CN108687200B - 用于制造板材成形构件的方法以及板材成形构件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于借助U‑O成形由板坯制造板材成形构件(1)的方法，其中，首先通过U成形制出预成形件(5)，并且接着通过O成形实施最终造型以制成最终成形件(13)，其中，预成形件(5)在横截面中具有最大宽度(B5)，该最大宽度比O成形之后制成的最终成形件(13)的最大宽度(B13)小。

Description

用于制造板材成形构件的方法以及板材成形构件

技术领域

本发明涉及一种用于借助U-O成形由板坯制造板材成形构件的方法以及一种板材成形构件。

背景技术

通过成形制造板材构件在现有技术中是众所周知的。特别是为此提供由钢合金或者由轻金属合金构成的板坯并进行成形技术加工，从而制成三维成形的板材成形构件。

为了制造在横截面封闭的空心型材构件，U-O成形在现有技术中确立了其地位。在此首先通过U成形制成预成形件。在U成形期间制成横截面半开放的型材构件。接着进行O成形，从而将横截面封闭并且作为可选进行焊接。

从现有技术中还已知的是：将U-O成形用于三维复杂成形的构件。这意味着：横截面在构件的长度上变动以及横截面的中心点并非基本上位于中心纵轴线上，而是偏离该中心纵轴线设置。例如由DE 100 62 836 A1公知了对这样的三维复杂成形的U-O成形构件的制造。

发明内容

本发明的目的是：进一步提高U-O成形时的造型自由度，而同时降低制造成本。

根据本发明，上述目的利用一种用于借助U-O成形由板坯制造板材成形构件的方法实现，其中，首先通过U成形制出预成形件，并且接着通过O成形实施最终造型以制成最终成形件，其中预成形件在一个横截面中具有最大宽度，该最大宽度比O成形之后制成的最终成形件的最大宽度小，其中，制造沿纵向具有彼此不同的横截面的预成形件，在制成的构件中一个横截面的外周与一个与其沿着纵向间隔开的横截面的外周相差5％以上。

所述目的的产品部分利用具有本发明的特征的板材成形构件得以实现。该板材成形构件通过如本发明所述的方法制成，板材成形构件在其纵向延伸上具有两个弯曲部，其中，每个弯曲部的最大偏移与将该板材成形构件的各端部连接的直线位于一个平面中并且这两个平面彼此成夹角α设置。

用于借助U-O成形由板坯制造板材成形构件的方法规定：首先通过 U成形制成预成形件。这特别是可以通过深冲过程来实现。在此产生预成形件。然后通过O成形将该预成形件继续加工成最终成形件。特别是可以在具有上模和下模的冲压成形模具中进行最终成形。

特别是利用本方法对可以由钢材或者轻金属材料构成的板坯进行加工。该板坯可以具有均匀的壁厚、然而也可以具有局部彼此不同的壁厚。

根据本发明现在规定：预成形件在横截面中具有最大宽度，该最大宽度比O成形之后制成的最终成形件在相同横截面平面中的最大宽度小。在本发明的意义中，板材成形构件、下面也称为构件特别是制成有沿着纵向彼此不同的横截面，因此是三维复杂成形制成的板材成形构件。所产生的相应的横截面同样可以偏离中心纵轴线设置，从而可以制成三维复杂的形状，例如作为范例众所周知沿着纵向弯曲的漏斗等等。

与传统的U-O成形法相比，因此可以制造在制成的构件的纵向上不同的横截面外形。特别是可能的是：横截面的外周在钢制构件的情况中偏离5％以上，而在由轻金属合金、特别是铝合金构成的构件的情况中偏离10％以上。因此构件在一个横截面中具有一个外周并且在一个与其沿着纵向间隔开的横截面中具有大或者小5％或者10％以上的外周。因此在本发明的U-O成形法的情况中成形可能性得到显著扩大。

利用根据本发明的方法因此特别是可以制造机动车的底盘构件或结构构件。例如可以制造侧臂、横拉杆、横梁或塔架(Tower)以及纵梁。上述构件特别是使用在机动车的轴区域(Achsbereich)中或者碰撞区域 (Crashbereich)中。

根据本发明在这种情况下规定：预成形件的每个产生的横截面具有一个最大宽度，该最大宽度比制成的最终成形件的在相同位置上实施的横截面的最大宽度小。最终成形件在此与制成的板材成形构件相符，其中，该板材成形构件还可以经历另外的加工步骤，例如纵缝焊接、剪切、淬火等等。最大宽度在此特别是外侧宽度，其作为水平线、特别优选沿着相对进行最终造型(Endformgebung)的模具的挤压行程方向的横向测得。

作为可选方案根据本发明规定：在至少一个长度区段中预成形件的横截面的宽度与最终成形件的宽度基本上相符。这个长度区段优选具有一个长度，该长度在预成形件的总长度的1％至10％之间。也可以存在多个这样的长度区段，在这些长度区段中，预成形件的横截面的宽度基本上与最终成形件的宽度相符。这种措施优选通过如下方式构成倾翻保护，即，预成形件的横截面的宽度和受此限制特别优选预成形件的下部部分中的横截面轮廓基本上与最终成形件在这个下部部分中的横截面轮廓相符。可以将这样制成的预成形件放到用于最终成形的下模上或者该下模中。因为在具有相同宽度的长度区段中实现与下模轮廓的形状锁合贴靠和因此避免预成形件在最终成形模具中的倾翻，所以避免预成形件的侧倾。特别优选在预成形件上设置两个这样的长度区段。

根据本发明，本方法的出众之处因此在于：通过U成形制成的预成形件与最终成形件的几何形状大不相同、特别是在横截面方面。因此可以实现比较复杂的造型，这是因为特别是这种可能性在最终造型期间依然没有过大地通过预成形受到决定性损害或者影响。也可以仅仅沿着长度局部地构成预成形件的横截面与最终成形件的横截面的大的差异。

特别是规定：预成形件的横截面的最大宽度比最终成形件的横截面的最大宽度小至少5％以上、优选10％以上、特别是15％以上并且特别优选20％以上。然而最大宽度比最终成形件的最大宽度不应小100％以上、优选不应小50％以上和特别优选不应小25％以上。

特别优选在彼此不同的模具上实施U成形和O成形。将通过U成形制成的预成形件从预成形模具中取出并且将其转送到最终成形模具或中间成形模具中。特别是制成沿纵向至少简单弯曲的预成形件、例如用于制造A立柱。

此外，在根据本发明的方法的优选的构造变型中可以规定：在U成形与O成形之间实施另外的的中间成形步骤。

特别是中间成形步骤是对通过U成形制成的凸出的边棱的加工。首先可以对这些边棱进行剪切，从而制成尺寸稳定性高的和/或经过接近最终轮廓剪切的预成形件。进一步优选还可以将凸出的边棱向内、因此彼此相对聚拢地弯曲。

中间成形步骤也可以是卷压(Einrollen)。在卷压中优选制成中间成型件。该中间成形件特别是与预成形件不同。特别是中间成形件接近最终成形件和/或基本上至少部分已经与最终成形件相符。特别是通过卷压实施中间成形。

优选在卷压时已经可以将预成形件的最大宽度增大，使得产生中间成形件的最大宽度。中间成形件的最大宽度基本上与最终成形件的最大宽度相符和/或至少接近该最大宽度。

特别是可以如下地对中间成形件进行加工，即，中间成形件的横截面的特别是达到下部四分之一、优选达到下部三分之一和特别是达到下部二分之一的下部部分在横截面方面或者在横截面轮廓方面已经与最终成形件相符。这特别是具有优点：在将中间成形件放入最终成形模具中时实现定心。

作为可选或者补充，也可以在中间成形步骤中对预成形件进行挤压、特别是对横截面进行挤压。在此通过挤压使壁厚、特别是横截面中的壁厚增大。

再次作为可选或者补充，可以在根据本发明的方法中、特别是在最终造型时进行挤压过程。在这种情况下，特别是在O成形时，端部区域的或者端侧边棱的两个对置的端侧相互贴靠，并且O成形模具的进一步关闭则导致挤压，使得在最终造型时使制成的构件的壁厚增大。

在挤压过程中使横截面中的壁厚增大。这可以为每个横截面、即在构件的整个长度上实现、然而也可以仅仅在长度上局部地实现。例如因此可以只使中间长度区段的相应横截面中的壁厚增大。外侧长度区段的横截面中的壁厚在此则保持几乎与原始使用的板坯的壁厚相同。

特别是通过挤压将固有应力和此处具体地说固有压应力置入构件中。这产生本发明的优点，由此置入固有压应力，从而在构件以后的负荷中、特别是在交变弯曲应力中，该构件没有形成裂纹的倾向。通过这种方式有效地避免了一个联接在车体中的或者与其它构件联接的构件在碰撞事故中延迟断裂和/或断裂。

还通过挤压以较高的尺寸稳定性制造构件，这是因为特别是避免了反弹效应(spring back)。

作为可选，特别在使用可淬火的钢合金的情况中，可以至少将最终成形作为热成形实施，包括可选的随后的模压淬火。因此可以制造具有高性能或者最高强度性能的淬火的钢构件。

在使用铝合金的情况中，也可以为了预成形和/或最终成形采用相应的、对于铝合金来说已知的热成形或半热成形。通过这种方式再次改进造型性能。

此外，为了制造板材成形构件可以接着对已制成的最终成形件进行加工。在这种情况下，特别是可以对相互对接设置的边棱例如进行焊接。

此外，本发明还涉及一种根据本发明通过U-O成形制成的板材成形构件。该构件的出众之处首先在于：它根据本发明方法制成。该构件的出众之处其次在于：相应横截面的壁厚沿着纵向变动。作为可选或者补充，该构件的出众之处在于：它具有至少两个弯曲部，其中，这些弯曲部的相应最大偏移从一根将该构件的端部连接的直线起向着彼此不同的方向定向地凸出。

附图说明

下文说明的内容为本发明的其它优点、特征、性能和观点。在示意图中示出优选的构造变型。这些示意图有助于容易理解本发明。附图中：

图1示出根据本发明制成的板材成形构件的透视图包括剖视图；

图2中的图2a)至2h)示出根据本发明的方法过程；

图3示出将预成形件放入最终成形模具中；

图4中的图4a)至4c)示出预成形件和最终成形件的不同的、叠加的横剖视图；

图5中的图5a)至5d)示出根据本发明的具有两个彼此不同的弯曲部的构件的透视图以及两个不同的侧视图和

图6中的图6a)至6e)示出图5所示构件的顶视图以及不同的横剖视图。

在附图中为相同的或类似的构件使用同样的附图标记，即使出于简化原因省略了重复说明。

具体实施方式

图1示出的是根据本发明制造的板材成形构件1的透视图，此外根据剖切线A-A、B-B和C-C示出相应的横剖视图。可以看到：板材成形构件1是经过三维复杂成形制成的。在此，该板材成形构件特别是具有一个弯曲部2，该弯曲部伸入基于画面下部的区段中，该板材成形构件因此构造成沿着纵向L弯曲的。横截面的相应的横截面轮廓同样沿着构件1的纵向L变动。此外示出在构件1中制成的焊缝3。最终成形件13 的彼此面对的接口边棱6利用该焊缝3封闭。

板材成形构件1根据本发明以升高的造型自由度和同时较小的生产成本制成，其中，在图2a)至2h)中的流程中示意性地示出根据本发明的方法。首先根据图2a)借助U成形将平坦的板坯4制成预成形件5。这例如可以通过深冲实现。在图2b)中示出预成形件5。在一个后续的中间步骤中可以对凸出的边棱6进行剪切，这在图2c)中示出。然后在图 2d)示出的进一步的中间步骤中，可以将凸出的边棱6在前面可选的剪切后向内指地弯曲。为此将两个边棱6弯曲成基本上彼此相对定向的。然后优选将这样制造和加工的预成形件5在一个中间成形模具7中继续进行加工，这在图2e)和2f)中示出。为此首先根据图2e)将预成形件 5放到中间成形模具7中并且接着将该中间成形模具7关闭，这在图2f) 中示出。为此，中间成形模具7的上模8和下模9相对聚拢地运动。特别是为此在中间成形模具7的上模8上设置有定心棱(Zentrierkante) 10，使得预成形件5的凸出的边棱6贴靠在这些定心棱10上。在此将预成形件5的宽度B5同样加宽到中间成形件11的宽度B11。

然后根据图2g)将制成的中间成形件11放入最终成形模具12中并且通过将该最终成形模具12关闭来将其成形为最终成形件13。最终造型是O形，这在图2h)中示出。最终成形件13的宽度B13在此大于预成形件5的宽度B5。特别是最终成形件13的宽度B13约等于中间成形件 11的宽度B11。在此优选中间成形件11的下部部分14与最终成形件13 的下部部分14相符。因此在放入到最终成形模具12中时已经可以将中间成形件11定位或者对其校准。中间成形件11的下部部分14的高度在此优选相当于最终成形件13在下部部分14中的高度的最多25％、特别是最多30％和特别优选最多50％。

此外，在图2d)、2e)、2f)、2g)和2h)中示出相应的壁厚。壁厚 wd基本上与板坯4的壁厚wa相等。壁厚we同样与壁厚wg相等并且因此与壁厚wa相等。如果现在实施从图2e)至2f)的中间成形步骤，那么可能的是：在这个中间成形步骤期间通过挤压就已经将壁厚增大。可以对一个比壁厚we大的壁厚wf进行调节。这也可以仅仅沿着长度局部地在需制造的预成形件的长度上实现。在这种情况中，放入到最终成形模具中时的壁厚wg于是与壁厚wf相等。因此wg大于we。如果壁厚在中间成形步骤中未得到挤压或者未实施中间成形步骤，那么壁厚wg与壁厚we相等。现在也可以在最终成形期间进行挤压过程。制成的构件上的壁厚wh于是大于壁厚wg。为此，各端侧23形状锁合地贴靠并且在为了最终造型而将模具进一步闭合时这些端侧23的形状锁合的贴靠接触导致挤压并且因此导致壁厚从wg到wh的增大。因此壁厚wh大于壁厚wg。

这在图3中也得到再次展示，在此将没有中间成形件11的预成形件 5放入最终成形模具12中。在此，预成形件5的下部部分14在其轮廓方面在U成形时也已经接近最终成形件13，从而在放入到最终成形模具中 12中时实现定心。

图4a)至图4c)在此又一次通过如下方式直观地示出根据本发明的制造方法，即，在内侧作为开放的空心型材示出不同横截面的U形预成形件5和与此对应地在O成形后制成的最终成形件13。首先可以看到：预成形件5的相应最大宽度B5比最终成形件13的宽度B13小、特别是局部小得多。在预成形件5中，凸出的边棱6可以相应弯曲成彼此相对的，这可以通过预成形后的中间成形过程制成。完全如制成的最终成形件13的横截面形状一样，预成形件5的各个横截面本身在尺寸和形状方面同样彼此不同。

图5a)示出的是根据本发明制成的板材构件1、下文也称为构件1 的透视图。在此其涉及的是轴支架的侧臂。板材成形构件1具有在其纵向L上彼此不同的横截面轮廓。此外，板材成形构件1在其端部15上具有开口16以及在中间的长度区段中具有联接区域17。开口16和连接区域17设置用于与其它未进一步示出的构件进行联接。

在图5a)的中心纵轴线18上已经可以看到本发明的另一个优点。在图5b)和5c)中再次进一步详细地示出这个优点。图5b)和5c)分别示出图5a)的板材成形构件1的来自不同视向的侧视图。板材成形构件 1在其纵向延伸上具有向着两个方向的弯曲部。这些弯曲部中的每一个弯曲部的最大偏移20、22(针对中心纵轴线18)分别位于一个包括一根将端部15连接的直线21的平面中。两个产生的平面彼此成夹角α设置。因此与现有技术中已知的U-O成形法相比，利用根据本发明的U-O成形法可以制造一种构件，该构件不仅具有向着一个方向的弯曲部，而且还有第二或另外的弯曲部，其相应最大的偏移位于其它方向中并且两个方向或者平面彼此成特别是90°的夹角α设置。图5d)示出两个平面(弯曲部的相应的最大偏移20、22位于这些平面中)以及其间产生的夹角α。

此外，特别优选利用根据本发明的方法可以使构件1的总长度19与弯曲部的最大偏移成一个比率。由此可能的是：相应弯曲部的由将各端部15连接的直线21直到中心纵轴线18的偏移a20、a22的比率设定为至少0.125。优选该比率大于0.15、特别是大于0.2。然而该比率不应大于0.8、特别是不应大于0.5。这意味着：最大偏移a20、a22分别相当于构件1的总长度19的至少12.5％。因此特别是对于三维复杂成形的和向着至少两个方向弯曲的构件1的情况，造型自由度与现有技术相比利用根据本发明的方法得到显著提高。

图6a)至6e)示出根据本发明的板材成形构件1的侧视图以及不同的横剖视图。图6b)至6e)示出根据图6a)中的剖切线B-B、C-C、D-D 和E-E的相应的横剖视图。可以清楚地看到：分别产生的横截面沿着构件1的纵向L彼此不同。因此横截面在变动。图6b)的横截面的外周U 例如大于图6d)的横截面的外周U，其中，图6e)的横截面又较大。此外例如可能的是：图6d)的壁厚Wd和图6e)的壁厚We构造得大于图 6c)和6b)的壁厚Wc以及Wb。在图6d)和6e)的横截面中可以在中间成形步骤期间和/或在最终造型期间通过挤压过程使壁厚增大。根据图 6b)和6c)壁厚可以保持不变。然而壁厚Wb、Wc、Wd和We也可以全部构造成大小相同。优选壁厚在一个相应的横截面中是均匀的。

附图标记列表

1 板材成形构件

2 弯曲部

3 焊缝

4 板坯

5 预成形件

6 边棱

7 中间成形模具

8 7的上模

9 7的下模

10 定心棱

11 中间成形件

12 最终成形模具

13 最终成形件

14 下部部分

15 1的端部

16 开口

17 联接区域

18 1的中心纵轴线

19 1的长度

20 偏移

21 直线

22 偏移

α 夹角

a20 一个平面内从21至18的间距

a22 一个不同的平面内从21至18的间距

B5 5的宽度

B11 11的宽度

B13 13的宽度

L 纵向

U 外周

Claims (22)

1.用于借助U-O成形由板坯制造板材成形构件(1)的方法，其中，首先通过U成形制出预成形件(5)，并且接着通过O成形实施最终造型以制成最终成形件(13)，其特征在于：预成形件(5)在一个横截面中具有最大宽度(B5)，该最大宽度比O成形之后制成的最终成形件(13)的最大宽度(B13)小，其中，制造沿纵向(L)具有彼此不同的横截面的预成形件(5)，在制成的板材成形构件中一个横截面的外周与一个与其沿着纵向间隔开的横截面的外周相差5％以上。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：制造沿纵向(L)具有彼此不同的横截面的板材成形构件(1)。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：预成形件(5)的每个横截面比最终成形件(13)的相应的横截面具有更小的最大宽度(B5)，或者在至少一个长度区段中，预成形件(5)的横截面的宽度与最终成形件(13)的宽度基本上相等。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述长度区段的长度与预成形件(5)的总长度的1％至10％相等。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：预成形件(5)的横截面的最大宽度(B5)比最终成形件(13)的横截面的最大宽度(B13)小5％以上。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：预成形件(5)的横截面的最大宽度(B5)比最终成形件(13)的横截面的最大宽度(B13)小10％以上。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：预成形件(5)的横截面的最大宽度(B5)比最终成形件(13)的横截面的最大宽度(B13)小15％以上。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：预成形件(5)的横截面的最大宽度(B5)比最终成形件(13)的横截面的最大宽度(B13)小20％以上。

9.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在U成形与O成形之间实施中间成形步骤。

10.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在U成形期间或者之后将凸出的边棱(6)向内指地弯曲。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于：中间成形步骤为卷压，和/或在该中间成形步骤期间在横截面方面对预成形件(5)进行挤压，使得横截面中的壁厚增大。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：在卷压期间使预成形件(5)的最大宽度(B5)加宽，和/或在卷压中制成的横截面至少在其下部四分之一中相对最终成形件(13)的横截面具有10％以下的差别。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于：在卷压期间使预成形件(5)的最大宽度(B5)加宽到基本上为最终成形件(13)的最大宽度(B13)。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于：在卷压中制成的横截面至少在其下部三分之一中相对最终成形件(13)的横截面具有10％以下的差别。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于：在卷压中制成的横截面至少在其下部二分之一中相对最终成形件(13)的横截面具有10％以下的差别。

16.如权利要求12所述的方法，其特征在于：在卷压中制成的横截面至少在其下部四分之一中相对最终成形件(13)的横截面具有5％以下的差别。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于：在卷压中制成的横截面至少在其下部四分之一中与最终成形件(13)的横截面几乎相符。

18.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在最终造型中对需制造的板材成形构件(1)在横截面方面进行挤压，使得横截面中的壁厚增大。

19.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在预成形之后对凸出的边棱(6)进行剪切。

20.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：至少将O成形作为热成形实施。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于：后续实施模压淬火。

22.板材成形构件(1)，其通过如权利要求1所述的方法制成，其特征在于：板材成形构件(1)在其纵向延伸上具有两个弯曲部，其中，每个弯曲部的最大偏移(20，22)与将该板材成形构件的各端部连接的直线(21)位于一个平面中并且这两个平面彼此成夹角α设置。

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