CN108213171A - 热成形金属板材部件以及用于在此类板材部件中制造开口的方法 - Google Patents

Abstract

热成形金属板材部件和其制造方法，所述板材部件具有大于1,300MPa的抗拉强度Rm并且具有开口，所述开口在没有与冲模的轮廓相匹配的配对固定件的情况下以大于6m/s的冲模速度通过高速冲裁制造，其中所述开口的切割面的光滑切割比例为超过50％。

Description

热成形金属板材部件以及用于在此类板材部件中制造开口的 方法

技术领域

本发明涉及带有通过高速冲裁制成的开口的热成形金属板材部件，以及在此类部件中制造开口的方法。

背景技术

在具有超过1300MPa的抗拉强度Rm的金属部件中的开口可以通过剪切冲裁来制造，然而通常的剪切冲裁导致孔周边处的微裂纹。实验已经显示出，许多微裂纹具有超过50μm的长度。另外，还要考虑到由于制造导致的毛刺形成和超过40μm的毛刺长度。毛刺形成依赖于材料特性、切割速度和切割几何形状。另一个缺点是，要考虑到通过剪切冲裁产生的开口在断裂区域中的扩宽，其中一般而言扩宽大于壁厚度的10％。剪切切割的另一个不利的效果是提高的冷硬化，这导致在切割区域和断裂区域中超过基础硬度的15％的硬化。边缘硬化可以被确定为直至约100μm的深度。在剪切切割中，需要模具作为配对固定件。由此造成需要容纳模具并且尺寸足够大的装置，以便吸收在孔处产生的力。模具通常是对部件特定的，并且匹配所希望的开口几何形状。

发明内容

本发明的目的在于，提供板材部件以及制造高强度板材部件的方法，其中能够以降低的设备成本来制造孔或局部的边缘切边，而无需对部件特定的装置。

这个目的通过具有权利要求1所述特征的热成形金属部件和根据权利要求5所述特征的方法来实现。有利的改进方案在从属权利要求中给出。

具体实施方式

本发明的核心在于，冲模的速度如此之高，使得可以省去与冲模的轮廓匹配或者与待制造的开口的轮廓匹配的特定模具。由此，特定装置或模具的使用就变得多余。用于制造开口的装置变得明显更轻，并且另外还可以固定在机械臂上。由此易于精简制造工艺的构成。

根据本发明提出，开口通过高速冲裁来制造。冲模的速度为大于6m/s，而不使用与冲模的轮廓匹配的配对固定件。至少在冲模穿透板材部件的时刻施加大于6m/s的冲模速度。优选地，冲模在其冲裁之前的起始位置中处于距板材部件的限定的距离处。所述距离可以用于将冲模加速到撞击或穿透板材部件中时所希望的速度。冲模的高速度可以例如借助于磁脉冲、借助于烟火技术手段或者借助于电磁脉冲技术来产生。冲模的高速度引起工件中的短时间的温度升高，所述温度升高受限于非常窄的材料区域。由此，没有以如采用较小剪切速度(也就是说，采用小于1m/s的剪切速度)的正常剪切切割同样的程度出现冷硬化。通过去除或减少冷固化，没有产生微裂纹。

由于非常短的处理时间，由于分离过程而产生的热量不能足够快速地排出到工件的周围区域中。于是，与采用正常冲模速度的剪切切割相比，分模线区域被局部熔化并由此变得更软。

优选至少在穿透板材部件中的时刻，冲模的速度为超过8m/s、优选超过10m/s、尤其超过20m/s。并不排除例如100m/s的非常高的冲模速度，但是以当今的手段这提高了设备成本。因此100m/s的上限被看作是便利的，以使得用于实施本方法的装置仍然能够具有足够紧凑的尺寸。

冲模穿透深度为金属板材部件的壁厚度的至少20％、优选至少50％并且优选不大于壁厚度的80％。此外，在成品板材部件中，如此制造的开口的切割面的光滑切割比例超过50％且优选超过70％。努力实现尽可能高的光滑切割比例。

所述热成形的金属部件是高强度的，尤其在制造开口之前至少在制造开口的区域中被压制硬化而具有超过1300MPa的抗拉强度。因此不需要在制造开口之前将板材部件在切割区域中软化或预分离。

制造板材部件的金属材料尤其为未涂覆的锰硼钢、边缘脱碳钢、镀覆钢或Al/Si涂覆的和/或Zn涂覆的锰硼钢。

板材部件尤其为选自下组的狭长形的车辆结构部件：B柱或其内部增强件、C柱或其内部增强件、A柱或其内部增强件、车门防碰撞支架、保险杠横梁、纵梁、门槛、管路(Tunnel)、底板横梁、端壁。

根据本发明的在热成型且压制硬化的金属板材部件中制造开口的方法在于，在没有与冲模的轮廓相匹配的配对固定件的情况下通过用大于6m/s的冲模速度的高速冲裁制造具有闭合的或开放的切割线的开口。在此方法中，所述冲模向所述板材部件中穿透所述板材部件的壁厚度的至少50％。产生了所述开口的切割面的超过50％、尤其超过70％的光滑切割比例。在此方法中，引入板材部件中的冲量起到了重要的作用。冲模的动能与冲模速度的平方成正比。因此，还可以用相对较轻的冲模在非常高的速度下产生强的冲量。在此方法中提出，冲模的速度为大于6m/s。在本发明范围内冲模的速度尤其理解为冲模的撞击速度，所述撞击速度在撞击之后快速地且依赖于穿透深度和冲模质量而降低。具有闭合的切割线的开口也可以称为孔。具有开放的切割线的开口可以是板材部件中的在边缘侧设置的凹陷，即切边。

根据本发明的冲模可以设置在机械臂上并且从所述机械臂相对于所述板材部件移动到工作位置。通过取消配对固定件，用于制造开口的装置得以大幅度减重。本发明不应理解为，完全不对待加工的工件进行支承。而是，在待制造的轮廓的区域中不存在配对固定件(如通常在采用低速度的重型切割时所要求的)。然而板材部件本身可以固定在对接支承件处。这还可以是另一个机械臂，使得板材部件通过这个机械臂相对于在工作位置上的冲模而固定位置。所述机械臂还可以在制造开口之后将经加工的板材部件再次从冲模上移开。

可以在从压制硬化模具中取出之后或过程中进行开口的制造。开口不是在压制硬化模具中制造的，也就是说不是在封闭的压制硬化模具中制造的。在从压制硬化模具中取出的过程中或紧接着在从压制硬化模具中取出之后的加工使得也能够在传送时间过程中进行对金属板材部件的加工。循环时间在此优选低于20秒、尤其低于12秒且优选低于8秒。

因而还可以借助于设置在直线输送器、部件标记器或局部除氧化皮单元处的冲模进行开口的制造。上述装置为在处理或加工部件的过程中通常不产生开口的装置。然而，通过取消配对固定件，还有可能尤其在不锈钢镀覆的锰硼钢制成的部件的直线输送过程中、标记过程中或甚至局部除氧化皮过程中，通过在板材部件中的高速冲裁来制造开口。

因此也不需要通过热成形和/或冷成形或预切割或初始切割对开口随后的切割区域进行预先成型。开口可以在一步法中制造，其中板材部件在切割轮廓的走向中尤其是平坦的。

Claims (13)

1.热成形金属板材部件，其具有>1300兆帕斯卡的抗拉强度Rm并且具有开口，所述开口在没有与冲模的轮廓相匹配的配对固定件的情况下以大于6m/s的冲模速度通过高速冲裁制造，其中所述开口的切割面的光滑切割比例为超过50％。

2.根据权利要求1所述的板材部件，其特征在于，所述金属材料是在制造所述开口之前被压制硬化的或冷强化的钢。

3.根据权利要求1或2所述的板材部件，其特征在于，所述金属材料选自包括以下各项的组：未涂覆的锰硼钢、边缘脱碳钢、镀覆钢、Al/Si涂覆的和/或Zn涂覆的锰硼钢。

4.根据权利要求1、2或3所述的板材部件，其特征在于，所述板材部件为选自下组的狭长形的车辆结构零件：B柱或其内部增强件、C柱或其内部增强件、A柱或其内部增强件、车门防碰撞支架、保险杠横梁、纵梁、门槛、管路、底板横梁、端壁。

5.用于在具有权利要求2或3之一所述的特征的热成形且压制硬化的金属板材部件中制造开口的方法，其中在没有与冲模的轮廓相匹配的配对固定件的情况下以大于6m/s的冲模速度通过高速冲裁制造具有闭合的或开放的切割线的开口。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述冲模向所述板材部件中穿透所述板材部件的壁厚度的至少20％。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述冲模穿透所述板材部件的壁厚度的至少50％。

8.根据权利要求5至7之一所述的方法，其特征在于，所述冲模的速度设定为小于100m/s并且大于10m/s并且替代地大于20m/s。

9.根据权利要求5至8之一所述的方法，其特征在于，所述冲模设置在机械臂上并且从所述机械臂相对于所述板材部件移动到工作位置。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述板材部件相对于处于所述工作位置的所述冲模被固定位置在所述机械臂上或者另一个机械臂上。

11.根据权利要求5至8之一所述的方法，其特征在于，在从压制硬化模具中取出之后或过程中进行所述开口的制造。

12.根据权利要求5至8之一所述的方法，其特征在于，借助于设置在直线输送器、部件标记器或局部除氧化皮单元处的冲模进行所述开口的制造。

13.根据权利要求5至12之一所述的方法，其特征在于，所述开口在一步法中制造，而没有通过热变形和/或冷变形对随后的切割区域进行预先成型。