專利名稱：用于汽車車身的桁梁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于汽車車身的桁梁，包括至少兩個沿其縱向邊緣組成一個周邊封閉的空心成型件的金屬薄板成型件，該空心成型件具有至少兩個通過一種接縫材料鎖合地相互連結(jié)的縱向部分。
背景技術(shù)：
為了汽車桁梁適應(yīng)于不同的車身長度已知(DE 100 61 848 A1)采用空心成型件，其由兩縱向部分組成。這些縱向部分為了其連接相互插入并在搭接區(qū)域相互焊接。為了吸收沖擊能量，空心成型件可以設(shè)有各個預(yù)定彎曲點(diǎn)，但在這方面因各縱向部分的搭接引起的強(qiáng)度躍變造成困難，即使試圖通過一傾斜于桁梁縱軸線延伸的接縫平面來減弱該強(qiáng)度躍變也是如此。此外，不僅因這樣的由鐵材料構(gòu)成的桁梁決定的重量分量在汽車車身上是相當(dāng)大的，而且與其相關(guān)的沿桁梁長度的重量分布在許多情況下是不利的。因此一邊由鐵材料而另一邊由鋁材料構(gòu)成的桁梁可能更好地符合重量和載荷的要求。不過由鐵材料構(gòu)成的金屬薄板成型件與由鋁材料構(gòu)成的金屬薄板成型件不可能無問題地相連接。
在一鋁材料與一鐵材料熱連結(jié)時使鋁材料在接縫區(qū)域熔化，從而熔化的鋁浸濕鐵材料并且在冷卻以后產(chǎn)生一材料鎖合連結(jié)。不過在兩材料之間的過渡區(qū)域內(nèi)形成脆性的金屬互化相，其決定性地決定連結(jié)的承載能力。為了在相當(dāng)大程度上避免在鐵材料與鋁材料之間的接縫的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生脆性的金屬互化相，已知(US 3 202 793A)，在以熔化冶金的方式在兩金屬薄板側(cè)面上涂敷鋁基的焊接填充料以形成兩對接的金屬薄板部分的接縫以前，將鐵材料至少在接縫區(qū)域內(nèi)設(shè)有一鋅基的涂層。該焊接填充料與鋁材料構(gòu)成一焊接并且用作為與鐵材料連結(jié)的焊料，但其中焊接填充料并不與鐵材料處于熔化的接觸，而只與涂層材料發(fā)生熔化的接觸，從而由于選擇的鋁基的焊接填充料在相當(dāng)大程度上阻止了金屬互化相。但即使為了改善強(qiáng)度鐵板在連接區(qū)域內(nèi)設(shè)有多個穿口，以便經(jīng)由通過這些穿口的焊接填充料改善焊接填充料與鐵板的結(jié)合，這種釬焊的強(qiáng)度也是不夠的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的因此在于，構(gòu)成一種開頭所述型式的用于汽車車身的桁梁，使其分別按材料特性可以一邊采用鋁材料而另一邊采用鐵材料，以便可以有利地不僅滿足強(qiáng)度要求而且滿足重量要求。
本發(fā)明這樣達(dá)到提出的目的，即，空心成型件的兩個縱向部分之一由一種鐵材料而另一縱向部分由一種鋁材料構(gòu)成，并且在空心成型件的平緩對接的各縱向部分之間的形成一種釬焊連接接縫具有一種鋁基的焊接填充料作為焊料，該焊接填充料以相當(dāng)于該鐵材料的厚度的至少三倍的寬度涂敷在一個鐵材料的涂層上。
首先，桁梁的空心成型件分成兩縱向部分，一邊由鐵材料而另一邊由鋁材料構(gòu)成具有優(yōu)點(diǎn)，即桁梁的為客艙配置的縱向部分可以由抗彎的鐵材料構(gòu)成，而其他遠(yuǎn)離客艙的縱向部分由鋁材料構(gòu)成，由于其較小的彎曲剛度是適用的，在某種情況下可吸收產(chǎn)生的沖擊能并將其轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃喂?，此時桁梁由鋁材料構(gòu)成的縱向部分通過其長度的縮短被形成皺紋地皺縮。但這只當(dāng)經(jīng)由兩不同材料的縱向部分之間的接縫也能傳遞沖擊載荷時產(chǎn)生的力時才可實(shí)現(xiàn)。為此，將用于構(gòu)成鐵材料的焊料的鋁基焊接填充料以一寬度涂敷在鐵材料的兩側(cè)面上，該寬度相當(dāng)于鐵材料構(gòu)成的金屬薄板成型件的厚度的至少三倍。這種條件確保，在鋁基的焊接填充料與鐵材料之間的焊接區(qū)域的范圍內(nèi)對接縫的承載能力是臨界的法向應(yīng)力即使在連接的薄板坯件的塑性變形的情況下也保持在一允許的范圍內(nèi)，因?yàn)檎门c其相應(yīng)地構(gòu)成連接幾何形狀。因此至少在接縫區(qū)域可以保持強(qiáng)度值，其也存在于連接的薄板區(qū)域。此外通過本來已知的優(yōu)選用鋅材料或鋁材料對鐵材料的涂層，與鐵材料與鋁基的焊接填充料之的電位差相比明顯降低鐵材料的涂層與焊接填充料之間的電位差，因此決定性地減小接觸腐蝕的傾向。此外通過在連接區(qū)域內(nèi)鐵材料的涂層減小脆性的金屬互化相形成的傾向，這同樣對于釬焊的強(qiáng)度是重要的。
再加上與桁梁的一縱向部分由鋁材料的構(gòu)成相關(guān)的是重量的明顯減小?？招某尚图闹亓康南抻阼炝旱囊豢v向部分的減小還可用于改善的一汽車的行駛性能。如果由于一前輪驅(qū)動的汽車的尾部區(qū)域的減重。沿汽車長度的重量分布偏移向不利的行駛性能，則現(xiàn)在可以通過具有一由驅(qū)動的前軸向外凸出的鋁材料的縱向部分的桁梁構(gòu)成再次保證一有利的重量分布而不必增大尾部重量。
為了達(dá)到在桁梁的縱向部分的不同的材料之間逐漸的載荷承受而避免過度的應(yīng)力集中，鐵材料的縱向部分在對接區(qū)域內(nèi)至少在一側(cè)面上可以設(shè)有斜切面，從而鐵材料的承重橫截面向鋁材料那邊連續(xù)減小，而鋁材料的承重橫截面則相應(yīng)地增加。但該斜切面必須與其余的連接區(qū)域一樣由一涂層覆蓋，以便確保鐵材料與鋁基的焊接填充料之間的材料結(jié)合。
為了制造本發(fā)明的用于汽車車身的桁梁，待連接成空心成型件的各金屬薄板成型件可以各由兩個坯件構(gòu)成，其相當(dāng)于空心成型件的兩縱向部分并且一邊由鐵材料而另一邊由鋁材料構(gòu)成。如果這些鐵材料和鋁材料的部分的平面坯件通過釬焊以對接的形式在應(yīng)用鋁基的焊接填充料下相互連結(jié)，為了構(gòu)成接縫，將該焊接填充料在鐵材料的坯件的兩個側(cè)面上通過熔化以相當(dāng)于該坯件的厚度的至少三倍的寬度涂敷在鐵材料的涂層上，則可以經(jīng)由兩坯件之間的接縫傳遞因塑性變形引起的力，而不必?fù)?dān)心接縫的過載。由于這種接縫構(gòu)成，連接的每一金屬薄板成型件的平面的坯件共同遭受一冷成形，其大大降低制造費(fèi)用，因?yàn)槔涑尚蔚慕饘俦“宄尚图S后只須沿其縱向邊緣相互連接成空心成型件，這可以通過相互靠緊的縱邊凸緣的材料鎖合的或形鎖合的連接來實(shí)現(xiàn)，亦即借助于與空心成形件的各縱向部分的相應(yīng)的材料無關(guān)的連接技術(shù)。
雖然跨接各金屬薄板成型件的坯件之間的對接區(qū)域由焊接填充料構(gòu)成的接縫帶來對接區(qū)域的過高，但該由于兩面的接縫的過高對對接連接的各坯件的以后的成形不起決定性作用，因?yàn)樵摻涌p過高例如可以通過成形工具中的相應(yīng)的凹槽加以考慮。但為了減小接縫過高也可以在連接的各坯件的共同冷成形以前削平由焊接填充料構(gòu)成的各金屬薄板成型件的坯件之間的接縫。


附圖中舉例示出本發(fā)明的物件。其中圖1本發(fā)明的汽車車身的桁梁在兩縱向部分之間對接的區(qū)域內(nèi)的示意的局部側(cè)視圖；圖2該桁梁沿圖1的線II-II截取的橫剖面圖；圖3桁梁相對于圖1旋轉(zhuǎn)90°的側(cè)視圖；以及圖4沿圖1的線IV-IV截取的接縫的放大比例的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1至3中示意示出的桁梁由一個空心成型件1構(gòu)成，其示意示出一六角橫截面。該空心成型件1具有兩個不同材料的縱向部分2和3。縱向部分2由鋁材料構(gòu)成，縱向部分3由鐵材料構(gòu)成。
但空心成型件1不僅按長度分為兩部分2和3，而且由兩金屬薄板成型件4和5組成，其沿各縱邊凸緣6相互連接，而且由鉚接7。鉚接7雖然是有利的，但對于凸緣連接不是必定的，其例如也可以構(gòu)成為膠接。
金屬薄板4和5本身分別由兩個坯件8和9連接，后者相當(dāng)于空心成型件1的縱向部分2和3并因此由鋁材料或鐵材料構(gòu)成。這些對接的坯件8和9通過一接縫10相互材料鎖合連結(jié)。為此，使鐵材料構(gòu)成的坯件9按圖4在構(gòu)成對接點(diǎn)的邊緣設(shè)有兩面的斜切面11，其與鐵材料的連接區(qū)域的其余表面一樣設(shè)有優(yōu)選鋅基的涂層。在待連接的坯件8和9組合以后，在對接區(qū)域內(nèi)將一種鋁基的焊接填充料12涂敷在坯件8和9的兩側(cè)面上并且借助于電弧熔化，此時在坯件8的鋁材料與構(gòu)成接縫10的鋁基焊接填充料12之間產(chǎn)生一熔化冶金的焊接。該通過鋁材料的熔化得到的焊接由坯件8和焊接填充料12的一致的陰影線表示，其中坯件8的原來的邊緣用虛線指示。熔化的焊接填充料12為在鐵材料構(gòu)成的坯件9上的結(jié)合形成一焊料，不過其不僅涂敷于兩坯件8和9的直接的對接區(qū)域，而且跨接接口并在兩面搭接鐵材料的坯件9的邊緣。其中形成焊料的焊接填充料12涂敷于一搭接區(qū)域內(nèi)，該搭接區(qū)域具有一相當(dāng)于至少三倍厚度d的寬度b。通過與其相關(guān)增大的結(jié)合長度一方面將在焊接區(qū)域內(nèi)對接縫的承載能力起決定作用的應(yīng)力水平限制到一允許的程度而另一方面由于相應(yīng)長的腐蝕距離將連結(jié)的腐蝕引起的強(qiáng)度損失保持在連接的坯件8、9的較弱的基礎(chǔ)材料的腐蝕引起的強(qiáng)度損失之下，從而在適宜的處理下在桁梁的整個使用壽命內(nèi)連接區(qū)域具有至少相當(dāng)于兩坯件8、9的較弱者的強(qiáng)度值之強(qiáng)度值。
由于坯件8和9在其冷成形以前在平面狀態(tài)下連接，金屬薄板成型件4、5可以由連接的平面的薄板坯件8、9例如通過作為整體的彎曲或深沖成形。在該冷成形時無疑經(jīng)由接縫10傳遞為坯件8、9的塑性變形所需要的力。由于接縫10的過高可以在連接的最初平面的坯件8、9的塑性成形通過工具的一相應(yīng)的構(gòu)成加以考慮，其例如在接縫10的區(qū)域內(nèi)具有凹槽。但也可以例如通過一塑性變形削平該過高，如這在圖4中用點(diǎn)劃線所示。
在兩金屬薄板成型件4、5沿其各縱邊凸緣6連接以后可以對桁梁加載，此時一沿箭頭13方向作用沖擊載荷導(dǎo)致空心成型件1在鋁材料的縱向部分2的區(qū)域內(nèi)的皺縮。與其相關(guān)的造成桁梁縮短的折疊形成用點(diǎn)劃線示于圖3中。由于空心成型件1的縱向部分2和3的不同的翹曲強(qiáng)度，在這些部分的相應(yīng)的配置中經(jīng)由在鋁材料的縱向部分2的區(qū)域內(nèi)的變形功吸收施加的沖擊能，同時保持鐵材料的縱向部分3基本上不變形。產(chǎn)生的力可以經(jīng)由縱向部分2與3之間的接縫10傳遞，而不超過接縫10的允許載荷。
權(quán)利要求
1.用于汽車車身的桁梁，包括至少兩個沿其縱向邊緣組成一個周邊封閉的空心成型件的金屬薄板成型件，該空心成型件具有至少兩個通過一種接縫材料鎖合地相互連結(jié)的縱向部分；其特征在于，空心成型件(1)的兩個縱向部分(2、3)之一由一種鐵材料而另一縱向部分(2)由一種鋁材料構(gòu)成，并且在空心成型件(1)的平緩對接的各縱向部分(2、3)之間的、形成一種釬焊連接的接縫(10)具有一種鋁基的焊接填充料(12)作為焊料，該焊接填充料(12)以相當(dāng)于該鐵材料的厚度(d)的至少三倍的寬度(b)涂敷在一個鐵材料的涂層上。
2.按照權(quán)利要求1所述的桁梁，其特征在于，鐵材料的縱向部分(3)在對接區(qū)域內(nèi)至少在一側(cè)面上設(shè)有斜切面(11)。
3.用于制造按照權(quán)利要求1或2之一項(xiàng)所述的用于汽車車身的桁梁的方法，其中將至少兩個由冷成形的平面坯件構(gòu)成的金屬薄板成型件連接成一個周邊封閉的空心成型件，該空心成型件具有兩個通過一種接縫材料鎖合地相互連結(jié)的縱向部分；其特征在于，由兩個相當(dāng)于空心成型件的縱向部分的部分構(gòu)成的各金屬薄板成型件一邊由一種鐵材料而另一邊由一種鋁材料構(gòu)成，首先將由鐵材料和鋁材料構(gòu)成的部分的平面坯件通過一種釬焊連接以平緩對接的形式在應(yīng)用鋁基的焊接填充料情況下相互連結(jié)，為了構(gòu)成接縫，將該焊接填充料在鐵材料的坯件的兩個側(cè)面上通過熔化以相當(dāng)于該坯件的厚度的至少三倍的寬度涂敷在一個鐵材料的涂層上，然后將各連接的坯件冷成形成各金屬薄板成型件并隨后將各成形的金屬薄板成型件連接成所述空心成型件。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在各連接的坯件共同冷成形以前，將通過焊接填充料在各金屬薄板成形件部分的坯件之間形成的接縫削平。
全文摘要
本發(fā)明描述一種用于汽車車身的桁梁，包括至少兩個沿其縱向邊緣組成一個周邊封閉的空心成型件(1)的金屬薄板成型件(4、5)，該空心成型件具有至少兩個通過一種接縫(10)材料鎖合地相互連結(jié)的縱向部分(2、3)。為了建立有利的結(jié)構(gòu)條件，本發(fā)明建議，空心成型件(1)的兩個縱向部分(2、3)之一由一種鐵材料而另一縱向部分(2)由一種鋁材料構(gòu)成，并且在空心成型件(1)的平緩對接的各縱向部分(2、3)之間的形成一種釬焊連接的接縫(10)具有一種鋁基的焊接填充料(12)作為焊料，該焊接填充料(12)以相當(dāng)于該鐵材料的厚度(d)的至少三倍的寬度(b)涂敷在一個鐵材料的涂層上。
文檔編號B62D25/08GK1809492SQ200480017444
公開日2006年7月26日 申請日期2004年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月24日
發(fā)明者克里斯蒂安·施馬朗策, 阿洛伊斯·萊特訥 申請人:福斯特阿爾派因鋼鐵有限公司