車身框架結構以及其製造方法與流程
2023-05-02 12:51:47
本公開內容涉及一種車身框架結構以及其製造方法。
背景技術：
在日本特開2003-72589號公報中公開了一種柱結構，其具備：具有通過柱內面板與柱外面板而形成的封閉截面結構的前柱、和被插穿於前柱的內部的筒狀的加強件。
在上述現有的柱結構中，考慮到例如通過將柱外構件的板厚設為較薄從而使柱外構件的強度相對於柱內構件而變低的結構。在這種結構中，也需求在確保柱整體的強度的同時實現輕量化。
技術實現要素：
本發明考慮到上述情況，提供一種如下的車身框架結構及其製造方法，在通過強度不同的兩張面板而被設為封閉截面結構的車身框架中，該車身框架結構能夠有效地提高車身框架的強度，進而實現了輕量化。
用於解決課題的方法
本發明的第一方式為一種車身框架結構，具備：框架主體，其具備封閉截面結構，所述封閉截面結構通過將第一面板和與所述第一面板相比強度較低的第二面板接合而形成；筒狀加強件，其沿著所述框架主體而被設置在所述框架主體的內部，並且所述筒狀加強件的所述第二面板側的部分與所述第一面板側的部分相比而整體被設為厚壁。
在上述第一方式的車身框架結構中，通過第一面板與第二面板而形成了封閉截面結構的框架主體。而且，第二面板與第一面板相比強度較低。因此，框架主體的中性軸(在假定有彎曲的情況下不產生壓縮變形也不產生拉伸變形的中性面與框架主體的橫截面相交的線)靠近與框架主體的截面中心相比靠第一面板側。
此外，在框架主體的內部，沿著框架主體而設置有筒狀加強件。因此，框架主體通過筒狀加強件而被加強，從而提高了車身框架結構的強度。
另外，筒狀加強件之中的第二面板側的部分與第一面板側的部分相比而整體被設為厚壁。因此，框架主體與筒狀加強件組合而成的車身框架結構整體的中性面位於與上述的框架主體的中性面相比靠第二面板側。即，與筒狀加強件為固定的壁厚的情況相比，能夠使車身框架結構整體的中性軸接近框架主體的截面中心。其結果為，能夠有效地使車身框架的強度提高，進而能夠實現輕量化。
另外，框架主體的截面中心是指，在框架主體的橫截面上，通過第一面板以及第二面板而被包圍的區域的、假設該區域上被賦予了同樣的密度分布的情況下的重心。
本發明的第二方式為，在上述第一方式中，在所述筒狀加強件中，與所述框架主體的截面中心相比靠第二面板側的部分被設為厚壁部，與所述框架主體的截面中心相比靠第一面板側的部分被設為薄壁部。
在上述第二方式的車身框架結構中，由於筒狀加強件是以框架主體的截面中心為基準而在壁厚上設置變化的，因此能夠有效地使車身框架結構整體的中性軸接近於框架主體的截面中心。
本發明的第三方式為，製造上述第一或第二方式的車身框架結構的方法，所述筒狀加強件通過如下方式而被製造出，即，通過鋁擠壓成形來製造筒狀的厚度不均的擠壓材料，並且將所述厚度不均的擠壓材料作為原料而通過液壓成形法來對其進行成形，其中，所述厚度不均的擠壓材料的橫截面形狀被局部性地設為厚壁。
在上述第三方式的車身框架結構的製造方法中，能夠通過鋁擠壓成形來製造橫截面形狀被局部性地設為厚壁的筒狀的厚度不均的擠壓材料，並且將該厚度不均的擠壓材料作為原料而通過液壓成形法來對其進行成形，從而製造出筒狀加強件。即，能夠容易地製造出上述第一或第二方式的車身框架結構。
如以上所說明的那樣，上述第一方式的車身框架結構在通過強度不同的兩張面板而被設為封閉截面結構的車身框架中，能夠有效地提高車身框架的強度，進而能夠實現輕量化。
上述第二方式的車身框架結構能夠有效地使車身框架結構整體的中性軸接近於框架主體的截面中心。
上述第三方式的車身框架結構的製造方法能夠容易地製造出車身框架結構。
附圖說明
基於以下的附圖來對本發明的實施例進行詳細說明。
圖1A表示應用了本實施方式所涉及的車身框架結構的前柱上構件的橫截面，並為圖3的A-A線剖視圖。
圖1B表示應用了本實施方式所涉及的車身框架結構的前柱上構件的橫截面，並為圖3的B-B線剖視圖。
圖2為表示成為本實施方式所涉及的筒狀加強件的原料的厚度不均的擠壓材料的橫截面圖。
圖3為表示作為應用了本實施方式所涉及的車身框架結構的一個示例的車身側部的側視圖。
圖4為表示應用了作為本實施方式的改變例的車身框架結構的下邊梁的橫截面圖。
具體實施方式
以下，使用圖1至圖3來對本公開的實施方式進行說明。另外，在各個圖中所適當表示的箭頭標記FR表示車輛前方，此外箭頭標記UP表示車輛上方側。並且，箭頭標記OUT表示車輛寬度方向外側。
在圖3中表示了局部性地應用了本實施方式的車身框架結構S的車身側部10(車身左側部)。如該圖中所示，在車身側部10的下部處設置有作為以車輛前後方向為長度方向的車身框架部件的下邊梁12。此外，在車身側部10的上部處，設置有作為以車輛前後方向為長度方向的車身框架部件的車頂側梁14。以從車頂側梁14的前端起而連續的方式設置有前柱上構件16，其朝向車輛前方而向斜下方傾斜並且對未圖示的前車窗擋風玻璃的側端進行支承。
以對前柱上構件16的前端與下邊梁12的前端進行連結的方式而設置有在車輛上下方向上延伸的前柱下構件18。此外，以對前柱上構件16的後端與下邊梁12的中間部進行連結的方式而設置有在車輛上下方向上延伸的中柱20。而且，通過前柱下構件18、前柱上構件16、下邊梁12以及中心柱20而形成了配置用於供車輛前部座椅的乘員乘降的前側門(省略圖示)的前側開口部22。此外，通過中心柱20、車頂側梁14、下邊梁12以及後柱24而形成了後側開口部26，所述後側開口部26處配置有用於車輛後部座椅的乘員上下車的後側門(省略圖示)。
(柱主體)
本實施方式的車身框架結構S被應用於從前柱上構件16的前端附近至車頂側梁14的後端附近。在圖1A、1B中圖示了應用本實施方式的車身框架結構S的前柱上構件16的橫截面。如這些圖中所示，前柱上構件16被構成為，包括作為被設為封閉截面結構的「框架主體」的柱主體28。而且，柱主體28通過將柱內面板30與柱外面板32接合而形成，其中，所述柱內面板30作為構成車輛內側的「第一面板」，所述柱外面板32作為構成車輛外側並且與柱內面板30相比強度較低的「第二面板」。另外，本實施方式的柱外面板32與柱內面板30相比板厚較薄，並且由材料固有的強度較低的鋼板而形成。
具體而言，柱內面板30與柱外面板32在其各自的上側凸緣部30A、32A和下側凸緣部30B、32B重疊的狀態下，通過點焊或雷射焊接等而被接合在一起。由此，形成了截面形狀被設為封閉截面結構的柱主體28。而且，在柱主體28的上側凸緣部30A、32A側配置有未圖示的前車窗擋風罩與車頂板，在下側凸緣部30B、32B側配置有未圖示的前側門與後側門。
另外，圖1A、1B中所示的箭頭以及箭頭分別表示柱主體28的橫截面中的柱外面板32側以及柱內面板30側。而且，柱外面板32側以及柱內面板30側是指，在假設一條對面板各自處於接觸中的上側凸緣部30A、32A附近處與下側凸緣部30B、32B附近處進行連接的直線(省略圖示)的情況下，垂直於該直線的方向中的柱外面板32側以及柱內面板30側。
此外，圖1所示的截面中心C表示柱主體28的截面中心。而且，柱主體28的截面中心是指，在圖1所示的橫截面上，在假定了由柱內面板30以及柱外面板32所包圍的區域的情況下，假設該區域上被賦予了同樣的密度分布的情況下的該區域的重心。
筒狀加強件
在柱主體28的內部設置有被設為筒狀的筒狀加強件40。如圖3所示，筒狀加強件40沿著柱主體28的長度方向而配置在，從前柱上構件16的前端附近起至車頂側梁14的後端附近(後側開口部26的後端部附近)為止的範圍內。而且，在圖1A、1B所示的前柱上構件16的橫截面上，筒狀加強件40被設為包圍柱主體28的截面中心C的形狀。
筒狀加強件40與柱內面板30接合。具體而言，在柱內面板30的與筒狀加強件40接合的接合部分上設置有朝向柱主體28的內側位移了的接合面部42。接合面部42被設為通過面而與筒狀加強件40接觸的形狀，並且在通過面而與筒狀加強件40接觸的狀態下被實施接合。
更加具體而言，接合面部42的接合通過如下方式來實施，即，在使螺釘44高速旋轉的同時將其按入，從而利用摩擦熱而使作為母材的柱內面板30與筒狀加強件40熔解，以使之熔敷(所謂的Flow Drill Screw、FDS(註冊商標))。根據該接合方法，由於能夠通過從柱內面板30側的單側進出而進行接合，因此將筒狀加強件40與柱內面板30接合較為容易。
此外，在筒狀加強件40的橫截面形狀上，對壁厚在局部上施以變化。具體而言，筒狀加強件40中的與柱主體28的截面中心C相比靠外面板側的部分相對於與截面中心C相比靠內面板側的部分而被設為厚壁。換言之，筒狀加強件40中的與柱主體28的截面中心C相比靠外面板側的部分被設為厚壁部40A，而與柱主體28的截面中心C相比靠內面板側的部分被設為薄壁部40B。
接下來，對本實施方式的筒狀加強件40的製造方法進行說明。
首先，通過鋁等輕量金屬材料的擠壓成形而製造出圓筒狀的厚度不均的擠壓材料50。由於厚度不均的擠壓材料50為擠壓材料，因此雖然在不同的橫截面中會成為固定截面，但會以在各橫截面中成為所謂厚度不均的截面的方式而被形成。具體而言，如圖2所示，其為橫截面形狀被局部性地設為厚壁的筒狀部件，並且大致一半的部分被設為厚壁部50A，而剩餘的一半的部分被設為薄壁部50B。另外，雖然本實施方式的厚度不均的擠壓材料50被設為圓筒狀，但只要在橫截面上被設為厚度不均的截面則並不限定於圓筒狀，只要為筒狀即可。
接下來，將該厚度不均的擠壓材料50作為原料，通過液壓成形法而製造出在如圖3的A-A線截面以及B-B線截面那樣的不同的橫截面中，被設為不同的截面形狀的筒狀加強件40。具體而言，將圓筒狀的厚度不均的擠壓材料50設置在以能夠獲得所需的截面形狀的方式而被形成的金屬模中。接下來，通過以高壓力向厚度不均的擠壓材料50的內部以注入流體而施加內壓，與此同時，在長度方向上對厚度不均的擠壓材料50進行壓縮。由此，厚度不均的擠壓材料50會沿著金屬模而膨脹，從而形成筒狀加強件40。
如上文所述，由於使用被設為厚度不均的截面的厚度不均的擠壓材料50來作為通過液壓成形法而實施成形之前的原料，因此在通過液壓成形法而成形出的筒狀加強件40中，也能夠形成厚度不均的截面形狀。
接下來，對本實施方式的作用進行說明。
在本實施方式中，柱內面板30與柱外面板32接合從而形成封閉截面結構的柱主體28。而且，柱外面板32與柱內面板30相比板厚較薄，並且材質固有的強度較低。因此，柱主體28的中性軸N1(在假定有彎曲的情況下不產生壓縮變形也不產生拉伸變形的中性面與柱主體28的橫截面相交的線)與柱主體28的截面中心C相比靠內面板側。
此外，在柱主體28的內部，沿著柱主體28而設置有筒狀加強件40。因此，柱主體28通過筒狀加強件40而被加強，從而提高了前柱上構件16的強度，進而確保了車廂空間。
並且，在本實施方式中，筒狀加強件40的與柱主體28的截面中心C相比靠外面板側的部分被設為厚壁部40A，與柱主體28的截面中心C相比靠內面板側的部分被設為薄壁部40B。因此，具備柱主體28與筒狀加強件40的前柱上構件16的中性軸N2位於，與靠近上述的內面板側的柱主體28的中性軸N1相比靠外面板側。即，與筒狀加強件為固定的壁厚的情況相比，能夠使前柱上構件16整體的中性軸N2接近於柱主體28的截面中心C。並且，由於筒狀加強件40是以柱主體28的截面中心C為基準而對壁厚設置變化，因此能夠有效地使前柱上構件16整體的中性軸接近於柱主體28的截面中心C。
其結果為，能夠針對各部件的重量而有效地使前柱上構件16的強度提高，進而能夠在確保前柱上構件16所需的強度的同時實現輕量化。
此外，本實施方式的筒狀加強件40為，通過液壓成形法對利用鋁擠壓成形而使截面厚度不均從而形成的筒狀的原料(厚度不均的擠壓材料50)進行成形而製造出。換言之，通過鋁擠壓成形而製作出橫截面形狀被局部性地設為厚壁的筒狀的厚度不均的擠壓材料50，並且通過將該厚度不均的擠壓材料50作為原料而利用液壓成形法對其進行成形從而製造出筒狀加強件40。因此，能夠製造出內面板側與外面板側厚壁不同，且沿著柱主體28的形狀的筒狀加強件40。
上述實施方式的補充說明
此外，雖然在上述實施方式中，柱內面板30以及柱外面板32通過對鋼板進行衝壓加工而形成，但本公開內容並不限定於此。例如，也可以由鋁合金制的板材而形成。
此外，雖然在上述實施方式中，柱外面板32通過與柱內面板30相比板厚較薄、並且材料固有的強度較低的鋼板而形成，從而使其與柱內面板30相比強度較低，但本公開內容並不限定於此。例如，柱外面板也可以為，與柱內面板相比板厚較薄且材料固有的強度相同。此外，例如，柱外面板也可以為，與柱內面板相比板厚相同且材料固有的強度較低。
此外，雖然在上述實施方式中，筒狀加強件40通過鋁等輕量金屬而形成，但本公開的筒狀加強件並不限定於此。例如，也可以設為鋼材。
此外，雖然在上述實施方式中，筒狀加強件40通過利用液壓成形法進行成形而被製造出，但本公開內容的筒狀加強件並不限定於此。例如，也可以通過三維熱彎淬火(3DQ：3Dimensional Hot Bending and Quench)而製造出。所謂三維熱彎淬火是指，在對鋼材進行淬火的同時實施三維加工的加工方法(熱處理方法)。更具體而言，例如為，在對鋼管(管材)局部性地進行加熱且通過水冷來進行淬火的同時，連續地實施彎曲加工的加工方法。
此外，雖然在上述實施方式中，筒狀加強件40與柱內面板30通過FDS而被接合，但本公開內容並不限定於此。例如，也可以通過其他機械性接合法而來進行接合，還可以通過焊接來進行接合。
此外，雖然在上述實施方式中，筒狀加強件40的與截面中心C相比靠外面板側的部分被設為厚壁部40A，並且其與截面中心C相比靠內面板側的部分被設為薄壁部40B，但本公開內容並不限定於此。例如，也可以僅將筒狀加強件中的與柱內面板接觸的部分設為薄壁部，而將其他部分設為厚壁部。即，只要筒狀加強件中的外面板側的部分與筒狀加強件中的內面板側的部分相比整體被設為厚壁即可。換言之，只要筒狀加強件的中性軸在與筒狀加強件的截面中心(省略圖示)相比靠近外面板(第二面板)側即可。
此外，雖然在上述的各實施方式中，對將本發明的車身框架結構S應用於前柱上構件16以及車頂側梁14上的方式進行了說明，但應用本公開的車身框架結構的車身框架並不限定於此。例如，如圖4所示，也可以應用於被構成為包括作為「第一面板」的下邊梁內面板60以及作為「第二面板」的下邊梁外面板62的下邊梁12上，還可以應用於中心柱20或前柱下構件18等上。進一步而言，只要是應用於通過將兩張面板接合而被設為封閉截面結構的車身框架部件的結構上，則均被包含在本公開內容中。