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1. (CN108602282) INFRARED WELDED EXTERIOR PANEL ASSEMBLY AND PROCESS OF MAKING SAME
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红外线焊接的外部板组件及其制造方法


相关申请的交叉引用
本申请是要求2016年1月29日提交的美国临时申请No.62/288,786和2016年11月23日提交的美国临时申请No.62/426,097的优先权的PCT国际专利申请,以上申请公开的内容以参引的方式结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及用于汽车的外部车身板组件。更具体地,本发明涉及组合提升式门及其制造方法。
背景技术
汽车行业中当前的趋势之一是减轻车辆重量以助于实现更好的燃料经济性,从而有助于满足燃料经济性标准并且抵消更高的燃料价格。当需要时,也尝试更轻质的部件以使用户更容易操纵。另一趋势是,存在更宽范围的车辆型号,这又减少了基于每个型号生产的车辆的数量。运动型多用途车辆和跨界车辆仍然受欢迎,并且这些车型通常包括相当重的外部车身板,比如后部提升式门,使得车辆的这些部件成为减小重量的目标区域。像用于任何车辆的提升式门这样的部件传统上由冲压钢板制成,这些冲压钢板很重并且具有高的模具成本。传统的钢制提升式门是昂贵的投资,很重,在冲压车间、车身制造车间、涂装车间和裁切生产线的区域中占用大量的OEM地面空间。另外,钢制提升式门具有受限的式样灵活性,需要花费大量的时间来加工并且存在腐蚀问题。丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)对较大部件而言是一种替代品因为ABS不是热敏感型的或者不是易于背面穿透的。片状模制料(SMC)是钢的替代品,以用于提升式门的内部板和外部板。使用SMC在材料和工艺相关方面存在若干制造问题。钢制提升式门和SMC提升式门相比于热塑性件具有许多不利后果。在使用传统的金属片材部件的情况下也存在式样限制。
热塑性聚烯烃(TPO)是钢和SMC的另一替代性材料,但是TPO是一种难以加工的材料,其中,热塑性聚烯烃即填充的TPO(例如玻璃填充)或非填充的TPO。TPO已经用于一些部件但是被认为是难以使用的,因为对于制作较大部件而言,TPO太软、太敏感、太易弯或者难以加工。TPO的使用通常已经限于较小的部件。TPO还没有用于提升式门板或其他大的外部板。TPO部件也通常限于在喷涂A级表面之前首先进行焊接。喷涂之前的焊接效率不高,因为这增加了处理步骤,例如,动力冲洗、遮蔽等。
用于提升式门应用的热塑性复合类型材料也难以满足客户的性能要求。更具体地是一些客户性能要求包括提升式门需要在与后门碰撞时防止部件的散落并且防止部件或物体穿过提升式门、防止进出车辆内部。已经遇到的问题中的一个问题是当经历碰撞时,组合提升式门的部件被发射到车辆的内部车厢中。因此,需要防止提升式门的件和特别大的件散落到车辆的内部车厢中。还需要防止物体从车辆车厢的内侧穿过提升式门。传统上提升式门包含使用紧固件在内部板与外部板之间连接的钢制线缆或线。即使在断裂时,钢制线缆用作系链以将部件保持在一起。虽然这种装置在碰撞时可以用以将提升式门的非常大的损坏的件拉在一起,但是它不能在碰撞时防止或阻止破碎的并且形成碎片的较大件发射到车厢中。换句话说,除非提升式门在钢制系链的锚固点附近破裂,否则任何破裂效果将不能将破裂的件保持在一起。
在本发明的另一方面,需要开发新的制造技术以用于创建组合提升式门,或任何其他车辆部件,复合提升式门或任何其他车辆部件提供足够的强度,但在从外部观察时保持或呈现理想的“A级”光洁度。任何外部车身组件的多个部件必须接合在一起。对于接合这些组件的板而言,粘合是更典型的,但是粘合是耗费时间的、昂贵的、非常敏感的、易坏的并且占用大量制造空间。通过非限制性示例的方式,粘合系统需要以下敏感的参数和步骤:清洁、燃烧、涂底漆、粘合剂、时间、温度等。典型的粘合使用粘合剂,即聚氨酯粘合剂和/或粘合剂与紧固件的组合。经喷涂的A级热塑性汽车外部部件的粘合、超声波焊接或振动焊接都是特别地有问题的并且不能提供所需的强度和表面外观。已知的设法克服粘合的问题的尝试已经利用超声波焊接、振动焊接(球状物或线材),并且这些尝试被利用在一些阻流器应用上,但是存在A级穿透、缩痕、强度或结构薄弱、有限的形状余量、焊接不连续和不密封等问题。
汽车部件制造中的目前的方法中的一种方法是非A级部件的超声波焊接或者振动焊接与红外线焊接的组合。这种组合产生碎片。并且振动焊接需要平滑的部件曲率以用于在发生焊接时来回移动。
因此,鉴于所有这些原因,需要轻质并且满足强度要求和表面外观的外部车身板,以及用于外部车身板的热塑性焊接方法,该热塑性焊接方法消除或减少与粘合系统相关的问题或顾虑。
发明内容
红外线焊接保持在焊接区域中并且比其他焊接更清洁。红外线焊接不仅将两个或更多个部件焊接在一起,而且也是密封的。这种红外线焊接提高了强度、改善了外观和抵抗烟气、水等的密封。此外,由于通过使用红外线焊接材料例如TPO本身,所以消除了粘合密封件或密封物,这消除了材料和加工步骤。粘合通常需要在将材料放置上并且进一步加工来连接部件之前进行燃烧或其他步骤。
本发明总体上涉及一种用于红外线焊接外部车身板组件的方法,该方法利用红外线焊接加工系统以在外部车身板的结构板处进行接合。在优选的实施方式中,该组件为提升式门组件。根据应用,红外线焊接允许更多的形状、减小或消除A级表面上的穿透性的改善的条件、以及水密封的并且产生密封的连续焊接。此外,根据具体的应用,红外线焊接创建为了实现预定的要求所需的结构,并且创建满足或超过其他焊接方法和粘合所需的结构。
还提供用于焊接热塑性外部车身板的接头设计。预定的塑性接头设计也设置成适于允许通过红外线焊接制造和组装,并且适于提供消除或减小与粘合系统相关的问题的优点。该接头设计包括至少一个基本构造,至少一个基本构造包括但不限于表面对表面、肋对表面、肋对肋及其组合。
通常,红外线焊接加工组件设置有一个半部、第二半部和至少一个红外线加热夹具,一个半部可操作地保持至少第一部件,第二半部可操作地保持至少第二部件,并且至少一个红外线加热夹具选择性地将第一部件和第二部件的预定区域加热至少一个预定持续时间段而加热到至少一个预定温度。在一个实施方式中,红外线加热夹具可操作地构造成并且适合于允许与部件和所期望的提升式门组件的特定的材料和结构相对应的区域控制或可变的加热周缘。该过程包括确定这些要求和控制适合于产生所期望的焊接的热的应用,例如,第一部件和/或第二部件的预定区域具有彼此不同的加热持续时间、第一部件和/或第二部件的预定区域同时加热、一些区域比其他区域加热得更快、第一部件和/或第二部件的预定区域以同样的温度加热、以不同的温度加热和/或其组合等。
本发明的其他应用领域通过下文中提供的详细描述而变得明显。应该理解的是,详细描述和特定的示例虽然表示本发明的优选实施方式,但仅用于说明目的并且不用于限制本发明的范围。
附图说明
由详细描述和附图将更充分地理解本发明,在附图中:
图1是根据本发明的实施方式的包括红外线焊接的结构板的组合提升式门的分解侧视立体图;
图2是根据本发明的另一实施方式的具有红外线焊接的结构板和单向带的组合提升式门的分解侧视立体图;
图3是根据本发明的描绘肋的放大侧视图,其中,该肋位于结构板上以保持用于单向带的松弛;
图4是根据本发明的实施方式的用于将板连接至结构板的示例性机械附接件的立体图;
图5A是根据本发明的实施方式的提升式门组件的已连接的板的正视图;
图5B是根据本发明的沿着图5A的A-A截取的截面图;
图5C是根据本发明的沿着图5A的B-B截取的截面图;
图5D是根据本发明的沿着图5A的A-A截取的截面图,其示出了以虚线示出的示例性的超出公差的板在焊接接头处达到公差;
图6是根据本发明的另一实施方式的在示例性第一工具套装件上的示例性第一板的正视图;
图7是根据本发明的在图6的第一套装件上的第一板上的示例性第二板的正视图;
图8是根据本发明的图6的横截面正视图;
图9是描绘了根据本发明的示例性第二工具套装件内的第二板并且示出第一工具套装件内的第一板的横截面正视图;
图10是根据本发明的描绘与第一工具套装件分开的第二工具套装件以及由第二工具套装件保持的第二板的横截面正视图;
图11是根据本发明的实施方式的示例性红外线焊接夹具的横截面正视图,其中,示例性的红外线焊接夹具具有用于对保持在第二工具套装件中的邻近的第二板进行加热的至少一个红外线热源;
图12是根据本发明的实施方式的示例性红外线焊接夹具的正视图,其中,示例性的红外线焊接夹具具有与保持在第一工具套装件中的第一板邻近的至少一个红外线热源,该红外线热源加热第一板上的焊接表面;以及
图13是根据本发明的通过第一工具套装件和第二工具套装件压缩在一起的第一板和第二板的横截面正视图。
具体实施方式
优选的实施方式的以下描述本质上仅仅是示例性的,并且绝不用来限制本发明及其应用或使用。
总体上参照附图,存在由本发明获得的若干优点。一方面,当偏离公差的一个或更多个较大部件根据本发明的方法被红外线焊接时,组件达到公差,其中,一个或更多个部件例如是提升式门的内部板和外部板,例如,内部板和外部板弯曲、扭曲或以其他方式超出规范或不完全地套装。本发明的另一方面是,根据本发明的方法,由敏感材料制成的部件(例如,比如填充或非填充的热塑性聚烯烃(TPO)部件、具有A级表面的TPO部件、经喷涂部件、模内着色(molded-in color)部件,具有经喷涂的A级表面、对穿透敏感、热敏感的TPO材料等)可以与另一部件例如结构部件进行红外线焊接,从而具有改进的表面外观。因此,根据本发明的一个方面,可以消除对已精整的外露表面的穿透性。特别地,根据本发明的方法的一个方面的方法,由敏感材料制成的并且已经具有已精整的外露表面的较大的部件例如提升式门板可以红外线焊接至类似较大的部件或焊接至在结构上组合的较大的板,而不会穿透。根据本发明,可以首先提供具有大的表面面积的精整表面,并且然后将板焊接在一起,即使对于难以加工的TPO板而言也可以。此外,如果板中的一个板或两个板超出公差,则板被压缩成净配合。另外,与粘合的组件相比,整个组件例如红外线焊接的提升式门组件上的结构刚度增加为大约20%-30%。
根据本发明的一个方面,连接较大板的减少的循环时间也显著地优于常规认为可能的时间。由于红外线焊接板迅速冷却,在压缩后仅仅几秒内就可以开始在不使用工具的情况下进行材料处理。经红外线焊接的板还提供更牢固的连接,例如,与粘合相比,提供两倍的牢固连接。通常,强度还取决于部件几何形状和板材料,但是承受2000磅/平方英寸(psi)或更大压力是在本发明的范围内。根据本发明的一个方面,焊接接头的几何形状使焊接强度和防穿透性优化。在焊接接头处,期望提供足够的焊接强度而不损坏精整的表面外观。特别优选的实施方式包括在板的至少一个板上在焊接接头处形成的多个支柱肋,多个支柱肋不会抑制足够的焊接强度而同时改善防穿透性。
本发明的车身板组件包括连接至至少一个第二板的至少一个第一板,该车身板组件最优选地是外部多部件组件,第一板例如为内部板,第二板例如为下部外板、或具有已精整的部分表面的阻流板、或模块化板或加强板。第一板和第二板被红外线焊接在一起。预定的接头几何形状根据应用来选择以调节改进的焊接与已精整的部分表面外观的平衡。可以使用附加的板,例如,该附加的板比如被红外线焊接至第一板的加强板。虽然在整个附图中描绘了提升式门组件并且在本文中描述了提升式门组件,但是外部车身板组件在本发明的范围内特别地包括具有可红外线焊接区域的较大尺寸的车辆板,该可红外线焊接区域包括但不限于前端部支架组件、门组件、机罩组件、保险杠组件、后挡板组件、多件式结构或任何种类的任何其他类型的外部车身组件,该外部车身组件特别地是包括具有经喷涂的A级表面、热塑性聚烯烃粒状/点刻表面、模内着色等的车身板的外部车身组件。
因此,在本发明的优选实施方式中,提供了包括至少一个第一板和至少一个第二板的车身板组件,其中,至少一个第一板例如为内部板。第二板选自上部加强板、模块化板、第一外部板或第二外部板中的一者或更多者。
现在参照图1至图4,根据本发明的实施方式,总体上以10示出的外部车身板组件包括至少一个第一板12、至少一个上部加强件14和/或至少一个模块化板16、至少一个第一外部板18和至少一个第二外部板20。模块化板16和上部加强件14被红外线焊接至内部板12以加强结构并且对第一外部板18和第二外部板20提供多个机械附接件24。优选地,对于红外线焊接,模块化板16和第一板12具有至少两个焊接接头,例如,平面到平面(或者表面到表面)构型或肋到平面(或者肋到表面)焊接接头构型。优选地,对于红外线焊接,加强板14和第一板12具有至少两个焊接接头,例如,平面到平面(或者表面到表面)构型或者肋到平面(或者肋到表面)焊接接头构型。
根据本发明的实施方式的方法是使用红外线焊接而不是使用常规的用于连接部件的粘合剂来制造用于车辆的外部车身板组件10的方法,该外部车身板组件10被示出为车辆提升式门。该方法包括提供至少一个内部板12的步骤,至少一个内部板12为结构热塑性部件。还提供上部加强件14和/或模块化板16,优选地提供上部加强件14和模块化板16两者。附加地,作为阻流板的第一外部板18设置成具有已精整的部分表面,例如经喷涂的A级表面等。附加地,存在至少一个第二外部板20也在本发明范围内,该第二外部板也设置成具有经喷涂的A级表面的下部板。对于其他第二外部板而言,其包括诸如柱状盖也在本发明范围内。
在实施该方法时,至少一个内部板12被装载到第一套装件(first nest)上。然后在下一个步骤中,上部加强板14或者模块化板16被放置到内部板12上。然后第一套装件和第二套装件被移动到一起以用于使内部板12在上部加强件14中的配合或模块化板16与内部板12的配合止动。然后,实施将内部板12与上部加强件14分离或将内部板12与模块化板16分离以及将内部板12与第一套装件和第二套装件分离的步骤,其中上部加强件14或模块化加强件16由第二套装件保持。然后,使至少一个红外线加热夹具在第一套装件和第二套装件之间滑动或以其他方式使至少一个红外线加热夹具在第一套装件和第二套装件之间移动的步骤发生,其中,红外线加热夹具具有多个红外线热源,例如红外线发射器。
接下来,第一套装件和第二套装件被带动成与多个红外线热源相距预定的距离,并且然后发生如下步骤:对内部板12和上部加强件14或者模块化板16的材料进行加热。接下来,将第一套装件和第二套装件与红外线加热夹具的区域分离的步骤发生,并且红外线加热夹具移动离开第一套装件和第二套装件的区域。然后,第一套装件和第二套装件被移动到一起并且对内部板12和上部加强件14或模块化板16施加夹紧压力以有助于部件的附接或焊接。
然后,在最终步骤中,第一外部板18(例如阻流板)和/或至少一个第二外部板20在多个附接点24处使用机械连接件附接至相应的上部加强件板14或模块化板16,其中,该机械连接件为比如具有设置在模块化板16和第二外部板20上的对应特征的卡扣配合装置以及设置在上部加强件14和第一外部板18上的对应特征的卡扣配合装置。提供了多个机械附接件28,所述多个机械附接件28例如为紧固件、螺钉、螺栓、卡扣配合附接特征或任何其他合适的机械特征及其组合。图4描绘示例性优选的机械附接件28,其包括卡扣配合紧固件特征30以在附接点24处将第二外部板20连接至模块化板16或者在附接点24处将第一外部板18连接至模块化板14。替代性地,机械附接件28卡扣配合紧固件特征30设置在模块化板16或加强板14上以分别卡扣配合至设置在第二外部板20或第一外部板18上的附接点。在不背离本发明的情况下,根据应用可以考虑更多或更少的机械附接件28和附接点24(以及两者的替代位置)。在第二外部板20与模块化板16之间没有密封。模块化板16与内部板12之间的连接是通过提供密封的红外线焊接来实现的。附加地,该焊接过程将校正组件中的任何翘曲。
如上所述形成外部车身板组件允许在不使用红外线焊接的情况下连接具有经喷涂的A级抛光层的外部板。这提供了如下益处:消除在A级部分表面形成焊痕标记(readmark)的可能性。
在本发明的另一方面,优选地由聚合物材料制成的模块化板16具有包覆模制到模块化板16中的单向带22。单向带22可以是玻璃纤维,但也可以是用聚丙烯预浸渍的编织纤维,并且被包覆模制到模块化板16中。单向带22用作系链,其能够在最初的碰撞或发生事故之后吸收载荷并且减少或防止在受到冲击时模块化板16的碎片传递到车辆中或飞离车辆。在另一实施方式中,单向带22附加地设置在上部加强件14上。在另一实施方式中,系链为至少一个金属线或线材或塑性网。
优选的实施方式包含模块化板16上的多个模制肋26以保持单向带22的松弛。单向带22的截面跨过相应的模制肋26的顶部。因此,模块化板16通过肋26设计成松弛的,对于单向带22而言,其在最初的碰撞之后吸收载荷。
在替代性实施方式中,不使用模块化板16和/或上部加强件14,在这种情况下至少一个第二板是第一外部板或第二外部板,优选地是直接红外线焊接至第一板12的第一外部板和第二外部板两者(例如,阻流板和下外部板)。更优选地,至少一个第二板是热塑性聚烯烃并且具有经喷涂的A级表面。
本发明的实施方式总体上涉及用于制造外部车身板组件的红外线焊接过程。提供了红外线焊接工具系统,其包括至少第一半部或“第一套装件”或“下部部分”或“第一工具套装件”以及至少第二半部或“第二套装件”或“上部部分”或“第二工具套装件”。这些部件套装件适合于保持热塑性部件,比如提升式门板。提供有至少一个红外线加热夹具以在所需位置中对提升式门组件的至少两个部件进行加热,使得当这些部件被压制在一起时形成焊缝。在优选的实施方式中,该过程附加地包括提供至少一个附加的部件,例如阻流板,所述至少一个附加的部件红外线焊接至其他部件中的一个部件。
本发明的方法总体上包括将内部结构板和外部外露表面板放置在套装结构上,并且然后将结构件的内半部与该结构件的另一半部移动到一起用于止动配合(fit check)。将板分离并且将红外线加热夹具放在板之间以用于加热待加热的各个凸缘。根据每个区域处部件的厚度和待焊接的表面,选择性地加热区域。在压力的作用下立即将部件夹紧在一起以用于在夹紧装置中进行接合并且对已接合表面进行冷却。在另一实施方式中,用于第二操作的类似的过程被实施以将第三板红外线焊接至子组件。在不背离本发明的范围的情况下,可以考虑用于将更多的部件红外线焊接至组件的三个或更多个操作。
总体上参照所有的附图,存在待确定和优化的若干预定的部件设计和工艺变量,例如,热、压力、发射器距离、保持时间、A级表面冷却等。根据应用,确定最优的设计和工艺参数以达到最好的焊接强度和外观。
总体上参照图5A至图5D,示出了示例性外部车身板组件,其为总体上由100示出的提升式门组件,该提升式门组件100包括总体上由102示出的内部板,该内部板102连接至下外部板104,并且连接至上外部板106。图5B和5C描绘了用于将内部板102红外线焊接至相应的上外部板106和下外部板104的焊接接头。图5B是沿图5A的截面A-A截取的横截面,并且描绘了总体上由108表示的上外部组件,其包括上外部板106和内部板102,该上外部板106和内部板102在至少两个焊接接头114和116处使用平面到平面(或表面到表面)构型而红外线焊接在一起。虽然对于这个区域的两侧上而言平面到平面是优选的,可以考虑用于红外线焊接的替代性的接头设计,替代性的接头设计包括但不限于肋到表面,以及肋到肋。图5C是沿图5A的B-B截取的横截面,并且描绘了总体上由110表示的下外部组件,其包括下外部板104和内部板102,该下外部板104和内部板102在总体上由118示出的至少一个焊接接头处焊接在一起,所述至少一个焊接接头使用多个肋120以形成肋到平面(或肋到表面)的焊接接头构型。虽然对于这个区域而言在两侧上的肋到平面的设计是优选的,可以考虑用于红外线焊接的替代性接头设计,该替代性的接头设计包括但不限于表面到表面、以及肋到肋。多个肋120可以形成在内部板102上或下外部板104、106上。然而,最优选的是,肋位于内部板102上,而不是下外部板104或上外部板106上,以形成与外部板104、106的已精整的外露表面相距最远的焊缝,从而减小或消除了对外露表面的穿透性。
优选地,平面到平面的接头几何形状和肋到平面的接头几何形状是包含在提升式门组件的板中的主要的焊接接头的几何形状。然而,在不背离本发明范围的情况下,可以考虑适于所需的焊接强度和表面外观的其他接头的几何形状。
另外,根据应用,肋为直肋、薄肋、波状肋、平肋或任何其他形状、以及/或者适于提供所需的焊接强度和表面外观的多个肋。例如,内部板102的上部区域上的平坦表面例如具有焊接表面,该焊接表面为梯状的,或替代性地是大致平坦的以使过渡部连成一片并基本上移除台阶部。
结合部件设计、所使用的几何形状和所使用的最理想的工艺参数,接头设计的选择减小或消除了诸如不良的下陷区域,“肋痕迹”等,同时仍然获得满足焊接强度和其他要求(例如,如由搭接剪切测试确定的预定的焊接强度、预定的表面外观)的所需焊接。“肋痕迹”通常指的是肋在外露表面上可见的不良情况。存在若干预定的工艺变量,例如,热量、压力、发射器距离、持续时间、A级表面冷却等。
图5D示出在待红外线焊接的区域附近超出公差的上外部板106。这用114a和116a以虚线示出。当在焊接接头114和116处红外线焊接至内部板104时,这些超出公差的区域被固定在公差内。通过示例的方式,当加热的表面被夹紧在一起达预定的时间时,焊接表面114a、116a的在红外线焊接之前的4mm至6mm超差(例如经受冲洗)通过本发明的方法被调整并且达到公差。这能够在不使用充当翘曲的半部之间的填充物的胶的情况下完成,从而相比于常规工艺具有显著的益处。
根据本发明,通常的焊缝设计几何形状是大约0.2毫米到1.5毫米。典型地,0.2mm到1.1mm。优选地,0.3mm到1.0mm。更优选地,在一个或更多个位置为大约1.0mm的焊缝干涉,并且在一个或更多个其他位置中为0.3mm。最优选地,0.2mm到0.4mm的焊缝。
优选地,下外部板104和/或上外部板106由用作外露表面的合适的热塑性件制成,比如由热塑性聚烯烃(TPO)制成。板104、106优选地被热塑注射模制成具有模内着色的、经喷涂的A级表面。在不背离本发明的范围的情况下,可以考虑其他的已精整的部分表面或处理。
优选地,内部板102由结构热塑性件比如聚丙烯基材料、热固性塑料或热塑性件比如增强聚丙烯(RPP)、玻璃填充聚丙烯等制成。内部板102优选地被热塑注射模制成使得A级表面区域模内着色并且可选地在A级表面区域中具有颗粒以及被喷涂。
至少一个第二板(例如,阻流板106或下外部板104)的焊接区域的厚度可以比振动焊接所需要的厚度薄。通常,根据本发明的第二板为至少2.5mm厚并且小于3.8mm厚。典型地,第二板为3mm到3.4mm厚。相反,振动焊接需要推荐厚度为至少3.8mm。
需要理解的是,组件100可以包括多个辅助元件,例如,结构加强特征线材系带、系链(例如碰撞系链),每个辅助元件通过粘结和/或紧固件联接至内部板。在不背离本发明的范围的情况下,可以考虑更多的或更少的或其他元件。这些结构加强特征是金属支架、结构复合加强件例如经编织玻璃加强件,或任何其他种类的合适的加强件以及需要增加强度的位置。结构加强特征为LH/RH铰链加强组件、LH/RH支柱加强组件、LH/RH D形柱加强组件、LH/RH带辅助支架、下部带辅助支架、闩锁加强组件和/或适于在需要时可操作地固定至内部板102的任何其他加强件。
现在总体上参照图6至图13,根据本发明的实施方式,提供了用于制造多部件组件的方法,其中,该多部件组件例如为外部车身板组件、特别地例如包括大板的提升式门组件。出于说明目的,在图6至图13中描绘了第一板几何形状和第二板几何形状、红外线焊接夹具几何形状以及第一套装件几何形状和第二套装件几何形状。应该理解的是,在不背离本发明的范围的情况下根据应用可以考虑其他几何形状。
为第一板202提供了第一套装件200并且为第二板206提供了第二套装件204。第一套装件200被制造成保持第一板202(例如,提升式门子组件的内部板)。第二套装件204被制造成保持第二板206(例如,下外部板或阻流板或模块化板或加强板)。优选地,第一套装件200是可移动的下部工具并且第二套装件204是可移动的上部工具。
套装件优选地为铝。在一个实施方式中,第一套装件200和第二套装件204具有抛光的表面,这提供了当需要时易于将板从模具中移除的优点。替代性地,氨基甲酸乙酯或硅膜可以施用于套装件上以便将板更容易地从套装件移除。
该方法包括将第一板202装载到第一套装件202中,并且然后将第二板206装载到第一板202上的步骤。第一板202上的预定的焊接表面208(例如,周缘的焊接表面)与第二板206上的预定的焊接表面212(例如,周缘的焊接表面)基本上对准。图6描绘了第一套装件200,其中,第一板202装载至套装件200。图7至图8描绘了在第一板202装载至第一套装件200中之后,装载到第一板202上的第二板206。当第二板具有已精整的部分表面(例如,经喷涂的A级表面等)时,第二板206的非外露表面靠置于第一板202,使得已精整的部分表面面向外或者基本上面向上。
通过使第一套装件200和第二套装件204两者朝向彼此移动或使一者朝向另一者移动,第一套装件200和第二套装件204彼此紧密地邻近,直到第二套装件206接触第二板206(参见图9)为止。优选地,这附加地提供了对第一板202和第二板206相对于彼此的止动配合,从而特别地使预定的焊接表面208与212对准,并且/或者提供了关于第一套装件200与第二套装件204的止动配合。
优选地,随后真空被施用至第二套装件204以将第二板206保持在套装件204上,或者使用其他合适的方法来将第二板204保持在套装件204上。可选地,第一套装件200也可以具有施用于第一板202的真空或以其他方式使得当板被分开时将第一板202保持在第一套装件200中。典型地,第一套装件200的内部腔或室中的多个真空杯保持第一板200,并且第二套装件206的内部腔或室中的多个真空杯保持第二板206。这些真空力根据过程中的阶段在需要时也可以关闭/打开。
当第二套装件204继续保持第二板206(参见图10)时,通过将第二套装件204和第一套装件200两者背离于彼此移动,或者使第二套装件204和第一套装件200中的一者背离于另一者移动,则第二套装件204和第一套装件200彼此分开。
还提供了总体上由216示出的至少一个红外线焊接夹具,所述至少一个红外线焊接夹具具有多个红外线热源218和220。红外线焊接夹具216往复移动(例如,左右移动或前后移动)成以红外线可焊接的方式邻近于第一套装件200和第二套装件204,或者不以红外线可焊接的方式邻近于第一套装件200和第二套装件204。红外线焊接夹具216为具有相对表面的单一夹具,该单一夹具具有热源218和220。替代性地,第一红外线焊接夹具可以具有热源218并且第二红外线焊接夹具可以具有热源220。
在将第一套装件202和第二套装件204以可操作的距离分离的步骤之后,红外线焊接夹具216随后紧密地邻近于第一套装件202或第二套装件204。在优选的实施方式中,红外线焊接夹具216处于第一套装件202与第二套装件204之间,并且然后第一套装件202和第二套装件204朝向红外线焊接夹具216移动。特别地,对于红外线焊接而言,红外线热源218和220分别与保持在套装件200、204中的第一板202和第二板204的相应的焊接表面208、212相距预定的距离。通常,红外线热源218、220与相应的板202、206的距离小于20毫米;典型地,3mm至18mm;优选地,8mm至12mm;最优选地,大约10.5mm。在不背离本发明的范围的情况下,可以考虑更大或更小的距离。
多个红外线热源218、220的预定的位置对应于待焊接的特定的外部车身板部件和所需的焊接位置。根据应用,红外线热源218、220可以比图中描绘的更多或更少。在不背离本发明的范围的情况下,红外线热源218、220的构型和位置也可以与图中描绘的不同。优选地,红外线焊接结构具有总体上相对于一个板的外部轮廓的净配合缺口(net fit cut),以及总体上相对于另一板的内部轮廓的净配合缺口。
用于加热预定的焊接表面208、212的多个红外线热源是灯泡、线、阻流板(spoils)、镜面焊接金属热板、瓷片、箔、竖向箔、水平箔、单玻璃球形管、双玻璃球形管、石英玻璃球形管、餐用箔或其组合。
红外线焊接夹具216可以由臂工具的端部、承载件、陶瓷承载件或适于将红外线焊接夹具216移动成邻近以用于红外线焊接并且然后移开以便压缩的任何其他往复移动装置。当第二板206被保持在第二套装件204时,至少一个热源218在红外线焊接夹具216上设置成朝向第二板206的非外露表面。当第一板202被保持在第一套装件200中时,至少一个热源220在红外线焊接夹具216上设置成朝向第一板202。
一旦多个热源218、220定位成用于红外线焊接,目标板区域被加热(如通过图11和12中的波状物所示)预定的时间而达到预定的温度。加热源功率优选地为100%。在不背离本发明的范围的情况下,可以考虑更大的或更小的功率百分比。通常,加热时间大致大于2秒;典型地,大于6秒;优选地,大于8.5秒;更优选地6秒至9秒;最优选地为15秒或更少。可选地,在加热之后第一板202和第二板206一起被保持就位。保持时间通常大于2秒;典型地,大于4秒;优选地,大于6.5秒;最优选地4秒至7秒。在不背离本发明的范围的情况下,可以考虑更长或更短的加热时间或者保持时间。加热时间和保持时间可以是影响焊接强度的因素。此后,红外线焊接夹具216将被移开以便由第一套装件200和第二套装件204执行压缩。
当第一板202和第二板206被加热时,大约有1毫米的熔化。在不背离本发明的范围的情况下,可以考虑更多或更少的熔化。
加热温度通常取决于板材料、尺寸和外露表面。根据参数,加热温度为大约180°以用于使材料熔化。然而,在不背离本发明的范围的情况下,温度可以根据应用情况更高或更低。根据本发明的实施方式,红外线热源218、220将相应的板加热至不同的温度。优选地,对于具有已精整的外露表面的任何板而言,热量尽可能的低。通过示例的方式,具有经喷涂的A级表面的外部板与内部板相比具有更低的热量。当板被夹紧在一起时,内部板被过度加热使得一些热从内部板的焊接表面传递至外部板的焊接表面。最优选地,第二板206加热温度与第一板202加热温度之差大约为120℃至150℃。优选地,具有外露表面的任何板、例如第二板206在已精整的部分表面上不超过大约50℃以防止穿透已精整的部分表面。
红外线热源218、220优选地为中等波长红外线源。通常,峰值小于大约3μm(微米)。典型地,大约2μm到3μm。这是对材料中的辐照入侵与表面上的最大吸收的折中方案。这是基于FTIR光谱的材料研究和光学穿透深度。主要目的是仅仅尽可能快速地加热目标表面并且使其余材料尽可能的冷。
在加热之后,将红外线加热夹具216移动成不与从第一板202和第二板206邻近。优选地,将第一套装件200和第二套装件204移动离开红外线热源218、220,并且红外线加热夹具216从套装件200与套装件204之间移除使得第一套装件200和第二套装件204随后可以一起将已加热的第一板202和第二板206压缩在一起。
由此在加热之后,如由图13中描绘的箭头所示的立即将第一板202和第二板206夹紧在一起,以用于在夹紧装置中进行接合并且对已接合的表面进行冷却。通常,配合力小于20千牛顿;典型地,2千牛顿到15千牛顿;优选地,5千牛顿到10千牛顿;最优选地,大约7.5千牛顿。在不背离本发明的范围的情况下,可以考虑更大或更小的配合力。
通常,夹紧时间大于5秒;典型地,大于8秒;优选地,9秒至20秒;更优选地大约11秒;最优选地大约5秒至10秒。在不背离本发明的范围的情况下,可以考虑更长或更短的夹紧时间。通常,夹紧压力大于5;典型地,小于50;优选地,5至30;最优选地,大约7.5。在不背离本发明的范围的情况下,可以考虑更大或更小的夹紧压力。
通过非限制性示例的方式,第一板202可以用更高的压缩压力模制以减小肋痕迹。
优选地,在将接合的板移除之前,通过将板保持在套装件中大约5秒到8秒,允许焊接在一起的板稍微冷却。替代性地,在不背离本发明的范围的情况下,可以考虑强制循环冷却剂。
所产生的焊缝最优选地是大约0.2mm至0.4mm深。焊缝围绕着板的整个周缘,使得也形成连续的防风雨密封。这是意义重大的,因为根据本发明的红外线焊接不仅完成了将两个或更多个板连接在一起而且还消除了对用于那些红外线焊接的板的粘合剂或密封剂的需求。
然后,第一套装件202与第二套装件204分开,并且组件从第一套装件202移除。
然而,根据本发明的实施方式,红外线焊接的子组件保持在第一套装件202中以便附接至少一个其他板(例如,例如,另一外部板或模块化板或加强板)。通常,至少一个其他板具有与第二板206不同的几何形状。而且,第一板202上其中附加的板待被红外线焊接处的预定的焊接表面处于不同的位置并且具有与附加的板对应的焊接表面。因此,存在所设置的另一红外线焊接夹具和至少一个附加的套装件,至少一个附加的套装件制成为保持另一板(例如,另一外部板或模块化板或加强板)。至少一个附加的套装件和具有多个红外线热源的对应的红外线焊接夹具的使用和操作除了下述方面之外与第二套装件204相同:每个附加的套装件和红外线焊接夹具具有不同的几何形状,所述不同的几何形状适应附加的板的几何形状,并且适应第一板202上的另一位置中对板的红外线焊接。因此,在第二板206和第一板202被红外线焊接在一起并且套装件200、204被分开之后,如以上描述的过程同样可适用于将附加的板红外线焊接至第一板202。例如,下外部板(或阻流板或模块化板或加强板等)被装载到内部板202的另一位置。通过使附加的套装件和第一套装件200两者朝向彼此移动或使一者朝向另一者移动,附加的套装件和第一套装件200彼此紧密地邻近,直到附加的套装件接触附加的板(与之前描述的类似并且与图9中所示的类似但具有不同的几何形状)为止以用于止动配合。第一套装件200与附加的套装件分开,其中,附加的板被保持在附加的套装件中。红外线热源被放置成与第一板202和附加的板上的预定的焊接位置邻近(与之前描述的类似并且与图11至图12中所示的类似但具有不同的几何形状)。在加热之后,第一套装件200与附加的套装件分开并且红外线焊接夹具从套装件之间移除。通过使第一套装件200和附加的套装件处于压缩位置,第一板202和附加的板的对应的焊接表面对准并且按压在一起(与之前描述的类似并且与图13中所示的类似但具有不同的几何形状)。先前已阐述了示例性的加热参数和焊接参数以及夹紧参数。任何附加的板重复相同的红外线焊接过程。
虽然在整个附图中描绘并且在本文中描述了提升式门组件,但是外部车身板组件是任何类型的红外线焊接组件也在本发明的范围内,任何类型的红外线焊接组件包括但不限于前端部支架、门组件、机罩组件、保险杠组件、后挡板组件、多件式结构或任何种类的任何其他类型的外部车身组件,特别地那些具有A级、经喷涂的热塑性部件等的车身板件。
整个周期时间比常规的粘结更快,常规的粘结可能花费大约8分钟。通常,本发明的整个红外线焊接周期时间为75秒或更少,典型地30秒至90秒,优选地45秒至80秒。因此,代替每8分钟一个部件,本发明可以在相同的时间内将多个板焊接在一起。例如,粘合剂在较长的时间保持柔软。此外,如果在粘结之前存在翘曲(或其他公差变化),那么翘曲甚至在粘合之后仍然存在,这是因为在接合处存在永久应力(接合处的剪应力、接合处的蠕变等)。
根据本发明,过程变量和设计变量的组合被确定以实现所需的结果。例如,从视觉外观的观点来看,最高的焊接强度不一定是最需要的。对于视觉外观而言焊接强度的最小可接受的范围需要在不牺牲A级外观的情况下获得强度。因此,存在需要考虑的若干过程变量和设计变量。示例性的过程变量包括:温度、加热时间、发射器距离、夹紧压力、压缩速度、保持时间、冷却等。示例性设计变量包括:部件材料;部件几何形状,例如,接合区域几何形状为平面、肋等;部件翘曲度(最大);焊接凸缘厚度(最理想的);以及焊接干涉(最理想的)等。
根据本发明的各方面,穿透性通常被认为是更关键的。为了部件性能,焊接强度需要足够强但不能对部件的A级外观不利。本发明通过将焊接强度和使大部件的困难的敏感A级表面比如经喷涂的TPO上的穿透性减小或消除相结合提供了优良的并且出乎意料的结果。
本发明的描述本质上仅仅是示例性的,并且因此,不背离本发明的实质的变型旨在落入本发明的范围内。这些变型不应视为背离本发明的精神和范围。