半封闭式扭力梁及其成型方法与流程

1.本发明涉及汽车后悬架结构领域，特别涉及一种半封闭式扭力梁及其成型方法。


背景技术：

2.扭力梁式半独立悬架是汽车后悬架结构的一种，其刚度、强度及耐久性能能够满足小型及中型乘用车的使用要求；其结构简单，占用空间小，重量轻，成本低；在装配时无需调节后轮定位，可以减少装配工时。与多连杆式副车架相比，扭力梁悬架具有明显优势。
3.图1为现有技术中扭力梁总成的结构示意图。如图1所示，扭力梁总成一般由横梁本体100(简称为横梁)、纵臂110、弹簧盘120及衬套130等主要部分组成，这些零件通过焊接及压装方式连接在一起。横梁本体100为扭力梁总成的核心部件，可以为封闭式的管梁结构，也可以为冲压开口式结构。封闭式横梁的加工工艺可以采用液压成型，u-o卷管冲压，或者管材o-v冲压。冲压开口横梁一般为板材冲压成型，里面可设置实心或者空心抗扭梁来增加扭转刚度。
4.闭口式横梁中间为双层钢板，可以通过形状和间隙调整获得较高的扭转刚度。端部与纵臂的焊接线较长，可以提高其耐久性能。然而在加工过程中，中间v型截面的型面公差很难精确控制，在车辆行驶过程中，横梁扭转变形，上下片发生摩擦，导致行驶噪音。即使在横梁内部喷涂高密度耐挥发润滑油，仍无法从设计源头上根本解决该问题。
5.开口式横梁，中间为单层钢板，截面形式多为帽子型，u型或者v型，通过型面优化，扭转刚度很难达到500nm/deg以上。如果通过增加钢板厚度，或者横梁内部增加额外的抗扭梁来增加扭转刚度，会造成总成整体重量的大幅增加。另外，开口式横梁与纵臂的搭接长度没有封闭式横梁长，疲劳性能也有很大的局限性。
6.目前无论是开口式还是闭口式扭力梁横梁都有一定的使用功能局限。有鉴于此，本技术发明人设计了一种半封闭式扭力梁及其成型方法，以期克服上述技术问题。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中各种形式的扭力梁精度难控制，容易产生摩擦噪音，疲劳性能具有很大局限性等缺陷，提供一种半封闭式扭力梁及其成型方法。
8.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
9.一种半封闭式扭力梁，包括横梁本体，其特点在于，所述横梁本体包括左端部、右端部、左过渡区、右过渡区和中间部分，所述左过渡区和所述右过渡区分别安装在所述中间部分的左右两端，所述左端部安装在所述左过渡区的外端部，所述右端部安装在所述右过渡区的外端部；
10.所述中间部分采用开口截面，所述左端部和所述右端部均采用闭合截面，所述左过渡区和所述右过渡区采用平顺曲面将所述中间部分的开口截面过渡到所述左端部、所述右端部的闭合截面。
11.根据本发明的一个实施例，所述中间部分的长度占所述横梁本体的总长度的45％-55％。
12.根据本发明的一个实施例，所述左端部和所述右端部的长度分别占所述横梁本体的总长度的10％-15％。
13.根据本发明的一个实施例，所述左过渡区和所述右过渡区的长度分别占所述横梁本体的总长度的10％-15％。
14.根据本发明的一个实施例，所述中间部分的开口截面呈ω形。
15.根据本发明的一个实施例，所述中间部分的开口截面由依次连接的第一翻边、第一侧壁、顶壁、第二侧壁和第二翻边形成，所述顶壁和所述第一侧壁中间的夹角角度为100
°
至145
°
，所述顶壁和所述第二侧壁中间的夹角角度为100
°
至145
°
。
16.根据本发明的一个实施例，所述第一翻边和所述第二翻边呈内扣状，所述第一翻边和所述第二翻边的直线段垂直于所述顶壁的平面。
17.根据本发明的一个实施例，所述第一翻边和所述第二翻边之间的距离大于所述顶壁的宽度。
18.根据本发明的一个实施例，所述第一翻边、所述第一侧壁、所述顶壁、所述第二侧壁和所述第二翻边之间的连接处采用圆角平顺过渡。
19.根据本发明的一个实施例，所述左端部和所述右端部的闭合截面呈圆形、方形、矩形或梯形。
20.本发明还公开了一种半封闭式扭力梁的成型方法，其特点在于，所述成型方法用于加工如上所述的半封闭式扭力梁，所述成型方法包括以下步骤：
21.s1、在所述横梁本体的中间部分的两侧端通过第一模具预成型出翻边；
22.s2、采用第二模具加工出所述横梁本体的上半部型面；
23.s3、采用第三模具加工出所述横梁本体的端部下半部型面，使所述横梁本体的下部材料边线合拢，成为闭合结构；
24.s4、对所述横梁本体的端部闭合边线进行焊接，使得所述横梁本体的端部成为管状闭合结构；
25.s5、完成半封闭式扭力梁的加工。
26.根据本发明的一个实施例，所述步骤s1中所述第一模具包括第一上模和第一下模，所述中间部分放置在所述第一上模和所述第一下模之间，在所述中间部分的两侧端预成型为第一翻边和第二翻边。
27.根据本发明的一个实施例，所述步骤s2中所述第二模具包括第二上模和第一芯模，所述中间部分放置在所述第二上模和所述芯模之间，对所述中间部分的侧壁折弯，形成第一侧壁、顶壁和第二侧壁。
28.根据本发明的一个实施例，所述步骤s2中所述第二模具还包括第三上模和第二芯模，所述横梁本体中所述中间部分的两端部分别放置在所述第三上模和所述第二芯模之间，对所述横梁本体的两端部进行折弯，形成平顺曲面形的左过渡区和右过渡区。
29.根据本发明的一个实施例，所述步骤s3中所述第三模具包括第三芯模、第二下模和第三下模，所述横梁本体的两端部分别放置在所述第三芯模、第二下模和第三下模之间，将所述横梁本体的两端部合拢为闭合结构，形成左端部和右端部。
30.根据本发明的一个实施例，所述左端部和所述右端部的长度为150mm至250mm。
31.本发明的积极进步效果在于：
32.本发明半封闭式扭力梁及其成型方法，具有较高的扭转刚度和耐久性能，并且能够有效的避免行驶噪音问题，还能够在产品设计上通过局部形状优化调整扭转刚度，从而可以采用一种柔性化的加工方式生产不同扭转刚度的扭力梁。
33.扭力梁横梁采用半封闭结构，端部为闭合截面，提升了扭力梁横梁连接处的疲劳性能，中间为优化的开口截面，易于调整扭转刚度，并且避免了噪音异响问题。
附图说明
34.本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
35.图1为现有技术中扭力梁总成的结构示意图。
36.图2为本发明半封闭式扭力梁的结构示意图。
37.图3为本发明半封闭式扭力梁中中间部分的截面形状示意图。
38.图4a为本发明半封闭式扭力梁中左端部、右端部的截面形状示意图一。
39.图4b为本发明半封闭式扭力梁中左端部、右端部的截面形状示意图二。
40.图4c为本发明半封闭式扭力梁中左端部、右端部的截面形状示意图三。
41.图4d为本发明半封闭式扭力梁中左端部、右端部的截面形状示意图四。
42.图5为本发明半封闭式扭力梁的成型方法中步骤一的示意图。
43.图6为本发明半封闭式扭力梁的成型方法中步骤二的示意图一。
44.图7为本发明半封闭式扭力梁的成型方法中步骤二的示意图二。
45.图8为本发明半封闭式扭力梁的成型方法中步骤三的示意图。
46.【附图标记】
47.横梁本体
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100、10
48.纵臂
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110
49.弹簧盘
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120
50.衬套
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130
51.左端部
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11
52.右端部
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12
53.左过渡区
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13
54.右过渡区
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14
55.中间部分
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15
56.第一翻边
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151
57.第一侧壁
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152
58.顶壁
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153
59.第二侧壁
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154
60.第二翻边
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155
61.第一上模
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20
62.第一下模
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21
63.第二上模
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30
64.第一芯模
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31
65.第三上模
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32
66.第二芯模
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33
67.第三芯模
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40
68.第二下模
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41
69.第三下模
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42
具体实施方式
70.为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
71.现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。
72.此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。
73.此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。
74.图2为本发明半封闭式扭力梁的结构示意图。图3为本发明半封闭式扭力梁中中间部分的截面形状示意图。
75.如图2和图3所示，本发明公开了一种半封闭式扭力梁，包括横梁本体10，其包括左端部11、右端部12、左过渡区13、右过渡区14和中间部分15，左过渡区13和右过渡区14分别安装在中间部分15的左右两端，左端部11安装在左过渡区13的外端部，右端部12安装在右过渡区14的外端部。中间部分15采用开口截面，左端部11和右端部12均采用闭合截面，左过渡区13和右过渡区14采用平顺曲面将中间部分15的开口截面过渡到左端部11、右端部12的闭合截面。
76.横梁本体10由左至右依次连接的左端部11、左过渡区13、中间部分15、右过渡区14和右端部12组成。按照产品使用功能要求，中间部分15采用开口截面，左端部11和右端部12采用闭合截面，左过渡区13和右过渡区14采用平顺曲面将中间的开口截面过渡到两端的闭合截面。
77.由于扭力梁横梁中间截面形状对对扭转刚度贡献最大，其长度称之为有效扭转长度。优选地，中间部分15的长度占横梁本体10的总长度的45％-55％。左端部11和右端部12的长度分别占横梁本体10的总长度的10％-15％，可以与纵梁起到比较好的匹配效果。减去中部和端部的长度，左过渡区13和右过渡区14的长度分别占横梁本体10的总长度的10％-15％，以保证截面过渡功能的实现。
78.进一步地，中间部分15的开口截面优选地呈ω形。横梁本体10的扭转能力可以用截面的扭转常数来评估，用单位截面积的扭转常数(截面扭转常数/截面面积)来评估截面的扭转效率。综合考虑截面扭转效率和型面空间利用率，中间部分15的开口截面设定为ω
形，通过调节翻边直线段长度可以调整截面的扭转常数，从而改变扭力梁总成的扭转刚度。在平台化车型开发中，只需要局部调整落料模即可获得不同扭转刚度的扭力梁横梁，具有平台化开发优势。
79.优选地，本实施例中可以将中间部分15的开口截面设计为：由依次连接的第一翻边151、第一侧壁152、顶壁153、第二侧壁154和第二翻边155形成，顶壁153和第一侧壁152中间的夹角角度a1为100
°
至145
°
，顶壁153和第二侧壁154中间的夹角角度a2为100
°
至145
°
。
80.其中，第一翻边151和第二翻边155呈内扣状，第一翻边151和第二翻边155的直线段垂直于顶壁153的平面。第一翻边151和第二翻边155之间的距离大于顶壁153的宽度，使后续成型道序中芯模能够顺利脱出。第一翻边151、第一侧壁152、顶壁153、第二侧壁154和第二翻边155之间的连接处采用圆角平顺过渡，避免扭力梁受力过程中发生应力集中。
81.图4a为本发明半封闭式扭力梁中左端部、右端部的截面形状示意图一。图4b为本发明半封闭式扭力梁中左端部、右端部的截面形状示意图二。图4c为本发明半封闭式扭力梁中左端部、右端部的截面形状示意图三。图4d为本发明半封闭式扭力梁中左端部、右端部的截面形状示意图四。
82.如图4a至图4d，横梁本体10的左端部11和右端部12的闭合截面可以优选为呈圆形、方形、矩形或梯形。在实际选型中，截面形状的选取需要考虑到与纵梁的匹配关系，与周边零件的避让关系，并且尽量增加横梁与纵臂的有效搭接长度，从而满足总成的纵向、侧向刚度与疲劳要求。在设计与纵臂的交接线时，应使之顺滑，避免比较小的转折角，产生应力集中，引发疲劳失效。
83.另外，横梁本体10的中间部分15与左端部11、右端部12的截面形状差异较大，需要有一定的过渡区域，使中间部分15的ω开口截面能够平顺过渡到端部的闭合截面。过渡区域(即左过渡区13和右过渡区14)，需要按照应力分布及加工制造可行性，进行型面优化。过渡区域的曲面，需要做到g1级连续，保证没有局部奇点引起的应力集中。
84.根据上述结构描述，具有上述特征的半封闭式扭力梁，其中部为开口结构，车辆行驶过程中，金属间无相互接触摩擦，不会产生噪音。端部为封闭结构，可以采用环形焊缝，完全搭接在纵臂上，具有较长的焊缝长度，降低应力分布，提高疲劳寿命。
85.图5为本发明半封闭式扭力梁的成型方法中步骤一的示意图。图6为本发明半封闭式扭力梁的成型方法中步骤二的示意图一。图7为本发明半封闭式扭力梁的成型方法中步骤二的示意图二。图8为本发明半封闭式扭力梁的成型方法中步骤三的示意图。
86.如图5至图8所示，本发明还公开了一种半封闭式扭力梁的成型方法，其用于加工如上所述的半封闭式扭力梁，所述成型方法包括以下步骤：
87.步骤s1、在所述横梁本体的中间部分15的两侧端通过第一模具预成型出翻边。
88.如图5所示，所述步骤s1中所述第一模具包括第一上模20和第一下模21，中间部分15放置在第一上模20和第一下模21之间，在中间部分15的两侧端预成型为第一翻边151和第二翻边155。
89.在步骤s1中，预成型出横梁中间部分的翻边结构。预先成型翻边，可避免在后续成型工序中采用斜楔成型翻边，导致芯模脱模困难等问题。
90.步骤s2、采用第二模具加工出所述横梁本体的上半部型面。
91.如图6和图7所示，所述步骤s2中所述第二模具包括第二上模30和第一芯模31，中
间部分15放置在第二上模30和第一芯模31之间，对中间部分15的侧壁折弯，形成第一侧壁152、顶壁153和第二侧壁154。
92.进一步地，所述步骤s2中所述第二模具还包括第三上模32和第二芯模33，将所述横梁本体中中间部分15的两端部分别放置在第三上模32和第二芯模33之间，对所述横梁本体的两端部进行折弯，形成平顺曲面形的左过渡区和右过渡区。
93.在步骤s2中，成型横梁的上半部型面，即横梁中部的侧壁折弯，端部及过渡区的上半部折弯。当上模(即第二上模30或第三上模32)向下运动挤压材料发生折弯变形时，需要用芯模(即第一芯模31和第二芯模33)从内侧支撑住横梁型面，使之能够精准贴模成型。
94.步骤s3、采用第三模具加工出所述横梁本体的端部下半部型面，使所述横梁本体的下部材料边线合拢，成为闭合结构。
95.如图8所示，所述步骤s3中所述第三模具包括第三芯模40、第二下模41和第三下模42，所述横梁本体的两端部分别放置在第三芯模40、第二下模41和第三下模42之间，将所述横梁本体的两端部合拢为闭合结构，形成左端部和右端部。
96.在步骤s3中，终成型横梁端部下半部型面，使横梁下部材料边线合拢，成为闭合结构。闭合横梁端部下半部材料时，第三芯模40在半封闭的坯料中支撑住内部型面，两块下模(即第二下模41和第三下模42)由两侧向中间合拢，推动材料闭合成管状。对于半封闭式扭力梁横梁，端部长度一般优选为150mm至250mm，成型后芯模可以直接从零件中抽出。
97.步骤s4、对所述横梁本体的端部闭合边线进行焊接，使得所述横梁本体的端部成为管状闭合结构。
98.步骤s5、完成半封闭式扭力梁的加工。
99.至此，完成半封闭横梁的加工制作，该横梁与纵臂、弹簧盘及衬套通过焊接及压装方式装配到一起，构成半封闭式扭力梁总成。
100.特别地，如果需要加工制造不同翻边长度的横梁，来调节扭力梁总成扭转刚度，采用该成型方法，只需要在落料模具上进行局部调整，后续的成型模具都可以进行共用。
101.本发明半封闭式扭力梁采用冷冲压方式成型，通过优化成型工序，使中间区域、过渡区域及端部区域同步成型，最终加工出半封闭状扭力梁横梁本体结构。
102.综上所述，本发明半封闭式扭力梁及其成型方法，具有较高的扭转刚度和耐久性能，并且能够有效的避免行驶噪音问题，还能够在产品设计上通过局部形状优化调整扭转刚度，从而可以采用一种柔性化的加工方式生产不同扭转刚度的扭力梁。
103.扭力梁横梁采用半封闭结构，端部为闭合截面，提升了扭力梁横梁连接处的疲劳性能，中间为优化的开口截面，易于调整扭转刚度，并且避免了噪音异响问题。
104.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。