CN104925141A - 一种变厚度汽车顶盖中横梁及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种变厚度汽车顶盖中横梁，其中，所述顶盖中横梁本体为薄壁结构，依次包括本体左段、左过渡段、本体中段、右过渡段及本体右段；所述本体左段、本体右段与汽车侧围B柱相连接，该段为等厚结构；所述左过渡段、右过渡段为连续变厚度结构，其厚度从两端厚区向本体中段的薄区逐渐减小；所述本体中段厚度为顶盖中横梁本体中最薄。本发明通过零件沿着车身Y轴方向不同厚度设计达到汽车顶盖中横梁对碰撞、顶压等安全性的要求，同时可以实现零件的轻量化设计。

Description

一种变厚度汽车顶盖中横梁及其制造方法

技术领域

本发明属于汽车零部件设计和制造领域，特别涉及一种变厚度汽车顶盖中横梁及其制造方法。

背景技术

汽车顶盖中横梁横向支撑于顶盖下方，并连接于车身左右侧围之间，主要起加强顶盖强度和固定内部零部件的作用。顶盖中横梁设计断面通常呈“W”型，梁和顶盖采用膨胀胶连接，可以对顶盖局部刚度起到加强左右。顶盖中横梁主要承受顶压、侧碰和滚翻时的压力，其对顶盖强度、整车碰撞、整车扭转刚度都起着重要作用。为提高整车性能，通常会设计较强的汽车顶盖中横梁，并保证顶盖厚度足够大。

而同时随着汽车保有量的增加，环境问题为汽车厂商和汽车用户所关注，汽车轻量化是节能环保的有效措施，也是汽车技术发展的必然趋势。在汽车顶盖中横梁上如何实现其结构轻量化，同时保证其在结构刚性及碰撞性能要求成为一大挑战。

目前汽车顶盖中横梁的厚度分布为不变厚度，依据顶盖中横梁主要承受顶压、侧碰和滚翻时的压力的承载特点，依据材料力学的理论，这种等厚度的梁结构在受力时，结构本体材料在受载过程中将会有相当部分的材料不会对机构的整体力学性能有贡献，因此，按本案公开的设计方案及其制造方法，采用一种新型设计原理，成为变厚度分布，达到结构最佳轻量化效果。

在目前的汽车车身上，顶盖中横梁通常采用金属材料经过冷冲压、辊压或热冲压等方式进行加工成几字形或W形等形式，再与车身顶盖通过胶接以及侧围B柱焊接等方式连接在一起。

中国专利公告号203974962U公开了一种两端厚中间薄的车顶横梁结构，端部厚度为1.0～1.2毫米，中部厚度为0.6～0.8毫米，且三个区域的长度比例为3:4:3。但是没有涉及零件的截面形状、零件的设计依据和零件板料的制造方法等。

中国专利公告号CN202320517U的专利涉及了一种不变厚度的顶盖中横梁结构，它突出了横梁本体边缘为非对称的波浪状“几”字结构，“几”字结构平面上设有挤胶凹槽，横梁本体中部在长度方向上设有横穿横梁的加强筋，其在满足强度、刚度的前提下，能够节约材料降低成本。由这种边界呈“几”字结构外形的顶盖中横梁和反“L”型片状结构的侧连接板组成的整体结构，结构合理，通用性良好，形成的闭环梁结构更好的解决了汽车B柱与顶盖连接点强度刚度不足的问题，并且有效引导了侧碰力。

由于顶盖在受载顶压、侧碰或翻滚受压时的承载特点，既要考虑避免横截面的平直结构以便增加零件的刚度和强度，又对其两端位置的抗变形的性能特别关注。采用上述已公开的结构进行顶盖中横梁的设计，将均不会反映车顶中横梁的真实承载特点和由此应该采取的结构和设计对策。这种不变截面和厚度的顶盖中横梁相对本发明中的顶盖中横梁，从结构和材料上均为过剩设计，直接浪费原材料的使用量，同时增加了汽车的自重，不利于节油的同时，增大了材料使用成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变厚度汽车顶盖中横梁及其制造方法，通过零件沿着车身Y轴方向不同厚度设计达到汽车顶盖中横梁对碰撞、顶压等安全性的要求，同时可以实现零件的轻量化设计。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种变厚度汽车顶盖中横梁，其中，所述顶盖中横梁本体为薄壁结构，依次包括本体左段、左过渡段、本体中段、右过渡段及本体右段；所述本体左段、本体右段与汽车侧围B柱相连接，该段为等厚结构；所述左过渡段、右过渡段为连续变厚度结构，其厚度从两端厚区向本体中段的薄区逐渐减小；所述本体中段厚度为顶盖中横梁本体中最薄。

优选的，所述本体左、右段厚度为1.0～3.0mm。

优选的，所述本体中段厚度为0.6～2.0mm。

优选的，所述顶盖中横梁本体左右段长度方向为150～400mm。

优选的，所述顶盖中横梁本体结构截面为几字形或W字形。

优选的，所述顶盖中横梁本体结构材质为金属材料或非金属材料。所述金属材料包括钢质材料、铝合金或镁合金；非金属材料包括碳纤维的复合材料。

进一步，所述顶盖中横梁本体左段、左过渡段、本体中段、右过渡段及本体右段为一体成形结构。

由于汽车在受到侧向碰撞、顶压和侧翻时，为保证车身安全性能，对顶盖横梁两端和侧围连接位置强度和刚度要求较高，如强度不够会导致侧碰时侧向侵入量增大，同时在顶压、侧翻受压时，垂直方向变形量较大，因此设计顶盖横梁两端厚度较大，同时非承载区的中间部分厚度较小，保证连接强度的同时，最大限度的实现轻量化。

根据该原理，本发明汽车顶盖中横梁的结构包括一个顶盖中横梁本体，薄壁结构，共连续分成五段，包括本体左段、左过渡段、本体中段、右过渡段及本体右段。

本发明变厚度汽车顶盖中横梁的制造方法，首先，选择一个厚度为顶盖中横梁本体左段厚度1.1倍以上的卷料，通过轧制得到卷料厚度由本体左段厚度过渡到本体中段的厚度，再由本体中段的厚度过渡到本体右段的厚度；由于本体右段的厚度与本体左段厚度一致，在轧制完成本体右段后可以开始下一个本体左段的轧制，之后由本体左段的厚度过渡到本体中段的厚度，再由本体中段的厚度过渡到本体右段的厚度，由此反复，最终得到一卷符合设计要求的变厚度卷料；接着，将所述变厚度卷料在连续剪切线上进行剪切，得到一系列厚度变化的变厚度板料；最后，对所述变厚度板料进行成形加工，形成变厚度顶盖中横梁本体；

进一步，所述顶盖中横梁本体成形加工为冷冲压、热冲压或辊压成形。

优选的，所述顶盖中横梁本体左过渡段、右过渡段的厚度变化梯度为1:50～1：200，即厚度变化1mm，左过渡段、右过渡段的长度为50～200mm。

本发明变厚度汽车顶盖中横梁及制造方法，利用局部结构厚度变化的顶盖中横梁来形成结构的柔性和强度的合理结合，保证安全性的同时可以降低重量，实现轻量化。

本发明的有益效果：

1.本发明顶盖中横梁的薄壁厚度从中部到端部逐渐增大，可以保证顶盖中横梁的顶压及碰撞安全性能，充分的发挥材料承载性能，满足顶盖中横梁安全性要求的同时实现车身轻量化。

2.本发明顶盖中横梁采用轧制变厚度板料，表面没有焊缝引起的厚度突变，其表面质量好，连接强度高，材料性能均匀，强度分布连续。

3.本发明顶盖中横梁结构采用了非等厚的材料设计，最大程度的减少了材料使用，轻量化效果好。

4.本发明顶盖中横梁结构为一块板料成型，相比现有部分在段部有加强板的顶盖中横梁，减少了零件数量，降低模具成本，减少了焊接工序，可以有效提升生产效率。

附图说明

图1为本发明顶盖中横梁的结构示意图。

图2为本发明顶盖中横梁本体左、右过渡段的示意图。

图3为本发明顶盖中横梁制造方法中变厚度板料坯料的示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明的一种变厚度汽车顶盖中横梁，其中，所述顶盖中横梁本体为薄壁结构，依次包括本体左段1、左过渡段2、本体中段3、右过渡段4及本体右段5；所述本体左段1、本体右段5与汽车侧围B柱相连接，该段为等厚结构；所述左过渡段2、右过渡段4为连续变厚度结构，其厚度从两端厚区向本体中段3的薄区逐渐减小；所述本体中段3厚度为顶盖中横梁本体中最薄。

优选的，所述本体左、右段1、5厚度为1.0～3.0mm。

优选的，所述本体中段3厚度为0.6～2.0mm。

优选的，所述顶盖中横梁本体左右段1、5长度方向为150～400mm。

优选的，所述顶盖中横梁本体结构截面为几字形或W字形。

优选的，所述顶盖中横梁本体结构材质为金属材料。所述金属材料包括钢质材料、铝合金或镁合金。

进一步，所述顶盖中横梁本体左段、左过渡段、本体中段、右过渡段及本体右段为一体成形结构。

参见图2，顶盖中横梁本体左段1厚度为等厚度-第一厚度t1，本体中段3的厚度为等厚度-第二厚度t2，右过渡段4为本体中段3与本体右段5的厚度过渡区域，本体右段5的厚度为第三厚度t3。

第二厚度t2小于第一厚度t1和第三厚度t3，在本实施例中第一厚度t1和第三厚度t3在1.0～2.0mm之间，第二厚度t2在0.8～1.0mm之间。

顶盖中横梁本体在设计时，最大厚度(第一厚度t1和第三厚度t3)和最小厚度(第二厚度t2)的厚度差为2:1。

左、右过渡段2、4是为适应本体厚度变化所设的过渡区域，其厚度介于第一厚度t1和第二厚度t2，且厚度变化为线性过渡，如图2所示。

左、右过渡段2、4的厚度变化梯度在本实施例中设置为1:100，即厚度变化1mm，左、右过渡段的长度为100mm。

在本实施例中，所述顶盖中横梁本体结构截面为W字形，可以理解的是在本发明的其他实施例中，顶盖中横梁本体结构截面也可以为几字形、或其他根据增加抗弯模量原理和增加防撞效果所设计的截面。

本发明变厚度汽车顶盖中横梁的制造方法，首先，选择一个厚度t0为顶盖中横梁本体左段第一厚度t1的1.1倍以上的卷料，通过轧制得到卷料厚度由本体左段的第一厚度t1过渡到本体中段的第二厚度t2，再由本体中段的第二厚度t2过渡到本体右段的第三厚度t3，由此反复，最终得到一卷符合设计要求的变厚度卷料，如图3所示；接着，将所述变厚度卷料在连续剪切线上进行剪切，得到一系列厚度变化的变厚度板料；最后，对所述变厚度板料进行成形加工，形成变厚度顶盖中横梁本体；

进一步，所述顶盖中横梁本体成形加工为冷冲压、热冲压或辊压成形。

优选的，所述顶盖中横梁本体左过渡段、右过渡段的厚度变化梯度为1:50～1：200，即厚度变化1mm，左过渡段、右过渡段的长度为50～200mm。

本发明通过轧制制成的板料制作顶盖中横梁本体，顶盖中横梁在车身横向上的不同截面具有不同的厚度分布，从而在顶盖受载关键区域即顶盖横梁两段位置具有较大的厚度，再借助于其横截面的“几”字形或是W形状，由此降低车身在顶压或碰撞过程中车身顶部变形量以及其与车身B柱和其他零件的连接强度，亦可增加车身整体刚度性能；同时将非关键承载区域的顶盖中横梁中部设计为较小的厚度，从而实现轻量化设计。这种顶盖中横梁结构不仅能较好地满足车身顶压、碰撞安全性要求，而且结构简单，采用连续变厚度板料制作，可以避免材料厚度和零件数量上的过渡设计，降低顶盖中横梁制作成本，且轻量化效果好。

汽车安全与轻量化成为汽车发展的主要方向。变厚度汽车顶盖中横梁，是在顶盖中横梁的不同部位设计不同厚度，并采用经过柔性轧制的连续厚度过渡的同一块变厚度板料制作而成的。不仅很好的满足顶盖中横梁顶压和碰撞安全性的要求，也最大程度的减少了材料使用，实现安全的同时实现轻量化。

本发明这种采用不同部位不同厚度、不同厚度部位间连续厚度过渡的同一块变厚度板料制作汽车顶盖中横梁零件的方法，也可以在汽车其他结构件上，如车顶前后横梁、门槛梁、座椅安装横梁、B柱等车身结构件上应用，更可以应用到其他机械结构中。

Claims (10)

1.一种变厚度汽车顶盖中横梁，其特征在于，所述顶盖中横梁本体为薄壁结构，依次包括本体左段、左过渡段、本体中段、右过渡段及本体右段；

所述本体左段、本体右段与汽车侧围B柱相连接，该段为等厚结构；

所述左过渡段、右过渡段为连续变厚度结构，其厚度从两端厚区向本体中段的薄区逐渐减小；

所述本体中段厚度为顶盖中横梁本体中最薄。

2.如权利要求1所述的变厚度汽车顶盖中横梁，其特征在于，所述本体左、右段厚度为1.0～3.0mm。

3.如权利要求1所述的变厚度汽车顶盖中横梁，其特征在于，所述本体中段厚度为0.6～2.0mm。

4.如权利要求1所述的变厚度汽车顶盖中横梁，其特征在于，所述顶盖中横梁本体左右段长度方向为150～400mm。

5.如权利要求1或2或3或4所述的变厚度汽车顶盖中横梁，其特征在于，所述顶盖中横梁本体左段、左过渡段、本体中段、右过渡段及本体右段为一体成形结构。

6.如权利要求1所述的变厚度汽车顶盖中横梁，其特征在于，其中，所述顶盖中横梁本体结构截面为几字形或W字形。

7.如权利要求1或6所述的变厚度汽车顶盖中横梁，其特征在于，其中，所述顶盖中横梁本体结构材质为钢质材料、铝合金或镁合金。

8.如权利要求1所述的变厚度汽车顶盖中横梁的制造方法，其特征是，首先，选择一个厚度为顶盖中横梁本体左段厚度1.1倍以上的卷料，通过轧制得到卷料厚度由本体左段厚度过渡到本体中段的厚度，再由本体中段的厚度过渡到本体右段的厚度，由此反复，最终得到一卷符合设计要求的变厚度卷料；接着，将所述变厚度卷料在连续剪切线上进行剪切，得到一系列厚度变化的变厚度板料；最后，对所述变厚度板料进行成形加工，形成变厚度顶盖中横梁本体。

9.如权利要求8所述的变厚度汽车顶盖中横梁的制造方法，其特征是， 所述顶盖中横梁本体成形加工为冷冲压、热冲压或辊压成形。

10.如权利要求8所述的变厚度汽车顶盖中横梁的制造方法，其特征是，所述顶盖中横梁本体左过渡段、右过渡段的厚度变化梯度为1:50～1：200，即厚度变化1mm，左过渡段、右过渡段的长度为50～200mm。