CN104520063A - 具有夹层结构的部件以及用于制造其的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制造具有夹层结构的部件的方法，其中由含铁材料生产至少一个基本上平坦的顶层；将结构引入包括含铁材料的基本上平坦的中间层中；中间层的接触区域被至少部分地电镀；至少一个顶层与中间层重叠以形成合成物以使得接触区域抵靠顶层；并且然后按压硬化合成物。本发明制造了一种带有具有良好的刚性与强度特性的夹层结构的容易回收的部件。

Description

具有夹层结构的部件以及用于制造其的方法

技术领域

本发明涉及用于制造具有夹层结构的部件的方法、用于制造尤其是在用于制造具有夹层结构的部件的方法中使用的夹层材料的方法、以及具有夹层结构的部件。

背景技术

从现有技术中，夹层结构通常是已知的。夹层结构可以大体上理解为是具有至少一个基本上平坦的顶层与一个通常设有结构的中间层的结构。这两层彼此接合。尽管仅顶层与中间层的结合可以称为夹层结构，但是大部分已知的夹层结构具有两个顶层，中间层位于其间。此夹层结构或者具有此夹层结构的材料具有多个优点。在一个方面，此结构具有良好的刚性重量比率。特别地，尽管必须仅使用少量材料，并且特别地，两个顶层之间的间隙未完全地填充材料，但是中间层的结构形成了这种有利的刚性。由于能够实现材料的节约，因此这还产生了此结构的有利的经济节约。

由于刚性与重量之间的非常有利的比率，因此在多个技术领域中使用夹层结构。这里将特别地提及车辆制造与航空航天。然而，通常来说，不管高刚性或者通常高稳定性，夹层结构主要用于要求低重量的任何地方。

DE10 2009 025 821A1公开了用于制造金属部件的方法，其中板在一些区域中被压花并且由此提供具有压花与非压花区域的结构。此板可以附接到尤其是非压花板的另一个板，这样在两个板之间形成被视为对部件的延展性具有有利效果的空气间隙。两个板可以通过材料粘附尤其通过焊接，或者通过共同成形以及产生的正接合而彼此接合。然而，在此类型的夹层结构中，由于材料仅被压花并且未被移除，因此未实现重量优点。此外，压花大体上是相对复杂与昂贵的方法。

WO03/047848A1公开了一种合成物部件，其包括两个基本上平坦的顶层与具有结构的中间层。诸如聚合物的填充材料被引入到在中间层与顶层之间产生的间隙中。此材料将在撞击的情形中，例如在意外情形中，实现特别有利的吸收能力。全部三层都优选地包括钢并且通过粘结剂彼此接合。尽管此参考文件的目的是夹层结构的改进的可回收性，但是此效果特别地不是通过将这些单个层粘结在一起来实现。填充材料还导致部件的较高重量，这必须同样视为弊端。

JP06-007865A公开了具有夹层结构的部件，其中该部件具有弯曲形状。此部件的单个层包括铝，虽然这实际上促进了可回收性，但是这导致了通过此方式制造的部件极其昂贵的事实。

通过N.Barbakadze等人提出的“通过热机械成形设计的多层合成部件”公开了其中包括钢的两个外层以及铝的中间层的多层部件。此材料经受按压硬化处理。在按压硬化处理过程中，在一个方面，发生铁从钢到其铝/硅涂层的扩散，并且在另一个方面，发生从中间层的铝到涂层中的流动，这两方面都使单个层彼此结合。通过此种方式制造的部件很难再回收，因为包括不同材料的单个层通过材料粘附彼此接合，并且因此这些层仅可以在回收处理中困难地彼此分离。由于铝非常昂贵，因此铝的使用也必须视为弊端，并且因此，仅能够困难地廉价地制造此部件。由于因为中间层的铝在其经过熔炉时将熔化，所以钢层必须首先被独立加热，因此公开的方法还异常复杂。

简单的夹层结构，其中例如两个顶层以及一个构造的中间层包括钢，所述层必须彼此焊接以便接合在一起，该夹层结构几乎不能变形，这是由于即使具有部件的略微变形单个连接点也断裂。因此，不能够按压硬化这些部件。然而，在不按压硬化的情形中，通过此种方式生产的部件不具有足够的刚性和/或足够的强度特性，这就是为什么它们不适于在上述部分中使用的原因。

发明内容

因此，本发明的目的是创造用于制造具有夹层结构的可回收部件的方法，其与现有技术已知的夹层部件相比改进了刚性与强度特性。

本发明的另一个目的是创造用于制造夹层材料的方法，其可以用于制造具有夹层结构的可回收部件的方法，其中该部件被按压硬化。

本发明的另一个目的是形成具有夹层结构的部件，其比具有现有技术已知的夹层结构的部件具有更好的可回收性。

本发明的另一个目的是形成具有成形能力并且尤其是按压硬化能力的夹层材料。

通过根据权利要求1的用于制造具有夹层结构的部件的方法、通过用于制造夹层材料的方法，尤其是根据权利要求12的用于制造在用于制造具有夹层结构的部件的方法中使用的夹层材料的方法、以及根据权利要求14的具有夹层结构的部件实现了这些目的。

有利的变型是相应从权的主题。

具体实施方式

根据本发明的用于制造具有夹层结构的部件的方法包括以下步骤：

-制造包括含铁材料的至少一个基本上平坦的顶层；

-将结构引入包括含铁材料的基本上平坦的中间层中；

-至少部分地电镀(galvanization)所述中间层的接触区域；

-使顶层与中间层重叠以形成合成物使得中间层的接触区域抵靠顶层；

-按压硬化所述合成物。

用于至少一个顶层与用于中间层的含铁材料的使用显著地促进了根据本发明制造的部件的可回收性。此外，因为能够容易回收利用电镀的钢部件，因此涂覆在中间层的接触区域中的锌不减小此效果。然而，接触区域的电镀导致在按压硬化处理过程中中间层结合到至少一个顶层的事实。在此情形中，锌扩散到两个层中并且由此产生结合。然而，由于锌足够软并且由此可以说在形成过程中允许单个层相对于彼此滑动，因此此合成物保持成形的能力以及由此按压硬化的能力。

在此情形中的按压硬化处理可以根据直接或间接按压硬化处理产生。在直接按压硬化处理中，在包括该合成物的情形中的板在熔炉中加热到奥氏体化温度并且然后同时地成形并且淬火硬化。在间接按压硬化处理中，包括合成物的板是冷成形的，然后在熔炉中加热，并且最后在模具中淬火硬化。在此情形中，在按压硬化中的相应加热步骤过程中，可以有利地发生通过锌扩散的单个层的结合。另选地或者另外地，然而还能够在按压硬化处理以前，随着合成物在子区域中被加热执行单个层的结合，尤其在其中中间层的接触区域抵靠顶层的区域中被加热。

有利地以连续处理制造合成物，例如通过全部三层的基部材料从线圈展开并且然后在根据本发明的方法中使用。

在本发明的特别有利的修改中，至少一个顶层包括硼/锰钢，尤其是22MnB5。锰/硼钢[原文如此]并且尤其22MnB5具有特别良好的按压硬化能力并且具有卓越有利的强度与刚性特性。

为了实现进一步的重量节约并且由此获得刚性与重量之间的更好的比率，在根据本发明的方法的有利修改中，中间层具有织物和/或网状物和/或膨胀金属和/或由此组成。通过中间层的构造，甚至此种材料也适于在根据本发明的方法中使用并且可以进一步减小部件的整体重量。

通过本发明的有利修改，引入中间层的结构是沿着至少一个方向周期性的结构。由于可以以连续处理将其容易地引入中间层中，因此使得能够特别容易并且由此经济地制造此结构。

在本发明的有利修改中，此结构具有引入到中间层中的结构元件。结构元件可以有利地通过冲模引入并且然后相应地具有基本形式，其相应于冲模的基本形式。为此的可能基本形式尤其包括多边形和梯形、圆形和蜂窝状。通过此实现的优点在于其中中间层抵靠顶层的接触区域扩大的事实。这些区域越大，中间层与顶层之间的结合越显著。

然而，本发明的实施方式通常被当做中间层以及一个或两个顶层，本发明还可以涉及具有多个层的部件或材料。例如，对于具有夹层结构的部件来说能够具有两个中间层与三个顶层，层以交替方式布置。对于此部件或者此部件基于其的夹层材料，以及具有通过根据本发明的方法制造的不同数量顶层和/或中间层的其它实施方式来说也是可能的。

在本发明的有利修改中，可以将具有d≤1.0mm的厚度尤其是d≤0.5mm的材料用于顶层。结果是具有此微小厚度的顶层足以为合成物提供良好的刚性与强度。

通过使用含铁材料，尤其在顶层中的使用，还能够通过根据本发明的方法给顶层提供腐蚀保护。在此，顶层的电镀结果是特别有利的。在此情形中，腐蚀保护不必要必须施加在子区域中，例如仅在未结合到中间层的顶层的侧面上。替代地，顶层可以在其整个表面上方设有腐蚀保护。

被电镀的中间层的接触区域有利地是中间层的端点，因为一般来说，这些是与顶层进行接触的点。在这些端点处，中间层具有与其初始形状的大偏离。如果具有平坦的基础形状的结构元件被引入到中间层中，那么这些表面必须理解为由此优选地电镀在它们整个区域上方的端点的集合。在此情形中，特别地在合成物生产出来以前执行中间层以及可能地顶层的电镀。

在根据本发明的方法的有利变型中，在按压硬化以前，至少一个顶层与中间层结合，尤其焊合和/或焊接在接触区域的至少一部分中。在将合成物传送到按压硬化工具和/或其中部件作为按压硬化处理的一部分被加热的熔炉中的过程中，通过材料粘附的此接合主要地用于实现一定基本稳定性。非常可能的是，在按压硬化处理过程中并且尤其是在形成过程中，通过材料粘附的这些附接将破裂，但是这是次要的，因为单个层的附接实质上是通过锌扩散形成的。

为了尽可能地简化根据本发明制造的部件的回收利用，在根据本发明的方法的有利修改中，在部件的制造中仅使用尤其是钢的含铁材料以及锌。因此，在这些修改中，不使用粘结剂也不使用诸如纤维合成材料的塑料并且同样地也不使用铝，这使得部件极其容易回收利用。

根据本发明的用于制造夹层材料的方法，尤其是用于根据上述实施方式中的一个的方法中，具有以下步骤：

-制造包括含铁材料的至少一个基本上平坦的顶层；

-将结构引入包括含铁材料的基本上平坦的中间层中；

-至少部分地电镀所述中间层的至少接触区域；

-使顶层与中间层重叠以形成合成物使得接触区域抵靠顶层；

-在尤其是接触区域中的至少一些区域中加热合成物。

此方法与根据本发明用于制造具有夹层结构的部件的方法基本上类似，但是此方法主要地仅旨在具有夹层结构的部件以其为基础的夹层材料。此外，在根据本发明的用于制造具有夹层结构的部件的方法中可以使用此夹层材料；然后，根据本发明，必须发生的仅有事件是合成物的按压硬化。根据本发明制造的夹层材料由此适于在其它制造处理中的其它使用。由于在根据本发明的方法中的夹层材料不绝对地受到硬化处理，因此实现了其中合成物在子区域中被加热的夹层材料的单个层的结合。这可以通过合成物的感应处理或者通过其它方式有利地实现。此加热致使在接触区域中的锌扩散到抵靠接触区域的顶层中，由此在两层之间产生连接。

根据本发明的用于制造夹层材料的方法也以连续处理有利地执行；制造的夹层材料被有利地切成板或者在制造过程的终点被缠绕在线圈上。由此能够容易地传送并且进一步处理根据本发明产生的夹层材料。

在根据本发明用于生产夹层材料的方法的有利修改中，布置夹层材料并且/或者至少一个顶层与中间层尤其焊接地另外地结合。结果是还可以布置夹层材料并且由此可以实现如传统单层板中的情形的布置相同的有利效果。顶层与中间层的另外的结合主要地用于在传送中提供额外的安全。

根据本发明的用于制造夹层材料的方法可以尤其地以与用于制造具有夹层结构的部件的方法相同的方式修改。特别地，关于使用的材料、在中间层中的结构的设计以及关于顶层的腐蚀保护的陈述可以相应地用作根据本发明的用于制造夹层材料方法的有利修改。

根据本发明的具有夹层结构的部件具有三维形式，具有包括含铁材料的至少顶层以及包括含铁材料的中间层，其中中间层具有结构。根据本发明的部件尤其特征在于至少一个顶层通过锌扩散附接到中间层。结果是即使通过锌扩散的结合也在具有夹层结构的部件的单个层之间产生足够的结合。

很可能的是进一步处理根据本发明的部件。例如，可以以一些其它方式喷涂或涂覆此部件。还能够向其提供加强设备的插入件并且/或者向其提供通过其可以紧固部件的孔。根据本发明的部件有利地按压硬化。作为进一步处理的一部分，对于部件的子区域来说，能够退火以便实现强度与刚性特性在部件中的非均匀分布。还可能仅在子区域中执行按压硬化。

为了使根据本发明的部件尽可能地可回收利用，其仅包括尤其是钢的含铁材料以及锌。特别地，没有在顶层与中间层、塑料或铝之间的用于填充间隙的粘结剂、填充物，没有塑料或铝。这使得部件尤其易于回收利用。

根据本发明的方法由此制造出夹层材料与具有夹层结构的部件，其容易回收，并且与此同时满足关于强度、腐蚀保护、表面特性以及稳定性与重量比率的严格要求。通过根据本发明的方法，不必在作为按压硬化处理的一部分的加热以后产生单个层的合并，即结合，因为全部材料都能够经受加热中产生的温度并且单个层可以由此在作为按压硬化处理的一部分的加热步骤以前已经彼此结合。

Claims (15)

1.一种用于制造具有夹层结构的部件的方法，其具有以下步骤：

-制造包括含铁材料的至少一个基本上平坦的顶层；

-将结构引入包括含铁材料的基本上平坦的中间层中；

-至少部分地电镀所述中间层的至少接触区域；

-使所述顶层与所述中间层重叠以形成合成物以使得所述接触区域抵靠所述顶层；

-按压硬化所述合成物。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个顶层包括尤其是22MnB5的硼/锰钢。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述中间层具有织物和/或网状物和/或膨胀金属。

4.根据上述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述结构是沿着至少一个方向周期性的结构。

5.根据上述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述结构具有被引入所述中间层中的结构元件。

6.根据上述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个顶层具有d≤1.0mm，尤其是d≤0.5mm的厚度。

7.根据上述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述顶层设有腐蚀保护。

8.根据上述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述顶层被电镀。

9.根据上述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在所述中间层的端点周围的接触区域中执行所述中间层的子区域的电镀。

10.根据上述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在所述按压硬化以前，所述至少一个顶层与所述中间层结合，尤其焊合和/或焊接在所述接触区域的至少一部分中。

11.根据上述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在所述部件的制造中仅使用尤其是钢的含铁材料以及锌。

12.一种用于制造夹层材料的方法，尤其是用于根据上述权利要求中的一项的方法中，其具有以下步骤：

-制造包括含铁材料的至少一个基本上平坦的顶层；

-将结构引入包括含铁材料的基本上平坦的中间层中；

-至少部分地电镀所述中间层的接触区域；

-使所述顶层与所述中间层重叠以形成合成物以使得所述接触区域抵靠所述顶层；

-至少在子区域中，尤其在所述接触区域中加热所述合成物。

13.根据权利要求12所述的用于制造夹层材料的方法，其特征在于，布置所述夹层材料并且/或者所述至少一个顶层与所述中间层尤其焊接地另外地附接。

14.一种具有夹层结构与三维形式的部件，其具有包括含铁材料的至少一个顶层以及包括含铁材料的中间层，所述中间层具有结构，其特征在于，所述至少一个顶层通过锌扩散结合到所述中间层。

15.根据权利要求14所述部件，其特征在于，所述部件仅包括尤其是钢的含铁材料以及锌，并且特别地不具有用于填充所述顶层与中间层之间的间隙的任何粘结剂和/或填充物。