专利名称：一种基于内高压成形的汽车纵梁及其制造方法
技术领域：
本发明属于金属压力加工技术领域，特别是涉及一种基于内高压成形的汽车纵梁及其制造方法。
背景技术：
汽车轻量化已成为当今汽车制造业发展的主潮流。近年来随着节能减排要求的日益迫切和轻量化技术的不断发展，汽车制造领域出现了越来越多的大膨胀率空心结构件。 膨胀率是指从原始管材周长成为零件最大横截面周长的变化率，该参数是衡量管材内高压成形难度的一个重要指标。内高压成形技术是利用充入以管材作为坯料的腔体内部且具有一定压力的液体介质作为凸模，在液体压力及管坯两端所施加的轴向力共同作用下，该管坯将发生变形，从而贴合在模具型腔上，由此得到所需几何形状的零件。利用该技术成形的零件具有整体性好、壁厚均勻、强度与刚度高、无大量焊缝、质量轻、动态响应特性优良、疲劳强度高、碰撞性能优越等特点。汽车纵梁主要分为整体式和三段式两种结构。传统的汽车纵梁通常多采用冲锻零件焊接而制成，由于这种方法制成的零件应力集中现象较为明显，并且存在着大量的焊缝和加工残余量，因此大大地增加了整车的重量。若采用内高压成形技术成形汽车纵梁，不仅能极大地减轻整车重量，而且还能提高汽车纵梁的精度和力学性能，所以目前国外的某些高端车，比如路虎、发现者4和沃尔沃等汽车的纵梁均采用内高压成形方法制成。但是，虽然这些内高压成形法制成的纵梁能很好地满足设计要求，但缺点是这些纵梁上各段截面的惯性矩没有随纵梁所受的弯矩而变化，而多是采用相似截面结构，即为了保证其刚度，整个纵梁的壁厚全部相同，这样纵梁两端的壁厚就会过大，因此出现材料浪费严重，成形零件刚度过高、动态响应特性不佳等问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种结构设计合理，因此材料用量少的基于内高压成形的汽车纵梁及其制造方法。为了达到上述目的，本发明提供的基于内高压成形的汽车纵梁由管件和加强件组成；其中管件为整体式管状结构，用于保证汽车纵梁各部分配合尺寸的要求；加强件的截面呈凹槽状或长方形，固定在管件的中部外表面上，用于增加管件的刚度和强度。本发明提供的基于内高压成形的汽车纵梁制造方法包括按顺序进行的下列步骤1)以管材作为坯料采用压弯或数控绕弯工艺制成管件的预成形坯；2)将上述管件的预成型坯采用内高压成形方法制成管件；3)以板材作为坯料采用冲压工艺制成截面呈凹槽状的加强件，或以管材作为坯料采用内高压成形方法制成截面呈长方形的加强件；
4)将加强件放置在管件的中部外表面上，如果加强件的截面呈凹槽状，使其侧面上的开口贴合在管件上，如果加强件的截面呈长方形，使其一长边所在的侧面贴合在管件上，然后采用搭接、对接、胶接或榫接方法将两者固连即可制成所述的汽车纵梁。本发明提供的基于内高压成形的汽车纵梁由前段管件、前段加强件、中段管件、后段管件和后段加强件组成；其中前段管件、中段管件和后段管件均为整体式管状结构；前段加强件和后段加强件的截面呈凹槽状或长方形，并且分别固定在前段管件和后段管件的一端外表面上，用于增加前段管件和后段管件的刚度和强度；前段管件和前段加强件的结合端插入在中段管件的一端内部，后段管件和后段加强件的结合端插入在中段管件的另一端内部。所述的前段管件上与前段加强件结合的端部具有等直段；后段管件上与后段加强件结合的端部具有等直段；中段管件上与前段加强件和后段加强件结合的两端部分别具有等直段，以便于相互之间的配合。本发明提供的基于内高压成形的汽车纵梁制造方法包括按顺序进行的下列步骤1)以管材作为坯料采用压弯或数控绕弯工艺分别制成前段管件、中段管件和后段管件的预成形坯；2)将上述前段管件、中段管件和后段管件的预成形坯分别采用内高压成形方法制成前段管件、中段管件和后段管件；3)以板材作为坯料采用冲压工艺制成截面呈凹槽状的前段加强件和后段加强件， 或以管材作为坯料采用内高压成形方法制成截面呈长方形的前段加强件和后段加强件；4)将前段加强件放置在前段管件的一端外表面上，如果前段加强件的截面呈凹槽状，使其侧面上的开口贴合在前段管件上，如果前段加强件的截面呈长方形，使其一长边所在的侧面贴合在前段管件上，然后采用搭接、对接、胶接或榫接方法将两者固连；5)将后段加强件放置在后段管件的一端外表面上，如果后段加强件的截面呈凹槽状，使其侧面上的开口贴合在后段管件上，如果后段加强件的截面呈长方形，使其一长边所在的侧面贴合在后段管件上，然后采用搭接、对接、胶接或榫接方法将两者固连；6)将前段管件和前段加强件的结合端插入在中段管件的一端内部，然后将后段管件和后段加强件的结合端插入在中段管件的另一端内部；7)将上述前段管件、中段管件和后段管件的长度之和调整至纵梁的总长度，然后用夹具固定好所有的部件，最后焊接前段管件、前段加强件和中段管件以及后段管件、后段加强件和中段管件的连接处即可制成所述的汽车纵梁。本发明提供的基于内高压成形的汽车纵梁及其制造方法是将利用内高压成形方法制成的管件作为纵梁的主体部件，同时在主体部件的外部设置用于增加管件刚度和强度的加强件，这样就可以在保持纵梁刚度和强度满足要求的前提下尽可能采用较薄的壁厚， 因此不仅能够大幅度降低材料的用量，降低生产成本，而且不会过多增加部件的数量。另外，本汽车纵梁还具有整体性好、壁厚均勻、强度与刚度高、无大量焊缝、质量轻、动态响应特性优良、疲劳强度高、碰撞性能优越等优点。
图1为第一实施例中本发明提供的基于内高压成形的汽车纵梁结构示意图。图2为第二实施例中本发明提供的基于内高压成形的汽车纵梁前段结构示意图。图3为第二实施例中本发明提供的基于内高压成形的汽车纵梁总体结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明提供的基于内高压成形的汽车纵梁及其制造方法进行详细说明。实施例1 如图1所示，本实施例提供的基于内高压成形的汽车纵梁由管件Al和加强件A2 组成；其中管件Al为整体式管状结构，用于保证汽车纵梁各部分配合尺寸的要求；加强件 A2的截面呈凹槽状或长方形，固定在管件Al的中部外表面上，用于增加管件Al的刚度和强度。本实施例提供的基于内高压成形的汽车纵梁制造方法包括按顺序进行的下列步骤1)以管材作为坯料采用压弯或数控绕弯工艺制成管件Al的预成形坯；
2)将上述管件Al的预成型坯采用内高压成形方法制成管件Al ；3)以板材作为坯料采用冲压工艺制成截面呈凹槽状的加强件A2，或以管材作为坯料采用内高压成形方法制成截面呈长方形的加强件A2 ；4)将加强件A2放置在管件Al的中部外表面上，如果加强件A2的截面呈凹槽状， 使其侧面上的开口贴合在管件Al上，如果加强件A2的截面呈长方形，使其一长边所在的侧面贴合在管件Al上，然后采用焊接、胶接或榫接方法将两者固连即可制成所述的汽车纵
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TTC。实施例2 如图2-图3所示，本实施例提供的基于内高压成形的汽车纵梁由前段管件Bi、前段加强件B2、中段管件B3、后段管件B4和后段加强件B5组成；其中前段管件Bi、中段管件 B3和后段管件B4均为整体式管状结构；前段加强件B2和后段加强件B5的截面呈凹槽状或长方形，并且分别固定在前段管件Bl和后段管件B4的一端外表面上，用于增加前段管件 Bl和后段管件B4的刚度和强度；前段管件Bl和前段加强件B2的结合端插入在中段管件 B3的一端内部，后段管件B4和后段加强件B5的结合端插入在中段管件B3的另一端内部。所述的前段管件Bl上与前段加强件B2结合的端部具有等直段Bl-I ；后段管件B4 上与后段加强件B5结合的端部具有等直段B4-1 ；中段管件B3上与前段加强件B2和后段加强件B5结合的两端部分别具有等直段B3-1和B3-2，以便于相互之间的配合。本实施例提供的基于内高压成形的汽车纵梁制造方法包括按顺序进行的下列步骤1)以管材作为坯料采用压弯或数控绕弯工艺分别制成前段管件Bi、中段管件B3 和后段管件B4的预成形坯；2)将上述前段管件Bi、中段管件B3和后段管件B4的预成形坯分别采用内高压成形方法制成前段管件Bi、中段管件B3和后段管件B4 ；3)以板材作为坯料采用冲压工艺制成截面呈凹槽状的前段加强件B2和后段加强件B5，或以管材作为坯料采用内高压成形方法制成截面呈长方形的前段加强件B2和后段加强件B5 ；4)将前段加强件B2放置在前段管件Bl的一端外表面上，如果前段加强件B2的截面呈凹槽状，使其侧面上的开口贴合在前段管件Bl上，如果前段加强件B2的截面呈长方形，使其一长边所在的侧面贴合在前段管件Bl上，然后采用搭接、对接、胶接或榫接方法将两者固连；5)将后段加强件B5放置在后段管件B4的一端外表面上，如果后段加强件B5的截面呈凹槽状，使其侧面上的开口贴合在后段管件B4上，如果后段加强件B5的截面呈长方形，使其一长边所在的侧面贴合在后段管件B4上，然后采用搭接、对接、胶接或榫接方法将两者固连；6)将前段管件Bl和前段加强件B2的结合端插入在中段管件B3的一端内部，然后将后段管件B4和后段加强件B5的结合端插入在中段管件B3的另一端内部；7)将上述前段管件Bi、中段管件B3和后段管件B4的长度之和调整至纵梁的总长度，然后用夹具固定好所有的部件，最后焊接前段管件Bi、前段加强件B2和中段管件B3以及后段管件B4、后段加强件B5和中段管件B3的连接处即可制成所述的汽车纵梁。
权利要求
1.一种基于内高压成形的汽车纵梁，其特征在于所述的基于内高压成形的汽车纵梁由管件(Al)和加强件(A2)组成；其中管件(Al)为整体式管状结构，用于保证汽车纵梁各部分配合尺寸的要求；加强件m的截面呈凹槽状或长方形，固定在管件(Al)的中部外表面上，用于增加管件(Al)的刚度和强度。
2.一种如权利要求1所述的基于内高压成形的汽车纵梁制造方法，其特征在于所述的制造方法包括按顺序进行的下列步骤1)以管材作为坯料采用压弯或数控绕弯工艺制成管件(Al)的预成形坯；2)将上述管件(Al)的预成型坯采用内高压成形方法制成管件(Al)；3)以板材作为坯料采用冲压工艺制成截面呈凹槽状的加强件(A》，或以管材作为坯料采用内高压成形方法制成截面呈长方形的加强件(A2)；4)将加强件m放置在管件(α )的中部外表面上，如果加强件m的截面呈凹槽状，使其侧面上的开口贴合在管件(α )上，如果加强件m的截面呈长方形，使其一长边所在的侧面贴合在管件(Al)上，然后采用搭接、对接、胶接或榫接方法将两者固连即可制成所述的汽车纵梁。
3.一种基于内高压成形的汽车纵梁，其特征在于所述的基于内高压成形的汽车纵梁由前段管件(Bi)、前段加强件(B2)、中段管件(B3)、后段管件(B4)和后段加强件(B5)组成；其中前段管件(Bi)、中段管件(Β； )和后段管件(B4)均为整体式管状结构；前段加强件 (B2)和后段加强件(BQ的截面呈凹槽状或长方形，并且分别固定在前段管件(Bi)和后段管件(B4)的一端外表面上，用于增加前段管件(Bi)和后段管件(B4)的刚度和强度；前段管件(Bi)和前段加强件(B》的结合端插入在中段管件(Β； )的一端内部，后段管件(B4) 和后段加强件(BO的结合端插入在中段管件(Β； )的另一端内部。
4.根据权利要求3所述的基于内高压成形的汽车纵梁，其特征在于所述的前段管件 (Bi)上与前段加强件(B》结合的端部具有等直段(Bl-I)；后段管件(B4)上与后段加强件 (B5)结合的端部具有等直段(B4-1)；中段管件(Β； )上与前段加强件(B》和后段加强件 (B5)结合的两端部分别具有等直段(Β3-1，Β3-2)，以便于相互之间的配合。
5.一种如权利要求3所述的基于内高压成形的汽车纵梁制造方法，其特征在于所述的制造方法包括按顺序进行的下列步骤1)以管材作为坯料采用压弯或数控绕弯工艺分别制成前段管件(Bi)、中段管件(B3) 和后段管件(B4)的预成形坯；2)将上述前段管件(Bi)、中段管件(Β； )和后段管件(B4)的预成形坯分别采用内高压成形方法制成前段管件(Bi)、中段管件(Β； )和后段管件(B4)；3)以板材作为坯料采用冲压工艺制成截面呈凹槽状的前段加强件(B》和后段加强件 (B5)，或以管材作为坯料采用内高压成形方法制成截面呈长方形的前段加强件(B》和后段加强件(B5)；4)将前段加强件(B》放置在前段管件(Bi)的一端外表面上，如果前段加强件(B2)的截面呈凹槽状，使其侧面上的开口贴合在前段管件(Bi)上，如果前段加强件(B》的截面呈长方形，使其一长边所在的侧面贴合在前段管件(Bi)上，然后采用搭接、对接、胶接或榫接方法将两者固连；5)将后段加强件(BQ放置在后段管件(B4)的一端外表面上，如果后段加强件(B5)的截面呈凹槽状，使其侧面上的开口贴合在后段管件(B4)上，如果后段加强件(BQ的截面呈长方形，使其一长边所在的侧面贴合在后段管件(B4)上，然后采用搭接、对接、胶接或榫接方法将两者固连；6)将前段管件(Bi)和前段加强件(B》的结合端插入在中段管件(Β； )的一端内部，然后将后段管件(B4)和后段加强件(BQ的结合端插入在中段管件(Β； )的另一端内部；7)将上述前段管件(Bi)、中段管件(Β； )和后段管件(B4)的长度之和调整至纵梁的总长度，然后用夹具固定好所有的部件，最后焊接前段管件(Bi)、前段加强件(B》和中段管件(Β； )以及后段管件(B4)、后段加强件(BQ和中段管件(Β； )的连接处即可制成所述的汽车纵梁。
全文摘要
一种基于内高压成形的汽车纵梁及其制造方法。汽车纵梁由管件和加强件组成；其中管件为整体式管状结构；加强件截面呈凹槽状或长方形，固定在管件的中部外表面上，用于增加管件的刚度和强度。本发明的基于内高压成形的汽车纵梁及其制造方法是将利用内高压成形方法制成的管件作为纵梁的主体部件，同时在主体部件的外部设置用于增加管件刚度和强度的加强件，这样就可以在保持纵梁刚度和强度满足要求的前提下尽可能采用较薄的壁厚，因此不仅能够大幅度降低材料的用量，降低生产成本，而且不会过多增加部件的数量。另外，本汽车纵梁还具有整体性好、壁厚均匀、强度与刚度高、无大量焊缝、质量轻、动态响应特性优良、疲劳强度高、碰撞性能优越等优点。
文档编号B21D53/88GK102267490SQ20111011396
公开日2011年12月7日 申请日期2011年5月4日 优先权日2011年5月4日
发明者李慧丽, 程鹏志, 许诺, 谢亚苏, 郎利辉, 闫抒田 申请人:北京航空航天大学