专利名称：加强的框架与车身的连接件的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有包括不同材料的部件的车辆支撑框架以及其加工方法。
背景技术：
传统车辆支撑框架可由不同材料组成，包括例如钢、铝以及增强的聚合物复合材料。车辆制造商试图在减轻重量和结构硬度之间找到平衡。可能需要设计用于全尺寸(full-sized)的轻型卡车车架的轻质横梁。铝质横梁可以设计用于获得高达50%的重量减轻同时仍然满足性能目标。铝质横梁具有较高的潜力用于制造轻质卡车车架。连接铝质部件至钢质车架纵梁(rails)同样也具有挑战性，特别是当两个部件均为封闭截面的管状组件时。此外，重新加工现有加工设施以处理连接不同材料的复杂技术可能是昂贵的。本领域内的一些现有文献教导了使用机械紧固件以将由不同材料制成的两个纵梁固定在一起。然而这些技术不太令人满意。这些机械特征包括可能会增加成本和加工复杂性的紧固件。一个专利文献教导了使用重叠结构以用于不同材料的纵梁。第一和第二结构件夹住第三结构件的一端并在它们之间施加粘合剂。第二结构件然后焊接至第一结构件。美国专利(公开号为20090188206，名称为“用于连接不同材料的系统和方法”)教导的重叠构造相对于交叉或呈角度的结构件连接(例如纵梁至横梁的连接)其更适合用于同轴结构件(collinear-structural-member)连接。所以，该专利似乎没有公开制造车辆横梁总成的方法。另一个美国专利(公开号为2006/0032895，名称为“用于连接车轴组件的方法”)讨论了使用磁力成形连接两根由相同或不同材料组成的管状部件。该方法使用放置在电磁驱动器的相对端的成形带以便成形多个管状部件；所以，更加有限的构造可用于该装配。例如，似乎没有教导多根管状部件之间的套筒或成形带。该方法相比大多数焊接和/或机械锁定技术会更加昂贵并且需要更多能量。因此，希望有改善的互连技术用于连接由不同材料组成的两个结构件。
发明内容
本发明解决了上述问题中的一个或多个。其他特征和/或优点从下面的说明书中将变得显而易见。—个示例实施例涉及制造车辆横梁总成的方法，该方法包括下面步骤将由第一材料组成的互连部件轴颈连接(journal)在由第二材料组成的第一梁上；并且将互连部件焊接至由与第一梁不同的材料组成的第二梁。另一个示例实施例涉及车辆横梁总成，包括由第一材料组成的第一梁；由第二材料组成的第二梁；以及由第二材料组成的粘合至第一梁并轴颈连接至第一梁的互连部件。互连部件焊接至第二梁。又一示例实施例涉及另一种制造车辆横梁总成的方法，该方法包括在具有第一材料组分的第一梁和具有第二材料组分的互连部件之间形成折边锁(hem-lock);以及将互连部件焊接至具有与第一梁不同的材料组分的第二梁。又一示例实施例涉及另一种车架总成，包括具有第一材料组分的第一梁；具有第二材料组分的第二梁；以及折边锁至第一梁并焊接至第二梁的互连部件。本发明的一个优点是实现了使用焊接技术连接两种或多种由不同材料组成的车架总成组件。本发明教导了使用车辆组件之间的互连部件，可使用一种连接技术将该互连部件连接至一个梁并且使用简单的机械连接技术(例如焊接)将其连接到另外一个梁。本发明的另一个优点是教导了可在不同尺寸的车辆(包括全尺寸卡车车架)上使用的轻质车辆结构车架的制造和使用。相对于现有的结构车架本发明公开的车架总成的重量减少了高达50%。通过使用本发明公开的车架总成可改善燃料经济性和性能。本发明的又一优点是教导了用于具有不同材料组分和封闭截面构造的结构件的连接技术。结构件可相对彼此以任何角度设置。本发明还有一个优点是它教导了能在相对重型负荷应用(例如皮卡)中使用的车架中的铝质结构部件。将在下文通过实施例结合附图的方式详细解释连接由不同材料组成的纵梁和横梁，其中对于相同或本质相同的元件使用了相同的附图标记。下文的实施本发明的最佳模式的具体实施例当与附图结合时，本发明中教导的上述特征及优点以及其它特征和优点将变得显而易见。
图1是车辆支撑框架总成的俯视立体图；图2是根据制造车辆支撑框架的示例方法的一个步骤的横梁和互连部件的立体图；图3是根据制造方法中的另一步骤的图2中的横梁和互连部件的立体图；图4是根据制造方法中的另一步骤的图2中的横梁和互连部件的立体图；图5是根据制造方法中的另一步骤的图2中的横梁和互连部件的立体图；图6是另一示例互连部件和横梁的立体图；图7是图6中的互连部件和横梁沿线7-7的横截面图；图8是另一示例互连部件和横梁的立体图；图9是图8中的互连部件和横梁沿线9-9的横截面图；图10是图8中的互连部件和横梁沿线10-10的横截面图；图11是互连部件和横梁的另一示例实施例的立体图；图12是图11中的互连部件和横梁沿线12-12的横截面图；图13是互连部件和横梁的另一示例实施例的立体图；图14是图13中的互连部件和横梁沿线14-14的横截面图；图15是互连部件和横梁的另一示例实施例的立体图。
具体实施例方式参考附图，其中相似标识代表多个视图中相同或相应的部件，显示了具有连接的由不同材料组成的结构件的车辆支撑框架。具体地，在多数实施例中质量较轻的铝质横梁连接至钢质纵梁。铝质和钢质部件通过在其间并列放置的互连部件而连接。公开的互连部件通过在互连部件和横梁之间教导的一个连接平面(facet)以及在纵梁和互连部件之间的另一种连接形式减轻了连接不同材料的挑战。在一些实施例中，使用机械互锁特征(例如粘合剂或压接(crimping))将互连部件的一端连接至横梁。将纵梁在互连部件的另一端连接至总成所使用的连接技术不同于现有技术，例如金属惰性气体电弧(MIG, Metal-1nert GasWelding)焊接。通过使用不同连接技术的组合和互连部件，能牢固地连接对于单一连接技术不兼容的材料成分的结构部件。可使用不同连接技术的任何组合包括例如使用粘合剂、钎焊、焊接、压接、铆接、液压成形或锡焊。本发明中的互连部件促进了在车辆支撑框架中使用重量较低的材料。本说明书中的教导可应用于任何类型的车架，包括用于皮卡、货车、小型货车、运动型多用途车(SUV)、乘用车、双门轿车、商用车以及多功能车辆(all utility vehicle)的车架。现在参考图1，其中显示了车辆支撑框架10。显示的支撑框架10配置用于在皮卡中使用。支撑框架10 (如图所示)取自支撑卡车货箱(未显示)的卡车车架的后部。纵梁(或结构件)20和30相对于总成和车辆纵向延伸。在显示的实施例中，纵梁20、30可以由钢组成并通过任何标准的成型工艺成形，例如冲压、液压成形或滚轧成形型。纵梁的后端通过前部钢质横梁70和后部钢质横梁40相互连接。拖钩(tow hitch) 50连接至横梁40。纵梁20,30的每一端装有侧托架(side bracket)60用于将横梁40与纵梁相互连接且用于将纵梁连接至其它车辆结构(例如卡车货箱、后部面板(fascia)或保险杠等)。如图1显示的，在支撑框架10的前端，另一钢质横梁70与每一纵梁20、30相交叉。如显示的，纵梁30焊接至横梁70。车辆支撑框架10还包括用于安装备胎的子总成80。子总成80包括两个横向延伸的铝质横梁90。横梁90支撑用于备胎的副车架100。绞盘(winch)(未显示)通过孔110将轮胎固定至副车架。显示的副车架100为冲压件。副车架100还能够例如通过铸模或其它的成型技术而形成。副车架100由铝组成，但也能由不同的材料组成，例如铝、铝合金、钢、或聚合物。铝质横梁90配置用于将副车架100固定在纵梁20和30上。横梁90相对于车架总成和车辆横向延伸。如下文所述，横梁90装配有互连部件120。互连部件120通过使用一种连接技术连接至横梁并且还使用不同的连接技术连接至纵梁。在此说明的实施例中，互连部件120粘接至横梁。互连部件通过MIG焊接进一步连接至纵梁20和30。图1中的横梁90和互连部件120将进一步在图2至5中讨论。显示了一种连接铝质横梁和钢质互连部件的方法。该方法包括(1)成形互连部件，在此示例中是长度约等于铝质管状部件周长的钢板(如图2中显示的)；(2)在该板和管状部件的一面施加粘合剂(也如图2显示的);(3)将该板包在铝质管的周围(如图3显示的);以及(4)抵靠芯轴(mandrel)成形该管状部件和板以在其间形成机械互锁(例如至少一个如图5中显示的压接)。现在参考图2，其中显示了横梁90和以钢板120形式的互连部件的预装配。横梁90是空心矩形管状部件。互连部件120是平的钢板。横梁90和互连部件的尺寸可以根据结构的需求和性能特性而改变。在该实施例中，横梁具有圆角130。如图2中显示的，横梁的边缘140与互连部件的边缘150对齐。在横梁90的外表面160上施加粘合剂170。可使用任何类型的粘合剂，例如一段环氧树脂(one-part epoxy)或二段环氧树脂(two-partepoxy)o粘合剂170还施加在钢板120的表面180上。
如图3中显示的，在横梁90的端部上成型互连部件120。例如，可使用冲压工艺或芯轴形成互连部件120。如图4显示的，抵靠横梁90成形互连部件120使得与横梁的表面160齐平。互连部件120围绕横梁90的整个周长折叠。将芯轴190插入横梁90中。芯轴190在其中成形有两个凹槽200 (如图5显示的)。如图4显示的，紧靠芯轴190形成互连部件120和横梁90。外部的模具(未显示)施加在互连部件120和横梁90上以在其中形成压接头(crimp) 210 (或压痕)。从而在互连部件120和横梁90中形成机械互锁(此处是压接头210)。如图5中显示的，然后将芯轴190移走。在该实施例中在互连部件120和横梁90中形成两个压接头210。随后将互连部件120焊接至钢质纵梁(例如图1中显示的20或 30)。现在参考图6-7，其中显示了车辆横梁总成300的一部分的另一个示例实施例。总成300包括纵梁310、互连部件320和横梁330。在该实施例中，互连部件320是环绕横梁330的一端的套筒。纵梁310与套筒320以及横梁330装配或交叉。互连部件320和纵梁310由钢组成。横梁330由铝组成。如图6和7显示的，横梁330的一端与互连部件320压接。第一压接头340和第二压接头350共同在横梁330和互连部件320中成形。如图6中标明的，车辆将纵向轴定义为LI。在该实施例中，压接头340、350在互连部件320的外表面上形成纵向中心线，例如L2和L3。压接头成形为使得压接头的纵向中心线(L2和L3)平行于车辆的纵向轴线(LI)而延伸。压接头240和350还成形为使得当横梁330和互连部件320插入纵梁310中时，压接头340、350被纵梁310包围。在显示的实施例中，如图7显示的，压接头340、350位于纵梁310的中心部分附近。在其它实施例中，压接头可位于横梁330和纵梁310之间交叉部分的外部。如图6显示的，压接头340和350沿互连部件320和横梁330的外表面延伸360度。压接头340、350在互连部件320和横梁330之间形成机械互锁。在另一个实施例中，通过使用施加在互连部件和横梁的重叠部分的粘合剂将互连部件320固定在横梁330上，例如参考图2-5中显示的实施例所讨论的。粘合剂可通过钎焊工艺或者可以通过热、湿度或电激活或通过其他连接方法激活。例如，在互连部件320上的位置360，通过焊接将互连部件连接至纵梁310。纵梁310和互连部件320由具有兼容的焊接质量或特性的钢组成。现在转到图8-10中显示的实施例，其中显示了车辆支撑框架总成400的一部分的另一示例实施例。总成400包括纵梁410、互连部件420和横梁430。互连部件420是环绕横梁420 —端的套筒。纵梁410与互连部件420以及横梁430交叉。互连部件420和纵梁410由钢组成用于通过焊接连接的兼容性。横梁430由质量较轻的材料组成，例如铝。在图8-10显示的实施例中，如图9中所示减少了压接互连部件处(440处)互连部件420和横梁部件430的横截面积。如图10显示的，多个压接头450共同在横梁430和互连部件420中成形。如图8中标明的，车辆形成横向轴L4。在该实施例中，弯曲450在互连部件420的外表面上形成纵向中心线例如L5。压接头成形为使得压接头的纵向中心线L5平行于车辆的横向轴线L4而延伸。在其它实施例中，压接头450可位于横梁430和纵梁420之间交叉部分的外部。在另一个实施例中，通过使用施加在互连部件420和横梁430的重叠部分上的粘合剂而将互连部件420固定在横梁430上。
现在参考图11-12，其中显示了车架总成500的一部分的另一示例实施例。在该实施例中，显示了选用共同材料的互连部件510和纵梁520。横梁530由铝组成。如显示的，纵梁520与互连部件510和横梁530交叉。互连部件510在横梁530的一端之上延伸。互连部件510包括四个凸缘540。通过去除互连部件510的转角550处的材料从而在转角550中形成切口而成形凸缘540。凸缘540沿横梁530的边缘折叠(或折叠进横梁)从而每个凸缘540的折叠边缘555处在互连部件510和横梁530之间形成折边锁。在折边锁555处连接凸缘540和横梁530。如图11-12显示的，在互连部件上的另一个位置处(例如560)，可将互连部件510焊接(或以其它方式连接)至纵梁520。在该实施例中，通过使用施加在互连部件510和横梁530之间的重叠部分上的粘合剂570，互连部件510进一步固定在横梁530 上。在图13-14中，显示了车架总成600的另一个替代实施例的一部分。车架总成600具有在横梁610与互连部件620之间的折边锁605。互连部件620和纵梁630选择容易通过焊接连接的材料(例如，钢与钢连接、高碳钢与低碳钢连接、钢与钨连接)。横梁610由轻质材料组成，例如铝或钛。如图13-14显示的，纵梁630与互连部件620及横梁610装配或交叉。横梁610延伸穿过互连部件620的一端。横梁610包括四个凸缘640。通过在横梁610的转角650处去除材料从而在转角650中成形切口来成形凸缘640。在互连部件620的边缘处(或互连部件之上)成形凸缘640从而在在互连部件620与横梁610之间的该边缘处形成折边锁605。凸缘640和互连部件620之间的折边锁605是互连部件与横梁连接的位置。如图14中显示的，在互连部件上的另一个位置(例如660)，可将互连部件620焊接(或其它方式连接)至纵梁630。通过使用施加在互连部件620和横梁610之间的重叠部分的粘合剂670，互连部件620进一步固定在横梁610上。现参考图15，其中显示了另外一个车辆支撑框架总成700的一部分的立体图。在车架总成中横梁的一端处可使用一个以上的互连部件。图15中显示的横梁具有与其连接的多个互连部件720。互连部件720由钢组成。横梁710由铝组成。在横梁710的表面730上，互连部件720附着至横梁。在横梁710的表面740上，互连部件720附着至横梁710。在该实施例中，互连部件720的为钜圆形(oblong)构造。互连部件720包括斜切(beveled)的边缘，例如750。在其它实施例中，互连部件720具有不同的结构，例如矩形形状、直的边缘以及锯齿状的表面。在另外一个实施例中，在互连部件720与横梁710之间形成机械互锁，例如压接头、压痕、凹面、凸起、折边锁或其它连接方案。互连部件720在插入纵梁后焊接至纵梁。本说明书还教导了制造车辆横梁总成的方法。一种方法包括步骤(i)将由第一材料组成的互连部件轴颈连接在由第二材料组成的第一梁上(例如，如图2-4中显示的);以及(ii)将互连部件焊接在由与第一梁不同的材料组成的第二梁上(例如，关于图2-5教导的)。可使用可用的成形技术(例如冲压、冷成形、压入配合(press-fit)或液压成形)将互连部件轴颈连接在第一梁上。该方法还包括将互连部件粘接至第一梁。将互连部件粘接至第一梁可包括例如应用粘合剂或结合剂至互连部件和/或第一梁。粘合剂还可施加在任何互连部件与横梁或互连部件与纵梁之间。可使用任何类型的粘合剂，例如一段或二段环氧树脂可适用于说明的设计。互连部件和横梁的端部也可具有包含在其间的钎焊材料以增强它们的连接并且用作为腐蚀减轻物。混合材料重叠接头的端部可具有聚合物或者其它密封材料。在上述方法的一个实施例中，方法包括将互连部件和第一梁压入配合在一起(例如图4-5中显示的)。如图4-5中显示的，在压入配合过程中可在互连部件和/或第一梁或横梁中成形额外的压接头。对于第一梁(或横梁)可在不同的位置成形压接头。例如，如图6-7显示的，一种制造车辆横梁总成的方法包括成形压接头使得压接头的纵向中心线平行于车辆的纵向轴而延伸。在制造车辆横梁总成的方法的另外一个示例实施例中，该方法包括成形压接头使得弯曲的纵向中心线平行车辆的横向轴线而延伸，例如图8-10中显示的。可使用可用的成形技术成形弯曲，例如冲压、冷成形、压入配合或液压成形。本说明书还公开了其它类型的车辆横梁总成的制造。一种制造车辆横梁总成的方法包括步骤(i)在具有第一材料组分的第一梁和具有第二材料组分的互连部件之间形成折边锁(例如图11-14显示的);以及(ii)将互连部件焊接至与第一梁具有不同材料组分的第二梁。在该方法的一个实施例中，方法包括在(如图11中显示的)互连部件或(如图13显示的)第一梁中形成多个凸缘并且将凸缘折叠在互连部件或第一梁的另一个的边缘上。如图11和13中显示的，在凸缘转角处去除材料。例如，可通过冲压、车制、切割或其它去除技术去除材料。在该实施例中，如图11-14显示的，粘合剂施加在互连部件和横梁(或梁)之间。可使用任何类型的粘合剂或结合材料。可在装配之前或之后施加粘合剂。应理解，说明的部件(例如互连部件、纵梁和横梁)可由各种材料组成，例如包括钢、铝、镁、钛、钨以及增强的聚合物复合材料。将套筒连接至纵梁的连接技术不限于MIG焊接并且还包括激光焊、点焊、铜焊、使用紧固件、锡焊、粘接或压接。可使用加工技术形成套筒和纵梁，这些加工技术包括模制、铸造、车制、液压成形、冲压或者挤出工艺。每个部件的材料组分都可与说明的实施例中所揭示的那些有所不同。例如，在一些实施例中横梁由钛或增强的聚合物组成。纵梁或互连部件的任何一者可均由相同材料组成或由不同材料组成。如教导的，考虑了互连部件和纵梁的焊接兼容性。在其它实施例中，使用不同的连接技术(例如机械互锁和/或使用粘合剂)将互连部件连接至纵梁并且互连部件焊接至横梁。在另外一个实施例中，互连部件与纵梁共同成形并且不需要在纵梁和互连部件之间的后续焊接。还应当理解，术语“材料”和“材料组分”是不精确的近义词(approximations)。提及的具有相同材料成分的任何部件包括材料成分、材料属性或性能特性实质相同的任何部件。还应理解，互连部件可以是任何尺寸、形状或结构并且不限于套筒或杆。例如，在其它实施例中互连部件的形状是矩形并且夹在横梁的受体上以提供用于后续焊接的表面。尽管已经详细描述了执行本发明的最佳以及优选实施方式，本发明相关的技术领域的人员会认识到权利要求范围内的实施本发明的多种可替代设计和实施例。
权利要求
1.一种制造车辆横梁总成的方法，包括将由第一材料组成的互连部件轴颈连接在由第二材料组成的第一梁上；以及将所述互连部件焊接至由不同于所述第一梁的材料组成的第二梁。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述互连部件粘接至所述第一梁。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述互连部件与所述第一梁压入配合在一起。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述压入配合包括在所述互连部件和第一梁中成形至少一组压接头。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述成形至少一组压接头包括成形所述压接头使得所述压接头的纵向中心线平行于车辆的横向轴线而延伸。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，成形所述至少一组压接头包括成形所述压接头使得所述压接头的纵向中心线平行于车辆的纵向轴线而延伸。
7.—种车辆横梁总成，包括由第一材料组成的第一梁；由第二材料组成的第二梁；以及由所述第二材料组成的粘接至所述第一梁并轴颈连接在所述第一梁上的互连部件； 其中所述互连部件焊接至所述第二梁。
8.根据权利要求7所述的总成，进一步包括共同在互连部件和第一梁中成形的至少一组压接头。
9.根据权利要求8所述的总成，其特征在于，所述压接头的纵向中心线沿车辆的横向轴线延伸。
10.根据权利要求9所述的总成，其特征在于，所述压接头的纵向中心线沿车辆的纵向轴线延伸。
11.一种制造车辆横梁总成的方法，包括在具有第一材料组分的第一梁和具有第二材料组分的互连部件之间成形折边锁；以及将所述互连部件焊接至具有与所述第一梁不同的材料组分的第二梁。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于所述成形折边锁包括在所述互连部件或第一梁中的一者中成形多个凸缘；以及将所述凸缘折叠在所述互连部件或第一梁中的另一者的边缘上。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述成形多个凸缘包括从所述互连部件或第一梁的转角去除材料。
14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括在所述互连部件和第一梁之间施加粘合剂。
15.—种车架总成，包括具有第一材料组分的第一梁；具有第二材料组分的第二梁；以及折边锁至所述第一梁并焊接至所述第二梁的互连部件。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一梁配置为相对于所述总成纵向延伸；并且其中所述第二梁配置为相对于所述总成横向延伸。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述互连部件或第一梁包括多个凸缘。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括在多个所述凸缘中的至少两个之间成形的切口。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述互连部件中成形所述多个凸缘并折叠进所述第一梁。
20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述第一梁中成形的所述多个凸缘折叠在所述互连部件上。
全文摘要
一种加强的框架与车身的连接件。本发明涉及多个车辆横梁总成以及制造该总成的方法。该多个车辆横梁总成具有由不同材料组成的梁。
文档编号B62D21/02GK103010305SQ201210315410
公开日2013年4月3日 申请日期2012年8月30日 优先权日2011年7月28日
发明者大卫·安东尼·瓦格纳, 迈克尔·M·阿祖兹, 阿瑞·卡罗·卡利斯坎, 苏尼尔·K·加瑟勒戈德, 陈晓明, 约翰·爱德华·胡贝尔, 约克塞·古尔, 拜里米苏拉奥·波图拉朱, 杰弗里·华莱士 申请人:福特全球技术公司