结构性工字梁汽车悬架臂制造技术

一种包括车辆悬架控制臂的结构元件，其由复杂的单件式金属板冲压部件构造，所述冲压部件由均匀厚度的材料形成。所述冲压部件被构造为具有正确的平面视图形状并且被形成为工字梁横截面，所述工字梁横截面包括中央腹板部和两个凸缘部。所述中央腹板部被构造为具有单一材料厚度并且所述凸缘部包括具有连续重叠折回段的上延和下延封闭段。金属板的敞开端在中央腹板部处或其附近终止并且被焊接至腹板部，在一个替换实施例中，金属板的敞开端还被焊接至连续重叠折回段，以产生有利的结构性工字梁截面，其中凸缘部的厚度是腹板部厚度的两倍。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术适用于结构元件的制造工艺，所述结构元件由金属板形成，本专利技术特别适 用于需要高的刚度重量比和强度重量比的部件。尤其是，本专利技术适用于汽车悬架臂。
技术介绍
大多数现代道路车辆应用某种形式的悬架系统来将乘客室与由道路表面崎岖不 平引起的车轮干扰隔离开。这些悬架系统通常包括某种形式的能量储存介质(诸如弹簧)、 控制弹簧运动的装置(诸如减震器)以及控制车轮运动的运动学的连杆机构。所述部件的 组合被构造成允许车辆的车轮以受控方式向上运动并越过道路的崎岖不平。最常见形式的 连杆机构是四杆连杆构造，其由心轴组件、车辆本体以及通常称为控制臂的两个枢转结构 元件构造。图1显示了常见的现有技术的四杆连杆构造。控制臂(1) (2)相对于车辆本体(4) 确定心轴组件(3)的位置并引导它的运动。心轴组件承载着统称为簧下质量(5)的车轮、 轮胎、轴承组件以及刹车组件。所述簧下质量还包括控制臂重量的一部分。因为在将簧下 质量向上移过道路表面不平时涉及较大的能量，所以优选尽可能大地减小所述子组件的组 合重量。另外，因为车辆的操作特征直接取决于簧下部件的受控运动，所以有必要使控制臂 具有充分的刚度和强度来抵抗施加到它们上面的巨大载荷。因此，重要的是悬架控制臂是坚固和刚性的以便在受到载荷时正确运行，并且重 量是轻的以便减少簧下质量。减少重量一般会导致强度和刚度的降低。需要大的独创性来 设计具有减少重量而性能特征相同的部件。施加在悬架控制臂上的操作载荷是离散的并且 很好掌握，从而可以研制非均勻结构以便沿着应用所需要的方向和位置提供选择的刚度和 强度。在平面图中，车辆悬架控制臂通常被构造为“A”型或“L”型，这取决于本体安装件构 造与心轴的关系。在任一情形下，主导性感生载荷都处于“A”型或“L”型平面中并且因此 需要高的平面内刚度。用于抵抗这些感生载荷的最有效形状要求材料高度聚集在“A”型或 “L”型边缘周围以便最大化平面内第二区域力矩值。图2显示了常见的现有技术的“L”型 悬架控制臂(8)，其中通过浇铸制造工艺促进材料高度聚集在结构边缘周围。这种结构与常 规结构性截面做法一致，其中工字梁被认为是承载弯曲载荷的最有效方法。工字梁构造将 材料聚集在远离质心或中心轴线的截面末端。图2A是典型的现有技术工字梁的横截面视 图，即图2的浇铸成型“L”型悬架控制臂。工字梁的相对两端被称为凸缘(6)，而单个中央 部件被称为腹板(7)。使凸缘比腹板更厚从而充分实现工字梁的结构性优势是有利的。对于优化控制臂结构在形状上非均勻的要求已经促使应用多种复杂的制造工艺。 与车辆控制臂构造相关联的最常见的制造方法是将压制成型的金属冲压部件浇铸、铸造以 及焊接成子组件。因为涉及复杂形状，所以非常难以由简单的压制成型的金属冲压部件制 造优化的车辆控制臂。在其构造中应用压制成型金属冲压部件的大多数悬架控制臂被构造成封闭的箱 体截面。图3显示了由两个U型压制成型金属冲压部件构造的典型悬架控制臂的截面。这种类型的结构截面相比较工字梁在抵抗平面内弯曲载荷方面效率低很多并且它需要材料 交叠很多以促进所需的角焊缝接头。所述材料交叠最终在结构上是多余的并且导致比替换 的浇铸或铸造构造更重。专利技术人为Kusama等人的美国专利No. 5，662，348披露了一种专门由压制成型件制 造的悬架臂。Kusama要求保护一个很宽范围的不同截面的构造，所述构造均旨在以与感生 载荷兼容的方式加强车辆的悬架控制臂。然而，Kusama没有教导利用压制成型技术形成真 正的工字梁截面的方法。使用工字梁截面在悬架臂技术中是已知的并且通常涉及利用浇铸或铸造技术制 造，如图2和2A所示。然而，应用两个杯型压制成型冲压部件、将它们背靠背地布置并且凸 焊在一起以形成具有所需平面视图形状的工字梁截面也是常见的做法。虽然已经通过用这 种方法结合两个相对简单的冲压部件而形成工字梁截面，但是凸缘的厚度是腹板厚度的一 半，从而导致结构性能差。图4显示了由两个杯型压制成型冲压部件构造的典型现有技术 工字梁悬架控制臂的横截面视图。重要的是要注意现有技术制造工艺规定凸缘为单一材料 厚度，而腹板为两倍材料厚度。这不是最佳结构构造。授予Layman的美国专利No. 1，380，659涉及连杆、杠杆等，并且尤其涉及由金属板 形成的物件。Layman没有提及车辆悬架控制臂并且明确地指出专利技术目的是降低制造本专利技术 所涉及种类的连杆、杠杆等的成本。没有表明理解感生载荷与车辆悬架控制臂相关联并且 图示涉及普通连杆和杠杆。Layman显示了多种由金属板形成的可能的横截面，但是仅有一 种可以被解释为代表真正的工字梁截面。然而不是在描述汽车悬架控制臂的环境下显示这 种工字梁截面的，并且没有显示所需部件的数目、任何接头或将金属板连接在一起的方法 (诸如焊接)。从这个角度出发，Layman的工字梁截面没有被充分描述为能够实施。最后， Layman的工字梁截面显示了凸缘和腹板为相同的材料厚度。这不是最佳的结构构造。专利技术人为Howell等人的美国专利申请No. 2005/0104315A1披露了一种真正的工 字梁截面的车辆悬架臂，其应用压制成型金属板部件构造。与Layman不同，Howell充分描 述了用于连结冲压金属部件以便形成可实现的工字梁车辆控制臂的方法。然而，Howell的 所述工字梁截面与Layman —样具有相同的限制，原因是凸缘和腹板具有相同的材料厚度。 另外，Howell要求将两个冲压部件连接在一起以便形成真正的工字梁截面。
技术实现思路
因此，有利的是产生悬架控制臂，其能够应用诸如金属板压制成型等低成本制造 技术提供高的内在刚度和强度，同时保持相对低的质量。已经证明对于诸如由汽车工业规 定的大体积应用，金属板压制成型是制造结构部件最成本有效的方法。当前制造的几乎每 辆汽车都利用几乎完全由铝或钢冲压部件构造的车体结构和选择子框架，所述冲压部件应 用压制成型技术制造。因此本专利技术的目的是利用金属压制成型制造车辆悬架控制臂。在本专利技术的一个实施例中，包括车辆悬架控制臂的结构元件由复杂的单件式金属 板冲压部件构造，所述冲压部件由均勻厚度的材料形成。所述冲压部件对于所述应用构造 有正确的平面视图形状，即“A”、“L”或其它合适的形状，并且形成为包括中央腹板部和两个 凸缘部的工字梁横截面。所述中央腹板部构造为单一材料厚度并且所述凸缘部包括上延和 下延封闭段。所述上延和下延封闭段构造有由均勻厚度金属板形成的连续重叠折回段，从而每个凸缘部的厚度是腹板部厚度的两倍。金属板的敞开端适于抵靠中央腹板部终止并且 利用MIG、TIG、弧焊或激光焊或类似方法被焊接至腹板部。最终的组件具有有利的结构工 字梁截面，因为凸缘部厚度是腹板部厚度的两倍。因此，包括车辆悬架臂的由金属板形成的结构元件包括由均勻厚度的材料形成 的金属板冲压部件，其包括中央腹板部和位于所述中央腹板部相对侧的两个凸缘部；所述 中央腹板部被构造为具有单一材料厚度；所述凸缘部包括上延和下延封闭段；所述上延和 下延封闭段被构造为具有由金属板形成的连续重叠折回段，藉此每个凸缘部的厚度是中央 腹板部厚度的两倍；其中金属板的敞开端适于抵靠中央腹板部终止并且被刚性地固定，从 而所述结构元件为工字梁截面，藉此每个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括车辆悬架臂的由金属板形成的结构元件，其包括：ａ）由均匀厚度材料形成的金属板冲压部件，所述冲压部件包括中央腹板部和位于所述中央腹板部的相对侧的两个凸缘部；ｂ）所述中央腹板部被构造为具有单一材料厚度；ｃ）所述凸缘部包括上延封闭段和下延封闭段；ｄ）所述上延封闭段和下延封闭段被构造为具有由所述金属板形成的连续重叠折回段，藉此每个凸缘部的厚度是所述中央腹板部的厚度的两倍；其中所述金属板的切边端适于抵靠所述中央腹板部终止并且被刚性地固定，从而所述结构元件是工字梁截面，藉此每个凸缘部的厚度是中央腹板部厚度的两倍。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】CA 2007-11-20 2,611,281一种包括车辆悬架臂的由金属板形成的结构元件，其包括a)由均匀厚度材料形成的金属板冲压部件，所述冲压部件包括中央腹板部和位于所述中央腹板部的相对侧的两个凸缘部；b)所述中央腹板部被构造为具有单一材料厚度；c)所述凸缘部包括上延封闭段和下延封闭段；d)所述上延封闭段和下延封闭段被构造为具有由所述金属板形成的连续重叠折回段，藉此每个凸缘部的厚度是所述中央腹板部的厚度的两倍；其中所述金属板的切边端适于抵靠所述中央腹板部终止并且被刚性地固定，从而所述结构元件是工字梁截面，藉此每个凸缘部的厚度是中央腹板部厚度的两倍。2.根据权利要求1的包括车辆悬架臂的结构元件，其中所述金属板冲压部件由铝板、 钢板或类似金属板材料压制成型。3.根据权利要求1的包括车辆悬架臂的结构元件，其中所述金属板冲压部件的切边端 抵靠中央腹板部终止并且借助MIG、TIG、弧焊或激光焊或类似方法被刚性固定至中央腹板 部。4.根据权利要求1的包括车辆悬架臂的结构元件，其中所述金属板冲压部件的切边端 远离中央腹板部一小段距离终止，从而产生间隙，所述切边端借助MIG、TIG、弧焊或激光焊 或类似方法被刚性固定至中央腹板部及连续重叠折回段。5.根据权利要求1的包括车辆悬架臂的结构元件，其中所述金属板冲压部件被构造为 具有位于中央腹板部预定点处的挤压成型开口，以便形成合适的结构以接纳心轴组件的球 窝接头。6.根据权利要求1的包括车辆悬架臂的结构元件，其中至少一个断裂被引入凸缘部中 以便形成合适的结构以接纳车辆本体附接零件。7.一种包括车辆悬架臂的由金属板形成的结构元件，其包括a)由均勻厚度的铝板、钢板或类似金属材料板压制成型的金属板冲压部件，所述冲压 部件包括中央腹板部和位于所述中央腹板部的相对侧的两个凸缘部；b)所述中央腹板部被构造为单一材料厚度并且包括位于预定点处的挤压成型开口，所 述挤压成型开口适于形成合适的结构以接纳心轴组件的球窝接头；c)所述凸缘部包括上延封闭段和下延封闭段，并且包括至少一个断裂，从而产生合适 的结构以接纳车辆本体附接零件；d)所述上延封闭段和下延封闭段被构造为具有由所述金属板形成的连续重叠折回段， 藉此每个凸缘部的厚度是所述中央腹板部厚度的两倍；其中所述金属板的切边端抵靠所述中央腹板部终止并且借助MIG、TIG、弧焊或激光焊 或类似方法被刚性地固定至中央腹板部，从而所述结构元件是工字梁截面，藉此每个凸缘 部的厚度是中央腹板部厚度的两倍。8.一种包括车辆悬架臂的由金属板形成的结构元件，其包括a)由均勻厚度的铝板、钢板或类似金属材料板压制成型的金属板冲压部件，所述冲压 部件包括中央腹板部和位于所述中央腹板部相对侧的两个凸缘部；b)所述中央腹板部被构造为单一材料厚度并且包括位于预定点的挤压成型开口，所述 挤压成型开口适于产生合适的结构以接纳心轴组件的球窝接头；c)所述凸缘部包括上延封闭段和下延封闭段，并且包括至少一个断裂，从而产生合适 的结构以接纳车辆本体附接零件；d)所述上延封闭段和下延封闭段被构造为具有由所述金属板形成的连续重叠折回段， 藉此每个凸缘部的厚度是所述中央腹板部厚度的两倍；其中所述金属板的切边端远离所述中央腹板部一小段距离终止，从而产生间隙，并且 所述切边端借助MIG、TIG、弧焊或激光焊或类似方法被刚性地固定至中央腹板部和连续重 叠折回段，从而所述结构元件是工字梁截面，藉此每个凸缘部的厚度是中央腹板部厚度的 两倍。9.根据权利要求1的包括车辆悬架臂的结构元件，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔居蒂亚，克里斯布劳顿，托马斯亚历山大斯帕罗，
申请(专利权)人：穆尔蒂马蒂奇公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]