CN1244823A - 配制的坯件 - Google Patents

Abstract

通过相互焊接一对并置的组成部分(10,20)提供一配制的坯件。将各部分(10,20)激光焊接在一起以形成一整体坯件(42),接着将其制成一成形的成品件。

Description

配制的坯件

本发明涉及用于生产成形的金属部件的配制坯件之形成方法。

复杂形状的薄板金属部件一般由平面坯件制造，该平面坯件经一系列成形或模压工序制成成品形状。在要制造较复杂的部件的场合，通常由若干单个元件制造部件，每个单个元件由一坯件模压成形。由于成品的复杂性和由于在部件的不同部位要求的材料特性的不同都可能需要采用多个部件。例如，如果该部件是汽车的门框，门框的大部分可由较薄的金属薄板形成但车门铰链的安装部位则需要附加强度。采用多个元件以制造成品件增加了制造的复杂性。

为了缓解这种复杂性，已建议制造一配制的坯件，其中将经适当成形的材料薄板通过激光焊接工艺边对边地连接以制造一整体的坯件。当成形时，该坯件生成一个在整个结构上具有不同的材料特性的部件。这种工艺使得能够最佳地利用材料，同时减少以后对成品件的多个元件的组装。

配制坯件的制造需要精确切割的薄板金属组成部分以便可以有效地完成激光焊接并保持足够的焊接质量。这需要组成部分的精确切割并且在我们共同待批的1996年11月19日提交的申请No.9624039.5和1996年11月27日提交的申请No.9624652.5中以及1997年1月8日提交的题为“包括管子的金属之激光焊接用的搭接”的申请中，描述了为减轻由各组成部分获得需要的精确度所遇到的困难的各种方法。然而，在某些情况下，希望制造具有很高品质表面光洁度的成形部件以便后续处理如涂漆能够在焊接以后以表面的最小整修量来完成。虽然激光焊接一般提供较高品质的焊接表面并且在上述申请中所考虑的方法也便于制造光滑的外表面，仍然需要一配制的坯件使其可直接用于制造成品表面。

因此本发明的一个目的是避免或减小上述缺点。

概括地说，本发明提供一具有一对薄板金属组成部分的配制坯件，每一组成部分都具有一对反向的主表面。一个部分的一个主表面置于另一个部分的主表面上并将两部分相互焊接以制造一整体坯件。然后可将该坯件制成具有不同材料特性的部件。

优选地，各组成部分的焊接用激光焊接来完成并且作为进一步的优选措施，激光焊接并不穿透另一组成部分的另一主表面。

对本发明的诸实施方案以下将参照附图作仅为例示性的描述，附图中：

图1为一对组成部分在加工前的剖视图；

图2为各部分在加工后的剖视图；

图3为各部分在加工后的顶视透视图；

图4为由图3的各部分形成一零件的示意图；

图5为配制的坯件的另一实施方案；

图6为配制的坯件又一实施方案；

图7为配制的坯件的又一加工方案的剖视图；

图8为示出各管状部分加工的剖视图；

图9为由图8的坯件形成的成品件的透视图；

图10为类似于图9的坯件的另一实施方案的侧视图；

图11为类似于图10的又一实施方案的侧视图；

图12为含有一辅助部分的坯件的另一设置的剖面；

图13为用于形成汽车部件的坯件的平面图；

图14为沿图13的线14-14的剖面；

图15为类似于图14的剖面，示出成形中后续的步骤；

图16为成品件的剖视图；

图17为图13-16中完成的各步顺序的流程图；

图18为坯件另一实施方案的各部分的分解图；

图19为图18的组装的坯件的侧视图；

图20为图19的平面图；

图21为图19所示坯件另一实施方案的剖面；以及

图22为采用图18～21的实施方案形成的各坯件的一系列示意图。

现参照图1，一对组成部分10、20都是平面的并由可焊接的薄板金属形成，该两部分可具有不同的特性，在此为具有不同的厚度。因此，每个都具有一对反向的主表面12、14和22、24，分别以边缘16、26在周边相互连接。

组成部分10、20并置设置，以组成部分10的一个主表面14覆盖和贴靠在组成部分20的一个主表面22上。面积比组成部分20小的组成部分10设置在部分20的周边以内，以便在成形以后在成品件的需要区域将可实现材料的增厚。

组成部分10、20用适当形式的夹具32以贴靠的关系夹紧，若各部分本身是磁性的，夹具32可为磁性夹具。激光器34直射一光束36到组成部分10的露出的主表面12上并局部熔化组成部分10和主表面22。光束36是受控的以便获得部分20的部分穿透而液态区38并不延伸至下表面24。辐射区可用惰性气体以通常的方式适当地加以保护。

使光束36相对于组成部分10、20沿一预定的路线转移以便当光束移动时组成部分10和组成部分20的一部分在标号38所指示的区域局部熔化。光束36的连续移动使组成部分10、20的区域38在离开光束以后凝固并相互连接在一起，如焊缝40所示。

如图3中所示，横向改变光束36的位置以设置间隔开的焊缝并借此将一组成部分10固定到另一组成部分20上。或者，可采用多个光束以同时产生多个焊缝。

焊接后，组成部分10、20形成一整体的配制坯件，然后可将其制成一具有所要求形状的部件，如图4示意所示。一对互补模具44、46接合坯件42的相反面12、24以便将其制成由模具所限定的形状。部分10、20的每一个都被成形，最终形成具有所希望的复杂形状的成品件。

通过控制光束36使熔化区只部分地进入组成部分20，主表面24不受焊接过程的不利影响并因此保持着连续的光滑表面使得在涂漆以前不需要附加的加工。同时，该坯件在成品件中提供不同的材料特性。应当理解在成品表面光洁度不重要的场合可允许组成部分20的完全穿透。

在以图3所示的组合坯件42进行的试验中，利用了下列参数：

激光束与组成部分间的相对速度：6.2m/min；

激光束功率：6kW，利用CO₂连续激光器；

激光束模式：TEM₀₁(横向电磁波)

激光束直径：0.028英寸

保护气体：上部氦，下部氩；

组成部分20的厚度：t¹＝0.034英寸；

组成部分10的厚度：t²＝0.074英寸；

组成部分材料：镀锌金属(镀锌的热轧低碳钢)

当然各组成部分可以相互类似具有同样的厚度和组合物，或者可以选择为具有不同的特性例如厚度、成分、镀层等。通过选择适当特性的组成部分10，整体坯件42形成有均一的表面但有局部的加强以便在成形的部件中提供不同的特性。在一特别有利的实施方案中，组成部分20是镀锌的和组成部分10是冷轧钢。部分20的表面24因而不受焊接的影响而提供连续的镀锌表面使其可以用作外表涂漆表面和/或用于耐腐蚀。

各组成部分和焊接的另一些设置可以用来制造需要的配制坯件。例如，如图5所示，组成部分10a通过所示相交焊缝40a固定于组成部分20a以使组成部分10a绕其整个周边固定于组成部分20a。

如图6所示，组成部分10b不需要矩形以至规则的形状，且激光束36b可沿与组成部分10b的周边相一致的路线移动以将其固定于形状不同的组成部分20b上。

上述各实施方案考虑组成部分的焊接在与组成部分10a的周边间隔开的位置进行。但是，如图7所示，组成部分10c可沿其边缘焊接于组成部分20c并形成沿组成部分10c的周边的填角焊缝40c。而且在主表面24c要用作成品表面的场合，光束36c被控制成有限地穿透组成部分20c。

上述各实施方案表示配制的坯件由总体上为平面的组成部分构成。然而，如图8～11所示，管状组成部分10d、20d可以用来在管状坯件的管壁中提供局部加强。如图8所示，组成部分10d是管状的并且置于管状部分20d的外部。激光束36d发射到径向向着外面的主表面12d并透入贴靠的主表面14d、22d以将两表面焊接在一起。管状组成部分20d可绕其纵轴线相对于光束36d转动以产生圆周焊缝。

组成部分10d、20d当然可以在纵向间隔开的位置连接以按后续成形的需要连接各组成部分。

这种设置在管状坯件42d要用于液压成形操作的场合是特别实用的，在这种场合下高压流体用来将管状坯件42d扩张成一模具腔形。一个例子示于图9，其中管状坯件42d的径向扩张形成具有不同壁厚的球根状构件。由部分20d形成的局部加强使能够沿成品件的长度获得不同的特性。

如图10所示，组成部分20e可设置在管10e的外部并处于多个纵向间隔开的位置。这便于部分20e的设置并使管状坯件42e能够配制。当用于汽车车架时，由组成部分10e、20e提供的壁厚的变化能够为成品件获得渐进的挤压抗力。同样，如图11所示，多个组成部分可在相互的顶面叠加以提供壁厚的进一步变化。当然，类似的叠加可以用图1～7所示的各平面部分来实现。

配制坯件42的叠层也能够将辅助材料包含于坯件42内。如图12所示，将一非金属层48，例如塑料或纸包含在组成部分10g、20g之间可改善声传播特性。一般，中间层48可为0.004英寸厚并处于较小的组成部分10g内部以隔开主表面14g、22g并且提供一周边区域50，其中不妨碍表面14g、22g之间的接触。各组成部分可绕周边区域50缝焊以防止潮湿侵蚀或者间断焊以保持住层48。得到的配制坯件42g然后可在冲床上成形为需要的形状并在成形过程中保持中间层48处于原位置。

由配制的坯件制成的部件的另一实例示于图13～16，其中示出采用图17所示工艺步骤形成用于汽车车身的减震支座。一减震支座用于支承汽车中的悬架部件因而受严重的局部剪切载荷。然而，减震支座通常是狭长的以适应悬架部件的垂直位移并因此具有显著的壁面积。

坯件42h由组成部分20h和一对第一组成部分10h形成。第二组成部分20h由冷轧钢平面薄板形成并在位于局部凹陷部53处具有一对D形切口52。切口52和凹陷部53在一预成形步骤中通过以通常的方式模冲压一薄板材料来形成。

第一组成部分10h由较厚的和较高强度的薄板材料切割而成以作为一安装部位并盖住切口52定位。部分10h在凹陷部内搭接在切口52的边缘以为并置的各部分提供一周边区域54。凹陷部的深度相当于部分10h的厚度以便主表面24h和14h是共面的。从而提供一平坦表面以便于后续的成形操作。

然后组成部分10h、20h在区域54以连续焊缝40h激光焊接在一起，如上所述。

得到的坯件42h包括两个用于形成减震支座的单个坯件，从而沿对称线56分离为各单个的坯件。每一单个坯件然后在冲床上制成一如图16所示的减震支座，它具有较薄材料的壁但具有通过组成部分10h设有双厚度的安装板。

上述技术也可用于制作含有非可焊部分或对相互焊接不相容的部分的坯件。例如，低碳钢和铝都是可焊的但当相互焊接时则形成脆的金属间化合物。

一个这样的设置示于图18～20，其中一对组成部分10j、20j由焊缝40j相互连接并机械式地连接于附加部分60。部分60为塑料并且沿其侧边缘64具有一系列矩形凹陷部62。在组成部分10j的边缘形成一切槽66，其底表面68与主表面24j的间距为附加部分60的厚度。凸出部70由底表面68下垂并与各凹陷部62互补以便贴合于它们之中。

组成部分10j、20j以并置方式设置而部分60位于它们中间。凸出部70接合凹陷部62以便将部分60机械式地锁定于部分10j。然后将部分10j、20j在焊缝40j处焊接连接在一起并固定部分60。从而最终的坯件可利用保持部分10j与部分60的整体性的机械连接来形成。应当理解部分60可以是一种塑料复合材料、玻璃或其他通常不可焊的材料或者可能是不同的金属材料如铝。

作为矩形凹陷部62的替代物，可以采用图21所示的部分球形凹槽。在该实施方案中，凹槽或“凹窝”72形成于部分10k、20k的每一个上，部分60k带一部分球形凹槽，将部分10k、20k焊接在一起就形成一整体坯件42k。

部分60与部分10、20的机械相互连接可以采用许多方式，如图22中所示。部分60可用于覆盖部分20中的开口如图22a所示，或可沿部分20的一部分形成一衬板如图22b所示。

部分60可以如图22c所示是圆形的或者可以如图22d所示形成有一周边榫头以便形成一齐平表面。

在某些情况下，形锁合机械连接是不必要的，在这种情况下通过一部分或两部分的弯曲得到摩擦式定位，如图22e～22h中所示。在这样的设置中，部分60由各组成部分机械式地夹住以使能够进行后续的成形操作。

可以看出以并置的各组成部分制备配制的坯件，使形成的坯件能够具有不同的材料特性而不需要对各部分的边缘作精确的制备。

实用上述实施方案的其他一些典型的应用是汽车车门外板中加强部分的制备以便安装门锁装置或者汽车底板上安全带连接用的安装基座的制备。

虽然激光焊接是优选的，也可采用其他的焊接技术例如滚压电阻焊(MASH welding)，它使坯件能够组装和后续成形。焊接型式将选定为符合成形工艺的结构要求，包括坯件的压延性能和部件的以后应用。

通过在成形以前将各组成部分固定于坯件中，减轻了为缝焊成整体坯件对各组成部分的精确配合的需要。并且，因为由坯件可获得需要的材料特性，所以避免了成形工艺以后焊接附加部分的需要，这在当成形后复杂形状的精确配合是困难而耗时的时是特别重要的。还可获得一均一的密实表面而不依靠焊接的完善性。

在每一上述实施方案中，已说明了在各组成部分之间的连续焊。在结构要求允许的场合，当然有可能在沿各组成部分的分散位置设置局部焊以便在成形过程中将各组成部分固定在一起而不需要连续焊。

Claims (21)

1.一种用于以后制成成品件的配制坯件，该坯件具有一对金属组成部分，每一组成部分具有一对反向的主表面，以其一个部分的一个主表面与另一部分的一个主表面并置，将该两组成部分相互焊接以形成一整体坯件。

2.如权利要求1所述的配制坯件，其特征在于所述一个组成部分的另一主表面提供向着该坯件外面的连续表面。

3.如权利要求1或2所述的配制坯件，其特征在于所述各组成部分相互激光焊接。

4.如权利要求3所述的配制坯件，其特征在于所述激光焊缝终止于所述一个组成部分的另一主表面之前。

5.如权利要求1～4之一所述的配制坯件，其特征在于所述各组成部分在间隔开的位置相互焊接。

6.如前述权利要求任一项所述的配制坯件，其特征在于所述一个组成部分被预成形为容纳另一组成部分。

7.如权利要求6所述的配制坯件，其特征在于：在所述预成形的组成部分中设置一开口，另一组成部分覆盖该开口。

8.如权利要求1所述的配制坯件，其特征在于所述各组成部分都是平面的。

9.如权利要求8所述的配制坯件，其特征在于所述各组成部分都是管状的。

10.如权利要求1所述的配制坯件，其特征在于一中间层插在所述各组成部分的主表面之间。

11.如权利要求10所述的配制坯件，其特征在于所述中间层为非金属。

12.如上述权利要求任一项所述的配制坯件，其特征在于所述一个组成部分位于另一组成部分的周边以内。

13.如上述权利要求之一所述的配制坯件，其特征在于一附加部分机械式地连接于一个所述组成部分。

14.由金属坯件的组成部分制作成品件的方法，该方法包括以下步骤：并置所述各组成部分的反向主表面，相互焊接各组成部分以提供具有不同的物理特性的配制坯件，以及接着形成该配制坯件以提供成形的成品件。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于所述各组成部分在间隔开的位置相互焊接。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于一个所述组成部分完全位于另一个的周边以内。

17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，它包括在并置所述各组成部分以前预成形其中一个组成部分的步骤。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于所述预成形步骤包括在一个所述组成部分中形成一开口。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于在焊接以前将另一所述组成部分设置成覆盖所述开口。

20.如权利要求17所述的方法，其特征在于所述预成形步骤包括在所述一个组成部分上设置一局部凹陷部，该凹陷部容纳另一组成部分。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于所述另一组成部分的一个主表面与所述一个组成部分的一个主表面是共面的。

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