由鋼及輕金屬組成的組合車身部件的製作方法
2023-05-21 04:41:56
專利名稱：由鋼及輕金屬組成的組合車身部件的製作方法
強化材料和組合材料特別在汽車車身的製造中得到了應用，因為這些材料性能能精確地適應一個部件的使用條件和安裝狀況。到目前為止，在這方面應用的均是由板或薄壁型材製成的構件，主要通過熱接合法將很多單個部件製造汽車車身。
在汽車製造業中越來越多地使用輕金屬或輕金屬合金材料，用它來生產車身外殼或支承結構件，直至全部由輕金屬組成的汽車車身。這種輕金屬主要是鋁，現在了越來越多地使用鎂。這兩種金屬的可用性、加工性和有關的材料參數均是很好的。
但是，這種類型的輕金屬不能在車身結構的所有區域中應用，因為輕金屬的強度尚不能滿足較高的負荷或當應用不同的傳統加工鋼板構件的工藝來大批加工僅由輕金屬組成的車身構件就會出現很多的問題。用輕金屬構件達到了重量減輕，這種節約對生產這種汽車的經濟性直接起作用，但它抵消了由於複雜加工工藝所帶來的缺點。
歐洲專利說明書EP0736357AL公開了一種由鋼或輕金屬或它的合金組成的組合結構件。這種組合構件在高應力區域或在與傳統鋼材組成的結構件機械連接的區域中，應用鋼材作為結構材料，而在應力不是很高的區域和其中優選大面積的部件，如外殼部件或類似構件，應用輕金屬作為結構材料。此時應用的材料基本上是平的，只有少許弧度並事先已經加工好的薄板坯。它的邊緣與鋼構件接觸後定位，並藉助一個高密能源射線束進行焊接。這種類型的構件的優點是，焊縫是平面接合結構，但是它的焊接過程和焊縫的強度性能是有問題的。
此外，在BIAS的「Strahltechnik」(射線技術)(不萊梅)第4冊中，德國Carolin R.Radscheit的論文「鋁和鋼的雷射束焊接法」公開了應用雷射束焊接鋼和鋁材。用這種方法可生產出鋼構件和鋁構件之間的優質焊縫。這也可以應用於汽車製造業中的鋁板和鋼板的焊接。直到現在用傳統的方法還不能生產出緻密的焊縫。
本發明的目的是提供一種特別為汽車製造業的強度合適的和加工技術優越的鋼--輕金屬組合構件。
該目的通過權利要求1特徵部分的特徵結合前序部分特徵來實現。其餘的權利要求敘述了各種優選的替換方案。
為達到上述目的，本發明提供一種組合車身部件，它至少由一種鋼構件和至少一種優選大面積的輕金屬構件組成。根據本發明的這種結構的組合車身部件通過下述措施得到進一步改進，在輕金屬構件的邊緣區域中至少組成了一個與鋼構件的結合區域，它在組裝位置中至少在有些節段上平搭在鋼構件的法蘭狀區域並藉助雷射焊接法將輕金屬構件和鋼構件互相直接固定在法蘭狀的搭接區上。此時首先要考慮用布置在鋼構件和輕金屬構件之間的、兩邊均是法蘭狀的、至少在節段範圍上平面重疊的區域與鋼構件和輕金屬構件進行良好的定位。由此獲得一個很小的間隙距離或兩個接合構件之間的接觸範圍在一個很大的法蘭式搭接區域上是可調整的。在用雷射射線焊接過程中，通過儘可能高的進給速度避免生成有害於結合的金屬間相的生成，因此鋼構件和輕金屬構件在搭接區域中相互間特別緊密地結合。此外搭接區域對在焊接時的、特別在雷射焊接時的過程參數有特別好的影響，因為與其它已知的焊接法不同，在對焊縫那是沒有鋼構件和輕金屬構件的兩個要結合節段的持續交換距離。
本發明特別有利的改進是，在輕金屬構件和鋼構件的組合構件中的輕金屬構件組成了一種基本上沒有或只有很少強度功能的結構件，而用鋼構件來連接相鄰的構件。在本發明的一個方案中，將鋼構件布置在組合車身部件區域中，它與其它相鄰的車身構件連接。它們之間的任務分工為，輕金屬構件用於覆蓋大面積的車身段，而強度合適的鋼構件放在真實的高負荷區域中，作為強化組合車身部件的構件。
在本發明的另一種替換方案中，規定鋼構件在組合車身部件的邊緣區域中，特別是要與相鄰車身構件焊接的區域，由此可順利地用汽車加工業中通常使用的鋼車身構件的加工方法製造根據本發明方法所組成的組合車身部件。這樣可以將根據本發明的組合車身部件的製造與車身的其它區域的加工結合在一起進行，而無須特殊的加工設備或類似設備。
鋼構件和輕金屬構件的接合在最終安裝前的加工工段中完成是特別有利的，由此只在那裡布置加工輕金屬構件的特殊設備，如雷射接合、雷射焊接等，而其它加工工藝還可以無變動地進行。
在本發明的另一種方案中，鋼構件和輕金屬構件之間的接合線基本上在一個平面中延伸，它類似將幾塊薄板坯用深衝法生產輕金屬結構件的加固情況。此時鋼構件和輕金屬構件之間的接合線在很寬的範圍內基本上均是平坦的，因此控制雷射焊接設備的雷射加工頭就特別簡單。由此可以應用名為「泰羅坯件」(taylored blanks)作為原始材料。
在本發明的另一種方案中，鋼構件和輕金屬構件之間的接合線至少在有些節段空間彎曲延伸，其中特別是有些帶有部分複雜的空間結構的成品部件相互靠近地固定在一起。例如由輕金屬製成的空間彎曲的下凹部件固定在由鋼組成的基礎結構旁邊，這樣在車身結構件中也找到名為「泰羅結構」(taylored structures)的應用。
本發明的一種有利方案規定，組合車身部件是一個主要組成車頂件的輕金屬構件並具有一個布置在它的旁邊的、直接固定在車身側面部件上的鋼構件。此時稍有彎曲的車頂構件，如後車頂橫梁(Dachreling)固定在一般由於強度原因實施為鋼構件的側面部件上，其中車頂構件的邊緣區域與側面部件的直接接合是可以考慮的。在本發明的一種方案中也可以在側面部件和車頂構件之間布置一個由鋼組成的接合構件。它的一側與車頂構件用已敘述的方案進行焊接，在另一側藉助如傳統的焊接方法與同樣用鋼製成的側面部件固定。
在本發明的另一種有利方案中，組合車身部件有一個主要組成備用輪盤的輕金屬構件和布置在它旁邊的鋼底板，如組成後備箱的底部。由於負荷強弱相差極大的強度原因，它必須由鋼組成。相反地對一確定的負荷，即只有後備車輪撞擊備用輪盤，此時也可用深衝法製造出的輕金屬構件，嵌裝在鋼底板上並用雷射來接合。
在本發明另一種有利方案中，組合車身部件可以是一個基本上組成車身頂蓋的輕金屬構件，在它的邊緣布置了為連接側邊部件的鋼構件。因為頂蓋一般負荷不大，在頂蓋中間區域很大的段落上應用輕金屬構件已經足夠，而為了與側邊部件連接簡單，所以在輕金屬構件的兩側還是布置了鋼構件，以後就可以採用簡單的點焊接方法焊接。
在本發明的另一種方案中，組合車身部件可以是基本上組成車門、蓋或類似構件的輕金屬構件，在它的邊緣布置了鋼構件。這種類型的車門、蓋或類似構件在很寬的段上只有較少的強度要求，因為它們主要是為了車身襯裡的需要。但是在另一個方案中特別在車門、蓋或類似構件的車鎖或鉸鏈點區域中布置了鋼構件，它專門為了連接鎖或鉸鏈而生產，因為它們可對車門或車蓋或類似構件產生很大的負荷。通過這種結構明顯地減輕了車門、車蓋或類似構件的重量，而在多種負荷作用下不會降低強度性能，特別是疲勞強度性能。
在本發明另一種方案中，組合車身部件是一個主要組成車輪箱的內部件和/或外部件的輕金屬構件，在它的固定側旁邊布置了一個鋼構件。例如一部分或幾個部分構件組成的車輪箱不僅在外部而且在內部均可用輕金屬構件組成，因為在此處除了原來的連接區域外，只有很少的負荷加在這些部件上。這樣自然可以設想內部件和/或外部件均可由輕金屬構件組成，而其它的部件為鋼質構件。
在本發明的另一種有利的方案中，組合車身部分是一個主要組成車身消聲器外板的輕金屬構件，它的周圍布置了鋼構件。此時以名為「泰羅結構」(taylored structures)形式形成一個加工很複雜的車身構件，它沒有明顯的強度功能，直接固定在側面部件或形成邊框的鋼構件上，該構件由於強度原因需要由鋼構件製成。
在本發明的另一種方案中，組合車身部件是一個主要組成車身後蓋箱部件的輕金屬構件和布置在側面部件旁邊的鋼構件。車身後蓋箱是在外面關閉，基本上沒有強度功能。
本領域的技術人員應該理解，本發明在車身結構方面有的很多的應用領域，如在內部區域中，座椅框架由輕金屬構件組成，它與座椅支座架連接。本發明不限於上述的一些實施例，所有能想到的該類型的應用領域均屬於本發明的範圍。
下面結合附圖對本發明的組合車身部件的有利的實施例作進一步的說明。
圖1是根據本發明的組合車身部件以汽車側面部件旁邊的車頂部件形式的應用示意圖。
圖2是組合車身部件以帶有由輕金屬製成的備有輪盤和鋼底部形式的應用示意圖。
圖3是在中間區域由輕金屬組成、在邊緣上用點焊法固定在鋼構件上的頂蓋。
圖4是帶有布置在裝鎖側或撞擊側的鋼構件和車窗下由輕金屬組成的裝內襯區域的車門示意圖。
圖5是汽車旁的箱蓋，如馬達箱蓋示意圖，它帶有一個布置在撞擊側和裝鎖側的鋼構件。
圖6是一個由鋼構件組成的車輪箱內部件和一個由輕金屬組成的箱外部件的示意圖。
圖7是由輕金屬製成的消音器，裝在由鋼組成的汽車框架結構部件上。
圖8是一個輕金屬製成的後備箱蓋部件，帶有作為側面部件的鋼構件。
圖1至圖8是根據本發明的組合車身部件的典型應用實施例的簡化示意圖。其中1表示不同形式的輕金屬結構件，2表示不同形式的鋼結構件，3表示作為接合區利用的、互相平面搭接的搭接區，它們通過雷射焊接法互相連接。相同的標號表示相同的功能和結構件，在下面的附圖中針對應用情況作進一步說明。
圖1至圖8的所有實施形式是共同的，不同形狀的輕金屬構件1和鋼構件2為了藉助雷射源進行接合，通過相應成形構成了搭接區域3，其中輕金屬1和鋼構件2基本上互相平面重疊搭接，在它們之間只有很小或甚至沒有縫隙。由此在輕金屬構件1和鋼構件2之間形成了為焊接所需的特別好的空隙，產生的焊接化合物，特別是生成的金屬間相具有特別好的強度，而它的相鄰區域通過雷射焊接在機械性能方面沒有變化。
圖1是車頂構件連接形式的示意圖，輕金屬構件1組成車頂構件，它與作為側面部件的鋼構件2連接。在示意圖中的方案中，設置了由鋼製成的接合構件5，它經加工和測定後不僅覆蓋輕金屬構件1的一個邊緣側段，而且也覆蓋鋼構件(2)的邊緣側段，其中在輕金屬構件1和接合構件5之間的過渡區域3中進行雷射焊接。接合構件5和側面部件2在一個連接區域4連接，此外用已知方法的點焊接法或類似的方法進行連接。
在示意圖中未畫出的，但是也包括在本發明範圍中的由以輕金屬構件形式組成的車頂，它直接與由以鋼構件形式組成的側面部件連接。接合構件5可以與輕金屬構件1也可以與鋼構件2加工在一起，由此達到了輕金屬構件1和鋼構件2的直接搭接。
在圖2中顯示了由鋼構件2組成的鋼底板，如在汽車行李箱區域。由於強度和負荷原因，它必須由鋼構件組成。大約在中部位置的區域中放入一個鍋狀的、優選可用深衝法生產的由輕金屬構件組成的備用輪盤。它象一個帽緣覆蓋在鋼底板空洞的邊緣區域上，這樣輕金屬構件1與鋼構件2的焊接就可以特別簡單。
圖4顯示了一個組合車身構件的汽車車門。它用已知方法製成車門框，在裝鎖側7和裝鉸鏈側6的區域均用鋼材製成。鋼構件2與由基本上平面板組成的輕金屬構件1連接，它與鋼構件1在相向搭接區域3上焊接。由此鋼構件2擔負強度功能，特別要忍受由鎖和鉸鏈引入汽車車門的各種外力，而輕金屬構件1在汽車車門的內部區域中負責車身襯裡功能。
圖5表示與圖4相應的作為馬達箱蓋或車尾箱蓋的汽車組合車身部件。在車鎖側7上規定為鋼構件2和在撞擊側6上規定也是鋼構件2。輕金屬構件1覆蓋在兩個鋼構件2之間的區域，輕金屬構件1與鋼構件2在過渡區域3中連接。當然也可以有其它的加固形式如橫梁或類似構件來覆蓋兩個鋼構件2之間的區域。
圖6是一個車輪箱的示意圖，其中鋼構件2組成了車輪箱的內半部，而輕金屬構件1組成了車輪箱的外半部。它們在過渡區域3中連接，而與側面部件8必要時同樣用焊接法連接。因為車輪內部件和外部件只受到較小的力學負荷，這樣的方案可達到減輕車身部件的重量，如車輪箱或類似的部件。
圖7是本發明中的一個實施形式的消聲器區域的示意圖。其中由鋼製成的側面部件8或由鋼製成汽車框架底板，在消聲器區域由輕金屬構件1製成消聲器，它向外覆蓋在鋼構件上。在輕金屬構件1的上側，在搭接區域3中，輕金屬構件1與側面部件8連接，在消聲器的下部與作為鋼底板的鋼構件2連接。
圖8是另一種方案的後備箱蓋部分的示意圖。車尾蓋部件中的輕金屬構件1固定在兩個作為側面部件8的組成車身結構部件的鋼構件2上，它們在搭接區域3中互相連接。
附圖標記清單1輕金屬構件2鋼構件3搭接區域4連接區域5適配件6裝鎖處7裝鉸鏈處8側面部件
權利要求
1．至少由一種鋼構件(2)和至少一種優選大面積的輕金屬構件(1)組成的組合汽車車身部件，其特徵在於，在輕金屬構件(1)的邊緣區域至少構成了一個與鋼構件(2)的搭接區域(3)，在組裝位置中，搭接區域(3)法蘭式地至少在有些節段平搭在屬於鋼構件(2)的部件上，輕金屬構件(1)和鋼構件(2)在法蘭式搭接區域藉助雷射束焊接直接相互固定。
2．根據權利要求1所述的組合車身部件，其特徵在於，輕金屬構件(1)和鋼構件(2)在法蘭狀搭接區域中主要是平面接觸。
3．根據權利要求1或2中一項所述的組合車身部件，其特徵在於，輕金屬構件(1)是基本上沒有或只有很小的強度功能的結構件。
4．根據上述權利要求中的任一項所述的組合車身部件，其特徵在於，鋼構件(2)布置在組合車身部件的一個部位中，該部位用來與其它相鄰的車身結構件(8)接合。
5．根據權利要求4所述的組合車身部件，其特徵在於，限定鋼構件(2)在組合車身部件的邊緣區域中與相鄰的車身結構件(8)焊接在一起。
6．根據上述權利要求中的任一項所述的組合車身部件，其特徵在於，鋼構件(2)和輕金屬構件(1)的焊接可在最終裝配前的一個加工工段中實施。
7．根據上述權利要求中的任一項所述的組合車身部件，其特徵在於，鋼構件(2)和輕金屬構件(1)之間的接合線基本上在一個平面中延伸。
8．根據權利要求1至6中的任一項所述的組合車身部件，其特徵在於，鋼構件(2)和輕金屬構件(1)之間的接合線至少在有些節段空間彎曲延伸。
9．根據上述權利要求中的任一項所述的組合車身部件，其特徵在於，組合車身部件具有一個主要組成車身的車頂構件的輕金屬構件(1)和一個布置在它的邊緣旁邊的、可直接固定在車身側面部件上的鋼構件(2)。
10．根據權利要求1至8中任一項所述的組合車身部件，其特徵在於，在車項構件(1)和車身側面部件(8)之間布置了一個由鋼製成的接合構件(5)，它在一側與車頂構件(1)接合，在另一側與車身側面部件(8)接合。
11．根據權利要求1至8中任一項所述的組合車身部件，其特徵在於，組合車身部件具有一個主要組成汽車備用輪盤的輕金屬構件(1)和一個位於它旁邊的作為底板的鋼構件(2)。
12．根據權利要求1至8中任一項所述的組合車身部件，其特徵在於，組合車身部件具有一個主要組成車身頂蓋的輕金屬構件(1)和一個布置在它的邊緣旁邊的鋼構件(2)。
13．根據權利要求1至8中任一項所述的組合車身部件，其特徵在於，組合車身部件具有一個主要組成車門內板或箱蓋內板或車身的類似構件的輕金屬構件(1)和一個布置在它的邊緣旁邊的鋼構件(2)。
14．根據權利要求13所述的組合車身部件，其特徵在於，鋼構件(2)布置在車門或蓋或類似構件上的閉鎖點(6)或鉸鏈點(7)的區域中。
15．根據權利要求1至8中任一項所述的組合車身部件，其特徵在於，組合車身部件具有一個主要組成車身車輪罩的內部件和/或外部件的輕金屬構件(1)和一個布置在固定側旁邊的鋼構件(2)。
16．根據權利要求1至8中任一項所述的組合車身部件，其特徵在於，組合車身部件有一個主要組成車身的消音器外板的輕金屬構件(1)和一個布置在它的邊緣旁邊的鋼構件(2)。
17．根據權利要求1至8中任一項所述的組合車身部件，其特徵在於，組合車身部件具有一個主要組成車身後蓋箱部件的輕金屬構件(1)和一個布置在側面部件旁邊的鋼構件(2)。
18．根據權利要求1至8中任一項所述的組合車身部件，其特徵在於，組合車身部件具有一個主要組成座椅框架的輕金屬構件(1)和布置在它旁邊的、將座椅框架固定在鋼質車架的鋼構件(2)。
全文摘要
本發明涉及一種至少由一種鋼構件(2)和至少一種優選大面積的輕金屬構件(1)組成的組合車身部件。在輕金屬構件(1)的邊緣區域中至少形成了一個與鋼構件(2)的搭接區域(3)。搭接區域(3)在組裝位置中至少在的些段落上緊密地平搭在鋼構件(2)的法蘭狀區域並藉助雷射接合法將輕金屬構件(1)與鋼構件(2)直接地固定在法蘭狀的搭接區域(3)上。由此,這種組合車身得到了進一步的發展。本發明的組合車身部件有各種結構形式,如車頂區域、消音器、汽車車門、箱蓋、護板和車門內襯板等。
文檔編號B62D25/08GK1319039SQ99811305
公開日2001年10月24日 申請日期1999年8月12日 優先權日1998年9月24日
發明者J·希爾曼, C·拉德謝特 申請人:大眾汽車有限公司