起而在其中一个涂装阶段失效，以允许内面板22相对于梁44移动。紧固装置68的失效机理取决于使用哪种类型的紧固装置。例如，如果紧固装置68是铆钉，通过梁和板的相对运动产生的剪切力可剪切通过铆钉的杆部。或者，剪切力可能导致铆钉弹出。如果紧固装置68是冲压接头，剪切力可能导致冲压接头分开或弹出。在一些实施例中，紧固装置68是被构造为在涂装期间至少部分地松动的铆钉、螺栓或螺钉。紧固装置68失效后，螺栓60松动地将接头42保持在一起，使得内面板和梁可以彼此相对地移动。在车门组件的所有加热阶段完成且车门20已经冷却后，螺栓60被充分地拧紧以固定接头42。
[0023]参照图6，示出了另一示例性接头80。接头80可以将梁44的第一端46固定到内面板22的安装面50。可替代地，接头80可位于梁44的第二端48处。接头80可以包括紧固件组件或紧固件82。紧固件组件82可被容纳穿过槽58并穿过限定在安装面50中的孔。图6示出了任何涂装阶段之前的紧固件组件82。
[0024]在车门嵌套阶段，在初始安装期间紧固件82可以被牢固地附连以充分地固定接头80。紧固件组件82包括被构造为在涂装期间分解的至少一个临时组件。例如，紧固件组件82可以包括螺栓84、临时垫圈86和螺母。在其中一个涂装阶段期间，临时垫圈86分解，这将导致紧固件组件82松动，从而使内面板22和梁44在它们热膨胀时经由槽58彼此相对地移动。临时垫圈86可以由硬纸板、錯或压实泥土(compacted dirt)制成。临时垫圈86包括被构造为在一旦接触涂装阶段的表面处理溶液就分解的特性。例如，如果是硬纸板或泥土，则垫圈被构造为溶解。或者，如果是蜡，垫圈被构造为熔化。紧固件82可以在所有的加热阶段完成后被重新拧紧以固定接头80。临时组件并不限于垫圈，或者可以是被设计为在涂装期间分解的任何类型的组件。
[0025]图7是示出了用于组装车身组件的方法的步骤的示例性流程图100。在步骤102处，将第一组件定位在第二组件上。第一组件可具有不同于第二组件的CTE，第一组件和第二组件中的一者可限定槽。在104处，将螺栓松动地安装穿过第一组件和第二组件。在106处，在第一组件和第二组件中构建接头。可以使用任何上述的紧固装置构建接头。在108处，在烤箱中加热第一组件和第二组件，作为涂装处理的一部分。由于响应于在烤箱中加热而导致的热膨胀，第一组件和第二组件相对于彼此移动。在相对运动期间施加的力导致接头失效。由于螺栓被松动地安装，所以第一组件和第二组件可以通过槽相对彼此自由地移动。在步骤110处，拧紧螺栓以将第一组件和第二组件固定在一起。
[0026]图8是示出了用于组装车身组件的方法的步骤的另一示例性流程图120。在步骤122处，将第一组件定位在第二组件上。第一组件可具有不同于第二组件的CTE，第一组件和第二组件中的一者可限定槽。在124处，将紧固件组件安装在第一组件和第二组件中。紧固件组件可包括被构造为当暴露于表面处理溶液(诸如电泳涂装溶液)时分解的至少一个临时组件。在126处，将第一组件和第二组件浸入到溶液中使临时组件分解，从而使紧固件组件松动。一旦紧固件组件变得松动，第一组件和第二组件在各种涂装处理期间进行加热时经由槽相对彼此热膨胀。在组件已经冷却后，涂装的所有加热阶段完成，在128处，重新拧紧紧固件组件。
[0027]上述的关于车门组件20的接头技术不限于车门构造，并且可以用在具有双金属构造的其它车身结构中。图9示出了采用与上述关于车门组件20的那些技术相似的接头技术的车身的B柱130』柱130也可经历涂装，这将导致B柱130的组件的热膨胀。示例性的B柱130可包括第一组件132和第二组件134。第一组件132可以是铝合金，第二组件134可以是钢制增强构件。如上所述，当被加热时，第一组件132将比第二组件134热膨胀得多。第二组件134包括第一端136和第二端138。第二组件134的端部在一对接头140、142处连接到第一组件。接头之一可以是螺栓连接、焊接、铆接、冲压或使用其它已知技术固定的固定接头。另一个接头可以被构造为在涂装期间滑动以允许第一组件和第二组件相对于彼此移动，以防止由组件的不同热膨胀导致的任何损坏。例如，第一端136可限定至少一个槽144。紧固件组件146可被容纳在每个槽144中。紧固件组件146可类似于紧固件组件82。因此，紧固件组件146的至少一部分被构造为一旦与表面处理溶液(例如，电泳涂装溶液)接触就分解以允许组件之间的运动。可替代地，接头140可以类似于图4中示出的接头42。这里，至少一个紧固装置(类似于紧固装置68)在涂装之前将第一组件和第二组件在一端处暂时连接，并在涂装期间失效以允许组件相对于彼此移动。
[0028]尽管以上描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了由权利要求所包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，并且可以理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。如前所述，各个实施例的特征可以组合以形成可能未被明确地描述或示出的本发明进一步的实施例。虽然各个实施例可能已被描述为提供优点或在一个或多个预期特性方面比其它实施例或现有技术的实施方式更为优选，但是本领域的普通技术人员认识到，可以折衷一个或更多个特征或特性以实现期望的整体系统的属性，这依赖于特定应用和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、易于组装等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式合意的实施例并非在本公开的范围之外，并且可以期望用于特定应用。
【主权项】
1.一种组装车身组件的方法，包括: 将第一组件定位在第二组件上，其中，第一组件具有不同于第二组件的热膨胀系数，第一组件和第二组件中的一者限定槽； 松动地安装螺栓穿过槽以及第一组件和第二组件； 在第一组件和第二组件中构建接头； 加热第一组件和第二组件，其中，由于响应于加热而产生的热膨胀，第一组件和第二组件相对于彼此移动，从而导致接头失效； 拧紧螺栓。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一组件是车门梁，所述第二组件是车门的内面板。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述接头通过将所述第一组件铆接到所述第二组件而构建成。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述接头通过紧固件构建，所述紧固件被构造为当暴露于加热时而分解。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述接头是冲压接头。6.根据权利要求2所述的方法，还包括将外面板附连到内面板。7.一种组装车身组件的方法，包括: 将第一组件定位在第二组件上，其中，第一组件具有不同于第二组件的热膨胀系数，第一组件和第二组件中的一者限定槽； 安装紧固件组件穿过槽以连接第一组件和第二组件，其中，紧固件组件的至少一部分被构造为当暴露于表面处理溶液时分解； 将第一组件和第二组件浸渍在表面处理溶液中，使紧固件组件的至少一部分分解； 重新拧紧紧固件。8.根据权利要求7的方法，其中，所述第一组件是车门梁，所述第二组件是车门的内面板。9.根据权利要求8的方法，其中，所述槽被限定在车门梁中。10.根据权利要求7的方法，其中，被构造为进行分解的紧固件组件的至少一部分是垫圈。11.根据权利要求10的方法，其中，所述垫圈由硬纸板制成。12.根据权利要求10的方法，其中，所述垫圈由蜡制成。13.根据权利要求10的方法，其中，所述垫圈由压实泥土制成。14.根据权利要求7的方法，其中，所述表面处理溶液是电泳涂装溶液。15.—种白车门组件，包括: 内面板，包括安装面； 梁，具有低于内面板的热膨胀系数，所述梁通过紧固件组件附连到所述安装面，所述紧固件组件包括被构造为在电泳涂装期间分解使得紧固件组件松动的组件，使得在电泳涂装期间由于热膨胀引起内面板和梁之间的相对运动。16.根据权利要求15所述的白车门组件，其中，所述组件包括垫圈。17.根据权利要求16所述的白车门组件，其中，所述垫圈由硬纸板制成。18.根据权利要求16所述的白车门组件，其中，所述垫圈由蜡制成。19.根据权利要求15所述的白车门组件，其中，所述梁限定槽，所述紧固件组件延伸穿过槽。20.根据权利要求15所述的白车门组件，还包括附连到内面板的外面板，使得内面板和外面板一起限定内腔，其中，所述梁设置在内腔内。
【文档编号】B60J5/00GK105984510SQ201610169310
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】彼特·A·弗里德曼, 安德里亚·麦凯维·坎贝尔, 加勒特·桑基·赫夫, 阿曼达·凯·弗莱斯, 罗纳德·大卫·克特尔胡特, S·乔治·洛奇, 劳伦特·伯纳德·恰佩斯
【申请人】福特全球技术公司