CN101676415B - 热成形的型材 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生产金属型材(40)的方法，其中金属部件由半成品或毛坯通过热成形和加压硬化处理而生产，并且金属部件沿着至少一个弯曲边(8)弯曲。根据本发明，弯曲被简化，因为金属部件在成形之前沿着至少一个弯曲边(8)被加热成使得在加热之后被加热的区域的强度降低。本发明还涉及一种通过该方法生产并且具有至少一个弯曲边(8)的金属型材(40)，金属型材在所述至少一个弯曲边(8)处的强度降低。另外，本发明涉及本发明的金属型材在机动车车身中的用途，其特别地用作A柱和/或B柱。

Description

热成形的型材

技术领域

本发明涉及一种生产金属型材(profile)的方法，在所述方法中，金属部件由半成品或毛坯通过热成形和加压硬化(press hardening)处理而生产，并且沿着至少一个弯曲边弯曲金属部件。本发明还涉及一种根据所述方法生产并具有至少一个弯曲边的金属型材，以及所述金属型材在机动车车身中的用途。

背景技术

在许多应用领域中，尤其在汽车工业中，使用高强度金属部件，以得到尽可能薄的、从而重量尽可能轻质的具有同样强度特性的产品。例如，侧门防撞梁以及A柱或B柱加强件由高强度合金钢或最大强度合金钢(maximum strength steel alloy)生产，由此热成形的、可热处理的钢(例如锰硼钢)的使用日益增加。这些合金钢必须经受热成形，随后在工具中冷却，以得到尽可能高的硬度。在这种情况下，特别优选的方法是热成形和加压硬化处理。借助这种方法，优选地由可热处理的钢制成的半成品或毛坯通过被加热到例如900℃至1000℃的温度并通过热加压和成形而转化为奥氏体微观结构范围(austeniticmicrostructure range)内。随后，加压的零件(仍然在工具中)被淬火到100℃至200℃之间的温度，由此得到马氏体结构，从而得到通常完全高强度的部件。然而，不利的是，当使用这些部件时，由于高强度，仅在做出非常高的努力的情况下才能进行进一步的成形处理，而且仅达到有限的程度以及有限的精度。此外，当使用由可热处理的钢制成的金属型材时，常常期望的是，最优地构造或精确地控制例如机动车的侧门防撞梁或B柱的变形特性。

专利说明书DD 253 551 A3公开了一种用于使由碳钢制成的工件局部地退火的方法，其中通过在从马氏体转变的开始点直至回火温度的温度范围内持续加热工件并随后通过激光将表面局部加热到相变温度以上，而使被加热区域的硬度降低并使被加热区域的塑性增加。

发明内容

基于上述现有技术，本发明的目的是提供一种生产金属型材的方法，所述方法能够以较低的成本生产高强度的金属型材。另外，本发明的目的是制造能够经济地生产的有用的金属型材。此外，将提出金属型材的有利用途。

根据本发明的第一教导，通过下述方式实现上述目的：金属部件在成形之前至少部分地沿着至少一个弯曲边被加热成使得在加热之后被加热的区域中的强度降低。

结果是，通过将经过热成形和加压硬化的金属部件的弯曲边局部加热到优选为相变温度以上的温度，例如奥氏体成形温度，弯曲边处的强度可以降低为使得能够以很小的努力在很大的范围内在弯曲边处成形金属部件。由于弯曲边被加热到相变温度以上的温度，经过热成形和加压硬化的金属部件的主要马氏体结构转变成奥氏体微观结构。因而，在冷却之后，该区域可以呈现出例如具有降低的强度的非马氏体结构。这些区域然后可以用作弯曲边。

具有非常高的强度或刚度的金属型材可以通过如下方式根据本发明的方法的另一个实施例实现：半成品或毛坯基本由高强度钢或最大强度钢构成，优选地由锰硼钢构成。另外，以通常的方式弯曲由这些钢制成的金属部件尤其是有问题的，所以根据本发明通过加热来弯曲金属部件更简单且能够实现改进的成形，并且首次使得某些特殊成形处理成为可能。

根据本发明的方法的另一个实施例，可以通过用激光束加热至少一个弯曲边而得到特别窄的弯曲边。窄的弯曲边使得金属型材的强度仅在弯曲边处的非常小的区域内降低，从而使总体上整个金属型材具有非常高的强度或相应的刚度。用激光束加热的另一个优点是能够非常精确地调节和控制激光束，从而可以在弯曲边处非常准确地加热金属部件。因而，也可以想到的是，不连续地加热弯曲边，而仅是间断地加热弯曲边，以得到强度甚至更高的金属型材。

根据本发明的方法的另一个实施例，金属部件沿着至少一个弯曲边弯曲成使得至少部分地封闭的金属型材通过弯曲而生产。弯曲例如可以以如下方式进行，即：金属部件的被至少一个弯曲边分开的至少两个区域在设计为接触边的接触区域处聚集在一起。具体地，金属部件的外部区域可以弯曲成使得金属部件的两个相反的边邻接在一起。因而，可以生产例如管状的、无凸缘的金属型材。通过将金属部件的两个接触区域布置成相互重叠产生了另一种可能性，使得这些区域相互面面接触。与开口的金属型材相比，部分封闭的金属型材呈现出更高强度或刚度。然而，本发明的金属型材并不局限于封闭的形式。也可以想到的是，金属型材在成形之后具有开口的形式，所述开口的形式例如在某些应用中在几何方面是有利的。

本发明的方法的另一个实施例的特征在于，金属部件呈基本W形的截面，其中可选择地至少一个弯曲边布置在截面的大致中心上。由于仅通过在一个弯曲边处弯曲就已经可以实现封闭，所以金属部件的W形的截面例如允许以简单的方式生产封闭的金属型材。弯曲边在截面的中心上的布置是特别有利的，这是由于弯曲边基本布置在金属部件的中心上并因此金属部件的两侧具有可比较的强度。由于通过这种布置，强度降低的区域(即，弯曲边的区域和接触区域)没有封闭在一起，因此，这个实施例尤其适用于生产特别稳定的封闭的金属型材。在这种情况下，金属部件可以设计成镜像对称的，特别是关于与弯曲边相交的面呈镜像对称。如果弯曲边没有布置在截面的中心上，例如可以生产具有弯曲和焊缝的不对称布置的封闭的金属型材。因此，这些金属型材将具体地适用于金属型材的用途。

根据本发明的方法的另一个实施例实现了金属型材的提高的稳定性，其中，金属型材的被至少一个弯曲边分开的至少两个区域至少部分地牢固(positively)结合在接触区域中，特别是使用激光束焊接而至少部分地牢固结合在接触区域中。牢固结合的金属型材呈现出部分封闭的腔体，所述部分封闭的腔体提供特别高的抵抗弯曲力的能力。在这种情况下，牢固结合的连结部可以布置在设计为接触边或接触表面的接触区域中。连接可以是连续的或间断的。在一个接触区域的情况下，牢固结合的连结部例如可以跟随(follow)围绕接触区域的区域的轮廓，或者也可以部分地布置在接触区域的接触面中。为了生产牢固结合的连结部，诸如焊接(welding)、低温焊接(soldering)或胶合的多种连接技术都是可以想到的。焊接金属型材的至少两个区域产生特别坚固且永久的牢固结合。使用激光束进行焊接将产生非常清洁且窄的焊缝。如果弯曲边的加热也通过激光束进行，则使用激光束是特别有利的，这是由于这样可以使用同一工具进行加热和焊接。这在生产上节约了成本和时间。

根据本发明的方法的另一个实施例，金属部件另外在至少一个牢固结合的连结部的区域中被加热，使得在加热之后，被加热的区域的强度降低。该实施例的优点在于，在牢固结合的连结部的区域中的强度可以相对于金属部件的弯曲边处的强度进行调节。例如，能够确保当向强度降低的区域施加某一力时，金属型材发生特定的变形。而且，通过加热牢固结合的连结部的区域，可以实现金属微观结构的均匀化。由于温度或力的作用，金属微观结构的不规则性(这可以例如在焊接期间通过热应力而发生)可能会导致拉伸开裂。通过金属微观结构的均匀化可以防止发生上述拉伸开裂。

在本发明的方法的另一个实施例中可以实现金属型材的强度和变形特性的受控影响，在所述实施例中，至少一个弯曲边的被加热区域的尺寸和/或牢固结合的连结部的被加热区域的尺寸以用途为导向进行调节。从而，强度降低的较小区域导致整个周围区域都是高强度的，并且因此整个金属型材都是高强度的，使得整个金属型材即使在受力时也仅呈现出较小的变形。这样，可以生产高强度的金属型材。相反，更大的强度降低的区域构成变形区域，在施加力时，所述变形区域可以变形并因而吸收变形能量。该特性特别对于机动车车身的B柱是重要的，这是因为通过这种方式由意外事故所导致的变形力被车体吸收，并且会在较小的程度上影响车内人员。特别地，可以通过提供变形区域而防止高强度的金属型材破裂。如果弯曲边处和牢固结合的连结部处的强度降低的区域都设计成同一尺寸，则生产的金属型材在较小的强度降低的区域的情况下具有非常高的总强度，而在较大的强度降低的区域的情况下包括特别大的变形区，并因此具有特别高的能量吸收能力。然而，强度降低的区域也可以具有多种尺寸，由此所生产的金属型材的某一侧特别坚固，并从而具有特别高的抵抗变形力的能力，而另一侧可以特别好地吸收变形力。具体地，通过将金属型材的强度降低的区域设计成不同的尺寸，可以实现方向对准的(direction-aligned)变形能力以及与该方向对准的变形能力相关的变形力的重定向(re-routing)能力。

根据本发明的第二教导，通过根据上述方法中的任何一种方法生产并具有至少一个弯曲边的金属型材实现上述目的，其中金属型材在至少一个弯曲边附近的强度相对于该金属型材的平均强度降低。

这种金属型材优选地由高强度合金钢或最大强度的合金钢构成，例如由锰硼合金钢构成。这样，能够设计具有非常薄的壁的金属型材，从而减轻金属型材的重量。

根据本发明的金属型材的另一个实施例实现了特别坚固且刚性的金属型材，在所述实施例中，金属型材至少部分地封闭。部分封闭的形式可以设计成例如使得金属型材的被至少一个弯曲边分开的至少两个区域通过相互重叠或相互邻接而接触。特别地，金属部件可以具有管状设计。由于至少部分封闭的实施例在没有重叠的情况下需要更少的材料，因此更加轻质，这些实施例特别适于用作机动车车身的A柱或B柱。

在本发明的金属型材的另一个实施例中实现特别坚固且坚硬的金属型材，在所述实施例中，金属型材的被至少一个弯曲边分开的至少两个区域通过至少一个焊缝连结，所述至少一个焊缝特别是激光焊缝。在这种情况下，焊缝可以是连续的或间断的。焊缝可以布置在金属型材的两个区域在接触边上相互抵靠布置或者面面布置的区域中。从而，在区域面面接触的情况下，可以想到的是，焊缝跟随围绕接触区域的区域的轮廓，或者焊缝部分地布置在接触表面中。

根据本发明的金属型材的另一个实施例可以有目的地控制在施加某一个力时所产生的变形，在所述实施例中，金属型材在至少一个牢固结合的连结部的区域中的强度相对于金属型材的平均强度降低。从而，牢固结合的连结部的区域中的强度相对于金属部件在弯曲边处的强度进行调节。通过施加力而产生的变形将因此主要配置在弯曲边处和牢固结合的连结部处。

根据本发明的金属型材的另一个实施例，在热成形和加压硬化之后被加热并且强度相对于剩余金属型材的平均强度降低的区域的尺寸以用途为导向进行调节。金属型材的特性尤其取决于金属型材在弯曲边处和/或在牢固结合的连结部处的强度降低的区域的尺寸。从而，利用具有相等尺寸或不等尺寸的、小和/或大的强度降低的区域的金属型材，可以满足差别很大的要求，例如关于它们的强度、刚度或变形力的重定向能力。

根据本发明的金属型材的另一个实施例实现了金属型材的高的整体稳定性，在所述实施例中，金属型材的至少一个弯曲边和一个接触区域彼此面对。强度相对于金属型材的平均强度降低的区域以这种方式相互最大地间隔开。金属型材可以设计成关于与弯曲边和接触边相交的面呈镜像对称。自然地，也可以想到非对称的金属型材。

根据本发明的第三教导，通过在机动车车身中使用上述金属型材中的任何一个也可以实现上述目的，所述金属型材特别地用作A柱和/或B柱。金属型材的高强度允许较小的金属片厚度具有恒定的或提高的刚度或相应的强度，使得金属型材特别轻质。总体上，这使机动车的重量减小，从而降低燃油消耗量。变形区域的特定布置对于在发生意外事故时改进对乘员的保护也是有利的，这是由于冲击所释放的能量能够以受控的方式转化成变形能量，或者相应地可以使变形力重定向。

在本发明的用途的另一个实施例中可以进一步提高金属型材的稳定性，在所述实施例中，金属型材布置成使得中性轴贯穿至少一个弯曲边和一个接触区域。在这种情况下，中性轴指贯穿部件的一个区域的线，由于该区域与弯曲方向对准，因此在弯曲处理期间，该区域处既没有发生拉伸也没有发生压缩。从而，例如在圆筒形的均匀管道的情况下，在横截面上看，中性轴垂直于弯曲方向贯穿管道直径的中心。

附图说明

下面参照附图，在对一些示例性实施例的描述中详细地说明本发明的其它特征和优点，其中：

图1a是在用于生产本发明的金属型材的处理期间的本发明的金属部件的第一示例性实施例的截面图；

图1b是本发明的金属型材的第一示例性实施例的截面图；

图1c是本发明的金属型材的第二示例性实施例的截面图；

图1d是本发明的金属型材的第三示例性实施例的截面图；

图2a是本发明的金属型材的第四示例性实施例的截面图；

图2b是本发明的金属型材的第五示例性实施例的截面图；

图3a是在用于生产本发明的金属型材的处理期间的本发明的金属部件的第二示例性实施例的截面图；

图3b是本发明的金属型材的第六示例性实施例的截面图；

图3c是在用于生产本发明的金属型材的处理期间的本发明的金属部件的第三示例性实施例的俯视图；

图4是两个本发明的金属型材作为机动车车身的A柱和B柱的用途的示例性实施例。

具体实施方式

图1a示出了在根据本发明的方法的第一示例性实施例生产本发明的金属型材期间，由毛坯通过热成形和加压硬化而形成的金属部件2的截面图。例如，毛坯可以由高强度钢的或最大强度钢构成，优选地由诸如22MnB5类型的锰硼合金钢构成。金属部件2具有左侧外部区域4、右侧外部区域6以及布置在这两个区域之间的弯曲边8。左侧外部区域4和右侧外部区域6在先前的热成形和加压硬化处理中以用途为导向进行变形，以便使金属部件2呈现出W形的截面。金属部件2的侧边9在成形之后指向同一方向。在金属型材的生产处理中，弯曲边8已经借助激光束进行加热，以便使金属部件2的弯曲边8处的强度低于金属部件2的左侧外部区域4和右侧外部区域6中的强度。

图1b示出了本发明的金属型材10的第一示例性实施例的截面图。金属型材10由图1a中所示的金属部件2通过绕弯曲边8弯曲左侧外部区域4和右侧外部区域6而生产。金属型材10具有呈C形的开口截面。弯曲边8呈现出被在成形期间产生的压缩力和伸长力改变的形式。

图1c示出了本发明的金属型材20的第二示例性实施例的截面图。金属型材20由图1a中所示的金属部件2通过绕弯曲边8弯曲左侧外部区域4和右侧外部区域6而生产。金属部件2的左侧外部区域4和右侧外部区域6在接触区域22中相互抵靠布置。金属型材20因此具有封闭的截面。金属部件2的左侧外部区域4和右侧外部区域6布置成在接触区域22中重叠并且例如焊接在一起。

图1d示出了本发明的金属型材30的第三示例性实施例的截面图。金属型材30由图1a中所示的金属部件2通过绕弯曲边8弯曲左侧外部区域4和右侧外部区域6而生产。金属部件2的侧边9在接触边34上相互邻接。金属部件2的左侧外部区域4和右侧外部区域6例如通过焊缝在接触边34上连结在一起。

图2a示出了本发明的金属型材40的第四示例性实施例的截面图。金属型材40正如图1d中所示的金属型材30一样生产，该金属型材40另外具有围绕接触边34的区域46，在所述区域46中金属型材具有降低的强度，这例如借助于焊接处理或借助于另外的加热处理(例如通过激光束)来实现。同时，在金属型材40的情况下，区域46和弯曲边8扩大并形成为可比较的尺寸。由于这两个形成变形区且强度降低的扩大区域，金属型材40在该区域中呈现出增加的延展性，并且能够通过变形而吸收相当大的力。

图2b示出了本发明的金属型材50的第五示例性实施例的截面图。金属型材50像图2a中所示的金属型材40一样生产，然而区域46和弯曲边8构造成具有较小的尺寸。由于强度降低的区域具有较小的面积，因此金属型材50呈现出一般高的强度，并且在向金属型材50施加力时，该金属型材50仅表现出较小的变形。金属型材50的强度可以通过某种布置进一步提高。如果弯曲力主要从一个方向朝向金属型材50起作用(参见箭头)，则没有压缩力或伸长力作用在平面A与金属型材50的交叉处中。这些交叉的区域称为中性轴。由于区域46和弯曲边8布置在中性轴内，可以最小化影响这些区域的力。由于较小的力也作用在强度降低的区域中，所以通过这种布置使整个型材的强度和稳定性最优化。

对于本领域的技术人员明显的是，区域46和弯曲边8也可以构造成不同的尺寸，并且该尺寸可以与用途相适应。

图3a示出了具有金属部件62的形式的金属型材的第二示例性实施例的截面图，所述金属型材在本发明的金属型材的生产期间由毛坯通过热成形和加压硬化而形成。金属部件62具有左侧外部区域64、右侧外部区域66以及布置在这两个区域之间的弯曲边68。左侧外部区域64和右侧外部区域66通过先前的热成形和加压硬化处理成形为适于正生产的金属型材的用途的形式，如机动车的A柱。在金属型材的生产处理期间，已经借助于激光束加热弯曲边68，以便使金属部件62的弯曲边68处的强度低于左侧外部区域64和右侧外部区域66中的强度。

图3b示出了本发明的金属型材70的第六示例性实施例的截面图。金属型材70由图3a中所示的金属部件62通过绕弯曲边68弯曲左侧外部区域64和右侧外部区域66而生产。金属部件62的左侧外部区域64和右侧外部区域66在接触边74上相互邻接。金属型材70从而呈现出封闭的截面。金属部件62的左侧外部区域64和右侧外部区域66在接触边74上例如通过焊缝连结在一起。

图3c示出了呈金属部件82形式的本发明的金属型材的第三示例性实施例的俯视图，所述金属型材在本发明的金属型材的生产期间由锰硼钢毛坯通过热成形和加压硬化而形成，并用作机动车车身的A柱。金属部件82具有左侧外部区域84、右侧外部区域86以及布置在这两个区域之间的弯曲边88。左侧外部区域84和右侧外部区域86在先前的热成形和加压硬化处理中以用途为导向成形。在这种情况下，金属部件82的侧边89与视线平行地布置。在金属型材的生产处理期间，通过激光束加热弯曲边88，以便使金属部件82沿着弯曲边88的强度低于例如左侧外部区域84或右侧外部区域86中的强度。金属部件82的上端90和下端92在形式上分别适合于连结到机动车的剩余车体。

图4示出了机动车车身100，其中本发明的金属型材110用作A柱且本发明的金属型材120用作B柱。例如，金属型材110可以由图3c中所示的金属部件生产，其中左侧外部区域84和右侧外部区域86绕弯曲边88弯曲成使得侧边89相互接触并被焊接在一起。金属型材110的上端90优选牢固地结合到机动车车身100的车顶部分130，金属型材110的下端92优选牢固地结合到机动车车身100的右侧面板132。为了影响变形特性，被加热的区域例如在宽度上可以达到40mm，优选地达到25mm。

Claims (16)

1.一种生产金属型材的方法，其中金属部件(2，62，82)由半成品或毛坯通过热成形和加压硬化处理生产，并且所述金属部件沿着至少一个弯曲边(8，68，88)弯曲，其特征在于，所述金属部件(2，62，82)呈基本W形的截面，其中，所述金属部件(2，62，82)的邻接所述至少一个弯曲边(8，68，88)的左侧外部区域和右侧外部区域在先前的热成形和加压硬化处理中以用途为导向进行变形以使所述金属部件(2，62，82)呈所述基本W形的截面，并且所述金属部件(2，62，82)在成形之前至少部分地沿着所述至少一个弯曲边(8，68，88)加热成使得在所述至少一个弯曲边(8，68，88)处的强度低于所述左侧外部区域和所述右侧外部区域，并且所述金属部件(2，62，82)沿着所述至少一个弯曲边(8，68，88)弯曲成使得通过弯曲而生产至少部分地封闭的金属型材，其中，所述至少一个弯曲边(8，68，88)的被加热区域的尺寸以用途为导向进行调节，从而使得强度降低的较小区域导致整个周围区域并因此整个金属型材都是高强度的，使得整个金属型材即使在受力时也仅呈现出较小的变形，从而形成用于机动车车身的高强度金属部件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半成品或毛坯基本由高强度钢或最大强度钢构成。

3.根据权利要求1至2中的任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个弯曲边(8，68，88)通过激光束进行加热。

4.根据权利要求1至2中的任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个弯曲边(8，68，88)基本布置在所述截面的中心上。

5.根据权利要求1至2中的任一项所述的方法，其特征在于，所述金属型材的被所述至少一个弯曲边(8，68，88)分开的至少两个区域至少部分地牢固结合在接触区域(22，34)中。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述分开的至少两个区域使用激光束焊接而结合。

7.根据权利要求1至2中的任一项所述的方法，其特征在于，所述金属部件(2，62，82)另外在至少一个牢固地结合的连结部的区域(46)中被加热，使得在加热之后，被加热的区域中的强度降低。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述牢固地结合的连结部的所述被加热的区域的尺寸以用途为导向进行调节。

9.一种通过权利要求1至2中的任一项所述的方法生产的具有至少一个弯曲边的金属型材，其特征在于，所述金属型材在所述至少一个弯曲边(8，68，88)附近的强度相对于所述金属型材的平均强度降低，并且其中，所述金属型材至少部分地封闭。

10.根据权利要求9所述的金属型材，其特征在于，所述金属型材的被所述至少一个弯曲边(8，68，88)分开的至少两个区域通过至少一个焊缝连结。

11.根据权利要求9所述的金属型材，其特征在于，所述金属型材的至少两个区域通过激光焊缝连结。

12.根据权利要求9或10所述的金属型材，其特征在于，所述金属型材在至少一个牢固结合的连结部的区域(46)中的强度相对于所述金属型材的所述平均强度降低。

13.根据权利要求9或10所述的金属型材，其特征在于，在热成形和硬化之后被加热并且强度相对于剩余金属型材的所述平均强度降低的区域的尺寸以用途为导向进行调节。

14.根据权利要求9或10所述的金属型材，其特征在于，所述金属型材的一个接触区域(22，34)和所述至少一个弯曲边(8，68，88)彼此面对。

15.一种根据权利要求9或10所述的金属型材在机动车车身(100)中的用途，所述金属型材用作A柱和/或B柱。

16.根据权利要求15所述的用途，其特征在于，所述金属型材布置成使得中性轴贯穿所述至少一个弯曲边(8，68，88)和所述一个接触区域(22，34)。