PL177678B1

PL177678B1 - Zespół ramy szynowej do pojazdów samochodowych i sposób wytwarzania zespołu ramy szynowej do pojazdów samochodowych

Info

Publication number: PL177678B1
Application number: PL95319662A
Authority: PL
Inventors: Kenneth B. Jacobs; Frank A. Horton; Howard A. Mayo Iii
Original assignee: Cosma Int Inc
Priority date: 1994-09-28
Filing date: 1995-01-18
Publication date: 1999-12-31
Also published as: US5718048A; WO1996009949A1; EP0783425A1; ES2121340T3; CN1105049C; CZ95197A3; JP3739792B2; CN1162291A; CN1312201A; DE69504857T2; PL319662A1; BR9509209A; CA2200852A1; UA28078C2; US5855394A; KR100315932B1; DE69504857D1; CA2200852C; US5561902A; EP0783425B1

Abstract

1 Zespól ramy szynowej do pojazdów samochodowych, zawierajacy ty- lny modul ramy w sklad którego wchodzi para równoleglych szynowych ele- mentów ramy tylnej polaczonych ze soba zespolem poprzeczek; centralny modul ramy zawierajacy pare w przyblizeniu równoleglych elementów szyno- wych ramy centralnej polaczonych ze soba zespolem poprzeczek centralnych, przy czym kazdy ze wspomnianych elementów ramy centralnej ma przekrój poprzeczny zblizony ksztaltem do litery U, na który sklada sie pionowa scian- ka i para skierowanych na zewnatrz, w przyblizeniu równoleglych poziomych scianek wychodzacych z przeciwleglych konców scianki podstawowej, przy czym kazdy z elementów ramy centralnej, majacych przekrój poprzeczny w ksztalcie litery U, jest wygiety pomiedzy dwoma, usytuowanymi w odstepie od siebie granicznymi punktami elementu szynowego, oraz przedni modul ramy, zawierajacy pare w przyblizeniu równoleglych, rurowych elementów szjmowych ramy przedniej, polaczonych ze soba zespolem poprzeczek prze- dnich, znam ienny tym, ze odcinek poziomej scianki (172) umieszczonej na jednym koncu pionowej scianki (170) usytuowany pomiedzy punktami grani- cznymi elementu szynowego (36) zawiera pomiedzy tymi punktami ziarna metalu rozciagniete, zas odcinek drugiej poziomej scianki (174) umieszczonej na przeciwleglym koncu pionowej scianki (170) usytuowany pomiedzy pun- ktami granicznymi elementu szynowego (36) zawiera pomiedzy tymi punktami ziarna metalu scisniete, natomiast pionowa scianka (170) posiada pomiedzy tymi punktami granicznymi ziarna metalu rozciagniete, przy czym czesc scian- ki pionowej (170) lezaca blizej poziomej scianki (172) jest bardziej roz- ciagnieta niz czesc scianki pionowej (170) lezaca blizej poziomej scianki (174), natomiast kazdy z elementów (20) przedniego modulu (18) posiada czesc przedma o na przemian rosnacej i malejacej srednicy zewnetrznej, zas przedni modul (18) ramy i tylny modul (14) ramy sa sztywno przymocowane do przeciwleglych konców centralnego modulu (16) ramy PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest zespół ramy szynowej do pojazdów samochodowych i sposób wytwarzania zespołu ramy szynowej do pojazdów samochodowych.

W pojazdach samochodowych, zwłaszcza w pojazdach do wielkogabarytowych ładunków specjalnych, ciężarówkach i podobnych pojazdach, stosuje się zespoły ram drabinowych do montowania na nich różnorodnych elementów wyposażenia pojazdów, takich jak karoseria, silnik, układ zawieszenia, etc. Zazwyczaj w skład takiego zespołu wchodzi para równoległych podłużnie biegnących na ogół wzdłuż przeciwległych boków pojazdu, oraz pewna liczba poprzecznie łączących boczne podłużnice w pewnych odstępach w kierunku podłużnym. Zespół ramy pełni rolę głównego zespołu nośnego usztywniającego i wzmacniającego, zastępującego ramę samonośną, jaką zazwyczaj stosuje się w standardowych samochodach osobowych.

W ostatnich latach wytwarza się zespoły ram pojazdów z dodatkowymi modułami, a mianowicie można je wygodnie podzielić na moduł przedni ramy, moduł centralny i moduł tylny. Takie rozwiązanie ułatwia wytwarzanie i umożliwia używanie niektórych modułów do więcej niż

177 678 jednego typu lub modelu pojazdu. Ponadto zaletą konstrukcji modułowej jest możliwość wytwarzania różnych części zespołu ramy w postaci różnych konstrukcji. Przykładowo, przedni moduł ramy wytwarza się, korzystnie, z podłużnie zamkniętych (tj. o zamkniętym przekroju poprzecznym), celem zapewnienia ramie maksymalnej wytrzymałości mechanicznej na wypadek kolizji i sztywności skrętnej pod kabiną. Z drugiej strony, centralny i tylny moduł ramy wytwarza się, korzystnie, z belek o przekroju w kształcie litery U z otwartą częścią zwróconą do środka pojazdu, ze względu na większą wytrzymałość na zginanie oraz dla umożliwienia montażu poprzecznie i innych elementów. W stosowanym tu znaczeniu, termin „mający kształt litery U” jest synonimem określenia „ceownik” z tym, że z końcami, na których znajdują się zwrócone do środka kołnierze.

W procesie produkcji zespołów ram pojazdów, producenci na ogół stosują technikę tłoczenia. Polega ona na stosowaniu jednej lub więcej leżących naprzeciwko siebie matryc, które prasują pomiędzy sobą (udarowo) arkusz blachy, zazwyczaj stalowej, formując podłużnice i poprzecznice ramy o odpowiednich kształtach (np. o przekroju poprzecznym w kształcie litery U). Podczas procesu tłoczenia, materiał przemieszcza się i tłoczy kolejno w różnych stanowiskach do tłoczenia, do uzyskania końcowego kształtu. Ponadto matryce i sprzęt do tłoczenia są stosunkowo drogie i trzeba je często wymieniać. W rezultacie koszty materiałowe, robocizny i urządzeń, związane z wytwarzaniem i montażem ram tłoczonych, są znaczne.

Innym problemem związanym z tłoczeniem prostych blach jest znaczna ilość odpadów, zwłaszcza w razie konieczności wytwarzania części ram o nieregularnych kształtach. Mianowicie, w razie konieczności tłoczenia elementów o nieregularnych kształtach z blachy, nie można wykorzystać pewnej, dość znacznej ilości materiału na obrzeżu (zwłaszcza na bocznych krawędziach blachy), bez względu na to, jak blisko siebie umieszcza się na blasze tłoczone kształty. Podczas jednej z analiz stwierdzono, że ze względu na nieregulamość kształtów tłoczonych elementów nie można wykorzystać do 30%-40% roli materiału. Jak z tego wynika, przy dużych ilościach wyrobów formowanych techniką tłoczenia, ilość odpadów, a tym samym wielkość związanych z tym kosztów, jest dosyć znaczna.

Znany j est z opisu patentowego USAnr5,149,132zespół ramy szynowej, który uj awnia tylny moduł ramy, przedni moduł ramy i centralny szynowy moduł ramy. Jednak w tym wcześniejszym rozwiązaniu centralny szynowy moduł ramy jest kształtowany w tradycyjnej operacji tłoczenia. Mianowicie dla centralnego elementu ramy, który w tym rozwiązaniu ma być wyposażony w tylne wygięcie do góry na końcu, konieczne jest ukształtowanie arkusza metalowego w kształt „S”, poprzez wykonanie złożonej operacji wyginania krawędziowego arkusza metalowego przedjego tłoczeniem. Przy bezpośrednim tłoczeniu wygiętego ukształtowania z prostokątnego pasa arkusza metalowego, następują niepożądane straty (skrawki) materiału metalowego.

Inny problem jest związany z montażem tłoczonych elementów w zespół ramy. Robi się to zazwyczaj spawając je ze sobąelektrodowo, co wiąże się z doprowadzaniem do tych części znacznych ilości ciepła. Podczas montażu, wytłoczone tątechniką części trzeba zablokować w wymaganym' położeniu i kontrolować sprężystość powrotnąi naprężenia, powstające podczas ogrzewania i formowania. Bez takiego blokowania naprężenia te mogłyby znacznie zniekształcić zespół (zazwyczaj rzędu 6-12 mm). Przy dużych ilościach produkowanych elementów koszty montażu i oprzyrządowania pociągają za sobą duże nakłady inwestycyjne, koszty produkcji oraz koszty prac wykończeniowych, zapewniających uzyskanie zespołu o odpowiedniej jakości.

W literaturze patentowej proponuje się procedurę polegającą na wytwarzaniu podłużnie ram techniką profilowania rolkowego, a nie tłoczenia. Mianowicie, w rozwiązaniu, na które wydano patent Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2,127,618, zaproponowano urządzenie, w którym arkusz blachy przepuszcza się przez szereg współpracujących ze sobą walców, kolejno zginających blachę w profilowanąpodłużnicę o skrzynkowym przekroju poprzecznym. Profilowanie walcowe ma szereg zalet w porównaniu z tłoczeniem. Przykładowo, nakłady inwestycyjne na urządzenia produkcyjne są znacznie niższe. Ponadto profilarki walcowe działająbez naprężeń wysokoudarowych towarzyszących procesowi tłoczenia, więc wymagają mniej zabiegów konserwacyjnych i mają większą żywotność. Dodatkowo, arkusz blachy można przepuszczać przez

1'77 678 szereg walców w sposób ciągły, więc czas produkcji jest krótszy. Ponadto, w procesie wytwarzania podłużnie tą techniką, zużywa się prawie całe arkusze blachy, więc ilość odpadów jest mała, albo w ogóle ich nie ma. Proces montażu jest minimalny, ponieważ poszczególne elementy łączy się podczas rolkowania w całkowicie zamknięte przekroje. W związku z tym widać, że koszty produkcji związane z profilowaniem rolkowym są znacznie mniejsze niż z tłoczeniem.

Jednakże zalety pofilowania walcowego ograniczała dotychczas niemożliwość wytwarzania podłużnie o dowolnych kształtach. Przykładowo, w najlepszym możliwym układzie, korzystne jest nie tylko wytwarzanie centralnych podłużnie o przekroju poprzecznym w kształcie litery U, jak wspomniano powyżej, ale również wyginanie ich w kierunku pionowym, na przykład, dla umożliwienia montażu osi na koła tylne. Ponieważ, inaczej niż w procesie tłoczenia, w procesie profilowania rolkowego można wytwarzać tylko prostoliniowe podłużnice (np. bez wygięć w kierunku pionowym), wszelkie tego typu wygięcia trzeba wykonać w następnej operacji. Przykładowo, we wspomnianym opisie patentowym nr 2127618, mówi się, że po uformowaniu, prostą podłużnicę o przekroju skrzynkowym można wygiąć w prasie do gięcia, tworząc przedni i tylny uskok. Belkę o przekroju skrzynkowym można stosunkowo prosto wyginać, ze względu na jej naturalną wytrzymałość, natomiast dotychczasowe próby wyginania profilowanych rolkowo podłużnie o przekroju w kształcie litery U kończyły się niepowodzeniem. Dokładniej mówiąc, próby te były nieskuteczne ze względu na stosunkową, słabość układu o otwartym przekroju i jego wrażliwość na skręcanie i zniekształcanie. Rezygnowano również ze stosowania podłużnie o konstrukcji skrzynkowej na moduły przednie ze względu na konieczność zachowania stałego przekroju poprzecznego. Takie rozwiązanie jest niemożliwe ze względu na geometrię silnika, przedniego zawieszenia, karoserii i innych elementów komory silnikowej. Powstające konstrukcje nie były skuteczne z materiałowego punktu widzenia i stosowano je tylko w produkcji na małą skalę i do dużych ciężarówek, gdzie oszczędności inwestycyjne mogą usprawiedliwić koszty materiałowe, a ograniczenia miejsca nie są tak dotkliwe.

Należy zauważyć, że profilowanie walcowe można stosować do wytwarzania elementów rurowych na przednią część podłużnicy bocznej. Przykładowo, do uformowania skrzynkowej konstrukcji, o której mówi się we wspomnianym powyżej opisie patentowym nr 2127618, trzeba profilować boczne krawędzie blachy w wyrób o kwadratowym przekroju poprzecznym do chwili doprowadzenia do zetknięcia się jej bocznych krawędzi ze sobą, po czym je zespawać. Jednakże ostatnio zaproponowano integralne formowanie skrzynkowej, rurowej sekcji bocznej podłużnicy ramy pojazdu z rurowego półwyrobu techniką nazywaną kształtowaniem hydrodynamicznym, co omawiano na przykład w opisach patentowych, na które wydano patenty Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5,107,693; 5,233,854; 5,333,775; 4,567,743; 5,070,717; 5,239,852 i 5,339,667. Kształtowane hydrodynamicznie podłużnice nadają się na przednie części zespołu ramy bocznej, natomiast dotychczas nie opracowano sposobu wytwarzania modułowego zespołu podłużnie bocznych ramy z kształtowanymi hydrodynamicznie elementami ramy przedniej i profilowanymi rolkowo i giętymi, mającymi przekrój w kształcie litery U, elementami ramy centralnej.

Celem wynalazkujest zespół ramy szynowej do pojazdów samochodowych. Celem wynalazkujest również sposób wytwarzania zespołu ramy szynowej do pojazdów samochodowych.

Zespół ramy szynowej do pojazdu samochodowego, zawierający tylny moduł ramy, w skład którego wchodzi para równoległych szynowych elementów ramy tylnej, połączonych ze sobą zespołem poprzeczek; centralny moduł ramy zawierający parę w przybliżeniu równoległych elementów szynowych ramy centralnej, połączonych ze sobą zespołem poprzeczek centralnych, przy czym każdy ze wspomnianych elementów ramy centralnej ma przekrój poprzeczny zbliżony kształtem do litery U, na który składa się pionowa ścianka i para skierowanych na zewnątrz, w przybliżeniu równoległych poziomych ścianek wychodzących z przeciwległych końców ścianki podstawowej, przy czym każdy z elementów ramy centralnej, mających przekrój poprzeczny w kształcie litery U, jest wygięty pomiędzy dwoma, usytuowanymi w odstępie od siebie granicznymi punktami elementu szynowego, oraz przedni moduł ramy, zawierający parę w przybliżeniu równoległych, rurowych elementów szynowych ramy przedniej, połączonych ze sobą zespołem

177 678 poprzeczek przednich, według wynalazku charakteryzuje się tym, że odcinek poziomej ścianki umieszczonej na jednym końcu pionowej ścianki usytuowany pomiędzy punktami granicznymi elementu szynowego zawiera pomiędzy tymi punktami ziarna metalu rozciągnięte, zaś odcinek drugiej poziomej ścianki umieszczonej na przeciwległym końcu pionowej ścianki usytuowany pomiędzy punktami granicznymi elementu szynowego zawiera pomiędzy tymi punktami ziarna metalu ściśnięte, natomiast pionowa ścianka posiada pomiędzy tymi punktami granicznymi ziarna metalu rozciągnięte, przy czym część ścianki pionowej leżąca bliżej poziomej ścianki jest bardziej rozciągnięta niż część ścianki pionowej leżąca bliżej poziomej ścianki, natomiast każdy z elementów przedniego modułu posiada część przedniąo na przemian rosnącej i malejącej średnicy zewnętrznej, zaś przedni moduł ramy i tylny moduł ramy są sztywno przymocowane do przeciwległych końców centralnego modułu ramy.

Korzystnie maksymalna wielkość rozciągnięcia cieńszego fragmentu pionowej ścianki znajduje się w przybliżeniu w środkowym punkcie, pomiędzy dwoma granicznymi punktami elementu szynowego.

Korzystnie każdy z rurowych elementów szynowych ramy przedniej ma przekrój poprzeczny zbliżony do prostokątnego.

Korzystnie każdy z elementów modułu centralnego posiada parę kołnierzy, z których każdy wystaje z końców poziomych ścianek w kierunku przeciwnym do pionowej ścianki.

Korzystnie poza granicznymi punktami elementu szynowego kołnierze są usytuowane równolegle do pionowej ścianki, natomiast pomiędzy granicznymi punktami elementu szynowego jeden z kołnierzy jest skośnie wygięty względem ścianki pionowej.

Korzystnie przednie końce każdego z elementów szynowych ramy centralnej są wykonane bez kołnierzy.

Korzystnie przekrój poprzeczny każdego z rurowych elementów szynowych modułu przedniego jest zmienny na długości elementu szynowego, przy czym dla danej części każdego elementu rurowego przedniego modułu jej liniowy obwód zewnętrzny jest o 10% większy w stosunku do pozostałych części elementu rurowego, z równoczesnym utrzymaniem grubości ścianki tych pozostałych części elementu rurowego w przedziale +/- 10%.

Korzystnie pomiędzy końcami rurowych szynowych elementów ramy znajdująsię odcinki łukowe do mocowania zawieszenia pojazdu, i pomiędzy obszarami wyznaczającymi wspomniane odcinki łukowe znajduje się z góry określona część wspomnianych rurowych elementów szynowych ramy, zwiększona o 10%>.

Sposób wytwarzania zespołu ramy pojazdu samochodowego polegający na formowaniu tylnego modułu ramy, przedniego modułu ramy i centralnego modułu ramy z parą centralnych podłużnie ramy, sztywno mocujących przedni moduł ramy i tylny moduł ramy do przeciwległych końców centralnego modułu; według wynalazku charakteryzuje się tym, że każdy z elementów centralnego modułu formuje się w ten sposób, że: przemieszcza się arkusz blachy przez szereg współpracujących ze sobąwałków tak ukształtowanych i rozmieszczonych, aby stykały się tocznie z przeciwległymi stronami arkusza wyginając arkusz i nadając mu w przekroju poprzecznym kształt litery U, mającym pionową ściankę i parę wystających na zewnątrz ścianek poziomych, wychodzących z przeciwległych końców pionowej ścianki; po czym gnie się arkusz, wyginając pionową ściankę podstawową w jej płaszczyźnie rozciągając jej ziarna metalu, z równoczesnym rozciąganiem jednej z poziomych ścianek i jej ziaren metalu oraz ściskaniem przeciwległej do niej poziomej ścianki i jej ziaren metalu, natomiast każdą z podłużnie bocznych ramy przedniej modułu przedniego formuje się poprzez profilowanie za pomocąwalców i spawanie arkusza blachy do uzyskania metalowego elementu rurowego; po czym umieszcza się metalowy element rurowy w gnieździe formy tłocznej, której powierzchnia wewnętrzna wyznacza kształt wspomnianego gniazda; i doprowadza się do wnętrza wspomnianego elementu rurowego płyn o ciśnieniu wystarczającym do rozszerzenia tego elementu rurowego do zetknięcia się z wewnętrznąpowierzchnią formy i element rurowy przyjmuje kształt, zbliżony do kształtu gniazda formy.

Korzystnie w etapie gięcia łączy się wewnętrznąi zewnętrznąpowierzchnię układu o przekroju w kształcie litery U z blachy, z urządzeniem do gięcia w punktach granicznych leżących w

177 678 pewnej odległości od siebie, a następnie przemieszcza się urządzenie do gięcia, w styku z tymi powierzchniami i pionowa ścianka oraz poziome ścianki wygina się w miejscach leżących pomiędzy tymi punktami granicznymi.

Korzystnie w etapie łączenia sztywno sprzęga się zewnętrzną powierzchnię elementu o przekroju w kształcie litery U, w tym zewnętrznej powierzchni pionowej ścianki i zewnętrznych powierzchni każdej z poziomych ścianek, z zespołem uchwytowym ścianki wewnętrznej urządzenia do gięcia w leżących w pewnych odstępach od siebie, punktach granicznych, a następnie przemieszcza się sztywne kliny urządzenia do gięcia poprzecznie do środka tego elementu oraz mocuje się sztywno w leżących w odstępach od siebie, punktach granicznych z wewnętrzną powierzchnią elementu o przekroju w kształcie litery U z blachy, w tym z wewnętrznąpowierzchnią ścianki i wewnętrznymi powierzchniami każdej z poziomych ścianek.

Korzystnie w etapie łączenia sztywno sprzęga się powierzchnię zewnętrznych kołnierzy elementu w kształcie litery U z zespołem uchwytowym ścianki zewnętrznej urządzenia do gięcia w leżących w odstępie od siebie, punktach granicznych, a następnie sztywno sprzęga się powierzchnie wewnętrzne tych kołnierzy ze sztywnymi klinami urządzenia do gięcia w tych punktach granicznych.

Korzystnie w punktach granicznych leżących w pewnej odległości od siebie sprzęga się uchwyt nieruchomy i uchwyt ruchomy zespołu uchwytowego z powierzchniami zewnętrznymi elementu o przekroju w kształcie litery U, zaś kliny sprzęga się z powierzchniami wewnętrznymi elementu o przekroju w kształcie litery U w leżących w odstępie od siebie, miejscach, znajdujących się naprzeciwko uchwytu stałego i uchwytu ruchomego, natomiast w etapie gięcia przemieszcza się ramię urządzenia do gięcia, przesuwając uchwyt ruchomy i kliny naprzeciwko niego względem uchwytu nieruchomego i elementów klinowych naprzeciwko niego i wygina się ściankę pionowąw przybliżeniu w jej płaszczyźnie, w miejscach pomiędzy wspomnianymi punktami granicznymi, przy czym jedną z poziomych ścianek rozciąga się, a przeciwległą poziomą ściankę ściska się w miejscu, znajdującym się pomiędzy wspomnianymi punktami granicznymi.

Korzystnie przy przemieszczaniu ramienia podczas zginania jeden z kołnierzy biegnących od zewnętrznej, jednej z poziomych ścianek, przemieszcza się na zewnątrz od pionowej ścianki tak, że kołnierze nie są skierowane ku sobie.

Korzystnie prowadzi się etap wymuszania skierowanego do wewnątrz ruchu przeciwległych końców elementu rurowego w przybliżeniu ku sobie, podczas doprowadzania wspomnianego płynu do elementu rurowego.

Korzystnie prowadzi się etap gięcia elementu rurowego, przed umieszczeniem go w gnieździe formy do tłoczenia.

Korzystnie w etapie formowania tylnego modułu szynowego ramy przemieszcza się arkusz blachy pomiędzy współpracującymi ze sobą tłocznymi ukształtowanymi matrycami sprzęganymi dociskowo z przeciwległymi bokami znajdującego się pomiędzy nimi arkusza blachy i wygina się arkusz w element o przekroju poprzecznym, mającym w przybliżeniu kształt litery U z pionową ścianką i parą biegnących na zewnątrz ścianek poziomych, wychodzących z przeciwległych końców pionowej ścianki.

Korzystnie w etapie sztywnego mocowania usuwa się kołnierze na końcach elementów ramy centralnej i przemieszcza się końce rurowych elementów bocznych ramy przedniej w kierunku w przybliżeniu ortogonalnym do powierzchni wewnętrznej ścianki pionowej do chwili sprzężenia końców rurowych elementów bocznych ramy przedniej z powierzchniami wewnętrznymi elementów ramy przedniej najej końcu z usuniętymi kołnierzami, a następnie spawa się końce podłużnie bocznych ramy przedniej z powierzchniami wewnętrznymi elementów ramy centralnej.

Korzystnie w etapie sztywnego mocowania spawa się moduł szynowy ramy przedniej i moduł szynowy ramy tylnej z przeciwległymi końcami modułu szynowego ramy centralnej.

Korzystnie prowadzi się etap zmiany ilości metalu na jednostkę długości elementu rurowego, w miarę rozszerzania tego elementu rurowego.

177 678

Korzystnie prowadzi się etap rozszerzania liniowego obwodu zewnętrznego wspomnianego elementu rurowego w jego z góry ustalonych częściach, w stopniu większym niż 10%o początkowego liniowego obwodu zewnętrznego, z równoczesnym utrzymaniem grubości ścianki w przedziale +/-10% jej grubości początkowej.

Reasumując, w skład sposobu według wynalazku wchodzą dwa etapy, z których jeden jest etapem formowania tylnego moduły ramy, a drugi etapem formowania przedniego modułu ramy. Kolejnym etapem jest formowanie centralnego modułu ramy, złożonego z pary centralnych podłużnie bocznych, każda wytwarzana w ten sposób, że: 1) przemieszcza się arkusz blachy przez szereg współpracujących ze sobą walców skonstruowanych i rozmieszczonych tak, że sprzęgają się tocznie z przeciwległymi bokami arkusza blachy w taki sposób, że wyginają go do elementu o przekroju poprzecznym zbliżonym do litery U z pionową częścią podstawową i parą biegnących na zewnątrz ścianek poziomych, wychodzących z przeciwległych końców części podstawowej, 2) wygina się mający przekrój poprzeczny w kształcie litry U arkusz blachy, wyginając ściankę podstawową w przybliżeniu w jej płaszczyźnie, z równoczesnym rozciąganiem jednej z poziomych ścianek bocznych, wychodzących zjednego końca ścianki pionowej i ściskaniem przeciwległej z poziomych ścianek bocznych, wychodzącej z przeciwległego końca ścianki pionowej, przy czym końcowy etap tego sposobu polega na sztywnym mocowaniu przedniego modułu ramy i tylnego modułu ramy do przeciwległych końców centralnego modułu ramy.

W skład przedniego modułu ramy wchodzi para podłużnie bocznych ramy przedniej profilowanych rolkowo i spawanych do postaci półwyrobu o konstrukcji cylindrycznej. Stosuje się do tego technikę formowania hydraulicznego, polegającą na wykorzystywaniu ciśnienia płynu do przekształcania półwyrobu w nieregularny kształt i naciskania na końce rury, w celu upłynnienia materiału i wytworzenia grubości ścianek (+/- 15%) do uzyskania wymaganego kształtu. W przypadku wytwarzania części ramy o konstrukcji skrzynkowej (na przykład w przednich częściach ramy, które pochłaniają energię zderzeń) proces tłoczenia jest jeszcze bardziej problematyczny, ponieważ nie można tą techniką wytworzyć pojedynczych integralnych elementów rurowych. W zamian, tam gdzie potrzebne są rurowe elementy ramy, trzeba tłoczyć liczne podłużne sekcje, wymagające podłużnego spawania. Przykładowo, można spawać dwie zwrócone ku sobie sekcje w kształcie litery U, uzyskując konstrukcję o budowie skrzynkowej. Konstrukcja tego typu nie jest ani tak mocna ani tak dokładna wymiarowo jak konstrukcja w postaci integralnie ukształtowanego elementu rurowego. Rozumie się również samo przez się, że technika ta wymaga nawet więcej materiałów, na przykład materiałów spawalniczych, oraz dodatkowych godzin pracy na zakończenie spawania.

Według zasad wynalazku, każdą z podłużnie bocznych ramy przedniej wytwarza się: 1) umieszczając metalowy element rurowy w gnieździe matrycy formy, której powierzchnia wewnętrzna wyznacza kształt gniazda i 2) zapewniając dopływ do środka tego elementu płynu o ciśnieniu wystarczającym do rozszerzenia rurowego elementu na zewnątrz do zetknięcia się z wewnętrzną powierzchnią matrycy formy, w wyniku czego element ten przybiera w zasadzie kształt gniazda.

W skład zespołu ramy podłużnicowej do pojazdów samochodowych, w którego skład wchodzi tylny moduł ramy z parą w przybliżeniu równoległych elementów ramy tylnej, połączonych ze sobą zespołem poprzecznie tylnych, centralny moduł ramy z parą w przybliżeniu równoległych elementów ramy centralnej, połączonych ze sobą zespołem poprzecznie centralnych, przy czym każdy z elementów ramy centralnej ma przekrój poprzeczny przypominający literę U, złożony z pionowej ścianki podstawowej i pary biegnących na zewnątrz, w przybliżeniu równoległych, poziomych ścianek wychodzących z przeciwległych końców ścianki podstawowej, przy czym każdy z mających kształt litery U elementów ramy centralnej wygina się pomiędzy swoimi dwoma oddalonymi od siebie położeniami, oraz w jednej ze ścianek poziomych, biegnących od jednego końca części podstawowej, ziarna metalu są w zasadzie rozciągane w miejscu znajdującym się pomiędzy oddalonymi położeniami, oraz w przeciwległej z poziomych ścianek, wybiegającej z przeciwległego końca części podstawowej ziarna metalu są w zasadzie ściskane w miejscu pomiędzy odda10

177 678 lonymi położeniami; oraz moduł przedni ramy z parą w przybliżeniu równoległych elementów ramy przedniej, połączonych ze sobą zespołem poprzecznie przednich.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania, na którym fig. 1 przedstawia zespół ramy szynowej według wynalazku w rzucie perspektywicznym; fig. 2a - odcięty łuk szynowego elementu centralnego modułu ramy według wynalazku, w rzucie perspektywicznym, częściowo w przekroju; fig. 2b - przedni koniec szynowego elementu centralnego modułu ramy oraz tylny koniec szynowego elementu przedniego modułu ramy według wynalazku, w rzucie perspektywicznym, częściowo w przekroju, oraz sposób sztywnego łączenia ich ze sobą; fig. 2c element z fig. 2a w przekroju płaszczyzną 2c - 2c; fig. 2d - szynowy element centralnego modułu ramy według wynalazku, w rzucie perspektywicznym; fig. 3 - urządzenie do profilowania za pomocąrolek według wynalazku, schematycznie; fig. 4a - 4j - ciężkie walce metalowe stosowane w sposobie profilowania za pomocą walców według wynalazku, w przekroju; fig. 5a - 5d - uchwyt do gięcia stosowany w sposobie gięcia według wynalazku, schematycznie; fig. 5d - urządzenie zaciskowe do zaciskania szynowego elementu o przekroju w kształcie litery U podczas procesu zginania według wynalazku, w przekroju; fig. 6a, 6c i 6e - zespół do kształtowania hydrodynamicznego i rurowy półwyrób, używane w procesie formowania rurowych elementów ramy przedniej według wynalazku, w przekrojach podłużnych; fig. 6b, 6d i 6f - zespół do kształtowania hydrodynamicznego z rurowym półwyrobem, używany do kształtowania rurowych elementów ramy przedniej według wynalazku, w przekrojach poprzecznych urządzenia z figur, odpowiednio, 6a, 6c i 6e; fig. 7 - urządzenie według wynalazku w drugim przykładzie wykonania, w przekroju podobnym do pokazanego na fig. 6e.

Na figurze 1 pokazano zespół ramy szynowej 10 według wynalazku. Zespół 10 ramy szynowej ma budowę modułową i składa się z tylnego modułu 14, centralnego modułu 16, oraz przedniego modułu ramy 18.

W skład przedniego modułu 18 wchodzi para rurowych szynowych elementów 20 ramy przedniej, każda o zamkniętym przekroju poprzecznym, korzystnie prostokątnym, co zapewnia wystarczającą wytrzymałość i nośność do rozprowadzania energii przy zderzeniu. Szynowe elementy 20 sąpołączone ze sobą elementami poprzecznymi 22, również o budowie, korzystnie, rurowej, co zapewnia dodatkową sztywność skrętną zespołu ramy 10. Przedni moduł 18 ramy 10 jest przystosowany do montowania na nim wielu podzespołów pojazdu. Przykładowo, w skład przedniego modułu 18 ramy 10 wchodzą wsporniki montażowe 24 karoserii, wsporniki 26 mechanizmu zębatkowego układu kierowniczego, wsporniki 28 do montażu silnika, wspornik 30 chłodnicy oraz wspornik 32 kolumny kierownicy.

Jak opisano szczegółowo dalej, korzystnie, przedni moduł 18 ramy 10 formuje się techniką kształtowania hydrodynamicznego, dzięki której można uzyskać rurowe elementy 20 ramy przedniej o, w zasadzie, jednakowej grubości na całej długości. Ponadto podczas procesu kształtowania hydrodynamicznego nie ma potrzeby stosowania wzdłużnej spoiny spawanej, więc rurowe elementy 20 są formowane integralnie, oraz są bardziej wytrzymałe i dokładniejsze wymiarowo niż elementy wytwarzane techniką tłoczenia lub profilowania walcowego, które trzeba spawać.

W skład centralnego modułu 16 ramy 10 wchodzi para równoległych szynowych elementów 36 połączonych poprzeczkami, takimi jak poprzeczka 38 podpory nośnej łożyska i poprzeczka nośna 40 zbiornika paliwa. Ponadto, w skład centralnego modułu ramy 10 wchodzą przednie wsporniki montażowe 44 karoserii, tylne wsporniki montażowe 46 karoserii oraz tylne wsporniki 50 skrzyni. Szynowe elementy 36 przedniego modułu 16 ramy 10 sąpołączone sztywno swoimi przednimi końcami 54 z odpowiednimi tylnymi końcami 56 szynowych elementów 20 centralnego modułu 16 ramy 10. Korzystnie, sztywne połączenie realizuje się, spawając ze sobą końce. Korzystnie, szynowe elementy 36 mają przekrój poprzeczny w kształcie zwróconej do środka litery U. Taki układ szynowych elementów 36 umożliwia łatwy montaż na nich różnych zespołów, a jednocześnie zapewnia centralnemu modułowi 16 ramy 10 odpowiednią wytrzymałość mechaniczną.

Szynowe elementy 36 centralnego modułu 16 ramy 10 kształtuje się najpierw w procesie profilowania za pomocą walców, nadając im przekrój poprzeczny zbliżony do litery U, po czym

177 678 w procesie zginania wygina się je w płaszczyźnie pionowej nieco do przodu i do tyłu, tworząc przedni łuk 60 i tylny łuk 62. Przednie i tylne łuki 60 i 62 sąprzeznaczone na różne elementy, takie jak podpory na koła i osie oraz na zawieszenie pojazdu.

Na figurze 2a pokazano w powiększeniu część jednego elementu szynowego 36 w strefie tylnego łuku 62. Widać zbliżony wyglądem do litery U przekrój poprzeczny tego szynowego elementu 36 ramy 10. Zbliżony do litery U przekrój tworzy pionowa ścianka 170, która leży w zasadzie w płaszczyźnie pionowej, kiedy szynowe elementy 36 ramy centralnej są zmontowane w gotowym zespole ramy szynowej 10 oraz para poziomych ścianek 172, 174 wychodzących z przeciwległych końców pionowej ścianki 170. Poziome ścianki 172,174 są w przybliżeniu ustawione równolegle do siebie i w zasadzie poziomo po zmontowaniu elementów centralnej ramy szynowej 10 w gotowy szynowy zespół ramy 10. Poziome ścianki 172, 174 są skierowane w przybliżeniu ku środkowi pojazdu, wskutek czego otwarta część, mającego kształt litery U, układu każdego szynowego elementu ramy centralnej, jest zwrócona do środka pojazdu, co ułatwia montaż poprzeczek i innych elementów.

Na figurze 2a pokazano również, że w skład mającego kształt litery U układu wchodzi również para zwróconych do wewnątrz kołnierzy 175,178 wystających z zewnętrznych końców poziomych ścianek 172, 174. Z kołnierzy 175, 178 można ewentualnie zrezygnować.

Kiedyjednak szynowy element 36 ma kołnierze 176,178, to kołnierz 176 biegnący wzdłuż zewnętrznej części łuku 62 jest lekko odchylony na zewnątrz, co jest skutkiem procesu gięcia. Jak można zorientować się na podstawie przebiegu przerywanej linii na fig. 2a, obrazującej prostoliniową część szynowego elementu 36, w nie wygiętym szynowym elemencie 36 centralnego modułu 16ramy 10, kołnierz 176jestw przybliżeniu ustawiony równolegle do pionowej ścianki 170. Można się również zorientować, że na skutek procesu gięcia następuje rozciągnięcie ziaren metalu w poziomej ściance 172 (w zewnętrznej części łuku) z równoczesnym ściśnięciem ziaren metalu w poziomej ściance 174 (w wewnętrznej części łuku).

W przypadku zginania szynowego elementu 36 ramy centralnej 10 występuje również rozciąganie i pocienianie pionowej ścianki 170. Większa część tego rozciągania i pocieniania występuje w górnej części pionowej ścianki 170 (na odcinku o długości około jednej trzeciej wysokości w dół) w sąsiedztwie łuku zewnętrznego. Jak wynika z przypominającego kształtem romb rozkładu naprężeń rozciągających, tworzących cieńszy fragment 180, największe naprężenia rozciągające w pionowej ściance 170 pojawiająsię w środkowym punkcie tylnego łuku 62.

Na figurze 2b pokazano przedni koniec 54 szynowego elementu 36 centralnego modułu 16 oraz tylny koniec 56 rurowego szynowego elementu 20 przedniego modułu 18 ramy 10. Jak można się zorientować, w przypadku przechodzenia kołnierzy 176 i 178 wzdłuż szynowego elementu 36 centralnego modułu 16 ramy 10, tylny koniec 56 szynowego elementu 20 przedniego modułu 18 ramy 10 trzeba wprowadzić teleskopowo do środka szynowego elementu 36 centralnego modułu ramy 10, zanim elementy te połączy się ze sobą (na przykład spawając). Jednakże, korzystnie, oraz jak pokazano na fig. 2b, kołnierze 176 i 178 można usuwać z przedniego końca 54, szynowego elementu 20, dzięki czemu tylny koniec 56 rurowych szynowych elementów 20 może wejść bokiem w część w przekroju poprzecznym w kształcie litery U. Stwierdzono, że takie rozwiązanie znacznie ułatwia proces produkcji.

Na figurze 2c przedstawiono szynowy element z fig. 2a w przekroju poprzecznym w płaszczyźnie 2c - 2c z fig. 2a. Na figurze tej widać cieńszy fragment 180 w pionowej ściance 170 w centralnej części przedniego łuku 60 lub tylnego łuku 62.

Na figurze 2d pokazano szynowy element 36 centralnego modułu 16 ramy 10 w rzucie perspektywicznym, a zwłaszcza uwidoczniono położenia cieńszych fragmentów 180 pionowej ścianki 170.

Wracając do fig. 1, można zauważyć, że w skład tylnego modułu 14 ramy 10 wchodzi para równoległych szynowych elementów 66, połączonych poprzeczkami 68 służącymi do zamontowania zapasowego koła. Szynowe elementy 66 mająprzekrój poprzeczny w kształcie litery U, a ich przednie końce 76 są sztywno połączone z tylnymi końcami 78 szynowych elementów 36 centralnego modułu 16 ramy 10. Podobnie jak w opisie elementów z fig. 2b, przednie końce 76

177 678 wchodzą teleskopowo lub bocznie do środka tylnych końców 56 szynowego elementu 36 centralnego modułu 16, po czym spawa się je ze sobą.

Jak pokazano na fig. 1, przednie końce 76 szynowych elementów 66 tylnego modułu 14 mają nieco większą wysokość niż ich tylne końce 78. Dla uzyskania szynowych elementów 66 tylnego modułu 14 o zmiennej wysokości zaleca się formowanie tych elementów konwencjonalną techniką tłoczenia, ponieważ w procesie profilowania za pomocą walców efekt ten jest trudno osiągnąć. Natomiast wszędzie tam, gdzie szynowe elementy 66 mają mieć prawie stałą wysokość w płaszczyźnie pionowej, można stosować technikę profilowania za pomocąwalców.

Korzystnie, przedni moduł 18 ramy 10, centralny moduł 16 ramy 10 oraz tylny moduł 14 ramy 10 wytwarza się jako samodzielne zespoły, które następnie montuje się w gotowy zespół ramy. Jak można się zorientować, jeden lub kilka modułów można zamieniać z modułami o innych konfiguracjach (np. o innych długościach lub łukach) z przeznaczeniem do różnych pojazdów. Taki modułowy układ zapewnia znaczne oszczędności na kosztach wytwarzania, ponieważ każdy moduł można potencjalnie zastosować w kilku różnych typach pojazdów.

Na figurze 3 pokazano urządzenie 100 do profilowania za pomocą walców, przeznaczone do formowania elementów szynowych 36 centralnego modułu 16 według wynalazku. W skład urządzenia 100, wchodzi stanowisko 104 do odwijania dużych pasów blachy 106, korzystnie stalowej. Zwiniętą blachę 106 odwija się w taki sposób, że płaski pas materiału 108 przechodzi przez szereg urządzeń formujących, w tym przez wygładzarkę 101, prostownicę 103, prasę do dziurowania wstępnego 105, walcarkę 107 lodcinarkę· 109. W skład walcarki 107 wchodzi kilka par współpracujących ze sobąciężkich walców metalowych 112. Korzystnie, co najmniej ostatni zespół walców tworzy stanowisko do skręcania 111, w którym prostuje się wszelkie zwichrowania, jakie powstały podczas obróbki w walcarce 107.

Wygładzarka 101 walcuje metal na zimno przed rozpoczęciem profilowania za pomocą walców. Nadaje to metalowi dodatkową wytrzymałość mechaniczną z równoczesnym zmniejszeniem jego grubości (np. o około 5%), co zmniejsza wagę całej ramy, umożliwiając jednocześnie wykonanie wyrobu o dokładniejszych tolerancjach wymiarowych. Prostownica 103 spłaszcza blachę, usuwając z niej wszelkie niedokładności lub niejednorodności. Prasa 105 do dziurkowania wstępnego wybija w szynowym elemencie 36 centralnego modułu otwory potrzebne do montażu różnych elementów składowych oraz do jego mocowania z innymi składnikami ramy. Po wyprofilowaniu blachy w element o przekroju poprzecznym w kształcie litery U, odcina się jego z góry określony odcinek na prasie 109. W ten sposób powstaje łuk 60,62 stanowiący część szynowego elementu 36 centralnego modułu 16 ramy 10.

Na figurach 4a - fig. 4i pokazano bardzo szczegółowo kolejne pary metalowych walców 112 używanych w walcarce 107 do wytwarzania mającego kształt litery U elementu szynowego 36 centralnego modułu 16 ramy 10.

Na figurze 4a pokazano w przekroju poprzecznym pierwszą parę walców 122 i 124 do wstępnego spłaszczania blachy materiału 108, w celu skasowania w niej wszelkich ewentualnych niedokładności i niejednorodności.

Na figurze 4b pokazano pierwszą operację profilowania za pomocą walców 126 i 128. Zewnętrzna powierzchnia 130 walca 126, stykająca się z materiałem 108, blachy 106 jest lekko wypukła, natomiast zewnętrzna powierzchnia 132 walca 128, stykająca się z materiałem, jest lekko wklęsła. Rolki te zgniatają znajdujący się między nimi materiał 108, stykając się tocznie z jego przeciwległymi powierzchniami. Oprócz profilowania blachy, zadaniem tocznego stykania się z niąkażdej rolki jest również podawanie arkusza do następnej pary rolek, na przykład do rolek 136 i 138, jak pokazano na fig. 4c. Analizując kolejno fig. 4c do fig. 4d, a następnie fig. 4e, widać, że współpracujące ze sobąpary rolek 136 i 138,140 i 142,144 i 146 stopniowo wyginają zewnętrzne podłużne części blachy 108, tworząc elementy na późniejsze kołnierze 176 i 178 na końcach układu w kształcie litery U. Następnie, patrząc na fig. 4f - fig. 4i widać, że dalsze gięcie odbywa się za pomocąpar rolek 148 i 150,152 i 154,156 i 158 oraz 160 i 162, do czasu nadania blasze końcowego pożądanego kształtu.

166 667

Na figurze 4j pokazano, po prostu dla celów poglądowych, pełny przekrój rolek 156 i 158 z fig. 4h.

W wyniku etapów procesu pokazanych na fig. 3 i 4a - 4i powstaje w zasadzie ciągły element blaszany o przekroju poprzecznym w kształcie litery U, następnie tnie się ciągły element blaszany w kolejnym procesie cięcia (nie pokazanym) na odcinki o długościach odpowiednich na szynowe elementy 36 ramy centralnej. Technika profilowania rolkowego ma duże zalety w porównaniu z konwencjonalnym tłoczeniem, ponieważ umożliwia formowanie w sposób ciągły całej roli materiału, bez konieczności przemieszczania sekcji ramy szynowej z jednego stanowiska do tłoczenia do innego. Ponadto technika ta umożliwia dokładniejsze uformowanie przekroju w kształcie litery U niż w procesie tłoczenia, ponieważ stopniowe formowanie łuków umożliwia powolne profilowanie materiału w stopniu potrzebnym w każdym etapie. Na figurach przedstawiono dziewięć etapów profilowania rolkowego, ale rozumie się samo przez się, że może ich być zarówno mniej jak i więcej; generalnie, im więcej etapów, tym dokładniejsze wykonanie przekrojów. Przykładowo, na fig. 3, pokazano tylko sześć par rolek.

Na figurze 5a pokazano uchwyt 200, do gięcia prostego, wyprofilowanego rolkowo szynowego elementu ramy, wykonanego technikąpokazanana fig. 3 i fig. 4a - fig. 4i. W skład uchwytu 200 wchodzi rama 202, stacjonarna podpora 204 ramy, oraz dwa ramiona 206 i 208 do gięcia. Uchwyt 200 jest specjalnie wykonany i przystosowany do gięcia wyrobów metalowych o przekroju w kształcie litery U (z kołnierzami lub bez nich) o wymiarach, kształtach i wadze typowych prostoliniowych elementów szynowych. Na początku, i jak widać na fig. 5b, prostoliniowy szynowy element ramy 210, przykręca się śrubami do stacjonarnej podpory 204 i każdego ramienia 206 i 208. Mówiąc bardziej szczegółowo, i jak pokazano na fig. 5d, w skład stacjonarnej podpory 204 oraz każdego ramienia 206,208 wchodzi urządzenie zaciskowe 201, zawierające pierwszy uchwyt 212, przystosowany do podpierania dolnej ścianki poziomej 174 i pionowej ścianki 170 prostoliniowego elementu szynowego 210. Po zamontowaniu prostoliniowego, wyprofilowanego rolkowo, szynowego elementu ramy w pierwszym uchwycie 212, wsuwa się pewną liczbę klinów 216,218 i 220 do środka mającego przekrój w kształcie litery U szynowego elementu ramy. Mówiąc bardziej szczegółowo, najpierw wkłada się bocznie zewnętrzne kliny 216 i 220 do wewnętrznych powierzchni ograniczających ścianek szynowego elementu ramy (np. przemieszczając z lewa na prawo na fig. 5b, po czym wciska się pomiędzy zewnętrzne kliny 216,220 klin centralny 218, odsuwając w ten sposób zewnętrzne kliny 216,220 od siebie i doprowadzając do w zasadzie ciągłej ich styczności z wewnętrznąpowierzclmiąpoziomych ścianek 122,174 i pionową ścianką 170. Klin centralny 218 może stykać się również ze ścianką pionową 170. Na końcu, mocuje się drugi uchwyt 222 za klinami 216,218,220 do jego zetknięcia się z zewnętrznymi powierzchniami kołnierzy 176, 178 i zewnętrzną powierzchnią górnej poziomej ścianki 172. Dzięki takiej konstrukcji szynowy element ramyjest w zasadzie zablokowany na wszystkich powierzchniach zaciśniętych pomiędzy stałąpodporą204 i każdym z ramion 206 i 208. Zablokowanie tych powierzchni zapobiega znaczniejszemu wybaczaniu, skręcaniu lub innym niepożądanym odkształceniom szynowego elementu ramy o przekroju poprzecznym w kształcie litery U podczas procesu gięcia.

W celu wygięcia prostoliniowego elementu szynowego ramy o przekroju poprzecznym w kształcie litery U, ramiona 206 i 208 obracająsię (w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara) na fig. 5c wokół odpowiednich osi 226 i 228, za pomocą siłowników hydraulicznych lub innych.

Należy spodziewać się, że w wyniku gięcia pokazanego na fig. 5a - 5d, i w sposób opisany powyżej podczas omawiania fig. 2a, ustawienie ziaren metalu w gotowym szynowym elemencie 36 ramy jest w zasadzie inne. A dokładniej mówiąc, należy oczekiwać, że na zewnętrznych częściach łuku ziarna metalu są do pewnego stopnia rozciągnięte, natomiast na częściach wewnętrznych łuku są one do pewnego stopnia ściśnięte lub zagęszczone. Całe rozciąganie lub ściskanie odbywa się w obszarach pomiędzy znajdującymi się w pewnych odległościach od siebie miejscami, w których szynowy element ramy jest przykręcony śrubami i zaciśnięty za pomocą odpowiednich urządzeń zaciskowych 201, osadzonych na stałej podporze 204 i ramionach 206,208.

177 678

Rozciąganie i ściskanie metalu, np. w poziomych ściankach 122,174, jest zupełnie inne niż to, jakie występuje podczas tłocznego formowania szynowego elementu ramy o przekroju w kształcie litery U, ponieważ podczas tłoczenia ścianki poziome nie sąwyginane, rozciągane ani ściskane.

Na figurach 6a - fig. 6f pokazano sposób formowania rurowych, szynowych elementów 20 ramy przedniej przedniego modułu 18 ramy. Jak widać na fig. 6a, wstępnie wygięty półwyrób rurowy 300 wkłada się pomiędzy współpracujące ze sobąpołówki 302 i 304 formy. Półwyrób ten można wykonać dowolną znaną techniką. Korzystnie, półwyrób można wykonać techniką walcowania blachy do postaci całkowicie zamkniętego przekroju rurowego, który potem spawa się spoiną wzdłużną. Przeważnie, rurowy element 300 wygina się wstępnie mechanicznie, na przykład za pomocą trzpieni w giętarce CNC (sterowanej numerycznie za pomocą komputera). Po włożeniu rurowego elementu 300 do formy, do jego przeciwległych końców 306 podłącza się i uszczelnia przewody 308 urządzenia do formowania hydrodynamicznego. Po dosunięciu połówek 302 i 304 formy do siebie, rurowy profil 300 nieco odkształca się, na przykład do owalnego, co pokazano na fig. 6d.

Następnie wlotami 308 doprowadza się do środka półwyrobu rurowego 300 wodę pod wysokim ciśnieniem, na przykład rzędu 10 000 atmosfer. Wskutek tak wysokiego ciśnienia rurowa struktura rozszerza się do zetknięcia z wewnętrznąpowierzchnią310 ograniczającą gniazdo matrycy. W rezultacie, rurowa struktura przybiera kształt wewnętrznej powierzchni 310, co pokazano na fig. 6f.

Po doprowadzeniu płynu pod wysokim ciśnieniem do środka rury, otwory wlotowe do formowania hydrodynamicznego 308 przesuwają się w kierunku przeciwległych końców 306 rury, kompensując grubość ścianki blachy w miarę jej rozszerzania się do styczności z wewnętrznąpowierzchnią 310 matrycy. Zapobiega to pęknięciu rury 300.

Jak widać, podczas wspomnianego powyżej procesu kształtowania hydrodynamicznego, zmienia się ilość metalu na jednostkę długości rury. Bardziej dokładnie, w miarę rozszerzania się liniowego obwodu zewnętrznego metal przemieszcza się z części bocznych tak, że grubość ścianki utrzymuje się na poziomie +/- 10% grubości półwyrobu wyjściowego. W obszarach o najbardziej intensywnym rozszerzaniu, obwód zewnętrzny zwiększa się o więcej niż 10%, natomiast grubość ścianki utrzymuje się w zakresie +/- 10%. Korzystnie, szynowe elementy ramy przedniej mają największy obwód (więcej metalu na jednostkę długości) w miejscach, które muszą być najbardziej wytrzymałe. Przykładowo, na fig. 1 można zobaczyć, że rurowe elementy szynowe 20 ramy przedniej mają największy obwód w miejscu znajdującym się w przybliżeniu w przednich łukach do montażu zawieszenia oraz sąsiednich wsporników montażowych 28 silnika.

Figura 7 jest w zasadzie podobna do fig. 6e, ale widać na niej inny układ zespołu formy do kształtowania hydrodynamicznego i rurowych elementów przednich podłużnie bocznych. Na fig. 7 można zobaczyć, że wewnętrzne powierzchnie gniazda 408 formy są pofałdowane lub w inny sposób uformowane. W takim układzie formuje się element rurowy o kształcie, powodującym kurczenie się osiowe przy prawie stałych siłach. Po ostatecznym połączeniu przedniego końca 410 rurowego elementu z przednim zderzakiem samochodu, układ ten pracuj e w taki sposób, że korzystnie, poprawia charakterystyki pochłaniania wstrząsów zespołu ramy w razie zderzenia czołowego.

Stosowaną tu technikę kształtowania hydrodynamicznego omówiono szczegółowo w takich publikacjach, jak „Industrieanzeiger” Nr 20 z 9 marca 1984; oraz „Metallumformtechnik”, wydanie 1D/91, zp. 15 ff: A. Ebbinghaus: „Precision Workpieces inLight Construction, Manufactured Through Intemal High Pressure Mouldings”; oraz„WerkstattundBetrieb” 123 (1990), 3, P. 241-243: A. Ebbinghaus: „Economic Construction with Intemal High Pressure Moulded Precision Workpieces”: oraz„WerkstattundBetrieb” 122(1991), 11 (1989), P. 933-938, do których to publikacji tu odsyłamy.

Wynalazek szczegółowo opisano i pokazano na rysunkach, które należy traktować jako ilustrujące, a nie ograniczające, przy czym rozumie się samo przez się, że opisano i pokazano tylko pewien przykład wykonania wynalazku, w związku z czym ochronie podlegają wszystkie zmiany i modyfikacje, pokrywające się z istotą i zakresem określonymi w załączonych zastrzeżeniach.

177 678

400

404

410 m 678

177 678

226 m 678

m 678

177 678

170

177 ⁶7s

177 678

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Zespół ramy szynowej do pojazdów samochodowych, zawierający tylny moduł ramy w skład którego wchodzi para równoległych szynowych elementów ramy tylnej połączonych ze sobą zespołem poprzeczek; centralny moduł ramy zawierający parę w przybliżeniu równoległych elementów szynowych ramy centralnej połączonych ze sobą zespołem poprzeczek centralnych, przy czym każdy ze wspomnianych elementów ramy centralnej ma przekrój poprzeczny zbliżony kształtem do litery U, na który składa się pionowa ścianka i para skierowanych na zewnątrz, w przybliżeniu równoległych poziomych ścianek wychodzących z przeciwległych końców ścianki podstawowej, przy czym każdy z elementów ramy centralnej, mających przekrój poprzeczny w kształcie litery U, jest wygięty pomiędzy dwoma, usytuowanymi w odstępie od siebie granicznymi punktami elementu szynowego, oraz przedni moduł ramy, zawierający parę w przybliżeniu równoległych, rurowych elementów szynowych ramy przedniej, połączonych ze sobą zespołem poprzeczek przednich, znamienny tym, że odcinek poziomej ścianki (172) umieszczonej najednym końcu pionowej ścianki (170) usytuowany pomiędzy punktami granicznymi elementu szynowego (36) zawiera pomiędzy tymi punktami ziarna metalu rozciągnięte, zaś odcinek drugiej poziomej ścianki (174) umieszczonej na przeciwległym końcu pionowej ścianki (170) usytuowany pomiędzy punktami granicznymi elementu szynowego (36) zawiera pomiędzy tymi punktami ziarna metalu ściśnięte, natomiast pionowa ścianka (170) posiada pomiędzy tymi punktami granicznymi ziarna metalu rozciągnięte, przy czym część ścianki pionowej (170) leżąca bliżej poziomej ścianki (172) jest bardziej rozciągnięta niż część ścianki pionowej (170) leżąca bliżej poziomej ścianki (174), natomiast każdy z elementów (20) przedniego modułu (18) posiada część przedniąo na przemian rosnącej i malejącej średnicy zewnętrznej, zaś przedni moduł (18) ramy i tylny moduł (14) ramy są sztywno przymocowane do przeciwległych końców centralnego modułu (16) ramy.
2. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że maksymalna wielkość rozciągnięcia cieńszego fragmentu (180) pionowej ścianki (170) znajduje się w przybliżeniu w środkowym punkcie, pomiędzy dwoma granicznymi punktami elementu szynowego (36).
3. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy z rurowych elementów szynowych (20) ramy przedniej ma przekrój poprzeczny zbliżony do prostokątnego.
4. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy z elementów (36) modułu centralnego (16) posiada parę kołnierzy (176,178), z których każdy wystaje z końców poziomych ścianek (172,174) w kierunku przeciwnym do pionowej ścianki (170).
5. Zespół według zastrz. 4, znamienny tym, że poza granicznymi punktami elementu szynowego (36) kołnierze (176, 178) są usytuowane równolegle do pionowej ścianki (170), natomiast pomiędzy granicznymi punktami elementu szynowego (36) jeden z kołnierzy (176) jest skośnie wygięty względem ścianki pionowej (170).
6. Zespół według zastrz. 5, znamienny tym, że przednie końce (54) każdego z elementów szynowych (36) ramy centralnej są wykonane bez kołnierzy.
7. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że przekrój poprzeczny każdego z rurowych elementów szynowych (20) modułu przedniego (18) jest zmienny na długości elementu szynowego (20), przy czym dla danej części każdego elementu rurowego (20) przedniego modułu (18) jej liniowy obwód zewnętrznyjest o 10% większy w stosunku do pozostałych części elementu rurowego (20), z równoczesnym utrzymaniem grubości ścianki tych pozostałych części elementu rurowego (20) w przedziale +/-10%.

177 678
8. Zespół według zastrz. 7, znamienny tym, że pomiędzy końcami rurowych szynowych elementów (20) ramy znajdują się odcinki łukowe do mocowania zawieszenia pojazdu, i pomiędzy obszarami wyznaczającymi wspomniane odcinki łukowe znajduje się z góry określona część wspomnianych rurowych elementów szynowych ramy, zwiększona o 10%.
9. Sposób wytwarzania zespołu ramy do pojazdów samochodowych, polegający na formowaniu tylnego modułu ramy, przedniego modułu ramy i centralnego modułu ramy z parą centralnych podłużnie ramy, sztywno mocujących przedni moduł ramy i tylny moduł ramy do przeciwległych końców centralnego modułu; znamienny tym, że każdy z elementów (36) centralnego modułu (16) formuje się w ten sposób, że: przemieszcza się arkusz (108) blachy przez szereg współpracujących ze sobą wałków (112), tak ukształtowanych i rozmieszczonych, aby stykały się tocznie z przeciwległymi stronami arkusza (108) wyginając arkusz (108) i nadając mu w przekroju poprzecznym kształt litery U mającym pionową ściankę (170) i parę wystających na zewnątrz ścianek poziomych (172, 174), wychodzących z przeciwległych końców pionowej ścianki (170); po czym gnie się arkusz (108), wyginając pionowąściankępodstawową(170) wjej płaszczyźnie rozciągając jej ziarna metalu, z równoczesnym rozciąganiem jednej z poziomych ścianek (172) i jej ziaren metalu oraz ściskaniem przeciwległej do niej poziomej ścianki (174) i jej ziaren metalu, natomiast każdą z podłużnie bocznych ramy przedniej (20) modułu przedniego (18) formuje się poprzez profilowanie za pomocą walców i spawanie arkusza blachy do uzyskania metalowego elementu rurowego (300); po czym umieszcza się metalowy element rurowy w gnieździe formy tłocznej (302, 304), której powierzchnia wewnętrzna (310) wyznacza kształt wspomnianego gniazda; i doprowadza się do wnętrza wspomnianego elementu rurowego płyn o ciśnieniu wystarczającym do rozszerzenia tego elementu rurowego do zetknięcia się z wewnętrzną powierzchnią formy (302,304) i element rurowy przyjmuje kształt zbliżony do kształtu gniazda formy (302, 304).
10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że w etapie gięcia łączy się wewnętrzną i zewnętrzną powierzchnię układu o przekroju w kształcie litery U z blachy z urządzeniem do gięcia (200) w punktach granicznych leżących w pewnej odległości od siebie, a następnie przemieszcza się urządzenie do gięcia (200), w styku z tymi powierzchniami i pionowa ścianka (170) oraz poziome ścianki (172,174) wygina się w miejscach leżących pomiędzy tymi punktami granicznymi.
11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że w etapie łączenia sztywno sprzęga się zewnęttranąpowierzchnię elementu o przekroju w kształcie litery U, w tym zewnętrznej powierzchni pionowej ścianki (170) i zewnętrznych powierzchni każdej z poziomych ścianek (172,174), z zespołem uchwytowym ścianki wewnętrznej (212,222) urządzenia do gięcia (200) w leżących w pewnych odstępach od siebie, punktach granicznych, a następnie przemieszcza się sztywne kliny (216,218,220) urządzenia do gięcia (200) poprzecznie do środka tego elementu oraz mocuje się sztywno w leżących w odstępach od siebie, punktach granicznych z wewnętrzną powierzchnią elementu o przekroju w kształcie litery U z blachy, w tym z wewnętrzną powierzchnią ścianki (170) i wewnętrznymi powierzchniami każdej z poziomych ścianek (172,174).
12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że w etapie łączenia sztywno sprzęga się powierzchnię zewnętrznych kołnierzy (176, 178) elementu w kształcie litery U z zespołem uchwytowym (212,222) ścianki zewnętrznej urządzenia do gięcia (200) w, leżących w odstępie od siebie, punktach granicznych, a następnie sztywno sprzęga się powierzchnie wewnętrzne tych kołnierzy ze sztywnymi klinami (256,218,220) urządzenie do gięcia (220) w tych punktach granicznych.
13. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że w punktach granicznych leżących w pewnej odległości od siebie sprzęga się uchwyt nieruchomy i uchwyt ruchomy zespołu uchwytowego (212,222) z powierzchniami zewnętrznymi elementu o przekroju w kształcie litery U, zaś kliny (216, 218, 220) sprzęga się z powierzchniami wewnętrznymi elementu o przekroju w kształcie litery U w, leżących w odstępie od siebie, miejscach, znajdujących się naprzeciwko uchwytu stałego i uchwytu ruchomego, natomiast w etapie gięcia przemieszcza się ramię (206, 208) urządzenie do gięcia (200), przesuwając uchwyt ruchomy i kliny (216,218,220) naprzeciwko niego względem uchwytu nieruchomego i elementów klinowych naprzeciwko niego i wygina

177 678 się ściankę pionową(170) w przybliżeniu w jej płaszczyźnie, w miejscach pomiędzy wspomnianymi punktami granicznymi, przy czym jedną z poziomych ścianek (172) rozciąga się, a przeciwległą poziomą ściankę (174) ściska się w miejscu znajdującym się pomiędzy wspomnianymi punktami granicznymi.
14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że przy przemieszczaniu ramienia (206, 208) podczas zginania jeden z kołnierzy (176) biegnących od zewnętrznej, jednej z poziomych ścianek (172), przemieszcza się na zewnątrz od pionowej ścianki (170) tak, że kołnierze (176, 178) nie są skierowane ku sobie.
15. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto prowadzi się etap wymuszania skierowanego do wewnątrz ruchu przeciwległych końców (306) elementu rurowego (300) w przybliżeniu ku sobie, podczas doprowadzania wspomnianego płynu do elementu rurowego (300).
16. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto prowadzi się etap gięcia elementu rurowego (300) przed umieszczeniem go w gnieździe formy do tłoczenia.
17. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w etapie formowania tylnego modułu szynowego ramy (14) przemieszcza się arkusz blachy pomiędzy współpracującymi ze sobą tłocznymi ukształtowanymi matrycami sprzęganymi dociskowo z przeciwległymi bokami znajdującego się pomiędzy nimi arkusza blachy i wygina się arkusz w element o przekroju poprzecznym, maj ącym w przybliżeniu kształt litery U z pionową ściankąi parąbiegnących na zewnątrz ścianek poziomych, wychodzących z przeciwległych końców pionowej ścianki.
18. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że w etapie sztywnego mocowania usuwa się kołnierze (176,178) na końcach (54) elementów (36) ramy centralnej i przemieszcza się końce (56) rurowych elementów bocznych (20) ramy przedniej w kierunku w przybliżeniu ortogonalnym do powierzchni wewnętrznej ścianki pionowej, do chwili sprzężenia końców (56) rurowych elementów bocznych (20) ramy przedniej z powierzchniami wewnętrznymi elementów (36) ramy przedniej na jej końcu (56) z usuniętymi kołnierzami (176, 178), a następnie spawa się końce (56) podłużnie bocznych (20) ramy przedniej z powierzchniami wewnętrznymi elementów (36) ramy centralnej.
19. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w etapie sztywnego mocowania spawa się moduł szynowy (18) ramy przedniej i modułu szynowego (14) ramy tylnej z przeciwległymi końcami modułu szynowego (16) ramy centralnej.
20. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto prowadzi się etap zmiany ilości metalu najednostkę długości elementu rurowego (300), w miarę rozszerzania tego elementu rurowego.
21. Sposób według zastrz. 20, znamienny tym, że ponadto prowadzi się etap rozszerzania liniowego obwodu zewnętrznego wspomnianego elementu rurowego (300) w jego z góry ustalonych częściach, w stopniu większym niż 10% początkowego liniowego obwodu zewnętrznego, z równoczesnym utrzymaniem grubości ścianki w przedziale +/-10% jej grubości początkowej.