CN111201333B - 用于制造型材构件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造型材构件的方法。在该方法中提供和/或制造型材结构件(2)。对型材结构件(2)进行热处理并且在模压淬火模具中将其模压淬火，其中，型材结构件(2)在模压淬火模具(1)中在所述型材结构件的内部通过循环空气被冷却。

Description

用于制造型材构件的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造型材构件的方法。所述型材构件例如可以是车身构件。
背景技术
术语“模压淬火”描述了一种板材热成型方法，该板材热成型方法例如被用于制造最高强度的车身构件。
所述方法在一个工艺步骤(所谓的模压淬火或模内淬火)中结合板材构件的成型以及热处理。该方法的特征在于，将加热超过奥氏体化温度的坯件或闭合的型材放入到已冷却的成型模具中并且随后淬火。
这种集成在成型中的热处理产生马氏体结构，使得经模压淬火的构件具有非常高的抗拉强度，例如高达1800MPa。这种构件可以被用作与碰撞相关的结构构件，例如A柱增强件和B柱增强件、保险杠或车门槛，以及也可以被用于动力传动系中，例如用作凸轮轴。
文献DE102009030776A1描述了一种由较高强度的板料制成的型材构件，该型材构件在型材横截面中具有至少两个彼此间隔开的并且基本上封闭的型材区段，所述型材区段通过扁平地构造的连接区段连接。在此规定，在这种连接区段中引入刻槽，通过该刻槽的构型来调节型材构件的局部的型材宽度。
在文献EP1342515A1中描述了一种用于制造型材构件的方法，其中借助液压成形工艺制造管状体，该管状体随后被加热并且借助挤压模具被淬火。
在现有技术中已知的方法的缺点是，型材构件在模压淬火模具中通常只能从外部通过直接和/或间接的冷却被冷却，其中，型材构件的冷却只能不充分地被控制。
发明内容
因此，至少一些实施形式的待解决的任务是，给出一种用于制造型材构件的方法，在该方法中能够实现在模压淬火模具中有针对性地冷却型材构件。另一个任务是给出一种型材构件。
为此，本发明提出一种用于制造型材构件的方法，该方法具有以下步骤：
——提供和/或制造型材结构件，
——对所述型材结构件进行热处理，
——在模压淬火模具中将所述型材结构件模压淬火，
其特征在于，所述型材结构件在模压淬火模具中在所述型材结构件的内部通过循环空气被冷却，在模压淬火的第一时间区段中，所述型材结构件的第一部分区域与所述模压淬火模具的模具部件具有模具接触，并且所述型材结构件的第二部分区域与所述模压淬火模具的模具部件没有模具接触，并且在模压淬火的第二时间区段中，所述型材结构件的第一部分区域和第二部分区域与所述模压淬火模具的模具部件具有模具接触。
在这里所述的用于制造型材构件的方法中，根据至少一种实施形式提供或制造型材结构件。优选地，所述型材结构件具有至少一个闭合的型材区段。所述闭合的型材区段包围空心空间并且在横截面中、也就是说尤其是垂直于型材结构件的型材纵向方向具有完全闭合的圆周线。例如，型材结构件可以由管状体或者管构成。
此外，对型材结构件进行热处理。在热处理时，型材结构件例如可以在炉中被加热或加温。优选地，型材结构件被加热或奥氏体化到850℃至907℃之间的温度。
在热处理之后，将型材结构件在模压淬火模具中模压淬火，该模压淬火模具优选包括至少两个模具部件。在此，型材结构件在模压淬火模具中在型材结构件内部通过循环空气或环境空气冷却。循环空气或环境空气可以尤其是在由闭合的型材区段包围的空心空间中通过与在型材结构件的内部中的型材结构件表面的接触有助于冷却型材结构件。
由于设置在模压淬火模具中的型材结构件在其内部通过循环空气或环境空气冷却，所以不需要将液体和/或工业气体、例如氮气引导到型材结构件的内部，从而可以避免耗费的维护和与模压淬火模具的连接。
根据另一种实施形式，环境空气作为循环空气被引导到型材结构件的内部中。被引导到型材结构件内部的环境空气例如可以具有在10℃至30℃之间、优选在15℃至25℃之间、特别优选在18℃至20℃之间的温度。此外，循环空气可以通过被引导到型材结构件内部的压缩空气流到达位于内部的空心空间中。
根据另一种实施形式，设置在模压淬火模具中的型材结构件还通过从外部直接和/或间接的冷却来冷却。术语“从外部”在此表示型材结构件的背离空心空间的表面的冷却。在此，在直接冷却时，使冷却介质与型材结构件的表面直接接触。在间接冷却时，例如模压淬火模具的一个模具部件或多个模具部件可以通过冷却介质来冷却，使得当模具部件与型材结构件的外表面接触时，模具部件冷却外表面。例如，模压淬火模具的至少一个模具部件可以具有一个或多个用于引导冷却介质(例如水)的冷却通道。此外，模压淬火模具的多个模具部件或者所有模具部件可以具有一个或多个冷却通道。
根据另一种实施形式，在模压淬火模具中将型材结构件模压淬火期间，在至少两个型材结构件区域中有针对性地调节不同的材料特性。例如，在至少两个型材结构件区域中可以有针对性地调节不同的强度或不同的硬度或不同的延展性。
例如，可以通过对模压淬火模具限定的闭合过程控制来实现有针对性地调节不同材料特性。这尤其是可以在不干预模压淬火模具的调温的情况下实现。例如，可以通过压力机闭合过程的限定的速度进行限定的闭合过程控制。
有利地，具有定制特性(或英文“tailored properties”)的型材构件能够由此例如根据相应的加工速度来制造。尤其是在被用作机动车构件的型材构件中，由此可以产生高强度的区域以及“软质”区域，所述“软质”区域在碰撞情况下用于通过形成褶皱来吸收能量。
根据另一种实施形式，在模压淬火的第一时间区段中型材结构件的第一部分区域与模压淬火模具的模具部件具有模具接触，并且在模压淬火的所述第一时间区段中型材结构件的第二部分区域与模压淬火模具的模具部件没有模具接触。在模压淬火的第二时间区段中，不仅型材结构件的所述第一部分区域而且型材结构件的第二部分区域都与模压淬火模具的模具部件具有模具接触。型材结构件的在第一时间区段中具有第一模具接触的第一部分区域通过模具接触被快速冷却或淬火并且因此具有高强度的结构。然后，型材结构件的在第二时间区段中才具有模具接触的第二部分区域具有软的、可延展的结构。
为了在特定的构件区域中形成马氏体，压力机或模压淬火模具可以闭合直到特定的距离，其中，型材结构件的第一部分区域(在该第一部分区域中存在模具接触)被淬火并且由于结构转变得到高强度。在此，可以考虑由于通过压力机或模压淬火模具的限定的闭合速度进行冷却而导致的构件或者型材结构件的收缩，从而尤其是在模压淬火模具与构件或型材结构件之间提供始终不变的接触面。
为了在型材结构件中产生多种不同的结构、尤其是不同的强度或延展性的结构，压力机或模压淬火模具可以闭合直到模具面接触到型材面，在该型材面中应当达到马氏体状态。在限定的时间间隔之后可以将模压淬火模具闭合超过收缩尺寸，使得型材结构件变形并且另一个面或另一个部分区域被冷却。由此，对于另一个部分区域而言可以实现不同的材料特性、尤其是不同的强度和/或延展性。
根据另一种实施形式，模压淬火模具在模压淬火期间不完全闭合。例如，在模压淬火模具的两个模具部件之间可以设置一个或多个间隔保持件，所述间隔保持件防止模压淬火模具完全闭合。由此，例如可以实现，型材结构件的特定部分区域在模压淬火模具的最大闭合状态下没有模具接触，从而这些部分区域在模压淬火之后具有较小的强度或较高的延展性。
根据另一种实施形式，模压淬火模具具有至少四个模具部件，在模压淬火期间型材结构件与所述至少四个模具部件具有模具接触。由于模压淬火模具具有至少四个模具部件或模具部段，可以以特别简单的方式和方法控制型材结构件的哪些部分区域在哪个时间点应当具有模具接触，从而可以实现有针对性地调节各个部分区域的材料特性。例如，模压淬火模具可以具有六个模具部件或模具部段，在模压淬火期间、即在模压淬火期间的至少一个时间点，型材结构件与这些模具部件或模具部段具有模具接触。
根据另一种实施形式，在模压淬火期间局部地加热模压淬火模具的至少一个模具部件。例如可以在至少一个模具部件中设置有加热装置，该加热装置例如可以构造成加热筒。在模压淬火期间，利用加热装置或加热筒可以实现型材结构件的相邻部分区域比其它部分区域更缓慢地冷却，从而型材结构件的该部分区域在模压淬火之后具有更高的延展性。此外，模压淬火模具的每个模具部件可以具有至少一个加热装置或者加热筒。此外也可设想，模压淬火模具的至少一个模具部件或者模压淬火模具的多个或者甚至全部模具部件具有多个加热装置或者加热筒。
根据另一种实施形式，所述型材结构件具有锰硼钢。型材结构件例如可以具有由22MnB5或由20MnB8制成的基体。
根据另一种实施形式，所述型材结构件具有锌涂层。该型材结构件例如可以由管状的、镀锌的钢体或由镀锌钢管制成。
根据另一种实施形式，所述型材结构件在热处理步骤之前通过内高压成形工艺预成形。为了制造型材结构件，例如镀锌的钢管可以弯曲成所希望的形状并且随后为了实现复杂的构件几何结构通过内高压成形而进一步成形。附加或替代于内高压成形，型材结构件可以在加热或热处理之前通过激光工艺和/或冲压工艺进行加工。
根据另一种实施形式，在将型材结构件模压淬火之后进行表面处理或表面调节。此外，可以对型材构件进行激光加工。
此外，给出一种型材构件，该型材构件通过在此描述的方法来制造。型材构件优选构造成机动车构件。型材构件尤其是可以是用于机动车的车身构件。能够通过所述方法制造或通过所述方法制造的型材构件可以具有一个或多个结合所述方法提到的特征。尤其是，型材构件可以具有由钢、例如由22MnB5或由20MnB8制成的基体，并且设有锌涂层。
通过构造成机动车构件的、在此所述的型材构件能够在创新的机动车方案中提高被动安全性，在具有高刚性性能的同时减少重量，以及实现高的设计自由度。
附图说明
在此描述的用于制造型材构件的方法或所制造的型材构件的其它优点和有利的实施形式由以下结合附图1至图5描述的实施形式得出。其中：
图1示出根据一种实施例的用于制造型材构件的方法的示意图，
图2示出设置在模压淬火模具中的型材构件的示意图，该示意图用于说明根据另一种实施例的方法的方法步骤，以及
图3A至图5示出根据其它实施例的用于制造型材构件的方法的示意图。
具体实施方式
在实施例和附图中，相同或作用相同的部件可以分别设有相同的附图标记。所示出的元件及其之间的尺寸比例原则上不应视为合乎比例的。而是为了更好地说明和/或更好地理解，一些元件可被夸大地加粗或大尺寸地示出。
在图1中示出用于制造型材构件的方法的示意图。在该方法中，在方法步骤A中提供或制造型材结构件2。型材结构件2例如可以是具有锌涂层的钢管。
然后，在另一个方法步骤B中将型材结构件2加热，例如加热至850℃至907℃之间的温度。
在随后的方法步骤C中，将型材结构件2在模压淬火模具1中模压淬火，其中，型材结构件2在模压淬火模具1中在型材结构件2的内部通过循环空气或环境空气被冷却。
在图2中以示意图示出根据一种实施例的方法步骤C，其中，型材结构件2设置在具有第一模具部件11和第二模具部件12的模压淬火模具1中。第一模具部件11和第二模具部件12分别具有多个冷却通道4，冷却介质(例如水)能够流过所述冷却通道，从而设置在模压淬火模具1中的型材结构件2能够间接地被冷却。在型材结构件2的内部3中，型材结构件2的使内部3有光泽的表面通过循环空气或环境空气冷却。被引导到内部中的循环空气或环境空气例如可以具有在15℃至25℃之间的温度。
图3A至图3C分别示出根据不同实施例的型材结构件2，所述型材结构件设置在模压淬火模具1中。这些实施例的共同点是，在模压淬火后得到如下型材结构件2或型材构件，所述型材结构件或型材构件分别具有带有不同材料特性的部分区域。如在图3D中所示，型材构件例如可以包括构造成硬的且具有高强度的部分区域100以及构造成软的并且具有高延展性的部分区域200。
图3A的模压淬火模具1与根据图2的模压淬火模具不同地具有间隔保持件5，该间隔保持件防止模压淬火模具1或者模具部件11、12完全闭合。由此，型材结构件2的部分区域200没有模具接触，由此在这些区域中进行了延迟的冷却，这导致这些区域在完成的型材构件中具有较小的强度。
在根据图3B的实施例中，借助于压缩空气流或动力空气流将循环空气引导到型材结构件2的内部3中。
图3C示出模压淬火模具1，该模压淬火模具总共具有六个模具部件11、12、13，这些模具部件中的两个模具部件分别彼此关联并且能够相对于彼此运动。由于模压淬火模具具有六个模具部件11、12、13，可以以特别简单的方式和方法控制型材结构件2的哪些部分区域在哪个时间点应当具有模具接触，从而可以实现有针对性地调节各个部分区域的材料特性。
在图4A和4B中示出用于制造型材构件的方法的另一种实施例，其中通过夹紧和再按压实现所谓的“定制特性”。型材结构件2的在第一时间点与第一模具部件11或第二模具部件12具有模具接触的部分区域被快速淬火，由此这些部分区域得到具有高强度的结构。而型材结构件2的在随后的时间点经历模具接触的部分区域在制成的型材构件中具有高延展性。
图5示出根据另一种实施例的设置在模压淬火模具1中的型材结构件2，其中，模压淬火模具1的第一模具部件11具有加热装置或加热筒7，通过该加热装置或加热筒在型材结构件2的局部限定的、相邻的区域中防止了淬火所需的速度，使得型材结构件2或制成的型材构件在所述区域中随后具有低的硬度和低的强度以及高的延展性。
所示实施例中描述的特征也可根据其它实施例彼此组合。替代或附加地，附图中所示实施例可具有根据一般性说明的实施形式的其它特征。
附图标记列表
1 模压淬火模具
2 型材结构件
3 内部区域
4 冷却通道
5 间隔保持件
6 压缩空气流
7 加热装置
11 第一模具部件
12 第二模具部件
13 另一个模具部件
100、200 型材结构件区域
A、B、C 方法步骤

Claims (13)

1.一种用于制造型材构件的方法，该方法具有以下步骤：
——提供和/或制造型材结构件(2)，
——对所述型材结构件(2)进行热处理，
——在模压淬火模具(1)中将所述型材结构件(2)模压淬火，
其特征在于，所述型材结构件(2)在模压淬火模具(1)中在所述型材结构件的内部通过循环空气被冷却，在模压淬火的第一时间区段中，所述型材结构件(2)的第一部分区域(100)与所述模压淬火模具(1)的模具部件(11、12)具有模具接触，并且所述型材结构件(2)的第二部分区域(200)与所述模压淬火模具(1)的模具部件(11、12)没有模具接触，并且在时间上在第一时间区段之后在模压淬火的第二时间区段中，所述型材结构件(2)的第一部分区域(100)和第二部分区域(200)与所述模压淬火模具(1)的模具部件(11、12)具有模具接触，由此使得型材结构件变形并且所述第二部分区域被冷却。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将环境空气作为循环空气引导到所述型材结构件(2)的内部。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，被引入到所述型材结构件(2)的内部的环境空气具有10℃至30℃之间的温度。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，设置在所述模压淬火模具(1)中的型材结构件(2)还通过从外部直接和/或间接的冷却被冷却。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述型材结构件(2)在所述模压淬火模具(1)中模压淬火期间，在至少两个型材结构件区域中有针对性地调节不同的材料特性。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，通过对所述模压淬火模具(1)的限定的闭合过程控制来实现有针对性地调节不同的材料特性，而不干涉所述模压淬火模具(1)的调温。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述模压淬火模具(1)在模压淬火期间不完全闭合。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述模压淬火模具(1)具有至少四个模具部件，在模压淬火期间，所述型材结构件(2)与所述至少四个模具部件具有模具接触。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将所述模压淬火模具(1)的至少一个模具部件在模压淬火期间局部加热。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将所述型材结构件(2)在热处理步骤之前通过内高压成形工艺预成形。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述型材结构件(2)具有锌涂层。
12.根据权利要求3所述的方法，其中，被引入到所述型材结构件(2)的内部的环境空气具有15℃至25℃之间的温度。
13.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述至少两个型材结构件区域中有针对性地调节不同的强度。
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