CN105363958A - 用于制造机动车用管形结构件的方法以及结构件 - Google Patents

用于制造机动车用管形结构件的方法以及结构件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于制造机动车用管形结构件的方法以及结构件。在用于制造机动车用管形结构件(1)的方法中，可以首先对金属的板坯(5)进行轮廓构造，以及然后使其在至少一个变形加工步骤中成形为管体(9)。接着，将管体(9)借助内高压在自由的接触区域彼此紧靠的情况下最终成形为结构件(1)。此后对结构件(1)至少部分地加热以及然后在可施加有冷却剂的保持工具(14)中进行骤冷。

Description

用于制造机动车用管形结构件的方法以及结构件
本申请是基于申请号为201210252653.X，申请日为2012年7月20日，发明名称为“用于制造机动车用管形结构件的方法以及结构件”的中国专利申请提出的分案申请。
技术领域
本发明一方面涉及一种用于制造机动车用管形结构件的方法。
另一方面本发明针对用于机动车、特别是轿车的管形的结构件。
背景技术
在EP1172281A1中描述了一种用于制造轿车用A柱的方法，在该方法中，首先从钢卷材料中分割出板坯并且接着将该板坯按照多级方式弯曲成沿其纵向延伸呈弧形的基本结构，同时围绕其纵轴线形成双边的纵向法兰。此后，该基本结构通过液压内高压被置于最终形状。此时，将纵向法兰的各边沿着平行的取向接合并且最终经由基本结构与覆板连接。
沿着纵向方向较强弯曲的基本结构件却不可以用上述方法制造。
在DE2452486A1、DE102005028010B3以及DE2603618A1中描述了用于热成型和加压淬火金属板材的方法。
发明内容
从现有技术出发，本发明的目的在于，创建一种用于制造机动车用管形结构件的方法以及一种结构件，其中，能够实现结构件的横截面减小，而仍然可以达到提高其刚性的效果。
就该目的的方法部分而言，它通过按照本发明给出的特征来达到。在一种用于制造机动车用管形结构件的方法，该方法包括如下顺序的步骤：
对金属板坯在其周边侧进行修边；
使该金属板坯成形为管体，该管体具有彼此紧靠的边缘侧的接触区域；
将管体加热到高于AC3温度点的温度；
将管体在没有任何在先的接合过程的情况下借助在内高压工具中施加内高压而最终成形为结构件，其中，接触区域在内高压成型过程期间通过将压力施加到接触区域上而彼此紧密地压靠；以及
在内高压成型过程期间在工具中冷却管体，以便因此使管体硬化。
按照不同的方法变型方案，现在按有利的方式能够这样制造出机动车车身的A柱和B柱，使得在重要相关的横截面优化的情况下在小重量和高能量吸收特性的同时不仅实现了视角改善而且实现了较高的刚性。此外，通过按照本发明的方法变型方案能够制造出用于机动车的门槛、车顶框架、横梁、端壁以及纵梁。
在这里按照本方法的一种有利的变型方案，可以使裁剪好的金属板坯首先U形地预成形以及接着管形地继续变形。管体的侧面的纵向区域可以法兰形地彼此重叠定位并且在最后的最终成形过程中在内高压成型时紧密地压紧在一起。但是也可以设想各纵向区域直线形的接触。通过在模具之一中或者在一个单独的保持工具中加热板坯或预成形的半成品来实施为了硬化目的的调质处理。
在对裁剪好的板坯进行U形成型或深冲之后，可以进行纵向区域的纵向棱边的修边，如果这例如在深冲时由几何特点决定是必需的话。
此后，对U形半成品的端部区段进行至少一次单级的管形弯曲。有利地，这可以通过对应止挡在内部以至少一个芯轴的形式实现。特别有利地，为了达到沿管体纵向方向小的弯曲，而采用分段的或者说分节相连在一起的芯轴，例如插入式芯轴，或者是两个分开的、从管体的两端部区段可置入的芯轴。在此可以与其对应地设计至少一个芯轴段，该芯轴段是要支撑构件最大弯曲的区域。
作为材料，采用的是高强度的硼合金钢，例如AlSi-或有锌镀层的热成形钢，或者是BTR165。BTR165的成分和特性在DE10348086A1中有介绍。
对于在各方法步骤过程中的加热来说，就是使得变形加工步骤之前的这种加热能实现较低的挤压力或较高的变形度。通过直接在骤冷之前大于(>)AC3的构件温度，可以制成完全硬化的构件。较大的变形度、特别是较小的弯曲半径，尤其是相对只采用内高压成型而言是有重要意义的。
当要在内高压成型之前硬化或者只进行最后的调质时，可以按照铁－碳曲线(相图)来加热到高于(>)AC3。当要进行后来的调质时，可以在U形或管形成型之前也加热到小于AC3。如所述的那样，可以直接在内高压成型之前、在内高压工具或也在后置的固定的加热装置中实施加热或保温。此外可设想通过随同运动的加热装置在后置的转移中进行加热或保温。可以以感应的、电阻的、电容的、传导的方式或者通过红外辐射进行所述加热。
在分开专设的保持工具中或者也在内高压工具中的冷却可以通过喷淋、吹风或浸浴来进行。这特别是在内高压成型期间在受冷却的模具中或者在另外的保持工具中实现。
再者，在本发明的范围内重要的是，在内高压成型期间封住(Zuhalten)管体时优选可以这样进行加工，即，使得限定管体纵缝的直线形接触区域彼此压靠，以便因此能够通过相应高的表面压力承受内高压。
此外，在本发明方法的范围内可能有利的是，在内高压成型时通过在内高压工具的成形腔中与冷却剂接触而使结构件得以硬化。为此，例如通过入流通道将冷却剂导入成形腔中。在此重要的是，冷却剂的聚集态(Aggregatzustand，物态)是可调节的，其中，特别是压力为直至25MPa的冷却剂被置入、特别是注射到成形腔中。由此可达到：通过冷却剂从结构件带走足够大的热量。
在这里另一种变型方案是，采用压力高于其蒸汽压力的冷却剂。
结构件的各端部区段可以优选配有至少大致圆形的横截面。这一点可经由已述及的芯轴予以实现。
在用于制造轿车用A柱的优选应用中，特别有利的是：在周边侧被修边的板坯首先得到U形的横截面，该横截面具有凸形和凹形弯曲的周边区域以及纵向侧的法兰，接着将该U形的横截面在法兰面状接触的情况下成型为沿纵向方向弯曲的管体，该管体具有在弯曲部内侧上的侧面的接板(板条)。在这里，管体的各端部区段优选得到不同大小的大致圆形的横截面。
优选地，较小横截面的端部区段与管体其余的长度区域相比，得到沿管体纵向方向较小的曲率半径。
上述目的的物的主题部分的解决方案在按照本发明的特征中提到。
轿车用A柱形式的结构件包括沿纵向方向弯曲的管体，该管体在弯曲部的内侧上设有横向伸出的接板(板条)，该接板由彼此贴靠的法兰组成，其中，管体的一个端部区段比其余的长度区域更强地弯曲。在本发明的一个方面中，两个端部区段都配有至少大致圆形的横截面并且在各端部区段之间的长度区域具有一种多重凸形和凹形弯曲的横截面。按一种简单的变型方案，该凸形和/或凹形弯曲的横截面在整个构件长度上延伸。
在这里，管体的沿纵向方向更强地弯曲的端部区段与另一端部区段相比可以配有更小的横截面。
此外可能有利的是，更强地弯曲的端部区段具有200mm与400mm之间、优选300mm的曲率半径。
与具有更强曲率半径的端部区段相接的长度区域的曲率半径可以为1500mm与3000mm之间，优选为约2000mm。
附图说明
下面借助在附图中示出的实施例详细地描述本发明。在附图中：
图1示出在制造结构件时的流程情况的示意图；
图2示出U形成型的板坯的横截面图；
图3示出成型为管体的板坯的横截面图；
图4示出通过内高压成型而形成的结构件的横截面图；
图5示出图4的结构件的侧视图；和
图6示出图4和5的结构件的透视图。
具体实施方式
下面借助图1至6描述用于机动车车身的、A柱形式的结构件1的制造以及该结构件1的几何特点。
首先，按照图1，从料卷3中抽出金属带2并且将金属带导入冲压(冲裁)装置4。在该冲压装置中，由金属带2分割出对于继续加工正确地裁剪的板坯5。
接着，将每个板坯5在第一变形加工步骤中在相应设计的压力机6中U形地预成形。由图2可看出，预成形的板坯7的U形形状的确切的横截面，包括纵向侧的自由的接触区域10。
该预成形的板坯7然后在下游的一个另外的压力机8中被成型为管体9(也参见图3)。该管体9在很大程度上具有A柱的轮廓，其中，管体9的纵向侧的自由的各接触区域10在彼此贴靠的法兰11处构成。
按照图3，接着在内高压工具12中使管体9最终成形为结构件1(A柱)并且在这里进行校准。法兰11在这里被彼此紧密地压靠(图4至6)。
在一个后置的固定式的加热装置13中对结构件1进行加热。这可以以感应的、电阻的、电容的、传导的方式或者通过红外辐射实现。
接着，对经加热的结构件1在保持工具14中通过喷淋、吹风或浸浴进行冷却以及在这里进行调质或淬火硬化。相应的冷却剂循环用附图标记20表示。
按照所述的针对A柱形式的结构件1的制造的工艺方法，也可以制造机动车车身的其他构件，如B柱、纵梁、门槛、车顶框架、横梁或者端壁。
在借助图1至6描述的方法的变型中，也可以在裁剪的板坯5成型之前对该板坯进行加热以及等温加热地U形预成形并且此后同样等温加热地管形成型，然后便将其在内高压工具12中最终成形为结构件1。在这里可以加热到高于铁－碳曲线(相图)中AC3点的温度。这不仅适用于结构件1的淬火硬化而且适用于最后的调质。
此外，在借助图1至6描述的方法的变型中，可以使在加热情况下成型的管体9在内高压工具12中同时最终成形和骤冷。
最后还可设想，对裁剪的板坯5在成型为管体9之前进行加热。这优选加热到低于AC3点的温度。在U形预成形之后，对板坯7进行骤冷。此后，将U形预成形的板坯7再次至少局部加热到高于(>)AC3并且接着成型为管体9。
然后在内高压工具12中对管体9进行最终成形并且然后必要时进行打孔和/或针对自由的接触区域10进行接合。该接合可以通过MIG方法、MAG方法、WIG方法或者激光方法，通过钎焊或者通过构件复合以及通过铆接、螺钉连接、咬合连接等等来实现。最后，在受冷却的保持工具14中对结构件1进行骤冷。
作为结构件1的材料，可以采用AlSi、预涂层的22MnB5或者BTR165。
内高压成型可以特别是通过气体、例如氮气(N2)进行，或者也可以通过合适的液体来进行。
结构件1的壁厚可以限制于直至等于或小于4mm，其中，弯曲半径可达2mm。
骤冷时间为3至45秒。在各个工具之间的传送时间为1至20秒。U形预成形时的成形时间为1至20秒，而成型为管体9的成型时间同样为1至20秒。
内高压成型时的时间可以为0.1至5秒之间。借此确保：几乎没有流体介质损失。
结构件1的法兰11也可以直线形地、例如在纵向侧的接触区域10上接合。它们需要时可以配有卷边以提高刚性。
轿车用A柱形式的结构件1(图4至6)包括沿纵向方向弯曲的管体9，该管体在弯曲部的内侧15上设有横向伸出的接板(板条)16，该接板由彼此贴靠的法兰11构成，其中，管体9的一个端部区段17比其余的长度区域18更强地弯曲。管体9的两个端部区段17、19都配有至少大致圆形的横截面。在端部区段17、19之间的长度区域19具有一种多重凸形和凹形弯曲的横截面21。该横截面21在图4中以所需的明确示意可见。
尤其是由图6可看出，管体9的沿纵向方向更强地弯曲的端部区段17与另一端部区段19相比配有更小的横截面。
此外图5示出：更强地弯曲的端部区段17具有200mm与400mm之间、优选300mm的曲率半径KR。
与具有更强曲率半径KR的端部区段17相接的长度区域18的曲率半径KR1为1500mm与3000mm之间，优选为约2000mm。
附图标记清单
1－结构件
2－金属带
3－料卷
4－冲压装置
5－板坯
6－压力机
7－U形的板坯
8－压力机
9－管体
10－接触区域
11－法兰
12－内高压工具
13－加热装置
14－保持工具
15－9的内侧
16－接板
17－9的端部区段
18－9的长度区域
19－9的端部区段
20－冷却剂循环
21－18的横截面

Claims (5)

1.用于制造机动车用管形结构件的方法，该方法包括如下顺序的步骤：
对金属板坯在其周边侧进行修边；
使该金属板坯成形为管体，该管体具有彼此紧靠的边缘侧的接触区域；
将管体加热到高于AC3温度点的温度；
将管体在没有任何在先的接合过程的情况下借助在内高压工具中施加内高压而最终成形为结构件，其中，接触区域在内高压成型过程期间通过将压力施加到接触区域上而彼此紧密地压靠；以及
在内高压成型过程期间在工具中冷却管体，以便因此使管体硬化。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，成形步骤包括：在将金属板坯变形为管体之前将金属板坯成形为U形。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，管体的各接触区域构成在面状贴靠的法兰区段上。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：给管体的各端部区段配有至少大致圆形的横截面。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，至少管体的各端部区段分别经由至少一个芯轴加以成形。
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