加强部件的方法和具有加强结构的部件的制作方法
【专利摘要】本公开提供了一种加强部件的方法和具有加强结构的部件，所述部件由具有需要加强的预定区域的金属板形成，所述方法通过在预定区域中形成V形通道的网格图案而进行。网格图案可通过位于具有单侧模具的电动液压成型工具中的线电极形成。可选地，网格图案可通过以一排列布置的多个电极形成，所述排列在部件的与单侧模具相对的一侧沿至少两个方向对齐。
【专利说明】加强部件的方法和具有加强结构的部件
【技术领域】
[0001]本公开涉及一种为部件(例如，车辆的结构组件)制造一体式加强筋的方法以及根据该方法制作的一体式加强网格。
【背景技术】
[0002]金属板冲压和点焊是用于形成车辆的内面板和外面板以及其他耐用品的传统技术。用于制造汽车面板的金属板冲压工艺包括下料、拉伸、修剪和翻边。除了该传统顺序的冲压操作以外，还可包含再冲压操作或二次修剪操作。近几十年来，采用这种制造方法将低碳钢制造成部件。
[0003]新的燃料经济性标准要求汽车设计者使用更轻且更强的材料，例如，先进高强度钢(“AHSS”)/超高强度钢(“UHSS”)和铝合金。AHSS/UHSS通过减小材料的厚度(材料的厚度通过替换材料的增大的强度来补偿)来节省重量。然而，许多内部面板和结构性部件的设计和规格的选择取决于弯曲刚度和扭转刚度。
[0004]利用更薄、强度更高的钢来简单替换低碳钢会降低由强度更高的材料制成的部件的弹性弯曲性能特性和扭转性能特性。高强度材料的这些性能特性是限制AHSS和UHSS在汽车工业中应用的主要障碍。由AHSS和UHSS钢制造的冲压面板的弯曲刚度不足还阻碍了这些材料在其他耐用品中的广泛采用。
[0005]当前正在实施的一种改进方案是在冲压坯料刚度不足的局部区域中用覆盖的补丁修补部件的一些部分。例如，可将硼钢的热冲压补丁应用到B-立柱加强筋的一部分。在另一示例中，高强度材料的补丁可通过聚氨酯结合到顶面板的一部分，以加强车顶。设置高强度材料的补丁增大了车辆的重量并减少了采用高强度材料而提供的优点。
[0006]本公开致力于解决具有弹性弯曲需求和扭转刚度所要求的设计的冲压面板的刚度不足的问题。缺乏弹性刚度导致使用具有增大的规格的坯料，这对节省重量适得其反。
[0007]由下面所概述的本公开致力于解决上述问题和其它问题。
【发明内容】
[0008]根据本公开的一方面，进行加强的尖的V形肋通过对AHSS/UHSS制成的部件增加额外的制造电动液压成型肋或网格的操作而一体地形成在冲压面板上。
[0009]加强筋被形成为位于局部区域中的窄且尖的通道。面板首先被形成至所期望的大曲率，然后进行先进的成型工艺，例如电动液压成型(“EHF”)工艺，这增大能够施加到部件而不会使部件破损的应变量。
[0010]根据本公开的涉及一种加强部件的方法的一方面，所述方法包括:将金属面板形成为包括需要加强的预定区域的三维形状，并在需要加强的预定区域中形成包括多个槽的网格图案。
[0011]根据所述方法的其他方面，所述形成包括多个槽的网格图案的步骤还可包括通过使流体中的至少一个电极放电而电动液压地形成抵住单侧模具的网格图案，其中，所述流体容纳在接触需要加强的预定区域的容器中。可选地，除了利用电动液压的方式形成槽以夕卜，还可使用电磁成型工具来形成V形槽。形成包括多个槽的网格图案的步骤还可包括形成V形截面槽的网格，所述网格包括沿第一方向延伸的第一组平行槽以及沿第二方向延伸的第二组平行槽，其中，第一组平行槽和第二组平行槽以预定角度相交。所述预定角度大致可以是直角。
[0012]根据本公开的另一方面，所述形成包括多个槽的网格图案的步骤还可包括将所述预定区域布置在电动液压腔室与单侧模具之间。在电动液压腔室中安装沿第一方向延伸的多个第一线电极。使储存的电荷通过所述多个第一线电极放电，以将所述多个槽中的第一组槽形成为尖的V形截面。然后，可将所述预定区域布置在电动液压腔室与单侧模具之间。使多个第二线电极沿第二方向横跨电动液压腔室延伸，第二方向与第一方向不同。使储存的电荷通过所述多个第二线电极放电，以将所述多个槽中的第二组槽形成为尖的V形截面，第一组槽与第二组槽以预定角度相交。
[0013]根据本公开的可选实施例，所述形成包括多个槽的网格图案的步骤还可包括将金属面板的预定区域布置在电极的阵列之上，所述电极沿第一方向对齐且沿第二方向对齐，其中，第一方向与第二方向相交。使多个电极放电，以沿第一方向形成多个第一通道并形成沿第二方向延伸的多个第二通道。
[0014]所述电极连接到具有第一极性的电力储存源，金属面板连接到具有与第一极性相反的第二极性的电力储存源。
[0015]根据本公开的另一方面，公开了一种部件，所述部件包括金属面板，所述金属面板被形成为包括需要加强的预定区域的中间部件形状。多个相交的V形通道形成在金属面板的需要加强的预定区域中。设置第一组V形通道来抵抗沿第一方向的变形，并且设置第二组V形通道来抵抗沿第二方向的变形，其中，第一方向与第二方向不同。
[0016]根据本公开的涉及部件的其他方面，V形通道可终止于突起部，所述突起部为尖的边缘。V形通道可形成沿至少两个不同的方向加强部件的预定区域的网格图案。网格图案可以是相交成直角的通道的矩阵。可选地，网格图案可以是相交成锐角或钝角的平行通道的矩阵。第一组V形通道可彼此平行，第二组V形通道可彼此平行。通道还可按非平行方位定位,且对齐以对抗部件中的弯曲力矩。
[0017]所述V形通道可形成在预定区域处沿至少两个不同的方向加强部件的网格图案。
[0018]根据本公开的涉及一种用于加强由金属板形成的部件的系统的其他方面，所述系统可包括第一成型工具，所述第一成型工具用于将金属面板形成为包括需要增大强度的预定区域的中间三维部件形状。在第一成型工具形成沿至少两个方向加强所述预定区域的部件形状之后，第二成型工具按照网格图案将多个通道形成在所述预定区域中。
[0019]第二成型工具是放电脉冲成型工具。
[0020]根据所述系统的其他方面，第二成型工具可以是具有单侧模具的电动液压成型工具。电动液压成型工具可包括:多个第一线电极，彼此平行并沿第一方向延伸；多个第二线电极，彼此平行并沿第二方向延伸。可选地，电动液压成型工具可包括沿第一方向对齐的多个电极以及沿第二方向对齐的多个电极。第一方向与第二方向相交。电极放电以形成沿第一方向延伸的多个第一通道和沿第二方向延伸的多个第二通道。
[0021]电动液压成型工具可包括:单侧模具；多个第一线电极，彼此平行并沿第一方向延伸；多个第二线电极，彼此平行并沿第二方向延伸。
[0022]下面将参照附图更详细地解释本公开的以上方面和其他方面。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是车辆的车厢板或底板的透视图，该车辆包括用边缘被尖锐化的肋的网格图案来整体加强的预定区域；
[0024]图2是示出了电动液压成型腔室的示意性截面视图，所述电动液压成型腔室可用于在诸如图1所示的车厢板的部件或其他需要加强的部件中形成整体加强网格；
[0025]图3是沿图1中的线3-3穿过面板的具有整体加强网格的一部分而截取的截面视图；
[0026]图4是电动液压成型工具的电极线的示意性视图，示出的电动液压成型工具已准备好形成整体加强网格的沿一个方向延伸的肋；
[0027]图5是包括一体形成的加强肋网格的面板的透视图；
[0028]图6是包括设置在整体加强肋的肋成型网格的相交处的电极的电动液压成型工具的示意性视图；
[0029]图7是电动液压成型工具的示意性视图，示出了肋以非平行方式对齐。
【具体实施方式】
[0030]下面提供对本发明的示出性实施例的详细描述。所公开的实施例是本发明的示例，本发明可以以各种和替代的形式实施。附图不一定按照比例。可能会夸大或最小化一些特征，以示出具体组件的细节。在本申请中公开的具体结构和功能性细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域的技术人员如何实施本发明的代表性基础。
[0031]示出了一种交叉槽10的网格图案，该网格图案形成在车辆的底板16(如图1所示)的所选定的部分12上。
[0032]参照图2，示出了包括单侧模具20的电动液压成型工具18。单侧模具20包括彼此平行并沿一个方向延伸而横跨整个或部分单侧模具20的多个V形槽22。流体腔室24由下工具26限定。流体腔室24包含流体28，例如，含有防锈剂的水溶液或水。如图所示，四条线30横跨腔室24延伸，并与位于坯料32或工件的相对侧的形成在上模具20中的槽22对齐。
[0033]在操作中，利用流体28填充腔室24和下工具26。将电极线30装配到下工具26以横跨腔室24延伸。将电极线30连接到储存能量的源，例如，提供电流脉冲的电容器组(未示出)，所放出的电流脉冲通过电极线30，以在坯料32下方产生冲击波。冲击波通过流体传播并将工件32适配(conform)到上模具20中的槽22。
[0034]参照图3，示出了底板16中的肋的截面。肋呈V形，并由于在模具中形成金属部件的限制而形成有相对尖的末边缘，该末边缘呈微小的弧形。肋的末边缘的内侧的内径(即，曲率半径)小于0.5t，其中“t”为金属的厚度。
[0035]参照图4，在仰视平面图中示出了五条线，所述五条线横跨流体腔室24延伸。槽22被示出为处于线30的背景范围(background)内。可见，线30相对于槽22大体上居中。线30位于工件32的下侧。槽22和上模具20被示出为与线30对齐。第二组槽36与槽22垂直地延伸。因为槽图案通过激励与槽22相对的线的第一步而形成，所以没有线被示出为与槽36对齐。在完成第一步之后，将线(未不出)安装为相对于线30垂直地延伸并与槽36对齐。
[0036]参照图5，所示出的网格图案状加强筋的一部分包括与通道42垂直的第一组V形通道40。通道40和42终止于尖端44。该尖端44优选地具有小于0.5t的内径，其中“t”为金属的厚度。边缘尖的通道相对于具有圆边的通道而言提供了更高的加强度。通道40和42的底边缘46与面板的主体48 —起形成尖边缘。
[0037]参照图6，示出了电动液压成型工具的可选实施例，在该实施例中示出了设置在面板32下侧的三十个电极50。电极50浸没在流体28中。电极50与多个槽52 (所述多个槽52在单侧模具20中竖直地延伸，如图6所示)和槽54(槽54在单侧模具20中水平地延伸，如图6所示)的相交处对齐。应理解的是，参照图6所使用的术语“竖直”和“水平”指它们在该纸面上延伸的方向，没有限定槽52和54在模具中的方位或在面板中形成的V形通道40和42的方位。
[0038]在操作中，将面板放置在下工具上，其中，该下工具设置有所述多个电极50。电极50在面板32的与单侧模具20中的槽52和54相对的一侧被浸没在流体28中。电极50连接到储存电流的源，例如，电容组。电极50在流体28的表面之下放电，以产生流过流体28并将面板32成型到单侧模具20的槽52和54中的冲击波。
[0039]参照图7，在面板60上示出了 V形加强肋的可选图案。面板60包括一组非平行的竖直肋62和一组非平行的水平肋64。根据已完成的面板60所期望的加强方向和特性，这些肋还可以是弯曲的或其他非线性形式。
[0040]虽然上面描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。相反，在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种改变。另外，实施的各个实施例的特征可结合，以形成本发明的进一步的实施例。
【权利要求】
1.一种加强部件的方法，包括: 将金属面板形成为包括需要加强的预定区域的三维形状； 在需要加强的预定区域中形成包括多个槽的网格图案。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述形成包括多个槽的网格图案的步骤还包括对需要加强的预定区域释放成型脉冲，使所述网格图案成型到单侧模具中。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述形成包括多个槽的网格图案的步骤还包括使V形截面槽的网格成型到单侧模具中，所述单侧模具包括沿第一方向延伸的第一组平行槽以及沿第二方向延伸的第二组平行槽，其中，第一组平行槽和第二组平行槽以预定角度相交。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述预定角度大致是直角。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述形成包括多个槽的网格图案的步骤还包括: 将所述预定区域布置在单侧模具与电动液压腔室之间，在所述电动液压腔室中安装沿第一方向延伸的多个第一线电极； 使储存的电荷通过所述多个第一线电极放电，以在单侧模具中将所述多个槽中的第一组槽形成为V形截面，所述V形截面具有呈弧形的尖端； 将所述预定区域布置在单侧模具与电动液压腔室之间，在所述电动液压腔室中安装沿第二方向延伸的多个第二线电极，第二方向与第一方向不同； 使储存的电荷通过所述多个第二线电极放电，以将所述多个槽中的第二组槽形成为具有呈弧形的尖端的V形截面，其中，第一组槽与第二组槽以预定角度相交。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述形成包括多个槽的网格图案的步骤还包括: 将金属面板的所述预定区域布置在单侧模具与电极的阵列之间，所述电极沿第一方向对齐且沿第二方向对齐，其中，第一方向与第二方向相交； 使多个电极放电，以沿第一方向形成多个第一通道并且形成沿第二方向延伸的多个第二通道。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，通过放电形成的通道被形成为具有V形截面的通道。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述电极连接到具有第一极性的电力储存源，其中，金属面板连接到具有与第一极性相反的第二极性的电力储存源。
9.一种具有加强结构的部件，包括: 金属板，形成为包括需要加强的预定区域的中间部件形状； 多个相交的V形通道，形成在金属板的需要加强的预定区域中，其中，设置第一组V形通道来抵抗沿第一方向的变形，并且设置第二组V形通道来抵抗沿第二方向的变形，其中，第一方向与第二方向不同。
【文档编号】B21D26/12GK104289585SQ201410341976
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2013年7月17日
【发明者】谢尔盖·费多罗维奇·高洛瓦申科, 约翰·约瑟夫·弗朗西斯·波南 申请人:福特全球技术公司