CN111434442A - 一种裸板补丁的热冲压件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种裸板补丁的热冲压件的制造方法，包括对无涂层的钢板进行落料获得主料片和补丁料片、对主料片和/或补丁料片设置具有耐腐蚀性能的金属材料并贴紧、将贴紧后的主料片和补丁料片点焊连接后依次进行加热和热冲压成形以获得具有补丁增强结构的热冲压件。本发明提供的制造方法能使热冲压件主料片和补丁料片的结合处形成耐腐蚀过渡层，并且该方法采用无涂层钢板为生产板材，可以解决无涂层钢在电泳过程中电泳液无法渗入补丁件和主零件的贴合面从而导致无耐腐蚀性能的问题。另外，该制造方法相较于直接使用涂层钢板进行热冲压加工的方式，易于焊接，节约原材料成本。

Description

一种裸板补丁的热冲压件的制造方法

技术领域

本发明涉及了热冲压成形领域，具体的是一种裸板补丁的热冲压件的制造方法。

背景技术

补丁板热冲压技术是一种先将两种不同形状尺寸的钢板(即主料片和补丁料片)紧贴后进行焊接固定，然后再进行整体加热、冲压成形等工序，从而得到具有补丁的热冲压件的热成型技术，该技术可增强焊接钢板零件的局部强度，主要用于需要局部加强的零件，如B柱、门槛等。该技术的优点是所得热冲压件碰撞安全性好，使汽车车身局部性能可调，同时能降低汽车车身制造过程中的工装成本和模具费用，且便于装配公差调整，因此已被广泛应用于汽车车身制造行业。

制造上述热冲压件的钢材一般可分为无涂层的裸钢板或涂层钢板，选用无涂层的裸钢板作为补丁料片和主料片的热冲压材料，制得的热冲压件在汽车整车电泳过程中，电泳液无法渗入补丁料片和主料片相贴合的间隙内，导致补丁料片和主料片相贴合的表面无耐腐蚀能力，从而大大限制了裸钢板作为补丁板零件的使用。为弥补上述缺陷，目前汽车制造企业一般会选择涂层钢板为原材的补丁板加工制得热冲压件后随汽车车身进行整车电泳，而由于涂层钢板(如AlSi板)一般价格较裸板高，且涂层钢板冲裁的废料一般不能回收再利用，大大增加了零件成本，而且涂层板与涂层板焊接过程容易弱焊与虚焊，焊点位置由于热成型时钢铁基体与涂层两层材料流动不均匀，导致焊点承受巨大的撕扯力而拉裂与脱落。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种裸板补丁的热冲压件的制造方法，该制造方法能够使得具有补丁的热冲压件获得较佳的耐腐蚀性能。

本申请实施例公开了：一种裸板补丁的热冲压件的制造方法，其包括以下步骤：

对无涂层的钢板进行落料，以获得主料片和补丁料片；

在主料片和补丁料片中的至少一个设置金属材料从而形成紧贴部，其中，所述金属材料为具有耐腐蚀性能的金属粉末或金属箔；

通过紧贴部将所述主料片和补丁料片紧贴；

将紧贴的主料片和补丁料片进行点焊连接；

将点焊连接的主料片和补丁料片在真空或纯惰性气氛环境下加热后进行热冲压成形，以获得具有补丁增强结构的热冲压件。

进一步的，在步骤“将点焊连接的主料片和补丁料片在真空或纯惰性气氛环境下加热后进行热冲压成形，以获得具有补丁增强结构的热冲压件”之后还包括：对具有补丁增强结构的热冲压件进行抛丸、喷丸或酸洗处理。

进一步的，所述金属粉末包括纯铝粉、铝铁粉、铝硅粉、纯锌粉、锌铁粉、锌铝粉、锌镍粉、镍铬粉、镍铁粉、铬铁粉及渗铝剂之中的一种或多种；所述金属箔为铝箔、铝铁箔、铝硅箔、锌箔、锌铝箔、锌镍箔、镍箔、镍铁箔或铬铁箔。

进一步的，所述金属材料为双层结构，其中该金属材料与所述主料片和/或补丁料片相邻的一层为铝或铝合金粉层，另一层为锌合金或锌铁合金粉层。

进一步的，所述金属粉末通过刷涂、热喷涂或冷喷涂的加工方式涂覆于所述主料片和/或补丁料片之上，或，所述金属粉末通过挥发性溶剂调和后以刷涂的加工方式涂覆于所述主料片和/或补丁料片之上；所述金属箔通过贴覆的方式设置于所述主料片和/或补丁料片之上。

进一步的，所述挥发性溶剂为酒精或乙酸乙酯。

进一步的，所述金属材料的总厚度介于10-100微米之间，优选地，所述金属材料的总厚度介于20-40微米之间。

进一步的，所述金属粉末的粒径介于0.1-50微米之间，优选地，所述金属粉末的粒径介于1-20微米之间。

进一步的，在步骤“在主料片和补丁料片中的至少一个设置金属材料从而形成紧贴部，其中，所述金属材料为具有耐腐蚀性能的金属粉末或金属箔”中，在所述主料片和补丁料片需要进行点焊连接的部位不设置所述金属材料。

进一步的，在步骤“将点焊连接的主料片和补丁料片在真空或纯惰性气氛环境下加热后进行热冲压成形，以获得具有补丁增强结构的热冲压件”中，该加热过程的加热温度为880-950℃，加热时间为1-10min。

进一步的，该加热过程还包括将点焊连接的主料片和补丁料片根据不同的所述金属材料的材质在加热时在500-600℃的环境温度下保温30-180s或在900-950℃的环境温度下保温30-180s。

本发明的有益效果如下：

1、本发明提供的裸板补丁的热冲压件的制造方法采用无涂层钢板替换铝硅涂层板制造耐腐蚀的具有补丁的热冲压件，不仅可以大大节约原材料成本，并且无涂层钢板在落料时产生的废料由于表面没有涂层，便于回收再利用，节约资源。

2、本发明提供的裸板补丁的热冲压件的制造方法能使热冲压件主料片和补丁料片的结合处形成耐腐蚀过渡层，增加了该热冲压件服役期间的耐腐蚀性能。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，作详细说明如下。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种能够制造具有较佳耐腐蚀性能的裸板补丁的热冲压件的制造方法，该方法可使制得的热冲压件的主料片和补丁料片相贴合的表面处具有耐腐蚀性能。具体而言，该制造方法可以包括以下步骤：

首先，对无涂层的钢板(即裸钢板，如22MnB5)按照生产尺寸及形状要求进行落料，以获得主料片和补丁料片。具体的，此步骤中，落料的方式可以为冷冲压落料或激光切割落料等，以便适应不同材质、厚度的钢板。

然后，在主料片和补丁料片中的至少一个设置金属材料从而形成紧贴部，其中，所述金属材料为具有耐腐蚀性能的金属粉末(或颗粒)或金属箔(或丝条)。该紧贴部为所述主料片和补丁料片互相紧贴的区域。在一个可选的实施方式中，可以在主料片或补丁料片上设置该紧贴部，例如在主料片上设置金属材料形成外形轮廓与所述紧贴部的轮廓一致的紧贴部。

在另一个可选的实施方式中，可以在所述主料片和补丁料片上同时设置形状轮廓一致的紧贴部。在该实施方式中，所述主料片和补丁料片上的两层金属材料的总厚度应介于10-100微米之间，优选为20-40微米。进一步的，如选用金属粉末进行刷/喷涂以获得该紧贴部，则该金属粉末的粒径可以介于0.1-50微米之间，优选为1-20微米，以获得均匀致密的所述紧贴部，例如，该步骤中一种较佳的作业方式可以是选用30微米厚度、5微米粒径的纯铝粉进行刷涂。

具体的，所述金属粉末可以包括纯铝粉、铝铁粉、铝硅粉、纯锌粉、锌铁粉、锌铝粉、锌镍粉、镍铬粉、镍铁粉、铬铁粉及渗铝剂(铝铁粉，石英粉，NH₄Cl粉)之中的一种或多种，该金属粉末可以通过刷涂、热喷涂或冷喷涂的加工方式涂覆于所述主料片和/或补丁料片之上，例如，所述金属粉末可以通过挥发性溶剂(如酒精或乙醇乙酯等)调和后以刷涂的加工方式涂覆于所述主料片和/或补丁料片之上。所述金属箔可以为铝箔、铝铁箔、铝硅箔、锌箔、锌铝箔、锌镍箔、镍箔、镍铁箔或铬铁箔，所述金属箔可以通过贴覆的方式设置于所述主料片和/或补丁料片之上。同上，所述主料片和补丁料片上的两层金属材料的总厚度应介于10-100微米之间，优选为20-40微米，以在后续热成型时获得较佳的耐腐蚀过渡层厚度。

在一个优选的实施方式中，所述金属材料可以为双层结构，其中，该金属材料与所述主料片和或/补丁料片相邻的一层为铝或铝合金粉层，另一层为锌合金或锌铁合金粉层。

需要说明的是，在所述主料片和补丁料片需要进行点焊连接的部位可以不设置所述金属材料，即，使所述金属材料避让掉所述主料片和补丁料片需要点焊的部位，这样，这些点焊部位因不具有金属材料层，从而可以避免所述主料片和补丁料片在后续点焊过程后因焊点弱焊、虚焊所述引起的焊点拉裂与脱落等问题。

接着，通过紧贴部将所述主料片和补丁料片紧贴。再将紧贴的主料片和补丁料片进行点焊连接。

最后，将点焊连接的主料片和补丁料片在真空或纯惰性气氛环境下加热后进行热冲压成形，以获得具有补丁增强结构的热冲压件。在该步骤中，真空或纯惰性气氛可以保护主料片、补丁料片以及二者紧贴面之间的金属材料(即金属粉末或金属箔)在高温环境下不被氧化，以便金属材料能与基体钢铁(即主料片和补丁料片)在高温下原位生成金属间化合物及金属单质的耐腐蚀过渡层，并使该耐腐蚀过渡层附着在主料片和补丁料片相紧贴的表面之间。由于该金属材料被设置于主料片和补丁料片之间，在热冲压成形时，该金属材料的表面不与冲压模具发生直接摩擦，这些原位生成的耐腐蚀过渡层会得到完好保存。

具体的，所述真空或纯惰性气氛环境可以由真空加热炉或惰性气体保护炉提供。点焊连接的主料片和补丁料片在真空或纯惰性气氛环境下的加热时间可以介于1-10min之间，出炉温度可以介于880℃-950℃之间，以使主料片和补丁料片奥氏体化。较佳地，该加热过程还包括将点焊连接的主料片和补丁料片根据不同的粉末材质在加热时在500-600℃的环境温度下保温30-180s或在900-950℃的环境温度下保温30-180s，详细来说，当所述金属材料为含有锌的金属粉末或金属箔时，点焊连接的主料片和补丁料片的加热过程包括在500-600℃的环境温度下保温30-180s；当所述金属材料为含有铝的金属粉末或金属箔时，点焊连接的主料片和补丁料片的加热过程包括在900-950℃的环境温度下保温30-180s。从而使上述金属材料能与主料片和补丁料片有充分的扩散时间，形成高强度的耐腐蚀过渡层。

上述制造方法采用无涂层钢板替换涂层钢板(例如铝硅涂层板)制造耐腐蚀的具有补丁的热冲压件，不仅可以大大节约原材料成本，并且无涂层钢板在落料时产生的废料由于表面没有涂层，便于回收再利用，节约资源。并且，上述制造方法能使该热冲压件的主料片和补丁料片的结合处形成耐腐蚀过渡层，增加了该热冲压件服役期间的耐腐蚀性能。

下面，以四个具体案例详细说明本实施例：

案例1

采用激光切割落料方法对1.5mm厚的22MnB5无涂层钢板进行落料，得到B柱主料片；

采用激光切割落料方法对1.6mm厚的22MnB5无涂层钢板进行落料，得到B柱补丁料片；

在B柱补丁料片与B柱主料片需要互相紧贴的紧贴部上刷涂铝粉锌粉，采用乙醇乙酯调和，刷涂过程中避让掉所述B柱补丁料片与B柱主料片需要焊接的部位；

将B柱补丁料片与B柱主料片紧贴后进行点焊连接；

将点焊连接的B柱补丁料片与B柱主料片在真空加热炉内进行加热，加热时间5min，出炉温度930℃；加热过程中在600℃-700℃保温120秒，使得铝粉与熔化的锌发生扩散，产生铝锌合金。然后在930℃保温180秒，使得铝粉及铝锌扩散产物与基体铁发生扩散。

将奥氏体化后的B柱补丁料片与B柱主料片进行热冲压成型，获得B柱热冲压件。

本案例1提供的制造方法，在B柱补丁料片与B柱主料片之间加工耐腐蚀过渡层，使该B柱热冲压件在服役期间不会因B柱补丁料片与B柱主料片相紧贴的表面之间发生锈蚀而剥落分离。可选地，案例1中还可通过超声波的方式对该整体B柱热冲压件表面进行去除氧化皮处理。

案例2

采用激光切割落料方法对1.5mm厚的22MnB5裸钢板进行落料，得到B柱主料片；

采用激光切割落料方法对1.6mm厚的22MnB5裸钢板进行落料，得到B柱补丁料片；

在B柱补丁料片与B柱主料片需要互相紧贴的紧贴部分别刷涂纯铝粉，纯铝粉的涂层厚度在10-40微米之间，纯铝粉的粉末直径在1-10微米之间，刷涂过程中避让掉所述B柱补丁料片与B柱主料片需要焊接的部位；

将B柱补丁料片与B柱主料片紧贴后进行点焊连接；

将B柱补丁料片与B柱主料片在真空加热炉内进行加热，加热时间5min，出炉温度930℃，并在930℃保温180s，使铝粉层与B柱补丁料片和B柱主料片的钢铁基体有反应扩散时间；

将奥氏体化后的B柱补丁料片和B柱主料片进行热冲压成形，获得B柱热冲压件；

将热成型后获得的B柱热冲压件整体进行电镀锌处理，锌层厚度在5-7微米之间。

针对表面防腐蚀性能要求较高的产品，则可以依照本案例2提供的制造方法进行生产，大大提高该B柱热冲压件服役期间的耐腐蚀性能，从而延长使用寿命。

案例3

采用激光切割落料方法对1.5mm厚的22MnB5裸钢板进行落料，得到B柱主料片；

采用激光切割落料方法对1.6mm厚的22MnB5裸钢板进行落料，得到B柱补丁料片；

在B柱补丁料片与B柱主料片需要互相紧贴的紧贴部分别刷涂铝锌合金粉，铝锌合金粉的涂层厚度在10-40微米之间，合金粉的粉末直径在1-10微米之间，刷涂过程中避让掉所述B柱补丁料片与B柱主料片需要焊接的部位；

将B柱补丁料片与B柱主料片紧贴后进行点焊连接；

将B柱补丁料片与B柱主料片在真空加热炉内进行加热，加热时间5min，出炉温度930℃；并在930℃保温180s，使铝锌合金粉与B柱补丁料片和B柱主料片的钢铁基体有反应扩散时间；

将奥氏体化后的B柱补丁料片和B柱主料片进行热冲压成形，获得B柱热冲压件；

将热成型后的B柱热冲压件整体进行抛丸(或喷丸、酸洗等)处理。

案例4

采用激光切割落料方法对1.5mm厚的22MnB5裸钢板进行落料，得到B柱主料片；

采用激光切割落料方法对1.6mm厚的22MnB5裸钢板进行落料，得到B柱补丁料片；

在B柱补丁料片与B柱主料片需要互相紧贴的紧贴部分别依次喷涂铝粉和喷涂锌铁合金粉，使所述B柱补丁料片与B柱主料片的紧贴部上获得双层的金属材料，其中，所述铝粉涂层的厚度在10-20um之间，所述锌铁合金涂层的厚度在10-20um之间，刷涂过程中避让掉所述B柱补丁料片与B柱主料片需要焊接的部位；

将B柱补丁料片与B柱主料片紧贴后进行点焊连接；

将B柱补丁料片与B柱主料片在真空加热炉内进行加热，加热时间5min，出炉温度930℃；并在930℃保温180s，使铝锌合金粉与B柱补丁料片和B柱主料片的钢铁基体有反应扩散时间；

将奥氏体化后的B柱补丁料片和B柱主料片进行热冲压成形，获得B柱热冲压件；

将热成型后的B柱热冲压件整体进行抛丸(或喷丸、酸洗等)处理。

在本案例4“将B柱补丁料片与B柱主料片在真空加热炉内进行加热”的加工过程中，与B柱补丁料片及B柱主料片相紧邻的铝粉可以被快速加热液化，从而与B柱补丁料片及B柱主料片的钢铁基体形成铝铁合金过渡层。但由于该过程中所形成的铝铁合金的耐腐蚀性能不是很好，无牺牲阳极保护效果，故在铝粉层上再喷涂一层耐腐蚀性能更好的锌铁合金粉层，以使锌铁合金粉层加热后能形成耐腐蚀性能更加优异的锌铁合金防腐层。同时，由于铝铁合金的熔点高于上述的加热温度，故其在该加热温度下又会马上固化，从而阻止了外层的熔化后的液态富锌的锌铁合金组织进入钢铁基体，避免了钢铁基体在液态锌和应力的共同作用下发生液态金属脆裂。此外，在最外层喷涂锌铁合金粉，使得制得的B柱产品表层有铁的存在，有利于该产品后续的焊接处理。

需要说明的是，案例1-4中所制造的B柱仅为示例性部件，在其他实施案例中，可以按照案例1-4中的制造方法生产其他零部件，例如汽车门槛板、A柱、顶梁、底板、纵梁、保险杠及车门防撞梁等。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种裸板补丁的热冲压件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

对无涂层的钢板进行落料，以获得主料片和补丁料片；

在主料片和补丁料片中的至少一个设置金属材料从而形成紧贴部，其中，所述金属材料为具有耐腐蚀性能的金属粉末或金属箔；

通过紧贴部将所述主料片和补丁料片紧贴；

将紧贴的主料片和补丁料片进行点焊连接；

将点焊连接的主料片和补丁料片在真空或纯惰性气氛环境下加热后进行热冲压成形，以获得具有补丁增强结构的热冲压件。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在步骤“将点焊连接的主料片和补丁料片在真空或纯惰性气氛环境下加热后进行热冲压成形，以获得具有补丁增强结构的热冲压件”之后还包括：对具有补丁增强结构的热冲压件进行抛丸、喷丸或酸洗处理。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述金属粉末包括纯铝粉、铝铁粉、铝硅粉、纯锌粉、锌铁粉、锌铝粉、锌镍粉、镍铬粉、镍铁粉、铬铁粉及渗铝剂之中的一种或多种；所述金属箔为铝箔、铝铁箔、铝硅箔、锌箔、锌铝箔、锌镍箔、镍箔、镍铁箔或铬铁箔。

4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述金属材料为双层结构，其中，该金属材料与所述主料片和/或补丁料片相邻的一层为铝或铝合金粉层，另一层为锌合金或锌铁合金粉层。

5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述金属粉末通过刷涂、热喷涂或冷喷涂的加工方式涂覆于所述主料片和/或补丁料片之上，或，所述金属粉末通过挥发性溶剂调和后以刷涂的加工方式涂覆于所述主料片和/或补丁料片之上；所述金属箔通过贴覆的方式设置于所述主料片和/或补丁料片之上。

6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述挥发性溶剂为酒精或乙酸乙酯。

7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述金属材料的总厚度介于10-100微米之间，优选地，所述金属材料的总厚度介于20-40微米之间。

8.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述金属粉末的粒径介于0.1-50微米之间，优选地，所述金属粉末的粒径介于1-20微米之间。

9.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在步骤“在主料片和补丁料片中的至少一个设置金属材料从而形成紧贴部，其中，所述金属材料为具有耐腐蚀性能的金属粉末或金属箔”中，在所述主料片和补丁料片需要进行点焊连接的部位不设置所述金属材料。

10.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在步骤“将点焊连接的主料片和补丁料片在真空或纯惰性气氛环境下加热后进行热冲压成形，以获得具有补丁增强结构的热冲压件”中，该加热过程的加热温度为880℃-950℃，加热时间为1-10min。

11.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于，当所述金属材料为含有锌的金属粉末或金属箔时，该加热过程还包括将点焊连接的主料片和补丁料片在500℃-600℃的环境温度下保温30-180s；当所述金属材料为含有铝的金属粉末或金属箔时，该加热过程还包括将点焊连接的主料片和补丁料片在900℃-950℃的环境温度下保温30-180s。