CZ9904395A3 - Způsob výroby strukturních částí v konstrukci automobilu - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu výroby strukturních částí v konstrukci automobilu.

Dosavadní stav techniky

Podélné strukturní části v konstrukci automobilu, přebírající bezpečnostní funkce, jsou známy ve formě bočních nárazových nosníků, nárazníků a zesílení sloupků. Přitom zvýšené požadavky stoupající měrou vyžadují použití vysoce pevných a nejpevnějších ocelí, vyrábějí ve formě výlisků

Strukturní části se obvykle z plechové ploštiny nebo přetvářením a ražením trubek. Mohou být ale vyrobeny také valivým profilováním z pásové oceli. Vedle velmi vysoké pevnosti musí mít takové strukturní části minimální tažnost od 5 % do 10 %.

V této souvislosti je známo používat za studená tvářitelné vysoce pevné oceli. Takové oceli se však na základě svých omezených přetvářných vlastností hodí pouze pro jednoduše profilované strukturní části.

Kromě toho ke stavu techniky patří používat kalitelné oceli. Tyto oceli se nejdříve ve formě ploštiny nebo trubek v ještě měkkém stavu přetvářejí na strukturní části. Teprve

78969 (78969a.doc) • · • · · · • · ♦ · · · » · »· · • · ··· ··· v následném kalicím pochodu získávají strukturní části vyžadovanou pevnost. Protože mají oceli v měkkém stavu dobré přetvářné vlastnosti, mohou se z nich vyrábět také komplexně profilované strukturní části. Materiál s těmito vlastnostmi je např. 22 Mn 5 mod. Tento materiál má v měkkém stavu pevnost cca 600 N/mm² a tažnost > 30 %. Po kalení se dosahuje pevností až 1 600 N/mm² při 10 % protažení.

Zahřátí na austenitizační teplotu, vyžadované ke kalení, se dosud často provádělo v průběžných pecích, vytápěných plynem nebo opatřených elektrickým vytápěním. K zajištění nepřetržité výroby jsou takové průběžné pece integrovány do výrobní linky strukturních částí. Nevýhodná je přitom vysoká potřeba místa pro tyto průběžné pece. Kromě toho se poukazuje na značnou spotřebu energie a nezamezitelné ztráty tepla. Při použití průběžných pecí se také nemůže provádět částečné kalení strukturních částí.

Také je ještě známo přetvářet kalitelné oceli na strukturní části v kombinovaných tvarovacích a kalicích nástrojích. V tomto případě se ploštiny nebo trubky před tvarováním přivádějí na austenitizační teplotu a potom se v ochlazeném tvarovacím nástroji současně přetvářejí a kalí. Také tento způsob je nucené spojen s vysokými náklady na nástroje a energie. Zvyšuje kromě toho ve značné míře doby taktu při přetváření.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je, vycházejíc ze stavu techniky,

78969 (78969a.doc) • «

- 3 vytvořit způsob výroby podélných strukturních částí v konstrukci automobilu, alespoň oblastně majících vysokou pevnost a minimální tažnost od 5 % do 10 %, jakož i zajišťujících bezpečnostní funkce, který vystačí s nepatrnými výrobními a nástrojovými náklady a při sníženém použití energie zaručuje vysoký stupeň účinnosti.

Řešení tohoto úkolu spočívá podle vynálezu ve znacích nároku 1.

U tohoto způsobu se používají kalitelné oceli, jako například 22 Μη B5 mod., které se nejdříve ve formě ploštiny nebo trubek v měkkém stavu konfigurují na žádané strukturní části. Strukturní části mohou být ale také vyrobeny valivým profilováním z pásové oceli. Strukturní části mohou být vytvarovány jako otevřené nebo uzavřené profily. Průřezy profilů se od sebe mohou odchylovat a mohou také mít rozdílnou komplexnost. Dále se mohou průřezy profilů po délce strukturních částí měnit. Kromě toho nečiní zakřivení strukturních částí žádné problémy. Tloušťky stěn strukturních částí se mohou udržovat extrémně nepatrné. Zpravidla leží mezi 1 mm a 3 mm.

Po konfiguraci strukturních částí se tyto kalí při v podstatě svislém polohování. Zahřívání při kalení se uskutečňuje pomocí induktoru, relativně přemístitelného podél průběhu strukturních částí, přizpůsobeného průřezu strukturních částí, jakož i obklopujícího strukturní části. Může se přitom jednat o indukční cívku s jedním nebo více závity. V úvahu přichází také plošný induktor. Výhoda plošného induktoru je např. v tom, že má u komplexních

78969 (78969a.doc)

výlisků s měnícím se průřezem lepší stupeň účinnosti a zaručuje rovnoměrné zahřívání diverzních průřezů.

U vhodně přizpůsobeného induktoru se mohou zahřívat současně také dvě vedle sebe upravené konstrukční části. Přitom induktor obklopuje všechny konstrukční části.

K dosažení rovnoměrné pevnosti po celém průřezu profilu se zajišťuje také rovnoměrné zahřívání. K tomu může být induktor příslušně přizpůsoben každé strukturní části. Kromě toho je bezproblémově možné vybrat frekvenci proudu induktoru, přizpůsobenou strukturní části. Při průřezech, měnících se po délce strukturních částí, se může přizpůsobovat rychlost posuvu induktoru a/nebo výkon, aby se podél délky strukturní části, jakož i přes celý průřez stále zaručovaly stejné zahřívací teploty.

Ochlazování zahřátých strukturních částí se uskutečňuje s pomocí chladicí jednotky, která se induktoru navádí ve směru jeho pohybu. Přitom se mohou induktor a chladicí jednotka pohybovat zdola nahoru relativně k strukturním částem, fixovaným v jejich poloze, nebo se mohou strukturní části relativně shora dolů pohybovat relativně k induktoru včetně následně zařazené chladicí jednotky. Tímto způsobem je zaručeno, že se chladicí médium dostane se strukturními částmi do styku teprve po rozehřátí, takže se rozehřívání a ochlazování mohou od sebe jednoznačně oddělit. Kromě toho se tím zamezí kontaktu kapalného chladicího média s induktorem a tím se vyloučí nebezpečí napěťových přeskoků.

Induktor a chladicí jednotka se vedou podél obrysu

78969 (78969a.doc)

• · · · · · « * · ··«···· · · · · strukturní části tak, že se oba agregáty nacházejí vždy do značné míry kolmo ke střední ose průřezu strukturní části. Tím se může zaručit co nej rovnoměrnější zahřívání a ochlazování také komplexních prostorově zakřivených strukturních částí.

Protože je podle vynálezu bezproblémově možné vést induktor společně s chladicí jednotkou pouze přes předem určené oblasti strukturních částí a tyto oblasti opatřit žádanou pevností, mohou být v jednotlivých oblastech strukturních částí bezproblémově vyplněny rozdílné požadavky na pevnost. Ve srovnání s průběžnými pecemi se dosahuje mimořádné úspory nákladů, jak vhledem k používaným zařízením, tak i k přitom vynakládané energii. Kromě toho se

jako další	výhoda	dostavuje	minimalizace	pokřivení
konstrukční	součásti.
Vědomě	upravenou	možností	dílčího kalení	se může
dosahovat cíleného nastavení chování strukturní	části při

srážce, popř. chování při selhání. Přitom jsou pak nekalené oblasti strukturních částí konstrukčně zamýšlené zlomové, popř. ohybové oblasti, které podporují definované přetvoření strukturních částí. V této souvislosti se proto může uskutečňovat cílené lokální nastavení pevnostních hodnot na zatížení konstrukčních součástí, např. v analogii k takzvaným tailored blanks z rozdílných jakostních ocelí. Pouze odpadá naproti tomu při induktivním kalení každý svarový šev. Kromě toho se mohou realizovat široké pevnostní přechodové oblasti. Zamezuje se tím ostrému skoku v pevnosti.

78969 (78969a.doc) • · · · • · • ·

Aby se přizpůsobil kalicí proces požadavkům rozdílných jakostních ocelí vzhledem k rychlostem ochlazování, mohou se k ochlazování strukturních částí používat různá chladicí média.

Dále se deformace při kalení, které není možno při kalení zamezit, může redukovat vhodným přidržováním strukturních částí. Tak se může deformační chování cíleně ovlivňovat stupněm volnosti přidržování. Také se již při přetváření strukturních částí z ploštiny nebo trubek, popř. valivým profilováním z pásové oceli, mohou vhodným tvarováním cíleně zohlednit pozdější deformace při kalení. Následkem je vylepšení rozměrové stálosti strukturních částí. K jednoduché výměně na jiné geometrie konstrukčních součástí se mohou pružně vytvarovat držáky.

Ve výhodném dalším provedení vynálezu jsou podle nároku 2 induktor a chladicí jednotka navzájem relativně přestavitelné. Nastavitelností vzdálenosti mezi induktorem a chladicí jednotkou se může ovlivňovat rychlost ochlazování a tím i tvrdost, popř. pevnost strukturních částí.

Je-li podle nároku 3 chladicí jednotka ze strany obvodu strukturní části rozčleněna do většího množství chladicích prvků, může se docílit přesnějšího ovlivňování deformace při kalení.

V této souvislosti je podle nároku 4 možné, aby se mohly jednotlivé chladicí prvky navzájem přestavovat, aby se tímto způsobem mohlo docilovat ještě cílenějšího vlivu na deformaci při kalení.

78969 (78969a.doc) • ·

Podle znaků nároku 5 se induktor pohání vysokou frekvencí. Přitom mohou být mimořádně výhodné frekvence od 400 kHz do 800 kHz. Tímto způsobem se mohou komplexní tenkostěnné strukturní části do značné míry rovnoměrně po celém průřezu nahřívat. U těchto vysokých frekvencí je vířivý proud, indukovaný do strukturních částí, do značné míry rovnoměrně rozdělen po průřezu.

Chladicí jednotkou mohou být strukturní části ostřikovány nejrůznějšími chladicími médii. Podle nároku 6 se každá strukturní část v oblasti chladicí jednotky ostrikuje kapalinou. Přitom se může jednat např. o vodu, olej nebo o olejo-vodní směs. Vyměřením objemového proudu a tlaku chladicího média se může určit rychlost ochlazování a tím se získává podstatný vliv na nastavující se strukturu a tím na tvrdost podle diagramu přeměny při kalení v souřadnicích čas-teplota.

Další možnost ostřikování strukturních částí chladicím médiem se objevuje ve znacích nároku 7. Podle nich se každá strukturní část v oblasti chladicí jednotky ostřikuje kapalinovou mlhou. Tato kapalinová mlha se jemně rozprašuje. Tím se může dosahovat jemnějšího ochlazování ve srovnání s ostrým ochlazováním kapalinou. Také je tak možné provádět neúplné ochlazování strukturní části. Tím se spíše získává určité zbytkové teplo ve strukturní části, které vede k popouštění vnitřním teplem.

Dále je podle nároku 8 možné každou strukturní část v oblasti chladicí jednotky ostřikovat plynným médiem. Přitom

78969 (78969a.doc) • · » · · · se může jednat o vzduch, popř. stlačený vzduch, nebo o inertní plyn. Inertní plyn zároveň zamezuje tvoření okují na strukturní části. Tímto způsobem se může uspořit eventuální odstraňování okují, např. pískováním. Také se může zamezit eventuálnímu oduhličení materiálu strukturní části. Jak je možné již u kapalinové mlhy, je také u plynného média možné udržovat ve strukturní části určité zbytkové teplo, které potom vede k popouštění vnitřním teplem.

Podle znaků nároku 9 je možné použít k ochlazování zahřáté strukturní části plynné chladicí médium nebo kapalinovou mlhu v kombinaci s kapalinou. Tak se uskutečňuje nejdříve pomalé ochlazování proudem plynu nebo kapalinovou mlhou a potom konečné prudké ochlazení kapalinou. Různá chladicí média se přitom upravují v rozdílných odstupech za induktorem. Tím je možný definovaný průchod křivek ochlazování v diagramu přeměny při kalení v souřadnicích čas-teplota.

Je také možné zahřívat strukturní části po kalení stejným induktorem na popouštěcí teplotu.

Podstatné výhody způsobu podle vynálezu tedy jsou:

- vyšší stupeň účinnosti při přívodu tepla,

- menší potřeba místa,

- každá strukturní část se podle specifických požadavků může libovolně částečně kalit.

Tím je opět dána zjednodušená integrace do celé výrobní linky.

78969 (78969a.doc)

- Nemanipuluje se s horkými strukturními částmi, protože chladicí jednotkou dochází ještě v kalicím zařízení k prudkému ochlazení.

- Zokujnění strukturních částí se značně snižuje.

- Opotřebení zařízení a náklady na údržbu se značně snižují, protože se pohyblivé části kalicího zařízení nezahřívaj í.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím konkrétních příkladů provedení znázorněných na výkresech, na kterých představuje obr. 1 v perspektivním schematickém zobrazení strukturní část v konstrukci automobilu spolu s induktorem a chladicí jednotkou, obr. 2 horizontální průřez zobrazením z obrázku 1 v rovině II-II, viděno ve směru šipky Ha, obr. 3 schematický boční pohled na zařízení ke kalení strukturní části podobné z obr. 1, obr. 4 perspektivní schematické zobrazení strukturní části v konstrukci automobilu podle další formy provedení společně s induktorem a chladicí

78969 (78969a.doc) • ·

9 9 9 9 9 9 ·· · · · 9 9 · 9 9 99 99 jednotkou, obr. 5 horizontální průřez zobrazením obrázku 4 v rovině V-V, viděno ve směru šipky Va, obr. 6 v perspektivním schematickém zobrazení dvě strukturní části v konstrukci automobilu společně s induktorem a chladicí jednotkou a obr. 7 horizontální průřez zobrazením obrázku 6 v rovině VII-VII, viděno ve směru šipky Vila.

Příklady provedení vynálezu

Obrázky 1 a 2 znázorňují strukturní část 1 ve formě bočního nárazového nosníku. Strukturní část 1 má mezi upevňovacími konci 2, 2a dva v průřezu lichoběžníkové žlábky 3, jejichž boky 4 jsou navzájem spojeny můstkem 5. U takové strukturní části £ je žádoucí opatřit ji alespoň částečně po její délce L určitou pevností.

Za tímto účelem se strukturní část £ nebo strukturní část 1¹ podle obrázku 3 v poloze, v podstatě vertikální, svým dolním koncem 2 doráží na pevné ložisko 6 zařízení 7 ke kalení. Horní konec 2a strukturní části £ je držen posouvacím ložiskem £ zařízení 7.

Jak pevné ložisko 6, tak i posouvací ložisko £ tvoří součásti sloupku £, který stojí v záchytné vaně 10 pro kapalné chladicí médium. Záchytná vana 10 je opatřena

78969 (78969a.doc) • · • · • · · · · · • * · odtokem 11 k odvádění zahřátého chladicího média za účelem zpětného ochlazování a filtrace.

Strukturní část jL, 1¹ je podle zobrazení obrázků 1 a 3 obklopena induktorem 12, který je do značné míry přizpůsoben průřezu strukturní části 1, 1¹ . Induktor 12 je poháněn, jak je schematicky naznačeno na obrázku 1, frekvencí od 400 do 600 kHz. Je ostřikován chladicím médiem. Jeho přívody a odvody jsou označeny vztahovými značkami 13 a 14.

V odstupu pod induktorem 12 a přestavitelně v odstupu od něj je upravena chladicí jednotka 15, která rovněž obklopuje strukturní část 1' . Chladicí jednotka 15 je v příkladu provedení ostřikována chladicím médiem - emulzí typu voda v oleji. Jeho přívody a odvody jsou označeny vztahovými značkami 16 a 17.

Jak je dále vidět na obrázku 1, může být chladicí jednotka 15 ve směru obvodu rozdělena do různých chladicích prvků 18 . Tyto chladicí prvky 18 mohou být navzájem relativně přestavitelně.

Obrázek 3 znázorňuje kromě toho, že jsou induktor 12 a chladicí jednotka 15 spojeny s nástrojovými saněmi 19, které mohou být na vodicích plochách 21 sloupku 9 vertikálně uloženy podle dvojité šipky 20, podle dvojité šipky 22 v příčném směru a podle dvojité šipky 23 okolo horizontální osy 24. Tímto způsobem je možné induktor 12 a chladicí jednotku 15 cíleně vést podle průběhu obrysu strukturní části 1'.

78969 (78969a.doc) ·····« 4 ·· ·· ·· ·· · ···· · · ·

-i o — ··· · ···· — χζ ······· ··· ·· • · · · · · • e 4 ··» ···· ·· ··

Na obrázku 4 je v perspektivě znázorněna strukturní část la ve formě zesílení pro střední sloupek karosérie osobního automobilu. Obrázek 5 znázorňuje průřez strukturní částí la na dolním konci 25. Tato strukturní část la byla vysoce zatížena pouze v napoj ovací oblasti na práh osobního automobilu, takže se musí pouze zde zvýšit její pevnost.

Za tímto účelem se strukturní část la fixuje blíže nezobrazeným držákem v poloze, v podstatě vertikální, na dolním konci 25 a horním konci 26. Kalí se podélná oblast LI strukturní části la, a sice tak, že se induktor 12a s následně zařazenou chladicí jednotkou 15a, přizpůsobený průřezu strukturní části la, podle šipky 27 vede zdola nahoru přes podélnou délkovou oblast LI. Pomocí induktoru 12a se proto může délková oblast LI přivádět na austenitizační teplotu, vyžadovanou ke kalení, a s pomocí chladicí jednotky 15a prudce ochlazovat.

Na obrázcích 6 a 7 je znázorněno, jak současně zahřívat dvě strukturní části lb lichoběžníkového průřezu s pomocí induktoru 12b, vytvořeného jako deskový induktor, a následující chladicí jednotkou 15b prudce ochlazovat.

Jinak průběh procesu odpovídá průběhu procesu, vylíčenému na základě obrázků 1 až 3, takže se může upustit od opětovného vysvětlování. Také zařízení 1_ podle obrázku 3 se může použít v přizpůsobeném provedení.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby podélných strukturních částí (1, 1', la, lb) v konstrukci automobilu, majících alespoň oblastně vysokou pevnost a minimální tažnost od 5 do 10 %, jakož i zajišťujících bezpečnostní funkce, u kterého se přetvářením ploštiny, pásové oceli nebo trubek z kalitelných ocelí, uskutečňovaným v měkkém stavu, nejdříve konfiguruje každá strukturní část (1, 1', la, lb) a potom se při v podstatě svislém polohování pomocí induktoru (12, 12a, 12b), sledujícího obrys strukturní části, relativně přemístitelného zdola nahoru ke strukturní části (1, 1', la, lb) a obklopujícího konstrukční součást, alespoň částečně uvádí na austenitizační teplotu, vyžadovanou ke kalení, a následně se ochlazuje chladicí jednotkou (15, 15a, 15b),

   následně pohybu. vedenou za induktorem (12, 12a, 12b) ve směru 2. Způsob podle nároku 1, u kterého j sou induktor (12, 12a, 12b) a chladicí jednotka (15, 15a, 15b) navzáj em

   relativně přestavitelné.
2. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, u kterého se chladicí jednotka (15, 15a, 15b) ze strany obvodu strukturní části (1, 1', la, lb) rozčleňuje do většího množství chladicích prvků (18).
3. 4. Způsob podle nároku 3, u kterého jsou chladicí prvky (18) navzájem přestavitelné.

   16 78969 (78969a.doc)
4. 5. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, u kterého se induktor (12, 12a, 12b) pohání vysokou frekvencí.
5. 6. Způsob podle některého z nároků 1 až 5, u kterého se každá strukturní část (1, 1', la, lb) v oblasti chladicí jednotky (15, 15a, 15b) ostřikuje kapalinou.
6. 7. Způsob podle některého z nároků 1 až 5, u kterého se každá strukturní část (1, 1', la, lb) v oblasti chladicí jednotky (15, 15a, 15b) ostřikuje kapalinovou mlhou.
7. 8. Způsob podle některého z nároků 1 až 5, u kterého se každá strukturní část (1, 1', la, lb) v oblasti chladicí jednotky (15, 15a, 15b) ostřikuje plynným chladicím médiem.
8. 9. Způsob podle některého z nároků 1 až 8, u kterého se každá strukturní část (1, 1', la, lb) v oblasti chladicí jednotky (15, 15a, 15b) nejdříve ostřikuje plynným chladicím médiem nebo kapalinovou mlhou a potom kapalinou.