CN101421614A - 用于测试金属涂层的质量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定金属基体特别是钢或钢合金基体的金属表面的质量的方法，以及一种用于确定金属基体的金属表面的质量的装置，所述装置模具(5)、板架(8)和冲模(1)，用所述冲模使基体变形，以便产生一拉延的测试面。本发明的目的是提供用于确定金属基体上的金属涂层的质量的此类方法和此类装置，借其可以依据特定用途特别是考虑随后的变形来检测金属涂层的质量，针对这种方法，上述目的是通过下述方式实现的，至少在一个测试面的区域中使所述基体变形，其中，所述基体在所述测试面区域中的主要及额外形变采用与基体后来的用途有关的、预先确定的值，以及，在变形之后检测所述测试面的金属表面的质量。

Description

用于测试金属涂层的质量的方法和装置

本发明涉及一种用于确定金属基体特别是钢或钢合金基体的金属表面的质量的方法，以及一种用于确定金属基体的金属表面的质量的装置，此装置包括模具、板架和冲模，用该冲模使基体变形，以便产生一拉延的测试面。

在汽车制造中经常要用到板材，所述板材被涂层，以实现某种特性，例如达到尽可能好的耐腐蚀性。在变形过程之前，经常将涂层以带或板的方式应用于基体，因而不仅金属本身而且其涂层必须具有较好的变形特性。这种涂层的典型例子是钢件的热镀锌，例如用于小汽车的车身壳体。其中，涂层的质量取决于许多不同的参数，因而在初步阶段即例如在基体进入车身部件的后续处理之前，就希望对表面质量进行检测。然而，由于常常直到将板材成型为产品时才出现例如轧制缺陷，因而类似的问题还涉及未涂层的板材，例如薄板。在这种情况下，也希望在进一步考虑板材变形的基础上对表面质量进行检测。

由现有技术已知多种用于测试金属基体的表面状况的方法。例如，从DE10111296A1已知通过评价平面制品的表面的电子图像来检查平面制品的表面质量。用已知的方法不能得到变形过程是否适于表面和/或涂层的信息。

基于此，本发明的目的是提供一种用于确定金属基体上的金属涂层的质量的此类方法以及此类装置，通过该方法和装置，可以依据特定用途，特别是考虑随后的变形，来检测金属涂层的质量。

根据本发明的第一个教导，上述目的是通过这样的方法实现的，即，至少在一个测试面的区域中使所述基体变形，其中，所述基体在所述测试面区域中的主要及额外形变采用与基体后来的用途有关的、预先确定的值，以及，在变形之后检测所述测试面的金属表面的质量。

业已表明，例如在车辆的不同区域中使用的板件在生产过程中要经受不同程度的变形。例如，汽车车顶结构的金属基体遭受相对较小的、大约1-2％的主要形变。而当生产汽车的侧板的板件时，典型地出现约5％的主要形变。当生产汽车的发动机罩部件时，例如，经常是约3％的主要形变。现在，通过根据本发明的方法，以可控的方式模拟在后续加工过程中出现的主要及额外形变，然后，关于金属表面的质量，对包括相应的主要及额外形变的测试面进行检测。以光学方式特别是使用显微镜或其它光学和/或光电装置来检测测试面的金属表面。与由现有技术已知的方法不同，根据特定用途来确定表面的质量，即例如金属基体是否可以经受一定的变形而在金属表面中未出现缺陷。因而，原则上，可以使金属基体指定配置于不同的变形要求，并且最小化在生产车辆的结构部件时的废品率。

优选地，根据本发明的方法的第一个实施方式，例如在具有冲模的材料变形工具中拉延基体，并且通过深冲深度调整主要形变，因而可以以简单的方式将主要形变可复制地引入到金属基体中。

可以通过下述方式来确定用于汽车的车身壳体部件的金属基体的金属表面的质量：在测试面的区域中，基体的主要形变最大为7％，因为这是生产期间汽车的车身壳体部件的主要形变的、典型的最大值。

如果测试面区域中基体的额外形变在-2％至+2％之间，则额外形变也位于典型地用于特定用途的范围内。在确定金属表面的质量时，将额外形变设定为大约0％，以便在确定金属基体的表面质量时获得特别接近于实际的测试结果。

根据本发明的方法的进一步改进的实施方式，由于测试面在变形之后被磨光的事实，因而可以更容易地识别金属基体表面上的可能的缺陷。特别是，通过磨光测试面，可以使得由生产过程所造成的金属表面上的缺陷能被看见。

优选地，作为基体，使用具有1.5mm最大厚度、优选0.3mm至1mm厚度的以及最大500MPa强度、优选140至500MPa的板，这是由于当它们用作车辆结构中的车身壳体部件时具有特别好的特性。

根据本发明的方法特别适于检测金属涂层特别是电流(电解)镀锌的或热镀锌的涂层。因此，如上所述，经涂层的基体优选用在车辆结构中的车身壳体部件。

根据本发明的第二个教导，上述目的是通过这样的装置实现的，即，冲模形成为，在变形的基体的测试面的区域中，主要形变最大为7％，额外形变在-2％至+2％之间，优选接近0％。通过根据本发明设计的冲模，在考虑用途的情况下，例如作为汽车的车身壳体部件，在测试面中产生特定的主要形变，其允许接近于实际地确定金属涂层的质量，特别是考虑到对基体的进一步加工处理。

优选地，冲模具有至少400mm的长度和至少250mm的宽度，以便产生尽可能大的测试面。测试面要适配于金属基体在其应用于车辆结构中时的具体使用尺寸，从而，确定测试面的金属涂层质量就能代表性地说明整个金属基体的涂层质量。

根据本发明的装置的进一步改进的实施方式，通过下述措施准确地预先确定主要形变的方向，即，冲模具有一个朝主要形变的方向有曲率的正面，该曲率有500至2000mm优选1000mm的曲率半径。在变形期间，特别是在拉延过程期间，通过冲模正面的曲率准确地确定了主要形变。由于有大的曲率半径，主要形变在整个测试面上非常均匀地作用。

如果在冲模的正面和冲模的两个横向于主要形变方向延伸的侧面之间的边缘半径为20至80mm，优选40mm，则附加地有助于基体材料在主要形变方向上流动。因此，测试面在其相应的边界区域也具有通过深冲深度调整的主要形变。

而额外形变则通过下述措施受到限制，即，在冲模的正面和冲模的两个平行于主要形变方向延伸的侧面之间的边缘半径在2至10mm之间，优选为5mm。尖锐的边缘半径基本上能阻止在额外形变方向上亦即横向于主要形变方向的流动。因此，以简单的方式永久地预先确定了主要形变以及额外形变。

为了减少矩形形式的冲模对测试面的影响，在冲模侧面之间的边缘具有从50至100mm、优选70mm的边缘半径。

在拉延过程期间参与变形的金属基体的区域优选通过下面的措施进行限定：模具具有两个折筋，所述折筋垂直于主要形变的方向延伸并且布置在模具凹槽的两侧，该折筋也称作拉延筋。折筋抑制了基体在折筋外侧对于形变可能存在的贡献(影响)，因而能使主要形变在整个测试面上几乎恒定。

最后，如果可以永久地调定不同的深冲深度，则是有利的。通过可永久调定的深冲深度，能够针对特定应用来控制变形，并且将其可复制地引入金属基体，从而，例如对于车辆结构中的不同使用区域，可以分别永久地预置一种深冲深度。

对于本发明方法以及本发明装置的改进和开发，存在着多种可能性。就此而言，一方面参照从属于权利要求1和8的各项权利要求，另一方面结合附图参照针对本发明装置的示范性实施方式的描述，其中：

附图1a)表示根据本发明装置的示范性实施方式的冲模的俯视图，

附图1b)表示附图1的示范性实施方式的冲模的透视图，

附图2表示附图1的根据本发明装置的示范性实施方式的模具，以及

附图3表示附图1的根据本发明装置的示范性实施方式的板架。

附图1a)示出根据本发明的用于确定金属基体的金属涂层的质量的装置的示范性实施方式的冲模1的俯视图。其中，该冲模1以下述方式设计，即，当拉延金属基体时，冲模的正面2产生一个具有最大7％的主要形变的测试面。一方面，冲模1的侧边3、4具有不同的曲率半径，以便影响材料实质上在主要形变方向上的流动特性。另一方面，在本实施方式中，侧边4的半径为5mm，因而，基体的材料实质上被阻止流过边缘半径而产生额外形变。而冲模1的侧边3的边缘半径则要大得多，这里例如是40mm，以便允许基体的材料流过侧边3。这样，测试面的主要形变方向特别是连同正面2的曲率半径R₃是预先确定的。因此，在拉延过程期间，在测试面的整个区域上材料的延伸小于7％。

这里，冲模的长度和宽度分别是540或320mm，以便获得关于金属涂层表面检测的有代表性的结果。在冲模侧面之间的角部半径R₄优选为70mm，以便最小化由冲模1的角部产生的在测试面区域内的应变。

在附图1b)的冲模1的透视图中，显然，冲模1的曲率半径R₃(它优选在500至2000mm之间，在当前的情况下是1000mm)以较大的边缘半径向冲模1的侧面3过渡。这种过渡确实地影响了金属基体的拉伸特性，因而，从冲模1的侧边3到测试面2本身几乎没有对主要形变的影响或改变。最终的结果是：测试面2(其对应于冲模1的正面)在一个方向上在几乎整个区域上具有恒定的主要形变。

现在，附图2表示了与冲模1相配的模具5的俯视图。可以清楚地看到，有两个折筋6平行于模具的凹槽，其在拉延过程期间可防止过多的材料从更远的区域流入拉延区域中。折筋6改善了测试面上主要形变的均匀性，这是因为其控制了材料从金属基体的更远的区域回流。类似于冲模的角部半径R₄，模具5具有同样优选为70mm的角部半径R₅。为了能确定地调整在测试面区域中的主要形变，模具5在凹槽7的纵侧具有例如15mm的边缘半径R₆。一方面，该边缘半径能够支持折筋的作用效果，但还允许金属基体的材料流动，特别是在金属基体具有从0.3至1.5mm的厚度的情况下。凹槽横边的边缘半径R₇可以选择得更大，例如为25mm，因为应该充分防止金属基体在凹槽横边处的撕裂。

现在，附图3示出了板架8，其具有凹槽9，该凹槽具有匹配于冲模几何结构的尺寸。凹槽9的角部半径R₈也适配于冲模1的几何形状并且例如同样是70mm。

Claims (15)

1.用于确定金属基体特别是钢或钢合金基体的金属表面的质量的方法，其特征在于，至少在一个测试面的区域中使所述基体变形，其中，所述基体在所述测试面区域中的主要及额外形变采用与基体后来的用途有关的、预先确定的值，以及，在变形之后检测所述测试面的金属表面的质量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在一种具有冲模的材料变形工具中拉延所述基体，并且通过深冲深度调整所述主要形变。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述基体在所述测试面区域中的主要形变最大为7％。

4.根据权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于，所述基体在所述测试面区域中的额外形变在-2％至+2％之间，优选接近0％。

5.根据权利要求1至4之任一项所述的方法，其特征在于，在变形之后磨光所述测试面。

6.根据权利要求1至5之任一项所述的方法，其特征在于，作为基体，使用具有1.5mm最大厚度、优选0.3mm至1mm厚度以及最大500Mpa强度、优选140至500MPa强度的板。

7.根据权利要求1至6之任一项所述的方法，其特征在于，对一金属涂层特别是电流镀锌的或热镀锌的涂层的表面进行测试。

8.用于确定金属基体的金属表面的质量的装置，特别用于实施根据权利要求1至7所述的方法，所述装置包括模具、板架和冲模，用所述冲模使基体变形，以便产生一拉延的测试面，其特征在于，所述冲模(1)形成为，在变形的基体的测试面区域中，主要形变最大为7％，并且额外形变在-2％至+2％之间，优选接近0％。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述冲模(1)具有至少400mm的长度和至少250mm的宽度。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述冲模(1)具有一个朝主要形变的方向有曲率的正面(2)，所述曲率有500至2000mm优选1000mm的曲率半径(R₃)。

11.根据权利要求8至10之任一项所述的装置，其特征在于，在所述冲模(1)的正面(2)和所述冲模的两个横向于主要形变方向延伸的侧面(3)之间的边缘半径(R₂)为20至80mm，优选40mm。

12.根据权利要求8至11之任一项所述的装置，其特征在于，在所述冲模(1)的正面(2)和所述冲模的两个平行于主要形变方向延伸的侧面(4)之间的边缘半径(R₁)在2至10mm之间，优选为5mm。

13.根据权利要求8至12之任一项所述的装置，其特征在于，在所述冲模(1)的侧面(3，4)之间的边缘具有50至100mm优选70mm的角部半径(R₄)。

14.根据权利要求8至13之任一项所述的装置，其特征在于，所述模具(5)具有两个折筋(6)，所述折筋横向于所述主要形变的方向延伸并且布置在所述模具的凹槽(7)的两侧。

15.根据权利要求8至14之任一项所述的装置，其特征在于，可以永久地调定不同的深冲深度。

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