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CN109803877B - 仪表板横梁、托架组及仪表板横梁接合体 - Google Patents

仪表板横梁、托架组及仪表板横梁接合体 Download PDF

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CN109803877B
CN109803877B CN201880003672.4A CN201880003672A CN109803877B CN 109803877 B CN109803877 B CN 109803877B CN 201880003672 A CN201880003672 A CN 201880003672A CN 109803877 B CN109803877 B CN 109803877B
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CN
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hollow tube
instrument panel
diameter hollow
diameter
small
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近野佑太郎
西川彰
田中康之
土井敏明
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Original Assignee
Uacj Corp Extrusion Processing
UACJ Corp
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Abstract

本发明提供一种仪表板横梁(110)，其配置在汽车的宽度方向上，包括：大径中空管(200)，具有中空的圆筒形状；以及小径中空管(300)，具有中空的圆筒形状且直径小于大径中空管(200)，沿轴向结合于大径中空管(200)。小径中空管(300)具有沿长度方向延伸的两个平板部及沿圆周方向弯曲的两个弯曲部，平板部与弯曲部在圆周方向上交替配置。

Description

仪表板横梁、托架组及仪表板横梁接合体
技术领域
本发明涉及一种仪表板横梁、托架组及仪表板横梁接合体。
背景技术
作为加强汽车车身(body)所配备的仪表板(instrument panel)的构件而使用仪表板横梁(instrument panel beam)。仪表板横梁为如下构件，即，包含剖面为圆形的中空材料，并且具有大径部与小径部沿轴向结合的形状，并通过托架(bracket)而配置在汽车的宽度方向上。为了降低汽车的重量，也要求减小仪表板横梁的重量，因此利用铝等金属来形成。
引用文献1公开了一种通过拉拔加工来制造大径部与小径部沿轴向结合且包含圆筒状的中空材料的仪表板横梁的制造方法。拉拔加工是通过模具(dies)对作为原材料的中空材料进行拉拔，从而赋予中空材料与模具的孔部相同的剖面形状的冷加工。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开平5-293535号公报。
发明内容
[发明所要解决的问题]
为了提高汽车行驶时的乘坐稳定性，要求仪表板横梁具有高抗扭刚度及重力方向上的高抗弯刚度。而且，为了在碰撞时保护乘客，也要求具有针对从车辆前方施加的力的高抗弯刚度。利用引用文献1的制造方法所制作的仪表板横梁具有圆筒状的形状，为了加大针对从车辆前方施加的力的抗弯刚度或抗扭刚度，需要加大壁厚。如果加大壁厚，则存在仪表板横梁的重量变大这一问题。
本发明是鉴于所述实际情况而成，目的在于提供一种具有高抗扭刚度及高抗弯刚度且重量小的仪表板横梁、托架组及仪表板横梁接合体。
[解决问题的技术手段]
为了达成所述目的，本发明的第1观点的仪表板横梁为在汽车的宽度方向上延伸的仪表板横梁，其特征在于，包括：
大径中空管，具有中空的筒形状；以及
小径中空管，具有中空的筒形状且直径小于所述大径中空管，
所述大径中空管与所述小径中空管沿轴向结合，
所述小径中空管具有沿长度方向延伸的至少两个平板部及沿圆周方向弯曲的至少两个弯曲部，所述平板部与所述弯曲部在圆周方向上交替配置。
优选为：所述大径中空管具有沿长度方向延伸的至少两个平板部及沿圆周方向弯曲的至少两个弯曲部，所述平板部与所述弯曲部在圆周方向上交替配置。
优选为：所述大径中空管的至少两个弯曲部具有向径向外侧凸出的曲面形状。
优选为：所述小径中空管的至少两个弯曲部具有向径向外侧凸出的曲面形状。
优选为：包括从一端部向另一端部进行缩径的缩径部，并且
所述缩径部的所述一端部固定于所述大径中空管的端部，所述另一端部固定于所述小径中空管的端部。
优选为：所述大径中空管的弯曲部的曲率半径大于所述小径中空管的弯曲部的曲率半径。
为了达成所述目的，本发明的第2观点的托架组为嵌合于所述仪表板横梁的托架组，其特征在于，具有：
第1托架，具有嵌合于所述仪表板横梁的所述大径中空管的开口部；以及
第2托架，具有嵌合于所述仪表板横梁的所述小径中空管的开口部。
为了达成所述目的，本发明的第3观点的仪表板横梁接合体的特征在于，包括：
所述仪表板横梁；
第1托架，具有嵌合于所述仪表板横梁的所述大径中空管的开口部；以及
第2托架，具有嵌合于所述仪表板横梁的所述小径中空管的开口部，所述第1托架及所述第2托架嵌合于所述仪表板横梁。
[发明的效果]
根据本发明，可提供一种具有高抗扭刚度及高抗弯刚度且重量小的仪表板横梁、托架组及仪表板横梁接合体。
附图说明
图1是显示实施形态的仪表板横梁接合体的图；
图2是显示实施形态的仪表板横梁的图；
图3是图2的III-III剖面图；
图4是图2的IV-IV剖面图；
图5是显示实施形态的托架的图；
图6是显示实施形态的托架的图；
图7的(a)～(d)是显示对实施形态的仪表板横梁进行成形的成形步骤的图；
图8是变形例的仪表板横梁的剖面图；
图9是变形例的仪表板横梁的剖面图；
图10是变形例的仪表板横梁的剖面图；
图11是变形例的仪表板横梁的剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施形态的仪表板横梁接合体进行说明。
本实施形态的仪表板横梁接合体100是作为加强仪表板的构件而在汽车的宽度方向上延伸配置的构件。仪表板横梁接合体100如图1所示，包括：仪表板横梁110、第1托架120、第2托架130、第3托架140、撑杆(stay)150A及撑杆150B。
仪表板横梁110包括铝或铝合金(以下，称为铝合金等)，如图2所示，具有：大径中空管200；小径中空管300，具有比大径中空管200小的直径；以及缩径部400，将大径中空管200与小径中空管300连接。大径中空管200、缩径部400及小径中空管300沿轴向结合而一体成形。仪表板横梁110的全长L1根据要安装的汽车的大小而决定，例如为1400mm～1700mm。大径中空管200是安装转向管柱(steering column)的部分，通过加大直径而确保抗扭刚度、抗弯刚度。小径中空管300是配置在副驾驶座侧的部分，可通过减小直径而确保副驾驶座侧的仪表板内的空间大。为了确保仪表板内的空间大，优选除了安装转向管柱的部分以外均设为小径中空管300，小径中空管300的长度L3例如是大径中空管200的长度L2的1.0倍～2.5倍。
大径中空管200如图3所示具有中空的筒形状，包括沿长度方向延伸的平板部210a、平板部210b、平板部210c、平板部210d及沿圆周方向CD弯曲的弯曲部220a、弯曲部220b、弯曲部220c、弯曲部220d。大径中空管200尤其需要扭转刚度，因此优选具有近似于圆形的剖面形状，平板部210a、平板部210c的宽度W1优选为外径D1的三分之一以下。平板部210a、平板部210b、平板部210c、平板部210d与弯曲部220a、弯曲部220b、弯曲部220c、弯曲部220d在圆周方向CD上交替配置。平板部210a与相对的平板部210c平行，平板部210d与相对的平板部210b平行。大径中空管200具有平板部210a、平板部210b、平板部210c、平板部210d，由此可加大针对由重力引起的从Y方向施加的力的抗弯刚度及针对在车辆前碰撞时从X方向(车辆前方)施加的力的抗弯刚度。弯曲部220a、弯曲部220b、弯曲部220c、弯曲部220d具有向径向RD外侧凸出的曲面形状。弯曲部220a、弯曲部220b、弯曲部220c、弯曲部220d的外周部包括具有曲率半径R1的圆柱面。为了确保大径中空管200的抗扭刚度、抗弯刚度并且减小所述大径中空管200的重量，大径中空管200的外径D1优选为50mm～100mm，厚度t1优选为1mm～5mm。
小径中空管300如图4所示具有中空的筒形状，包括沿长度方向延伸的平板部310a、平板部310b、平板部310c、平板部310d及沿圆周方向CD弯曲的弯曲部320a、弯曲部320b、弯曲部320c、弯曲部320d。平板部310a、平板部310b、平板部310c、平板部310d与弯曲部320a、弯曲部320b、弯曲部320c、弯曲部320d在圆周方向CD上交替配置。平板部310a与相对的平板部310c平行，平板部310d与相对的平板部310b平行。小径中空管300需要针对前碰撞的抗弯刚度，因此优选配置于汽车时主面水平配置的平板部310a、平板部310b的宽度W2大于大径中空管200的平板部210a、平板部210c的宽度W1。因平板部310a、平板部310b的宽度W2大，由此可加大针对前碰撞时从X方向施加的力的抗弯刚度。小径中空管300具有平板部310a、平板部310c，由此可加大针对由重力引起的从Y方向施加的力的抗弯刚度。弯曲部320a、弯曲部320b、弯曲部320c、弯曲部320d具有向径向RD外侧凸出的曲面形状。弯曲部320a、弯曲部320b、弯曲部320c、弯曲部320d的外周部包括具有曲率半径R2的圆柱面。弯曲部320a、弯曲部320b、弯曲部320c、弯曲部320d的曲率半径R2优选小于大径中空管200的平板部210a、平板部210b、平板部210c、平板部210d的曲率半径R1。由此可加大针对从X方向施加的力的抗弯刚度。为了确保小径中空管300的抗扭刚度、抗弯刚度并且减小所述小径中空管300重量，小径中空管300的外径D2优选为大径中空管200的外径D1的1/3～2/3，厚度t2优选为1mm～4mm。而且，厚度t2优选比厚度t1薄1mm～2mm。
缩径部400包括具有与大径中空管200的剖面形状相同的形状的一端部以及具有与小径中空管300的剖面形状相同的形状的另一端部，并形成为从一端部向另一端部进行缩径的筒形状。缩径部400的一端部固定于大径中空管200的一端部。缩径部400的另一端部固定于小径中空管300的一端部。
回到图1，第1托架120安装于大径中空管200的另一端部。第2托架130安装于小径中空管300的另一端部，第3托架140相对于小径中空管300的中心而靠一端部安装。第1托架120是固定在汽车车身骨架的右方的部分，第2托架130是固定在汽车车身骨架的左方的部分。另外，此处所使用的“右方”、“左方”这一用语是指面向安装有仪表板横梁接合体100的汽车的前进方向来说的“右方”、“左方”。
第1托架120如图5所示具有嵌合于大径中空管200的开口部121。第2托架130及第3托架140具有相同的形状，如图6所示具有嵌合于小径中空管300的开口部131、开口部141。
回到图1，撑杆150A、撑杆150B是支撑仪表板的构件。撑杆150A、撑杆150B的一端部安装于小径中空管300，另一端部安装于仪表板的规定位置。
其次，对制造仪表板横梁接合体100的方法进行说明。制造仪表板横梁接合体100的方法包括：对仪表板横梁110进行成形的成形步骤、安装第1托架120～第3托架140的托架安装步骤及安装撑杆150A、撑杆150B的撑杆安装步骤。
首先，参照图7来说明通过拉拔加工对仪表板横梁110进行成形的成形步骤。
首先，如图7(a)所示，准备包含铝合金等的中空材料500。所述中空材料500具有与图3所示的大径中空管200相同的剖面形状。中空材料500的端部形成有压扁部20。所述压扁部20是预先通过型锻(swaging)加工而形成的部分，是在拉拔加工时由拉拔装置的夹头(chuck)13把持的部分。
其次，准备具有相对于中空材料500的剖面来说外形尺寸小的孔部12的模具11。另外，孔部12包括锥形(taper)状的拉制部12a、定径部12b及出口部12c。定径部12b的内周部具有符合图4所示的小径中空管300的外周部的形状。由此，可形成小径中空管300的外周部。将中空材料500的压扁部20插通于模具11的孔部12。
其次，如图7(b)所示，将芯棒(plug)14插入至插通于模具11的孔部12的中空材料500的内部，并使所述芯棒14位于模具11内的中心轴线上。所述芯棒14的外周部具有符合图4所示的小径中空管300的内周部的形状。由此，可形成小径中空管300的内周部。芯棒14由受未图示的驱动装置驱动的支撑棒15进行支撑，随着所述支撑棒15的移动而插入至中空材料500的内部或从中空材料500的内部拔出。进而，由拉拔装置的夹头13把持向模具11的导出侧突出的中空材料500的压扁部20。作为所述拉拔装置，可列举一直使用的拉拔机(drawbench)等。
其次，驱动拉拔装置使夹头13沿A方向移动。如果夹头13沿A方向拉动中空材料500的压扁部20，则中空材料500穿过模具11的孔部12的定径部12b及芯棒14之间的空隙而被拉拔。并且，中空材料500由夹头13连续地通过模具11的孔部12进行拉拔加工。由此，穿过模具11的孔部12的小径部分510的外周部形成为与模具11的孔部12的内周部相同的形状及大小，小径部分510的壁厚由模具11的孔部12的内周部及芯棒14的外周部规定。
其次，如图7(c)所示，在中空材料500由夹头13拉拔加工规定长度后的时间点，如果驱动装置沿返回方向B拉拔支撑棒15，则插入至中空材料500内部的芯棒14沿返回方向B移动，从而从中空材料500拔出至外部。
其次，如图7(d)所示，如果将夹头13沿返回方向B按入，则中空材料500由夹头13按压而朝返回方向B移动，从而小径部分510在模具11的孔部12中朝返回方向B移动。在中空材料500返回移动至拉拔加工前的原位置时，夹头13解除对中空材料500的压扁部20的把持。
如此在中空材料500形成具有相对于拉拔加工前的剖面来说外径小的剖面部的小径部分510。如果以成为期望的长度的方式将所形成的中空材料的两端切断，则获得包括大径中空管200及小径中空管300的仪表板横梁110。
在托架安装步骤中，安装第1托架120～第3托架140。第1托架120形成为具有嵌合于大径中空管200的开口部121的形状，并安装于大径中空管200的另一端部。第2托架130及第3托架140形成为具有嵌合于小径中空管300的开口部131的形状。第2托架130安装于小径中空管300的另一端部。第3托架140安装于小径中空管300的规定位置(仪表板横梁110的中心位置)。
在撑杆安装步骤中，安装第1撑杆150A及第2撑杆150B。第1撑杆150A及第2撑杆150B其一端安装于小径中空管300。
如上所述，仪表板横梁接合体100通过成形步骤、托架安装步骤及撑杆安装步骤而制造。
根据本实施形态的仪表板横梁接合体100，因大径中空管200及小径中空管300包括四个平板部及四个弯曲部，因此可提高针对来自任意方向的负载的抗弯刚度及抗扭刚度。尤其需要抗扭刚度的大径中空管200具有近似于圆形的剖面形状，而在需要针对前碰撞的抗弯刚度的小径中空管300中，配置于汽车时主面水平配置的平板部310a、平板部310b的宽度W大，因此可维持抗扭刚度及抗弯刚度并且减小大径中空管200的厚度t1、小径中空管300的t2。因可减小厚度t1、厚度t2，因此可减小仪表板横梁接合体100的重量。
因此，仪表板横梁接合体100具有高抗扭刚度及高抗弯刚度，并且可减小重量。
仪表板横梁110具有平板部，第1托架120～第3托架140具有嵌合于仪表板横梁110的外周部的开口部121～开口部141，因此可防止第1托架120～第3托架140与仪表板横梁110之间旋转方向上的偏移，并节省后步骤的工夫。仪表板横梁110具有平板部分，由此作为安装零件的撑杆150A、撑杆150B的安装变得容易。
以上，对本发明的实施形态进行了说明，但本发明不限定于所述实施形态，而是能够进行各种变形及应用。
在所述实施形态中，对大径中空管200包括平板部210a、平板部210b、平板部210c、平板部210d及弯曲部220a、弯曲部220b、弯曲部220c、弯曲部220d的情况进行了说明，但大径中空管200的形状并未受到限定，也可为中空的圆筒形状。如果设大径中空管200为中空的圆筒形状，则可加大抗扭刚度。大径中空管200优选具有至少两个平板部及至少两个弯曲部。大径中空管200例如既可如图8所示包括两个平板部210a、210b及两个弯曲部220a、220b，也可如图9所示包括三个平板部210a、210b、210c及三个弯曲部220a、220b、220c，还可具有五个以上的平板部及五个以上的弯曲部。
在所述实施形态中，对小径中空管300包括四个平板部310a、310b、310c、310d及四个弯曲部320a、320b、320c、320d的情况进行了说明，但小径中空管300具有至少两个平板部及至少两个弯曲部即可。小径中空管300例如既可如图10所示包括两个平板部310a、310b及两个弯曲部320a、320b，也可如图11所示包括三个平板部310a、310b、310c及三个弯曲部320a、320b、320c，还可具有五个以上的平板部及五个以上的弯曲部。
在所述实施形态中，说明了在对仪表板横梁110进行成形的成形步骤中使用模具11及芯棒14通过拉拔加工进行成形的示例，但在对仪表板横梁110进行成形的成形步骤中也可通过在不使用芯棒14情况下拉拔插通于模具11的孔部12的中空材料500来进行成形。而且，对仪表板横梁110进行成形的方法可利用拉拔加工，但只要可将铝合金等原材料成型为仪表板横梁110的形状则并无限定。
本发明能够在不脱离本发明的广义的精神及范围的情况下实施各种实施形态及变形。而且，所述实施形态用于说明所述发明，并不限定本发明的范围。即，本发明的范围由权利要求书展示而非实施形态。并且，在权利要求书及其同等发明意义的范围内所实施的各种变形视为所述发明范围内。
本申请基于2017年1月31日提出申请的日本专利特愿2017-16128号，并包含所述日本专利特愿2017-16128号的说明书、权利要求书及附图的全部。所述专利特愿中的公开其整体以参照的形成包含在本说明书中。
[符号的说明]
100：仪表板横梁接合体
110：仪表板横梁
120：第1托架
121：开口部
130：第2托架
131：开口部
140：第3托架
141：开口部
150A、150B：撑杆
200：大径中空管
210a～210d：平板部
220a～220d：弯曲部
300：小径中空管
310a～310d：平板部
320a～320d：弯曲部
400：缩径部
500：中空材
510：小径部分
11：模具
12：孔部
12a：拉制部
12b：定径部
12c：出口部
13：夹头
14：芯棒
15：支撑棒
20：压扁部
R1、R2：曲率半径
D1、D2：外径
CD：圆周方向
RD：径向
L1：全长
L2、L3：长度
W1、W2：宽度
t1、t2：厚度
B：返回方向。

Claims (7)

1.一种仪表板横梁，在汽车的宽度方向上延伸，其特征在于，包括：
大径中空管，具有中空的筒形状；
小径中空管，具有中空的筒形状且直径小于所述大径中空管，
所述大径中空管与所述小径中空管沿轴向结合，
所述小径中空管具有沿长度方向延伸的至少两个平板部及沿圆周方向弯曲的至少两个弯曲部，所述平板部与所述弯曲部在圆周方向上交替配置；
所述大径中空管具有沿长度方向延伸的至少两个平板部及沿圆周方向弯曲的至少两个弯曲部，所述平板部与所述弯曲部在圆周方向上交替配置；
所述小径中空管的每个平板部的宽度大于所述大径中空管的每个平板部的宽度。
2.如权利要求1所述的仪表板横梁，其特征在于，
所述大径中空管的至少两个弯曲部具有向径向外侧凸出的曲面形状。
3.如权利要求1或2所述的仪表板横梁，其特征在于，
所述小径中空管的至少两个弯曲部具有向径向外侧凸出的曲面形状。
4.如权利要求1或2所述的仪表板横梁，其特征在于，
包括从一端部向另一端部进行缩径的缩径部，
所述缩径部的所述一端部固定于所述大径中空管的端部，所述另一端部固定于所述小径中空管的端部。
5.如权利要求1或2所述的仪表板横梁，其特征在于，
所述大径中空管的弯曲部的曲率半径大于所述小径中空管的弯曲部的曲率半径。
6.一种托架组，嵌合于如权利要求1或2所述的仪表板横梁，其特征在于，具有：
第1托架，具有嵌合于所述仪表板横梁的所述大径中空管的开口部；以及
第2托架，具有嵌合于所述仪表板横梁的所述小径中空管的开口部。
7.一种仪表板横梁接合体，其特征在于，包括：
如权利要求1或2所述的仪表板横梁；
第1托架，具有嵌合于所述仪表板横梁的所述大径中空管的开口部；以及
第2托架，具有嵌合于所述仪表板横梁的所述小径中空管的开口部，
所述第1托架及所述第2托架嵌合于所述仪表板横梁。
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