CN106536076B - 用于由挤出的铝型材制造的机动车构件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造具有彼此不同的多个壁厚w1、w2的轻金属构件的方法，其特征在于，具有方法步骤：将轻金属挤出成具有不平整的型材横截面的型材(1)，其中至少在两个区域中型材横截面的壁厚w1、w2是彼此不同的，将型材(1)切断成型材段，增宽型材段，将展平的型材段成型成三维成形的板构件(8)，其中，板构件(8)具有至少两个具有不同壁厚w1、w2的区域。

Description

用于由挤出的铝型材制造的机动车构件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造具有不同壁厚的轻金属构件的方法。

背景技术

为了制造机动车车身使用机动车结构件以及车身构件。这些构件至少由钢板制成，从而一方面存在足够的成形自由度，另一方面实现了足够的强度。这里，制造方法通常规定，提供板材，将所述板材放入成型模具、尤其是压制成型模具，然后进行压制成型，从而将板构件最终成形为机动车构件。

随着对轻量化结构的不断要求，通过热成型和压制硬化来制造机动车构件和尤其是机动车结构构件，以便在使用钢合金的情况下在强度至少保持相同或提高强度的同时降低构件比重。

备选地，由轻金属制造机动车构件，这里特别是使用铝合金。这里，也提供由轻金属、尤其由铝制成的板材，将所述板材放入压制成型模具并最终成形为机动车构件。

为了在强度至少保持相同或更高的同时进一步改善与降低构件比重相关的构件特性，制造具有不同壁厚的构件。在车辆碰撞事故中应具有高强度和/或高抵抗力的构件区域为此具有加大的壁厚，受载较小的构件区域具有较薄的壁厚。为了制造这种构件，提供具有不同壁厚的板材，这种板材已知为特制材料。这种特制材料通过轧制(轧制差厚板)或者通过将具有不同壁厚的板材焊接在一起(拼焊板)制成。

这种特制材料的制造成本较高，其中，不同壁厚彼此间的过渡区域例如是由轧制度决定的或在焊接特制板的情况下是由热拼接决定的。

发明内容

因此，本发明的目的在于，以现有技术为基础，提供一种用于制造具有不同壁厚的轻金属构件的方法，所述方法相对于从现有技术中已知的制造方法能更为经济地执行，同时改善了可成形性。

根据本发明，上述目的通过一种用于制造具有不同壁厚的轻金属构件的方法来实现。

根据本发明的用于制造轻金属构件、尤其是具有多个彼此不同的壁厚的轻金属板构件的方法的特征在于如下的方法步骤：

-将轻金属挤出成具有不平整的型材横截面的型材，其中，至少在两个区域中型材横截面的壁厚彼此不同，

-将型材切断成型材段，

-增宽所述型材段，

-将展平的型材段成型成三维成形的板构件，其中，板构件具有至少两个具有不同壁厚的区域。

因此，根据本发明，首先例如以铝轻金属条或轻金属块的形式提供尤其是铝或铝合金的轻金属。然后，将这样提供的轻金属加热到挤出温度并且对其进行挤出，所述挤出温度优选在400℃至560℃的范围内、特别优选在从470℃至530℃的范围内。借助于挤出制造这样的型材，所述型材具有相互不平整的型材横截面，所述型材横截面在至少两个区域中具有不同的壁厚。

在本发明的范围中，不平整的型材横截面特别是是指起伏或拱曲或弯曲的型材横截面。本发明的一个重要的优点就在于此，即，板件不必制造成具有其完整的宽度，而是由于不平整的型材横截面并结合后面的增宽，可制造首先非常紧凑或宽度减小的板件。由于挤出工艺，一方面对于不平整或起伏或拱曲的横截面可以自由选择成型自由度。而另一方面，也可在横截面上自由选择壁厚或壁尺寸，因此可实现无过渡区域的壁厚突变，或者在横截面上构造线性地或渐进或递减地增加或减少的壁厚增大或壁厚减少。

此时特别优选的是，将这样制造的型材切断成型材段。然后可以后续加工步骤中操作或简单地处理这样制造的型材段。例如，切断成长度为1m、2m或3m的型材段。这种型材段一方面可以方便地运输和储存，并且也可以供应给后续加工步骤。

所述后续加工步骤尤其是横向于挤出方向的增宽型材段。在此，增宽尤其作为预成型或展平实施。在本发明的范围中，展平首先不可理解为，在考虑到不同壁厚的情况下，将型材段在横截面中完全平坦或平整地展平，但这可以是本发明的组成部分。在本发明的范围中，展平可理解为改变横截面，尤其是压平，使得型材段变宽。预成型在本发明的范围中同样可以理解为，将型材段加工成预成型体以用于后续的成型加工。在此，预成型优选为压制成型。备选地或也可以补充地，预成型可以作为拉伸成型实施，从而将型材段的侧向端部相互拉开并且由此将型材段的横截面具有预成型形状。备选地，也可使用滚压成型工艺，从而使型材段沿纵向方向连续成型或增宽。这里，这样执行滚压成型工艺，使得定形的轮廓沿纵向方向移入型材段并在此时增宽型材段。在本发明的范围中，增宽也可通过轧制工艺来执行。

这里，在本发明的范围中，可以通过不同的优选途径实现增宽、尤其是展平。或者在压制成型模具中增宽、尤其是展平型材段，使得在上模具和下模具相向运动时相应地增宽或展平放入的型材段。

在展平本身中时也可以制造预成型体，该预成型体或者对应于平面或平整的板件或对应于以后要最终成形的板构件。但在本发明的范围中也可以在增宽或展平时直接使板构件最终成形。为此，在成型模具、优选压制成型模具中展平型材段并且同时使其最终成形。

根据本发明的方法的备选或补充的设计方案设定，通过在相应的端部区域中、因此在型材段关于其宽度的相对置的端部处施加拉力实现展平。型材段被拉开，并且因此横截面不平整的型材段、尤其波浪形的型材段被拉开并且在此时也被展平。在这种处理方式中也制造预成型体，从而此时在另一个加工步骤中、尤其是成型步骤中由预成型体最终成形为要制造的板构件。

本发明的另一设计方案对于展平或增宽设定，通过滚压成型或轧制尤其是沿纵向方向增宽型材段。由此，也可以附加地实现沿横向方向的增宽。

特别优选的是，为此挤压具有起伏的横截面的型材，其中，横截面特别是W形地起伏。但在本发明的范围中也可以制造Ω形、ω形、π形或任意混合形状的横截面。也可以设想在横截面中手风琴式具有 4、5、6、7、8波纹的横截面。但特别有利地这样选择横截面，使得横截面具有与要制造的构件的横截面形状类似的形状，因为因此似乎也可以降低要施加的成型力和此时出现的变形程度。例如，为了制造具有帽形横截面的汽车立柱、尤其是B柱，选择优选为W形和/或π形的横截面轮廓。

在本发明的范围中，使用6000或7000的铝合金。这里，在本发明的范围已经证明特别有利的是，制造具有这样宽度的挤出型材，所述宽度以系数1.5至10、优选1.5至3小于要制造的构件的宽度或长度。这对于具有横向于在挤出时制造的型材的挤出方向的纵向延伸的构件意味着，由此构件的长度与挤出型材的宽度相关，挤出型材的宽度与构件的长度的比例为1比1.5至1比10、尤其是1比1.5至1比3。这意味着，构件以后是首先挤出并且未展平的型材的宽度的1.5至10 倍长。

相反，如果所制造的构件的纵向方向沿型材的挤出方向延伸，则所制造的板构件的构件宽度与挤压的型材的宽度的比例同样优选地为 1.5比1至10比1、尤其是1.5比1至3比1。在此，构件的宽度也是挤出型材的宽度的1.5至10倍。这意味着，型材在展平期间增宽了1.5 倍至10倍并且被进一步加工成最终成形的板构件。

因此，总体来说，在构件具有在其横截面分布上不同的壁厚的情况下，获得了更好的成型自由度以及设计可行性，同时制造成本降低。同样，由于在要制造的板构件的横截面方面对挤出型材的预处理，在进一步成型时，可以实现较小的变形程度并且因此减少构件组织结构中的损伤，这在后热处理方面具有积极作用或者甚至可以取消后热处理。因为挤出型材或由此制造的预成型体已具有与要制造的板构件的横截面类似的横截面并且因此不必对完全平整的板件进行复杂的三维成形，所以需要施加较小的成型力。

附图说明

根据本发明的方法的另外的优点、特征、特性和方面是以下说明的组成部分。在示意性的附图中示出优选的设计方案。这些设计方案有助于理解本发明。其中：

图1以横截面视图示出了根据本发明制造的挤出型材，

图2a和b作为展平的型材段示出图1中的型材，

图3a、b、c示出由根据图2的型材段制成的机动车B柱，

图4a、b、c、d备选地示出彼此不同的横截面型材，

图5a和图5b示出两个具有两种不同壁厚的机动车B柱，

图6a和图6b示出两个具有三种不同的壁厚的机动车B柱，

图7a、b、c、d示出根据本发明的机动车B柱的制造方法，

图8a、b、c、d以俯视图和不同的横截面示出利用根据本发明的方法制造的机动车B柱，以及

图9a、b、c、d示出利用根据本发明的方法制造的机动车B柱的备选的设计方案。

具体实施方式

在附图中对于相同或相似的构件使用相同的附图标记，即使处于简化的原因未对其重复说明。

图1以横截面示出根据本发明制造的型材1。可以很好地看到，型材1具有不平整的横截面分布，所述横截面分布尤其是构造成波浪形的并构造成W形。此外可以看到，型材1在横截面中具有两个不同的壁厚w1和w2，其中w2在此大于w1。此外，在横截面分布上，这里壁厚w1是恒定的，壁厚w2在相应的区域内是恒定的。但在本发明的范围可以设想，壁厚w1、w2也是变化的，例如增加或减少，因为尤其时与挤出相关地存在关于壁厚w1、w2的成型自由度。因此在从壁厚w2到壁厚w1的过渡部2处发生厚度突变，壁厚w2在这里不会线性地减小。但也可以设想其他的设计方案。

根据图1，型材1的横截面增宽、尤其展平，这通过在型材1的端部3上施加拉力Z来实现，或者、但也可以可选补充地通过向型材 1上施加压力D来实现。增宽不必强制实现在图2a中示出的预成型体 4，该预成型体构成基本上平面的板件。也可仅局部实施变宽，从而仍保留不平的横截面分布。

然后，图2a 以横向剖视图示出板件，而图2b以俯视图示出作为预成型体4的板件。这里板件具有长度L，型材1在切断成型材段之后具有该长度。板件还具有宽度B4，该宽度优选是在图1中所示型材1 的宽度B1的1.5至10倍。因此，预成型体4具有三个区域5、6、7，这些区域分别具有不同的壁厚w1、w2，其中，区域5和区域7分别具有壁厚w1，而区域6具有壁厚w2。在过渡部中，这里得到在过渡部2中示出的线性减小，但这在横截面中也可以例如构造成厚度突变或者也可以构造成渐进或递减变化的过渡部2。

图3a、3b和3c示出汽车立柱形式的所制造的板构件8。作为图2 中板件的预成型体4在成型模具、尤其在深拉模具或压力成型模具、尤其是压制模具中进一步被加工成所示板构件8。这里三个区域5、6、 7也构造成具有不同的壁厚w1、w2，这尤其是可以在图3 b和图 3c中看到，这两个附图示出了汽车立柱的根据图3a中的剖切线b-b和c-c的纵向和横向剖视图。在图3b中可见，在区域7中在整个横截面上构成壁厚 w1，相反，根据图3c，在沿板构件8的纵向方向9的分布上，三个个区域5、6、7分别具有不同的壁厚w1、w2。这里特别之处在于，板构件8的纵向方向9基本上垂直于型材1的挤出方向10定向。因此，构件的纵向方向沿型材的宽度方向定向。

图4a至4c示出用于制造根据本发明的型材1的型材横截面的不同的优选设计方案。这样，根据图4a的型材1在横截面中构造成U 形，所述型材具有基本上恒定的壁厚w1，相反根据图4b的型材1在横截面中构造成闭合的或构造为圆角矩形。尤其是沿挤出方向10在型材1上同时挤出凹槽形式的预定断裂部位11。在进一步成型中，可以将型材沿弯曲箭头12的方向弯曲打开。型材1也具有不同的壁厚w1、 w2。也可以设想，在该情况下通过增宽工艺或滚压成型工艺进行展平，相反优选又在压制成型模具中执行最终成形。

图4c示出另一设计方案，这里示出敞开的圆形型材。该圆形型材也可以为详细示出地在其横截面分布上具有变化的壁厚w1、w2。图 4d示出本发明的另一个设计方案。这里，首先挤出空心型材15，该空心型材具有空腔16。具有同样也不平整的横截面的侧腿17从空腔16 伸出，使得侧腿如所示出的那样弧形地相对于空腔16突出。备选于滚压成型工艺和轧制成型工艺，通过施加拉力Z和/或压力D使侧腿17 侧向变宽，其中，空腔16基本上保持其横截面轮廓。但在本发明的范围内，空腔16在其横截面上同样也可以通过增宽而变化。由此，空腔 16特别是可以展平。但在本发明的范围中特别是可以设想，通过进一步的加工步骤、尤其是通过最终成形过程使空腔16具有其最终的横截面轮廓。在本发明的范围内当然也可以设想，挤压并且接下来扩宽具有两个、三个或四个空腔的多空腔型材。

图5a和图5b示出本发明的另一个设计方案，这里预成型体4也具有两个壁厚w1、w2彼此不同的区域5、6。预成型体4也具有型材段的长度L，这样确定该长度，使得可以从预成型体4中切割出两个板构件8。这两个板构件8彼此相对并且分别具有带有不同的壁厚w1、w2的两个区域。因此，首先裁切预成型体4，其中，已经可以与最终轮廓相对应地进行这种裁切，因此裁切片13可以是最终裁切的结果，或者在最终成型结束之后再对裁切片13进行最终剪裁。也清楚可见的是，板构件8的纵向方向9也垂直于型材1的挤出方向10定向。

图6a和图6b示出了一种类似的设计方案，不同之处在于，在构件中，三个区域5、6、7具有不同的壁厚w1、w2。这里，所制造的板构件8的纵向方向9也垂直于预成型体4的挤出方向10延伸。

图7a至7b示出了对此备选的设计方案。首先，挤出根据图7a 的横截面π形波起伏的型材1。型材1具有不同的区域5、6、7，这些区域具有彼此不同的壁厚w1、w2、w3和wa。在下一个加工步骤中将挤压的波形的、π形的型材增宽成预成型体4，这在图7b中示出。这里，预成型体4沿挤出方向10应基本上已经具有与后面要制造的这里为汽车立柱形式的板构件8相似的横截面，由此降低了局部变形程度。

然后，在下一个成型步骤中制造板构件8，这里也是机动车B柱的形式的板构件，所述B柱横向于其纵向方向具有彼此不同的壁厚 w1、w2，这在图7c和7d中示出。在这种情况下，要制造的板构件8 的纵向方向沿型材1的挤出方向定向。因此，所制造的构件14的宽度相当于型材的宽度B1的1.5至10倍、尤其是1.5至3倍。

图8a示出了利用本发明的方法制成的、B柱形式的汽车立柱。汽车立柱18的纵向方向9这里沿机动车竖直方向19延伸。这里，上部 20相对于下部21具有较小的宽度。此外还示出了用于连接到未详细示出的车顶梁的顶部段22和底区段23，底区段进一步加宽。顶部段22和底部段23可同样利用根据本发明的方法一体地制成。

在图8b至8d中示出了根据剖切线b-b、c-c、d-d的不同横向剖视图。可以很好地看到，这里宽度B8b构造成比宽度B8c小。宽度 B8c又构造成比宽度B8d小。

为了利用根据本发明的方法制造汽车立柱18，首先挤出未详细示出的型材，该型材具有小于等于宽度B8b的宽度。该型材具有在横截面中起伏的或帽形的分布以及彼此不同的厚度。为此示出了在角区域中、即倒圆区域24中构成的厚度w24。与此相对地构成设置在腹板区域25中的壁厚w25。腹板区域25具有一个波纹。此外示出了在侧面的侧腿26上构成的壁厚w26。此外还构成设置在突出的法兰27上的壁厚w27。由于对型材进行挤出，壁厚w24、w25、w26、w27以及其过渡部在其厚度上可以灵活地设计。壁厚w25尤其是小于壁厚w24。壁厚w26优选等于壁厚w27，但壁厚w27可以小于壁厚w26。壁厚 w26优选又大于等于壁厚w26并小于等于、尤其是小于壁厚w24。

可以很好地看到，现在汽车立柱的宽度B8b、B8c、B8d从上部 20至下部21逐渐增大。这尤其是由于腹板区域25的增宽而表现出来。因为这里存在最小的壁厚w25，腹板区域25优选能特别容易地成型。

尤其是通过将截短的挤出型材放入压制成型模具中实现汽车立柱 18的成型。汽车立柱18特别优选地以一个由型材1到最终的汽车立柱的成型步骤来成形。顶部段22上的连接区域或底部段23上的连接区域以一体地以及材料统一地同时制造，例如通过进一步展平或扩宽型材1。

在根据图8d的图示中，腹板区域25几乎完全被增宽，这又实现了大于宽度B8c并且尤其是大于宽度B8b的宽度B8d。但侧腿26中的壁厚w26以及倒圆区域24中的壁厚w25构造成大于壁厚w25。这在侧向碰撞的情况下带来足够的侧向刚度。同时，薄的壁厚w25在制造汽车立柱18、尤其在增宽腹板区域25时实现了易成型性。

图9a示出了汽车立柱18、尤其是B柱的备选于此的设计方案，在图9b至9d中也示出彼此不同的横截面视图。根据图9b至图9d的剖视图可见，所使用的型材1与图8b至图8d相比在初始状态中就具有不同的横截面轮廓。图8b或图9b分别示出了上部20的横截面，该横截面基本上对应于型材1的横截面，因为型材这里仅发生很小的变形。

在图9c和9d中可见，拉伸或增宽根据图9b的起伏的腹板区域25，这实现了相对于宽度B9b更宽的宽度B9c和B9d。但这里与图8 的不同，关于图平面左边的侧腿26在横截面中构造成S形的。侧腿 26的壁厚w26小于相应的倒圆区域24中的壁厚w24，使得在此刻实现成比例更容易的成型。法兰27同样也是突出的。在下部区域21中，相应的侧腿26具有至少一个波浪或关于图平面在左侧构造成双S形。这里，小壁厚w26与相应的倒圆区域24的壁厚w24相结合也确保实现更容易的成型或更小的所施加的成型力。相应倒圆区域24中的较大的壁厚w24这里确保B柱具有足够的弯曲刚性。但在倒圆区域24中的壁厚w24同时构造成，使得倒圆区域在后续用于制造汽车立柱18 的增宽或成型工艺中不经历大的形状变化。

附图标记列表

1-型材

2-过渡部

3-1的端部

4-预成型体

5-区域

6-区域

7-区域

8-板构件

9-8的纵向方向

10-挤出方向

11–预定断裂部位

12-弯曲箭头

13-裁切片

14-根据图7c 的宽度

15-空心型材

16-空腔

17-侧腿

18-汽车立柱

19-机动车竖直方向

20-上部

21-下部

22-顶部段

23-底部段

24-倒圆区域

25-腹板区域

26-侧腿

27-法兰

B1-宽度

B4-宽度

B8-宽度

B8b-宽度

B8c-宽度

B8d-宽度

B9b-宽度

B9c-宽度

B9d-宽度

D-压力

L-长度

w1-壁厚

w2-壁厚

w3-壁厚

w24-壁厚

w25-壁厚

w26-壁厚

w27-壁厚

wa-壁厚

wr-壁厚

ws-壁厚

Z-拉力

Claims (18)

1.一种用于制造具有彼此不同的多个壁厚(w1、w2)的轻金属构件(8)的方法，其特征在于，具有以下方法步骤：

-将轻金属挤出成具有不平整的、起伏的型材横截面的型材(1)，至少在两个区域中所述型材横截面的壁厚(w1、w2)是彼此不同的，

-将所述型材(1)切断成型材段，

-在压制成型模具中通过压制成型模具的上模具和下模具的相向运动将所述型材段展平成平面的板件作为预成型体，

-将所述预成型体成型成三维成形的板构件(8)，其中，所述板构件(8)具有至少两个具有彼此不同壁厚(w1、w2)的区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述横截面制造成Ω形、π形或w形的。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述展平通过将所述型材段装入压制成型模具中来实现，其中，通过压制成型模具中的上模具和下模具合拢制成过渡形状构件，或者将所述型材段完全展平成具有彼此不同壁厚(w1、w2)的板件。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述展平通过将所述型材段装入压制成型模具中来实现，其中，通过压制成型模具中的上模具和下模具合拢制成预成型体构件。

5.根据权利要求1或2中所述的方法，其特征在于，所述展平通过将所述型材段装入压制模具中进行并且在所述压制模具中将所述型材段增宽和/或展平并且使板构件最终成形。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述展平通过沿要制造的板件平面施加拉力(Z)来实现。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述型材段的相对置的端侧施加所述拉力(Z)。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，也通过定形的边缘夹具将所述拉力(Z)施加到所述型材段上。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用6000或7000的铝合金作为轻金属合金，在400℃至560℃的温度下挤出所述铝合金。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，制成具有这样宽度(B1)的挤出型材，该宽度与所述板构件(8)或预成型体(4)的宽度(B4、B8、14)或长度(L)的比例为1比1.5至1比10。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，制成具有这样宽度(B1)的挤出型材，该宽度与所述板构件(8)或预成型体(4)的宽度(B4、B8、14)或长度(L)的比例为1比1.5至1比3。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在展平之前、期间或之后，对所述型材段进行裁切和/或穿孔。

13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所制造的板构件(8)具有对应于挤出方向(10)的纵向方向(9)，或者所制造的板构件(8)具有横向于挤出方向(10)延伸的纵向方向(9)。

14.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，横向于挤出方向(10)进行展平。

15.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助滚压成形或轧制进行展平。

16.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，制造汽车立柱(18)，其中，所述汽车立柱(18)的纵向方向(9)对应于挤出方向(10)，并且所述汽车立柱(18)具有横截面为帽形的、具有彼此不同壁厚的型材(1)，其中，所述横截面沿所述汽车立柱(18)的纵向方向(9)是彼此不同的。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述汽车立柱(18)是B柱。

18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述汽车立柱(18)的横截面沿纵向方向(9)从上部(20)朝下部(21)增宽。

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