CN102427898A - 由热挤压原材料制造金属零件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造金属零件的方法，其中，准备原材料(4，34，42，74)，对原材料(4，34，42，74)进行挤压，以及在挤压之后继续加工成零件(90，108，114)，其中，零件(90，108，114)具有至少局部受挤压区域(16，36，48，98)，并且其中，对原材料(4，34，42，74)进行热挤压。另外本发明还涉及热挤压的金属零件的应用，该热挤压的金属零件特别根据本发明的方法制造，该热挤压的金属零件用于载重汽车车身，特别作为加强部件用于B型柱(114)、门槛或纵梁。

Description

由热挤压原材料制造金属零件的方法

技术领域

本发明涉及一种制造金属零件的方法，其中，准备原材料，对原材料进行挤压，以及在挤压之后继续加工成零件，其中，零件具有至少局部受挤压区域。另外本发明还涉及以这种方法制造的金属零件的优选应用。

背景技术

本发明范围内提到的原材料可理解为毛胚、半成品或金属带。在金属零件的制造中，特别是车身零件的制造中，通过这种制造方法能够满足不同的要求。因此车身零件的制造特别重要，一方面通过尽可能轻的零件重量满足所要求的强度特性，另一方面使制造费用最小化。为了达到这个要求，在现有技术的金属零件或车身零件的制造方法中采用了不同的对策。

一种在保持强度不变的情况下减少零件重量的技术方案是使零件内部具有不同的壁强度。例如在DE 10 2007 030 388 A1中，公开了一种用于制造硬化板材零件的方法和装置，其中使用了灵活的辊压材料，所谓的“拼接辊压板(Tailored Rolled Blanks)”。作为替代，也可以使用相互焊接的不同壁厚的毛胚，所谓的“拼焊板(Tailored Welded Blanks)”，用以制造金属零件。根据现有技术，用于优化车身零件重量的另一技术方案可以通过使用挤压板材来实现。在这种方法中，毛胚于冷状态下在两个辊轴之间进行冷辊压。至少一个辊轴在表面具有挤压所需要的结构。使用的材料可以作为卷材或足够作为单件毛胚而传送至辊轴。通常情况下将挤压后的材料包装并运往加工地点。为了制造耐碰撞的零件，首先必须在加工地点改变冷辊压毛胚的组织结构。这一点例如通过局部的热导入来实现。根据现有技术，这种方法的缺点在于增加了耐碰撞零件的制造费用。另外对于冷辊压方式，由于较高的辊压力而对辊轴产生较大的磨损。

发明内容

因此，本发明的技术目的在于提供一种加工方法，该方法能够减少耐碰撞零件的制造费用，并且同时减少对辊轴的磨损。

根据本发明，上述目的在这种方法中如此实现，即，对原材料进行热挤压。

可以了解到，通过对原材料的热挤压主要能够减少挤压过程中的受力。热挤压中，首先将毛胚加热到高于AC₁的温度，即高于723℃，然后再进行挤压。这样可以实现在挤压之前使毛胚的组织结构至少部分转换成奥氏体结构。奥氏体结构需要较小的变形力。压床或辊压轴的挤压力因此减少，从而压床或辊压轴以及相应的驱动装置只需要根据小的受力情况来设计，而且还能减少磨损。相对于现有技术的挤压方法，本发明的这种方法能够减少费用。

本发明方法的一个优选实施例中，原材料通过辊轴进行热挤压。应用辊轴进行热挤压的优点在于能够实现连续的挤压，并且制造方法的这一步骤能够更好地集成在一个流程中。

事实表明，当对高于AC₃温度的原材料进行热挤压时，需要特别小的力就能实现良好的挤压结果。在这种情况下，原材料完全变为奥氏体结构，从而在进行热挤压时能够实现完全变成马氏体的结构变化。由此使热挤压之后的毛胚具有特别高的强度。

本发明方法的另一优选实施例中，原材料在受挤压区域至少局部进行硬化处理。辊轴和原材料在受挤压区域接触，当辊轴或冲头与原材料之间的温差足够大时，会导致热金属的冷却。由此会引起组织结构的变化，从而特别在挤压部的底部上会出现硬化过程。由此实现了，以简单的方式制造出具有局部硬度差的金属零件，例如该金属零件具有耐碰撞的强度结构。

本方法的又一优选实施例中，通过使挤压工具、即辊压轴或挤压冲头在辊压过程中主动冷却，可以有针对性地优化冷却过程。由此特别可以对冷却率和相应的淬火率进行调节。

本发明方法的再一优选实施例中，原材料由合金钢，特别是锰硼钢构成。这种材料能够很好的满足载重汽车制造中对车身零件的要求。而且，锰硼钢具有特别高的强度。

在还一优选实施例中，金属零件的特性、特别是耐腐蚀性可以有针对性地这样进行调节，即，对原材料进行金属镀层，或进行有机/无机镀层处理。

在又一实施例中，制造费用的降低可以这样来实现，即，使原材料在挤压之后加热到后续加工所需的加工温度。由此，用于使金属零件加热至热挤压过程所需的热能可以至少部分用于后续加工。用于后续加工的金属零件并不需要从例如室温加热到加工温度，而只需要从挤压之后的温度加热到加工温度。这样可以达到明显的节能效果。

本发明方法的又一优选实施例中，原材料在挤压之后进行热变形和/或挤压硬化。热变形或挤压硬化所需要的加工温度与之前的挤压温度处于类似的范围。因此挤压之后需要很少的能量即可使经挤压的半成品达到所需要的加工温度。此外，通过热变形能够达到高的变形率，并且使零件能够灵活自如地变形。

通过对经挤压的金属零件进行挤压硬化，能够使金属零件内部由此产生不同硬度的分布，即，不受挤压区域直接与挤压工具的表面相接触，由此使不受挤压区域比受挤压区域能够更快地冷却。据此，一方面可以实现不受挤压区域具有比受挤压区域更高的硬度，另一方面通过与挤压过程中受挤压区域的局部硬化相结合，能够在受挤压区域和不受挤压区域上产生不同的或相同的淬透效果。

在本发明方法的又一优选实施例中，使原材料以微观结构进行挤压。以这种方式实现了金属零件特别均匀的性能，特别是强度和硬度特性。此外，挤压部以微观结构能够实现高强度和大幅度减少重量的良好结合。微观结构可以分别进行考虑，实际应用中微观结构具有待转化的形式/结构。例如可以建议，使微观结构的表面光洁度Ra在50μm至500μm之间。

在又一实施例中这样实现一种非常灵活的组合零件，即，用毛胚作为原材料，该毛胚在挤压之后与另外的毛胚优选在受挤压一侧形成平面式连接。然后，使这两个毛胚优选通过电镀辊压和/或通过共同的热变形相互连接。采用电镀辊压可以使毛胚彼此形成材料配合连接，而不形成形状配合连接。采用共同的热变形来实现形状配合连接，该形状配合连接把两个毛胚连接成一个零件。作为选项，可以在经挤压的毛胚之间形成空隙，通过这样的空隙能够改善零件的延展性。连接也可以通过已知的方法来实现，例如使用软焊。在制造上文所述的零件时，利用两种由不同材料构成的毛胚可以实现很高的灵活性。

本发明方法的又一优选实施例中，使原材料有针对性地在用于使重量减轻的区域受到挤压。以这种方式制造的零件在具有几乎相同的强度的条件下还具有较小的重量。

在本发明方法的又一优选实施例中，使原材料有针对性地为了能够承受负载、特别考虑到耐碰撞性而受到挤压。通过挤压使原材料变薄，和/或通过在挤压过程中或经由后续的方法步骤实现的零件中的硬度分布，由此实现了，使零件的硬度和/或强度特性可以根据不同地点所受负载(特别是在碰撞时)不同而进行调整。

上述技术目的在第二技术方案中这样实现，即，热挤压的金属零件、特别是通过本发明的制造方法制造的热挤压的金属零件，用于载重汽车车身，特别作为加强部件用于B型柱、门槛或纵梁。通过热挤压，能够使零件的耐碰撞性以简单的方式有针对性地进行调整。

附图说明

通过接下来对实施例的说明对本发明的其它特征和优点进行介绍。同时通过附图进行说明。图中示出了：

图1示出了本发明方法的第一实施例；

图2示出了本发明方法的第二实施例；

图3示出了本发明方法的第三实施例；

图4示出了本发明方法的第四实施例；

图5示出了本发明方法的第五实施例；

图6示出了本发明方法的第六实施例；以及

图7示出了本发明应用的第一实施例。

具体实施方式

图1示出了本发明方法的第一实施例。方法2中的原材料首先是毛胚4。这里的毛胚在通常的实施例中还可以用半成品作为代替，例如使用“拼接板”或带钢。

在实现热挤压，对毛胚4进行加热，对此优选具有超过AC₃的温度。毛胚4在前述实施例中由锰硼钢构成，并且被加热到900到950℃之间。加热后，毛胚4在压延机6中进行热挤压。压延机具有上辊轴8和下辊轴10，其中上辊轴8具有用于挤压而结构化的表面。图1中示出了凸起部12。热挤压后，经挤压的毛胚14通过凸起部12而具有挤压部16。

压延机6只是示意性示出，也就是说不一定局限于两个辊轴。其也可以具有四个或六个辊轴。毛胚14中的挤压部16也可以通过多个挤压辊轴或一个挤压冲头而形成。例如当下辊轴10也具有凸起部时，毛胚14中的挤压部16也可以是双面的。热挤压后，经挤压的毛胚14或者经挤压的半成品在后续的加工步骤18中进一步加工成零件。后续的加工步骤18特别可以包括变形过程、硬化过程，还可以包括车削过程和连接过程。

图2示出了用于将原材料进行热挤压的压延机26的另一实施例。压延机26具有上辊轴28和下辊轴30，上辊轴28的表面设有平行的凸起部32，利用这些凸起部使毛胚34在热辊压时收到挤压。由此，经挤压的毛胚34在热辊压过程之后而具有条状挤压部36。然而，这种方法原则上不被受挤压的形状所限。

图3示出了这种热挤压过程的截面图。毛胚42通过图3中局部示出的上辊轴44、利用该上辊轴表面所具有的凸起部46而受挤压。下辊轴由于视图原因没有展示。挤压过程中辊轴44的凸起部46在毛胚42上压出挤压部48。毛胚42在挤压前可以具有超过AC₃的温度，然后该毛坯通过凸起部46与挤压部48的底部50相接触而被冷却。以这种方式，可以在挤压部底部50的区域中产生毛胚的部分硬化或完全硬化。

这种效用可以通过主动冷却上辊轴44而得到强化。例如辊轴44的内部可以具有水冷系统。挤压部48的深度在图3中可以这样确定，即，使辊轴44的中间区域52在凸起部46之间与毛胚42没有直接接触。由此避免在毛胚42的位于挤压部48之间的区域54产生剧烈冷却，从而使毛胚在这个区域基本上没有组织结构改变，特别是不会产生硬化。以这种方式在毛胚42的挤压和不受挤压区域能够产生不同的硬度分布。毛胚42的特别均匀的结构能够可选择地这样实现，即，以微观结构来挤压毛胚42。

图4示出了本发明方法的又一实施例的流程图。方法60在第一步骤62中，提供原材料、即毛胚、半成品或带钢，并加热到热辊压的温度。这个温度优选要高于原材料的AC₃温度。在接下来的步骤64中，对原材料进行热挤压，特别是采用辊轴或冲头。在挤压过程中原材料的局部可能发生硬化，例如在经挤压的区域上通过和辊轴或冲头的接触而发生硬化。

挤压过程之后，原材料通常具有远高于室温的温度。在接下来的步骤66中，对经挤压的原材料进行加热，以便用于在下一步骤68中的后续处理。在此，由于充分利用原材料在热挤压后已经产生的高温，所以相对于冷挤压毛胚本发明仅需要较少的能量就能够使原材料达到加工温度。

特别是原材料能够在挤压之后至少部分具有超过AC₁的温度。因此，对于接下来的步骤68中所需要的高于AC₁的后续加工温度，只需要对原材料进行少量的加热。特别是热变形和挤压硬化需要高于AC₁的加工温度。因此原材料在步骤68中优先进行热变形和挤压硬化处理。

当经挤压的原材料作为毛胚时，作为选项，该毛胚可以与另外的冷毛胚或热毛胚、优先在挤压侧进行连接。

图5a示出了经挤压的毛胚74表面具有挤压部76的示意图。在这个经挤压的毛胚上放有另一个毛胚78，其与毛胚74在没有受到挤压的区域80上相接触。如果冷毛胚78与经挤压的毛胚74相连接，那么这样的冷却会导致经挤压的毛胚74的没有受到挤压的区域80的硬化。毛胚74和78例如可以形成材料配合连接，特别是通过焊接而相互连接。以这种方式就形成了灵活的连接零件82。毛胚74和78之间在挤压部76的区域上形成的空隙可以有针对性地改善零件82的延展性。

毛胚74和78通过选择不同的材料，特别是在强度和硬度方面具有不同性能的不同合金钢，能够以非常灵活的方式制成各种各样的零件82。

作为毛胚74和78之间的材料配合连接的替代方案，毛胚还可以通过辊压过程或者通过共同变形而彼此形成形状配合连接。图5b示出了经挤压的毛胚74和另一个毛胚78在共同变形过程之后的示意图。两个毛胚74和78通过变形过程在它们共同的接触范围内形成形状配合连接和/或力配合连接。以这种方式，复杂的变形连接零件90可以不通过额外的焊接而形成。

图6a到6c示出了经热挤压的、形成为毛坯的原材料的加工步骤的另一示例。经热挤压的毛胚96具有受挤压区域98和不受挤压区域100。在此，经挤压的毛胚96的温度高于AC₁温度，优选高于AC₃温度。毛胚放入工具102中，该工具由上半部工具104和下半部工具106组成，毛坯在该工具中热变形和挤压硬化成零件108。在此，于挤压硬化过程中，零件108在受挤压区域98上和上半部工具104没有发生直接接触。因此，区域98的冷却率比受挤压区域100的冷却率要小。这样导致了零件108在区域98没有发生组织结构变化，由此使零件108只在不受挤压区域100发生硬化。

这种制造方法具有优势地结合了热挤压过程中经挤压的毛胚的局部硬化。利用毛胚通过在挤压过程中与辊轴或冲头的接触而在受挤压区域的局部硬化、以及在挤压工具102的不受挤压区域的硬化，能够使受挤压区域和不受挤压区域或者均匀、或者通过不同的冷却速度产生不同硬化，这样可以制造出各种各样的局部硬度特性不同的零件。

图7最后示出了热挤压金属零件作为B型柱114的优先应用的一个实施例。B型柱114具有柱体区域116以及上连接区域118和下连接区域120。在诸如B型柱的车身零件的制造中，要求在具有轻重量的同时还要具备零件的高强度。通过引入本发明方法的挤压，一方面能够减轻重量，因为在受挤压区域材料厚度变薄，另一方面强度或硬度能够有针对性地满足负载要求，特别是指相关零件的耐碰撞性能，因为通过挤压或后续加工步骤引起组织结构的改变，可以使零件局部特性得到调整，例如在连接区域120上的性能。

Claims (16)

1.一种制造金属零件的方法，其中，准备原材料(4，34，42，74)，对原材料(4，34，42，74)进行挤压，以及在挤压之后继续加工成零件(90，108，114)，其中，零件(90，108，114)具有至少局部受挤压区域(16，36，48，98)，其特征在于，对所述原材料(4，34，42，74)进行热挤压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过辊轴(8，28，44)对原材料(4，34，42，74)进行热挤压。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对高于AC₃温度的原材料(4，34，42，74)进行热挤压。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，使原材料(4，34，42，74)在受挤压区域(16，36，48，98)至少局部硬化。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其特征在于，使挤压工具(8，28，44)在辊压过程中主动冷却。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，原材料(4，34，42，74)由钢材、特别是锰硼钢或合金钢构成。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的方法，其特征在于，对原材料(4，34，42，74)进行金属镀层，或进行有机镀层，或进行无机镀层。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的方法，其特征在于，使原材料(4，34，42，74)在挤压之后加热到后续加工所需的加工温度。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的方法，其特征在于，使原材料(4，34，42，74)在挤压之后进行热变形和/或挤压硬化。

10.根据权利要求1至9中任意一项所述的方法，其特征在于，使原材料(4，34，42，74)以微观结构进行挤压。

11.根据权利要求1至9中任意一项所述的方法，其特征在于，使用毛胚(74)作为原材料，该毛胚(74)在挤压之后与另外的毛胚(78)优选在受挤压一侧形成平面式连接。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，使毛胚(74，78)通过电镀辊压和/或通过共同的热变形相互连接。

13.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，使两个毛胚(74，78)由不同的材料构成。

14.根据权利要求1至12中任意一项所述的方法，其特征在于，使原材料(4，34，42，74)有针对性地在用于使重量减轻的区域受到挤压。

15.根据权利要求1至13中任意一项所述的方法，其特征在于，使原材料(4，34，42，74)有针对性地为了能够承受负载、特别考虑到耐碰撞性而受到挤压。

16.热挤压的金属零件的应用，该热挤压的金属零件特别根据权利要求1至15中任意一项而制造，所述热挤压的金属零件用于载重汽车车身，特别作为加强部件用于B型柱(114)、门槛或纵梁。

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