CN113290148B - 将片材模制成复杂形状的具有不同性质区域的部件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种方法，其用于将片材模制成复杂形状的带有具有不同机械性质的区域的部件。该方法涉及在使部件成形之前借助于窑炉实施的片材的第一加热步骤。窑炉包括具有辊形状的主体，该主体具有相对于辊本体的纵向轴线而沿着径向方向延伸的多个扇形部。扇形部被构造成各自接收片材，具有辊形状的主体布置成同时承载多个片材。窑炉进一步包括多个加热元件，多个加热元件并入在辊形主体中，以便加热与辊本体接触的片材。窑炉包括至少一个电子控制的驱动马达，电子控制的驱动马达布置成使辊形主体围绕窑炉的纵向轴线旋转，以改变扇形部相对于入口端口和出口端口的位置。该方法还包括在从窑炉中提取片材之后的附加的加热步骤。

Description

将片材模制成复杂形状的具有不同性质区域的部件的方法
技术领域
本发明涉及一种方法，其用于将片材模制成复杂形状的带有具有不同机械性质的区域的部件，特别是机动车辆部件，诸如例如，机动车辆车身的中央立柱（“立柱B”）。
特别地，本发明涉及一种如下类型的方法：其中在用以制造最终部件的成形步骤之前，提供对上述片材的加热步骤。
背景技术
为了获得复杂形状、由金属材料制成、以其机械性质的局部变化为特征的部件，现有技术是预备根据“定制坯件（tailored blank）”技术制造的半成品金属片材产品。
为了制造上文所指示的类型的部件，其他已知的技术设想使部件经受局部热处理。在本申请上下文中，先前提出的技术是预备模具，在所述模具中形成复杂形状的部件，所述模具具有一系列冷却通道，这些冷却通道被构造成仅冷却模具的一部分，且因此仅冷却在模制之后所获得的部件的一部分。该生产方法的缺点之一是：在局部冷却之后，在部件的某些区域中获得了不希望的变形。
过去也已经提出了在本描述的开头处所指示的类型的方法，这些方法设想在成形步骤之前局部加热金属片材元件的一些区域。在文献US2019/0032162 A1中描述了这样的方法的一个示例。
在上文所指示的类型的方法中遇到的技术问题之一在于以下事实：在使复杂形状的部件成形之前为实施对片材的加热步骤而设置的窑炉线相当笨重且不是很有效，从操作这些线所需的能量消耗的角度来看和从构造时间的角度两者来看都是如此，以制造经济性为代价。
发明内容
本发明的目的
本发明的目的是提供一种方法，其用于将片材模制成复杂形状的部件，特别是带有具有不同机械性质的区域的机动车辆部件，该方法克服了上文所指示的缺点。
本发明的另外的目的是提供一种与汽车行业的需求相容的方法，也就是说，该方法在任何情况下都保证从具有减小的厚度的金属片材开始获得复杂形状的部件的可能性，该方法具有相对低的成形时间和能量消耗且因此与汽车行业的生产率相容。
发明内容
为了实现该目的，本发明涉及在本描述的开头处所指示的类型的方法，其中，设想了以下步骤：
- 布置用于使片材成形的至少一个模具，其被构造成生产所述机动车辆部件；
- 布置至少一个窑炉以在使所述片材成形之前实施片材加热步骤，所述窑炉包括：
- 耐火材料的外壳，该外壳具有分别布置成用于插入和从所述窑炉提取片材的至少一个入口端口和一个出口端口，
- 具有辊形状的主体，其布置在所述外壳内部并具有相对于辊本体的纵向轴线而沿着径向方向延伸的多个扇形部，所述扇形部被构造成各自以这样的方式接收片材，使得所述辊形主体被设计成同时承载多个片材，
- 多个加热元件，其并入在所述辊形主体中、被构造成以这样的方式加热所述辊本体，使得具有辊形状的主体布置成在所述多个片材与所述辊本体接触的区域处加热所述多个片材，
- 至少一个电子控制的驱动马达，其布置成使所述辊形主体围绕所述纵向轴线旋转，以便改变扇形部相对于入口端口和出口端口的位置；
- 将多个片材插入所述扇形部内，并借助于所述窑炉将这些片材均匀地加热到预定温度，
- 从窑炉移除加热的片材，
- 在从窑炉中提取片材之后，实施附加的加热步骤，其中，仅在一个区域处局部加热片材，以便获得具有加热到不同温度的区域的片材，
- 在所述模具内使片材经受成形步骤并均匀地冷却局部加热的片材，以便获得复杂形状的带有具有不同机械性质的区域的部件。
优选地，借助于二极管激光器加热站来实施所述附加的加热步骤。
优选地，窑炉包括致动器，该致动器被构造成将从扇形部中的一个带来的片材推向所述出口端口。
在优选实施例中，电子控制单元被编程为确定片材的加热循环及其所有操作参数，特别是控制窑炉、加热元件、驱动马达和致动器。能够控制驱动马达以在实施装载窑炉步骤时中断辊本体的旋转，从而通过入口端口引入片材，并且当实施卸载步骤时通过出口端口从窑炉提取片材。
由申请人实施的研究和调查已表明，由于这些特性，本发明的方法允许使用具有相对减小的厚度的片材来获得片材的最终复杂形状（具有生产经济性和成品部件轻的优点），而没有源自先前指示的已知技术的生产复杂性。
以这种方式，根据本发明的方法允许以单件获得具有机械性质的局部变化的部件，而不需要在经受较高应力的区域中将加固元件安装在所形成的部件上。
附图说明
从参考附图的以下描述中，本发明的另外的特性和优点将变得显而易见，附图仅通过非限制性示例的方式提供，其中：
- 图1图示了根据本发明的片材成形方法的一些步骤，
- 图2是先前图中所图示的一些特性的横截面图，
- 图3是图示遵循根据本发明的方法获得的机动车辆部件的一些机械性质的图，以及
- 图4是遵循根据本发明的方法获得的机动车辆部件的示例。
具体实施方式
在以下描述中，图示了各种特定细节，其旨在实现对一个或多个实施例的示例的透彻理解。实施例能够在没有一个或多个特定细节的情况下或者利用其他方法、部件、材料等来实施。在其他情况下，未详细示出或描述已知的结构、材料或操作，以避免使实施例的各个方面晦涩。在本描述的上下文中，对“实施例”的引用指示关于该实施例所描述的特定构型、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，可能存在于本描述的不同地方的短语（诸如，“在实施例中”）未必指代同一个实施例。此外，特定的构造、结构或者特性能够以合适的方式组合在一个或多个实施例中和/或以与此处所图示的方式不同的方式与实施例相关联，例如，此处关于图举例说明的特性可应用于不同图中举例说明的一个或多个实施例。
此处所图示的参考仅是为了方便起见，且并不因此界定实施例的保护领域或范围。
图1和图2分别图示了用于实施根据本发明的方法的步骤的窑炉的实施例的透视图和横截面图。
首先，根据本发明的方法被构想为将片材形成为复杂形状的部件，特别是带有具有不同机械性质的区域的机动车辆部件。该方法既适用于不同类型的金属材料（诸如，铝或镁合金），又适用于不同类型的聚合物材料（诸如，热塑性材料）。为了制造复杂形状的部件，依照根据本发明的方法，有必要实施上述片材的预先加热步骤，以便将片材自身的不同区域局部地加热到处于不同的温度值。
在附图中，附图标记1总体上指示用于依照根据本发明的方法实施第一预先加热步骤的窑炉。
窑炉1包括耐火材料的外壳2（在图2中图示），该外壳具有：入口端口6，其用于将片材L插入到窑炉1中；以及出口端口7，其用于一旦完成热处理就从窑炉1提取片材L。根据图2中所图示的实施例，入口端口6沿着外壳2的上侧形成，使得能够沿竖直方向将片材L插入到窑炉1中。仍然参考附图中所图示的优选实施例，出口端口7沿着外壳2的侧壁形成，使得能够沿着垂直于插入方向的水平方向从窑炉1提取片材L。
在本发明的情况下，窑炉1包括布置在外壳2内的具有辊形状的主体3，该主体具有相对于辊本体3的纵向轴线X而沿着径向方向延伸的多个扇形部4。扇形部4被构造成各自以这样的方式接收相应的片材L，使得窑炉1被构造成同时承载多个片材L。在图1中所图示的实施例中，窑炉外壳由与辊本体3的外表面相邻的筒形壁11限定，该筒形壁包括用于片材L的进/出的入口端口6和出口端口7。
根据图1中所图示的实施例，扇形部4沿着辊形主体3以恒定的间距（pitch）布置，从而彼此以大约45°的角度间隔开。当然，相对于上述构型，扇形部4的该间隔能够变化很大，以便减小或增加由窑炉1承载的片材L的最大数量，且因此能够改变窑炉1的总容量以同时处理一定数量的片材L。例如，如在图2的横截面图中所示，与图1中所图示的情况相比，辊本体3可具有更大数量的扇形部4，特别是通过呈现彼此间隔开大约20°的角度的大量扇形部4。如在图1的实施例中所图示的，扇形部4能够朝向辊本体3的内部渐缩，以便形成用于支撑片材L的特别有效的构型。
如在图2的横截面图中所图示的，多个加热元件5被集成在辊本体3的内部，以便加热辊本体3且因此加热布置在扇形部4内的片材L。对布置在扇形部4内的片材L实施的热处理导致获得了均匀地加热到第一温度T1的片材L。在具体实施例中，使金属片材达到的温度大约为450℃，该温度对应于接近但小于片材L的奥氏体化温度的温度。
优选地，加热元件是并入在辊本体3的由扇形部4限定的部分内的电阻。
考虑到根据本发明的方法的具体实施方式，窑炉1包括至少一个电子控制的驱动马达，所述驱动马达布置成使辊本体3围绕其纵向轴线X旋转，以便改变扇形部4相对于入口端口6和出口端口7的位置。取决于旨在应用于片材L的热处理、以及其他操作参数（诸如，由加热元件5逐渐形成的能量），辊本体3的旋转速度是可变的。取决于生产工厂的物流，辊本体3的旋转能够是连续的或间歇的。在任何情况下，都能够控制驱动马达以在实施窑炉1的装载步骤时中断辊本体3的旋转，从而通过入口端口6引入片材L，并且在卸载步骤期间通过出口端口7从窑炉1中提取片材L。取决于所需的热处理、由加热元件5发出的能量、片材L的材料以及辊本体3的旋转速度，片材L能够与辊本体3一体地旋转小于360度的转角（例如，通过进行270度旋转）或甚至几整圈。
附图的各图是示意性的，并且未图示驱动马达的构造细节，驱动马达能够根据本领域技术人员已知的技术来制造。也未图示用于移动片材L以通过端口6、7插入和从窑炉1中提取片材的装置以及用于支撑辊本体3的装置。除了外壳2（图2）和筒形壁11（图1）的内表面之外，窑炉1能够配备有分别与每个扇形部4相关联的机械保持构件，以将片材L支撑在扇形部4内并防止在完成热处理之前片材L在辊本体3的旋转期间意外离开扇形部4。所有上述方面也都未在附图中图示，并且能够以任何已知的方式制造。
窑炉1还能够包括致动器8（在图2中示意性地图示），该致动器布置成在完成热处理之后将由扇形部4承载的片材L推向出口端口7。致动器8能够布置在辊本体3的中央部分内，该中央部分包括用于支撑绕轴线X旋转的辊本体3的装置。
为了使根据本发明的方法自动化，由电子控制单元控制窑炉1的元件（特别是加热元件5、用于使辊本体3旋转的驱动马达、以及致动器8），该电子控制单元被编程为确定片材L的加热循环的所有操作参数。
具有以上特性的窑炉1具有许多不容质疑的优点。首先，窑炉适合于同时加热多个片材L。其次，窑炉具有小的占地面积和高能量效率。此外，窑炉与汽车行业的需求相容，从而保证相对短的循环时间且因此与汽车行业的生产率相容，并确保片材L的简单处理操作。
在完成借助于窑炉1进行的热处理之后，通过出口端口7从窑炉1中提取均匀地加热到第一温度的片材L。
依照根据本发明的方法的另外的特性，一旦从窑炉1中提取片材L，就使片材L经受第二加热步骤，在该第二加热步骤中片材L被进一步加热。该第二加热步骤以如下为特征：仅在一个区域处局部加热每个片材L，以便获得处于高温的片材区域（用标记L1指示）和处于较低温度的片材区域（由标记L2指示）。
优选地，该第二加热步骤借助于包括具有二极管激光器12（在图1中示意性地示出）的加热系统的站来实施。替代地，能够利用电阻或感应加热系统来实施该第二加热步骤。
从第二加热步骤的上文所指示的特性中，将因此了解的是，高温区域L1对应于由系统12直接加热的片材L部分，且较低温度区L2对应于未经受由系统12进行的加热的片材L部分。
参考特定的操作参数，在钢片材的情况下，片材L的热区域L1能够例如达到大约900℃的奥氏体化温度，而较低温度区L2（“冷”区）保持低于该奥氏体化温度（450℃）。
优选地，离开窑炉1的片材L借助于自动夹持和运输构件而布置在上述加热站内。
在一个或多个实施例中，代替上述加热步骤的是，能够在片材的特定区域中提供片材L的温度保持或稳定步骤。
在一个或多个实施例中，继上述加热步骤之后，能够在片材的特定区域中提供片材L的温度保持或稳定步骤。
系统12能够由也控制窑炉1的上述电子控制单元或由第二独立的电子控制单元来控制。
一旦获得了具有处于不同温度的区域的片材L，就将片材L布置在模具中，该模具被设计成形成并获得所需的机动车辆部件。进行模制步骤，有可能获得带有具有不同机械特性的区域的最终部件。紧接在成形步骤之后，依照根据本发明的方法，例如借助于与模具相关联的流体冷却通道来均匀地冷却片材L。能够根据任何已知的技术来实施冷却和成形步骤，所述技术由有技巧的技术人员在构成片材L和待制造的最终部件的材料类型的基础上选择。
通过示例的方式，图4图示了机动车辆部件10，特别是利用根据本发明的方法制造的机动车辆车身的中央立柱（立柱B）。图3是上述部件10的应力和变形图。标记A、B、C指示利用根据本发明的方法获得的部件10的不同区域，这些区域具有不同的应力/变形图。更具体地，对应于处于高温的片材部分的区域A（区域L1）以高电阻为特征，而对应于处于逐渐较低的温度的片材L部分的区域B、C以更大的延展性为特征。在所有的上文所描述的实施例中，根据本发明的方法特别适合于形成以机械性质的局部变化为特征的各种机动车辆部件，以便满足源自部件必须遵守的结构要求的设计要求。
当然，在不偏离本发明的原理的情况下，构造和实施例的细节可相对于仅通过示例的方式描述和图示的构造和实施例的细节广泛地变化，而不脱离本发明的范围。

Claims (14)

1.一种用于将片材(L)模制成复杂形状的带有具有不同机械性质的区域的部件的方法，
其中，设想了以下步骤：
-布置用于使所述片材(L)成形的至少一个模具，所述模具被构造成生产所述部件；
-布置至少一个窑炉(1)以在使所述片材(L)成形之前实施所述片材(L)的加热步骤，所述窑炉(1)包括：
-耐火材料的外壳(2)，所述外壳具有分别布置成用于插入和从所述窑炉(1)提取片材(L)的至少一个入口端口(6)和一个出口端口(7)，
-具有辊形状的主体(3)，所述主体布置在所述外壳(2)内部并具有相对于所述主体(3)的纵向轴线(X)而沿着径向方向延伸的多个扇形部(4)，所述扇形部(4)被构造成各自以这样的方式接收片材(L)，使得所述主体(3)被设计成同时承载多个片材(L)，
-多个加热元件(5)，所述加热元件并入在所述主体(3)中以便以这样的方式加热所述主体(3)，使得所述主体(3)布置成在所述多个片材(L)与所述主体(3)接触的区域处加热所述多个片材(L)，
-至少一个电子控制的驱动马达，所述驱动马达布置成使所述主体(3)围绕所述纵向轴线(X)旋转，以便改变所述扇形部(4)相对于所述入口端口(6)和所述出口端口(7)的位置；
-将多个片材(L)插入所述扇形部(4)内，并借助于所述窑炉(1)将所述片材(L)均匀地加热到预定温度，
-从所述窑炉(1)中移除因此加热的所述片材(L)，
-在从所述窑炉(1)提取所述片材(L)之后，实施附加的加热步骤，其中，仅在一个区域处局部加热所述片材(L)，以便获得具有加热到不同温度的区域的片材(L)，
-在所述模具内使所述片材(L)经受成形步骤并均匀地冷却所述局部加热的片材(L)，以便获得复杂形状的带有具有不同机械性质的区域的部件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于具有二极管激光器的加热站来实施所述附加的加热步骤。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述窑炉(1)包括致动器(8)，所述致动器被构造成将由所述扇形部(4)中的一个承载的片材(L)推向所述出口端口(7)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述窑炉(1)包括分别与每个扇形部(4)相关联的机械保持构件，以将所述片材(L)支撑在所述扇形部(4)内并防止在完成热处理之前所述片材(L)在所述主体(3)的旋转期间意外离开所述扇形部(4)。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述入口端口(6)沿着所述外壳(2)的上侧形成，使得能够沿着竖直方向将所述片材(L)插入到所述窑炉(1)中，并且沿着所述外壳(2)的侧壁制造所述出口端口(7)，使得能够沿垂直于插入方向的水平方向从所述窑炉(1)提取所述片材(L)。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述扇形部(4)沿着所述主体(3)以恒定的间距布置，从而彼此以大约45°的角度间隔开。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在从所述窑炉(1)中提取所述片材(L)之后的所述附加的加热步骤之后，钢片材(L)具有：热区域(L1)，其具有大约900℃的温度；以及处于较低温度的区域(L2)，其达到大约450℃的温度。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，电子控制单元与所述窑炉(1)相关联，所述电子控制单元被编程为确定所述片材(L)的加热循环及其所有操作参数。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，控制所述驱动马达以在实施所述窑炉(1)的装载步骤时中断所述主体(3)的旋转，从而通过所述入口端口(6)引入片材(L)，并且在卸载步骤期间通过所述出口端口(7)从所述窑炉(1)提取片材(L)。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述部件是机动车辆部件。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述部件是机动车辆车身的中央立柱。
12.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，电子控制单元与所述窑炉(1)相关联，所述电子控制单元被编程为通过控制所述窑炉(1)、所述加热元件(5)、所述驱动马达和所述致动器(8)来确定所述片材(L)的加热循环及其所有操作参数。
13.一种窑炉(1)，其用于在片材(L)的成形步骤之前加热所述片材(L)以制造复杂形状的部件，所述窑炉包括：
-耐火材料的外壳(2)，所述外壳具有分别布置成用于插入和从所述窑炉(1)中提取片材(L)的至少一个入口端口(6)和一个出口端口(7)，
-具有辊形状的主体(3)，所述主体布置在所述外壳(2)内部并具有相对于所述主体(3)的纵向轴线(X)而沿着径向方向延伸的多个扇形部(4)，所述扇形部(4)被构造成各自以这样的方式接收片材(L)，使得所述主体(3)被设计成同时承载多个片材(L)，
-多个加热元件(5)，所述加热元件并入在所述主体(3)中，以便以这样的方式加热所述主体(3)，使得所述主体(3)布置成加热所述多个片材(L)，
-至少一个电子控制的驱动马达，所述驱动马达布置成使所述主体(3)围绕所述纵向轴线(X)旋转，以便改变所述扇形部(4)相对于所述入口端口(6)和所述出口端口(7)的位置。
14.根据权利要求13所述的窑炉(1)，其特征在于，所述部件是带有具有不同机械性质的区域的机动车辆部件。
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