DE102018101952A1

DE102018101952A1 - Verfahren zur Herstellung von Komponenten aus Metallblech

Info

Publication number: DE102018101952A1
Application number: DE102018101952.1A
Authority: DE
Inventors: Raj Sohmshetty; Richard Taube; Peter A. Friedman; Shawn Michael Morgans
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2018-01-29
Publication date: 2018-08-02
Also published as: CN108380740A; CN108380740B; US20180214927A1

Abstract

Ein Vorgang beinhaltet Herstellen einer Gruppe von Automobilkomponenten durch Bilden von Komponenten, die verschiedene globale Geometrien aufweisen, über eine gemeinsame Werkzeugausstattung, die dazu ausgelegt ist, einen Metallblechrohling zu biegen, um ein Profil mit variablem Querschnitt zu erzeugen, Bilden einer Zugabe als integraler Teil jeder gebildeten Komponente und Abändern der globalen Geometrien in einer Reihe von inkrementellen Verformungen zum Erzeugen von lokalen Geometrien, während jede Komponente über die Zugabe an einer Verformungsmaschine befestigt ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Offenbarung betrifft ein Herstellungsverfahren von Komponenten aus Metallblech.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Prototypfahrzeuge sowie Nischen- und Premiumfahrzeuge erzeugen einen Bedarf an der Fertigung von Teilen in Kleinserien. Derartige Fertigung stellt eine Reihe von Herausforderungen dar. Zum Beispiel ist die Werkzeugausstattung, die für jedes einzelne Teil maßgefertigt wird, kostspielig, und es ist zeitaufwändig, derartige Werkzeugausstattung herzustellen. Zusätzlich erfordern häufige Änderungen bei der Ausgestaltung eine regelmäßige Aktualisierung der Werkzeugausstattung. Dennoch kommen traditionelle Fertigungstechniken unter Umständen nicht den Bedürfnissen in Zusammenhang mit den Änderungen bei der Ausgestaltung entgegen. Infolgedessen werden einige Änderungen bei der Ausgestaltung aufgrund der Fertigungseinschränkungen unter Umständen nicht in die Prototypen integriert. Einige Fertigungsvorgänge, wie etwa inkrementelles Umformen, sind zu langsam, und Vorgänge wie etwa flexibles Walzprofilieren erfordern erhebliche Zugeständnisse bei der Ausgestaltung, um nützlich zu sein.
KURZDARSTELLUNG
In mindestens einer Ausführungsform ist ein Vorgang zum Herstellen einer Gruppe von Automobilkomponenten aus Metallblech offenbart. Das Verfahren beinhaltet Herstellen einer Gruppe von Automobilkomponenten durch Bilden von Komponenten, die verschiedene globale Geometrien aufweisen, über eine gemeinsame Werkzeugausstattung, die dazu ausgelegt ist, einen Metallblechrohling zu biegen, um ein Profil mit variablem Querschnitt zu erzeugen. Der Vorgang beinhaltet Bilden einer Zugabe als integraler Teil jeder gebildeten Komponente. Der Vorgang beinhaltet zudem Abändern der globalen Geometrien der Komponenten in einer Reihe von inkrementellen Verformungen zum Erzeugen von lokalen Geometrien, während jede Komponente über die Zugabe an einer Verformungsmaschine befestigt ist. Die Gruppe von Automobilkomponenten kann einen Komponententyp beinhalten, der für unterschiedliche Fahrzeugtypen vorgesehen ist. Der Komponententyp kann ein Unterbodenelement, einen Dachquerträger, einen Längsträger oder ein Schwellerelement beinhalten. Die Gruppe von Automobilkomponenten kann unterschiedliche Komponententypen beinhalten, die für einen Fahrzeugtyp vorgesehen sind. Die Komponente aus Metallblech kann ein Längsprofil aufweisen. Das Profil mit variablem Querschnitt kann einen Querschnitt mit variabler Höhe beinhalten. Die Zugabe kann sich über die globale Geometrie der Komponente hinaus erstrecken. Die Zugabe kann eine Form aufweisen, die für jede Komponente der Gruppe von Komponenten einheitlich ist. Die Zugabe kann nach dem Bilden der lokalen Geometrien entfernt werden. Die globalen Geometrien und die lokalen Geometrien können separat über unterschiedliche Werkzeugausstattung erzeugt werden.
In einer anderen Ausführungsform ist ein Verfahren zum Herstellen einer Gruppe von verschiedenen Automobillängskomponenten offenbart. Das Verfahren beinhalten Verwenden eines gemeinsamen Werkzeugs zum Bilden eines Profils mit variablem Querschnitt durch Biegen eines Metallblechs für jede Komponente der Gruppe in einem ersten Vorgang. Das Verfahren kann ferner Verbinden jedes verformten Metallblechs mit einem entfernbaren Abschnitt beinhalten. Das Verfahren kann Abändern des Profils des verformten Metallblechs in einer Reihe von inkrementellen Verformungen in einem zweiten Vorgang zum Erzeugen der Längskomponente beinhalten, während das Metallblech über den entfernbaren Abschnitt an einer Verformungsmaschine befestigt ist. Der erste und zweite Vorgang können durch unterschiedliche Maschinen und Werkzeugausstattung durchgeführt werden. Das Biegen kann Vertiefungen in einer vertikalen Fläche des Metallblechs bilden. Die inkrementellen Verformungen können Biegen einer horizontalen Fläche des Metallblechs beinhalten. Der entfernbare Abschnitt kann nach dem zweiten Vorgang lasergetrimmt werden. Der erste Vorgang kann flexibles Walzprofilieren verwenden und der zweite Vorgang kann inkrementelles Umformen verwenden.
In noch einer anderen Ausführungsform ist ein Vorgang zum Bilden von Automobilkomponenten aus Metallblech offenbart. Das Verfahren kann Erzeugen einer globalen Geometrie einer ersten Längskomponente aus Metallblech durch Bilden eines Profils mit variablem Querschnitt in einem Metallblechrohling beinhalten. Das Verfahren kann Abändern der globalen Geometrie der ersten Komponente in einer Reihe von inkrementellen Verformungen zum Erzeugen von lokalen Geometrien beinhalten. Das Verfahren kann ferner Erzeugen von globalen und lokalen Geometrien einer zweiten Komponente durch Verwenden von Werkzeugausstattung, die die erste Komponente gebildet hat, beinhalten, wobei sich die erste und zweite Komponente unterscheiden. Die erste und zweite Komponente können Längskomponenten sein, die mindestens eine unterschiedliche Abmessung aufweisen. Die erste und zweite Komponente können Dachlängsträger sein, die mindestens einen unterschiedlichen Teil des Profils aufweisen. Die erste und zweite Komponente können sich bei Länge, Höhe, Vertiefungstiefe von mindestens einem Teil der Komponenten oder einer Kombination daraus unterscheiden.
Figurenliste

1A-1F stellen perspektivische Ansichten von beispielhaften Komponenten dar, die gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen gefertigt sind;
2 stellt schematisch eine Abfolge von Schritten des offenbarten Fertigungsvorgangs dar, der dazu in der Lage ist, Längskomponenten mit einem variablen Querschnitt herzustellen;
3A-3C stellen perspektivische Ansichten einer beispielhaften Komponente mit beispielhaften Zugaben dar.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hier beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind hier offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielseitige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert sein können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Kombinationen aus veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Sofern nicht ausdrücklich angegeben, sind alle numerischen Mengen in dieser Beschreibung, die Maße oder Materialeigenschaften angeben, bei der Beschreibung des breitesten Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung als durch das Wort „etwa“ modifiziert zu verstehen.
Die erste Definition eines Akronyms oder einer anderen Abkürzung gilt für alle nachfolgenden Verwendungen dieser Abkürzung in dieser Schrift und gilt in entsprechender Anwendung für normale grammatikalische Variationen der ursprünglich definierten Abkürzung. Sofern nicht ausdrücklich etwas Gegenteiliges angegeben ist, wird die Messung einer Eigenschaft durch dasselbe Verfahren, das vorher oder später für dieselbe Eigenschaft angegeben wurde, bestimmt.
Bestimmte Fahrzeugprototypen sowie Nischen- und Premiumfahrzeuge und andere Automobilprojekte erfordern in Kleinserie gefertigte Teile. Wegen der relativ geringen Menge derartiger herzustellender Teile werden die Teile typischerweise unter Verwendung von Werkzeugausstattung gefertigt, die für die Teile maßgefertigt ist und nach dem Herstellen einer relativ kleinen Charge der Teile entsorgt wird. Wenngleich das Material, das für derartige Werkzeugausstattung verwendet wird, typischerweise günstiger ist als Materialien, die für Hochleistungs- und Großserienwerkzeugausstattung verwendet werden, bleibt die Herstellung der Werkzeugausstattung kostspielig und zeitaufwändig.
Beispielhafte Werkzeugausstattung für die Kleinserienteile kann Werkzeugausstattung aus Kirksite sein, die Farbstoffe einbezieht, die aus relativ kostengünstigen Legierungen gefertigt sind. Während eines Produktentwicklungsvorgangs sind jedoch Änderungen bei der Ausgestaltung üblich und die traditionelle Werkzeugausstattung kommt den vorgesehenen Änderungen unter Umständen nicht entgegen oder reagiert nicht auf die Änderungen bei der Ausgestaltung. Infolgedessen werden einige Änderungen bei der Ausgestaltung unter Umständen nicht in die Prototypen integriert, um die Kosten und Vorgangszeit zu senken.
Einige der Kleinserienteile beinhalten eine Vielfalt von Metallblechteilen. Traditionelle Fertigungstechniken sind entweder für die Herstellung des Metallblechs ungeeignet, wie etwa additive Fertigung, oder nicht dazu in der Lage, ausreichende Detailliertheit bereitzustellen, die für die Automobilteile erforderlich ist. Zum Beispiel ist traditionelles Walzprofilieren dazu in der Lage, nur Profile mit einem gleichmäßigen Querschnitt in der Längsrichtung herzustellen. Zusätzlich kann traditionelle Werkzeugausstattung nicht dazu verwendet werden, mehr als eine Komponente aus einer Familie von Komponenten herzustellen. Somit erfordert jedes Teil eine separate Werkzeugausstattung, was aus einem finanziellen und herstellungstechnischen Blickwinkel unzweckmäßig ist.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen ist ein Vorgang zum Herstellen von Automobilkomponenten aus Metallblech bereitgestellt. Der Vorgang setzt eine Kombination aus zwei separaten Vorgängen um. Der erste Vorgang ermöglicht das Erzeugen einer globalen Geometrie der Komponente. Globale Geometrie bezieht sich auf eine grobe Form einer Komponente, ohne ihre Feinmerkmale zu definieren. Die globale Geometrie wird anschließend durch einen zweiten Vorgang abgeändert, der die Feinmerkmale und Einzelheiten in der globalen Geometrie definiert. Um den Übergang von dem ersten Vorgang zu dem zweiten Vorgang zu ermöglichen, beinhaltet die Komponente eine Zugabe, während oder nachdem die globale Geometrie modelliert wird.
Typischerweise werden die Komponenten durch Verfahren wie etwa Pressformen hergestellt, was große, kostspielige Werkzeugausstattung und Material, das keine ausreichende Langlebigkeit aufweist, erfordert. Die zwei hier offenbarten Vorgänge arbeiten auf synergistische Weise zusammen, um Komponenten mit konkreten Geometrien auf wirtschaftliche und zeitsparende Weise herzustellen. Die gleiche Werkzeugausstattung kann dazu verwendet werden, eine Vielfalt von Komponenten innerhalb der gleichen Familie oder für den gleichen Fahrzeugtyp an einer einzigen Fertigungslinie herzustellen. Das Gruppieren von Komponenten, die ähnliche Eigenschaften aufweisen, und ihre Herstellung unter Verwendung der gleichen Werkzeugausstattung stellt Zeiteinsparungen von mehreren Tagen bis Wochen bereit und ist wirtschaftlicher.
In mindestens einer Ausführungsform beinhaltet der Vorgang Herstellen einer Gruppe oder Familie von Automobilkomponenten durch Bilden von Komponenten, die verschiedene globale Geometrien aufweisen, während eine gemeinsame Werkzeugausstattung verwendet wird, die dazu ausgelegt ist, einen Metallblechrohling zu biegen, um ein Profil mit variablem Querschnitt zu erzeugen. Der Vorgang beinhaltet Bilden einer Zugabe und/oder Hinzufügen einer Halterung zu jeder gebildeten Komponente. Der Vorgang beinhaltet zudem Abändern der globalen Geometrien der Komponenten in einer Reihe von inkrementellen Verformungen zum Erzeugen von lokalen Geometrien, während jede Komponente über die Zugabe und/oder Halterung an einer Verformungsmaschine befestigt ist.
Die Komponente 10 kann jede Komponente aus Metallblech sein. Beispielhafte Komponenten 10 sind in 1A-1F dargestellt. Wie in den Beispielen aus 1A-1F zu sehen ist, kann die Komponente 10 eine Längskomponenten sein, die entlang der Längsachse x größere Abmessungen aufweist als entlang der Achse y oder z. Die Komponenten 10 können einen Querschnitt aufweisen, der an der Längsachse x ungleichmäßig oder variabel ist, jedoch auch entlang der Achse y und/oder z variieren kann. Die Komponenten 10 können ein oder mehrere Enden 12 aufweisen, die geschlossen oder offen sind. Die Komponenten 10 können einen oder mehrere Abschnitte 14 aufweisen, die sich hinsichtlich der Abmessungen von mindestens einem anderen Abschnitt 16 oder einer Vielzahl von Abschnitten und dergleichen unterscheiden. Die Komponenten 10 können eine(n) oder mehrere Biegungen, Bögen oder Kurven 18 aufweisen. Zusätzlich oder alternativ können die Komponenten 10 eine oder mehrere Öffnungen 20 aufweisen. Die Öffnungen 20 können symmetrisch oder asymmetrisch innerhalb des Metallkomponentenkörpers 22 beabstandet sein. Die Öffnungen können jede beliebige Größe, Form oder Gestalt aufweisen. Zum Beispiel kann eine Öffnung 20 regelmäßig, unregelmäßig, kreisförmig, oval, vieleckig, quadratisch, rechteckig sein oder eine andere Form aufweisen. Die Öffnungen 20 innerhalb der gleichen Komponente 10 können die gleiche oder unterschiedliche Form und/oder Abmessungen aufweisen. Eine Komponente 10 kann frei von jeglichen Öffnungen sein. Eine Komponente 10 kann eine variierende Länge, Höhe, Dicke oder eine Kombination daraus innerhalb ihres Körpers 22 aufweisen. Die Komponente 10 kann eine Basis 24, Seiten 26 und einen oder mehrere Flansche 28 aufweisen.
Die Komponente 10 kann einen Querschnitt aufweisen, der ein variierendes Profil aufweist. Der Querschnitt kann in Längsrichtung variieren. Das Profil kann eine variable Breite, Tiefe/Höhe oder eine Kombination daraus aufweisen. Das Profil kann vollständig offen, teilweise offen oder geschlossen sein. Das Profil kann wie ein U, O, V, D oder C geformt sein. Das Profil kann symmetrisch oder asymmetrisch sein.

Die Komponenten 10 können als zu verschiedenen Familien von Komponenten gehörend kategorisiert werden. Die Komponenten 10 können nach einem Komponententyp oder einem Fahrzeugtyp kategorisiert werden. Somit kann eine Gruppe oder Familie von Komponenten, die durch eine gemeinsame Werkzeugausstattung hergestellt werden soll, den gleichen Komponententyp für mindestens zwei unterschiedliche Fahrzeugtypen beinhalten. Alternativ kann eine Gruppe von Komponenten, die durch eine gemeinsame Werkzeugausstattung hergestellt werden soll, unterschiedliche Mitglieder des gleichen Fahrzeugtyps beinhalten. Die nachstehend Tabelle 1 stellt Beispiele zum Gruppieren von Komponentenfamilien und Fahrzeugtypen bereit. Die Menge und Komponententypen und Fahrzeugtypen sind lediglich Beispiele. Andere Komponententypen und andere Fahrzeugtypen können eingeschlossen sein. Tabelle 1 - Komponentenfamilien und Fahrzeugtypen

Fahrzeugtyp	Komponentenfamilien
Fahrzeugtyp	Dachlängsträger außen	Schlittenkufe	Unterbodenquerträger	Schwellerverstärkungselement	Vorderer Querholm	Mittlerer Dachspriegel	Hinterer Querholm
1	a1	b1	c1	d1	e1	f1	g1
2	a2	b2	c2	d2	e2	f2	g2
3	a3	b3	c3	d3	e3	f3	g3
4	a4	b4	c4	d4	e4	f4	g4
5	a5	b5	c5	d5	e5	f5	g5

Zum Beispiel kann eine gemeinsame Werkzeugausstattung dazu verwendet werden, eine Komponentenfamilie aus den Dachlängsträger-Außenelementen al-a5 für die Fahrzeugtypen 1-5 herzustellen. Zum Beispiel enthält eine in 1A-1C dargestellte Familie der Komponenten 100, 102, 104 drei unterschiedliche Dachlängsträger-Außenelemente aus der Gruppe a1-a5. Eine andere beispielhafte Familie beinhaltet verschiedene Komponenten 202, 204, die als Schlittenkufe kategorisiert werden und die in 1D und 1E dargestellt sind. Eine in 1F dargestellte beispielhafte Komponente 304 gehört zu der Familie von Unterbodenquerträgern c1-c5. Zu anderen beispielhaften Komponentenfamilien können Schwellerverstärkungselemente, vordere Querholme, hintere Querholme, mittlere Dachspriegelkomponenten, Querträger oder dergleichen gehören. Jede Familie kann den gleichen Typ einer Komponente für eine Vielfalt von Fahrzeugtypen oder -modellen beinhalten. Zum Beispiel kann eine Familie Schlittenkufen für mindestens zwei unterschiedliche Typen von Fahrzeugmodellen beinhalten, was in der vorstehenden Tabelle 1 veranschaulicht ist.
Alternativ kann eine andere gemeinsame Werkzeugausstattung dazu verwendet werden, eine Familie der Komponenten a1-g1 für den gemeinsamen Fahrzeugtyp 1 herzustellen. Noch eine andere gemeinsame Werkzeugausstattung kann dazu verwendet werden, eine Reihe der Komponenten a5-g5 für den gemeinsamen Fahrzeugtyp 5 herzustellen.
Unterschiedliche Komponenten innerhalb der gleichen Familien können die gleichen oder unterschiedliche Profile, Abmessungen wie etwa Gesamthöhe, -länge, -breite, Geometrie, die Menge, Form und/oder Größe von Öffnungen, Breite des Basisabschnitts, Höhe der Seitenwände, Flanschbreite und dergleichen aufweisen.
Das Material der Komponenten 10 kann Stahl verschiedener Sorten sein. Zum Beispiel kann es sich bei dem Material um niedrigfesten, hochfesten oder ultrahochfesten Stahl, austenitischen, ferritischen oder martensitischen Stahl, einen Legierungsstahl, der Mn, Si, Ni, Ti, Co, Cr und/oder A1 in verschiedenen Anteilen enthält, Kohlenstoffstahl oder Werkzeugstahl handeln.
Es kann eine Software verwendet werden, um die wirtschaftlich effizienteste und wirtschaftlichste Art und Weise zum Gruppieren verschiedener Komponenten in Familien zu bestimmen. Sobald die Gruppe von herzustellenden Komponenten bestimmt worden ist, können alle der Komponenten der Gruppe in dem ersten Vorgang gebildet werden, bevor die Komponenten in dem zweiten Vorgang fertiggestellt werden. Falls die Gruppe zum Beispiel die Komponenten a1-g1 für den Fahrzeugtyp 1 einhält, werden alle Komponenten der Gruppe in dem ersten Vorgang gebildet, bevor zu dem zweiten Vorgang fortgeschritten wird. Die gewünschte Anzahl der Komponenten a1 kann zuerst gebildet werden, im Anschluss daran die gewünschte Anzahl der Komponenten b1, im Anschluss daran die gewünschte Anzahl der Komponenten c1 etc. Sobald alle der Komponenten a1-g1 in dem ersten Vorgang gebildet worden sind, können die Komponenten a1-g1 zu dem zweiten Vorgang fortschreiten. Somit können die Komponenten a1-g1 derart nacheinander hergestellt werden, dass a1-Komponenten hergestellt werden, bevor b1-Komponenten hergestellt werden, worauf die Herstellung von c1-, d1-, e1-Komponenten etc. folgt. Alternativ kann es wünschenswert sein, eine bestimmte Menge einer Komponente innerhalb der Gruppe a1-g1 derart zu bilden, dass eine bestimmte Menge der Komponenten a1 in dem ersten Vorgang hergestellt werden, dann eine bestimmte Menge der Komponente c1 hergestellt wird, worauf erneut eine bestimmte Menge der Komponente a1 folgt. Weiterhin alternativ können die Komponenten a1-g1 in einer beliebigen Reihenfolge hergestellt werden.
Die gleichen Grundsätze gelten in dem Fall, dass die Gruppe den gleichen Komponententyp für unterschiedliche Fahrzeugtypen enthält, zum Beispiel, falls die Gruppe Dachlängsträger a1-a5 für Fahrzeugtyp 1-5 beinhaltet.
Der erste Vorgang 500, der in 2 schematisch dargestellt ist und die globale Geometrie oder grobe Form der Komponente 10 bildet, ermöglicht das Konturieren von Rohlingen derart, dass die Komponenten einen Querschnitt aufweisen können, der an der Längsachse ungleichmäßig ist. Der erste Vorgang kann zum Beispiel flexibles Walzprofilieren sein, was auch 3D-Walzprofilieren genannt wird. Flexibles Walzprofilieren ist ein Vorgang unter fortschreitender Bewegung unter Verwendung einer Maschine 502, die eine Vielfalt von Walzen 504 einsetzt, die unabhängig voneinander bewegt werden können und dazu in der Lage sind, den ungleichmäßigen Querschnitt in dem Metallblech ohne Werkzeugwechsel zu konturieren. Eine Vielzahl von Walzen 504 biegt fortschreitend ein Metallblech 506 in eine vordefinierte Endform. Der erste Vorgang kann ein flaches Metallblech entlang der Längsachse in eine konvexe oder konkave Leiste biegen. Der erste Vorgang kann eine Vielzahl von unabhängigen Walzen 504 verwenden, die jeweils dazu in der Lage sind, einen inkrementellen Teil der globalen Geometrie in Schritten zu bilden, wobei alle Walzen 504 gemeinsam die globale Geometrie der Komponente 10 bilden. Der erste Vorgang kann aufeinanderfolgende oder kontinuierliche Biegeabläufe bereitstellen. Bis zu etwa 50 %, 60 %, 70 % oder 80 % der gesamten Form oder Konturen der Metallkomponente 10 können über den ersten Vorgang gebildet werden. Der erste Vorgang kann das Erzeugen von Verformungen in vertikalen, horizontalen oder beiderlei Flächen der Komponente 10 beinhalten. Der erste Vorgang kann den gleichen Satz Walzen 504 verwenden, um globale Geometrien von unterschiedlichen Komponenten herzustellen. Der erste Vorgang kann den gleichen Satz Werkzeuge (Walzen 504) verwenden, um globale Geometrien aller Komponenten innerhalb mindestens einer Familie herzustellen.
Die Dicke des Metallblechs, das in die Maschine für den ersten Vorgang eintritt, kann bis zu 7 mm betragen. Die Dicke kann etwa 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7 mm betragen. Die Dicke kann vor dem ersten, zweiten Vorgang oder nach dem zweiten Vorgang über die Komponente 10 hinweg variieren. Das Metallblechmaterial kann eine Streckgrenze von bis zu 500 MPa aufweisen. Das Metallblech kann in eine oder mehrere Leisten vorgeschnitten werden.
Die Abmessungen für das Metallblech, das in die Maschine für den ersten Vorgang eintritt, kann derart ausreichend sein, dass eine oder mehrere Zugaben 30, die nachstehend beschrieben sind, als integrale Teile der Komponente 10 gebildet werden können.
Der zweite Vorgang 600, der in 2 dargestellt ist, wird an einer anderen Maschine 602 unter Verwendung von anderer Werkzeugausstattung als bei dem ersten Vorgang durchgeführt. Der zweite Vorgang ermöglicht die Abänderung der globalen Geometrie, um detaillierte Konturen in der globalen Geometrie der Komponente 10 zu bilden, zu deren Bildung der erste Vorgang aus vielfältigen Gründen nicht geeignet ist. Zum Beispiel wäre das Erzeugen einer lokalen Geometrie mit dem ersten Vorgang zeitaufwändig. Zusätzlich kann der Versuch, mit dem ersten Vorgang eine lokale Geometrie zu definieren, zum Verziehen oder zu unerwünschten Spannungen in dem Material führen. Der zweite Vorgang ist jedoch unter Umständen nicht dazu geeignet, die globale Geometrie zu bilden. Zum Beispiel können die Materialeigenschaften wie etwa Duktilität derartige Beschränkungen auferlegen, dass der zweite Vorgang nicht dazu in der Lage sein kann, ausreichende Biegeabläufe bereitzustellen. Somit führt die synergistische Verwendung des ersten Vorgangs zum Formen der globalen Geometrie bei Verwendung eines zweiten Vorgangs, der sich von dem ersten Vorgang unterscheidet, zum Bereitstellen der lokalen oder detaillierten Geometrie in der vorgeformten globalen Geometrie zu einem schnelleren, wirtschaftlicheren Verfahren zum Herstellen von Längskomponenten aus Metallblech mit komplizierten Geometrien und mit erhöhter Tragfähigkeit sowie reduziertem Konstruktionsgewicht im Vergleich zu ähnlichen Komponenten, die durch andere Verfahren hergestellt werden. Der zweite Vorgang 600 kann die gleiche Werkzeugausstattung oder den gleichen Satz Werkzeuge verwenden, um lokale Geometrien einer Vielzahl von oder aller Komponenten der gleichen Familie bereitzustellen.
Um den Übergang von dem ersten Vorgang zu dem zweiten Vorgang und_/oder die Verarbeitung der Komponente 10 in dem zweiten Vorgang zu ermöglichen, können eine oder mehrere Zugaben 30 und/oder Halterungen 32 als Teil jeder Komponente 10 gebildet oder daran angebracht werden. Beispielhafte Zugaben 30 sind in 2 und 3B als Teile der gebildeten Komponente 10 dargestellt. Die Form der Zugabe 30 kann für jedes Teil spezifisch sein oder es kann die gleiche Zugabe 30 an mehr als einem Mitglied jeder Komponentenfamilie gebildet werden. Die Zugabe 30 und/oder Halterung 32 ermöglicht die Anbringung der Komponente 10 an der Maschine für den zweiten Vorgang, ohne die Qualität des Teils zu beeinträchtigen. Durch Bereitstellung der Zugabe 30 und/oder Halterung 32 erhält die Komponente 10 selbst weniger Berührung mit der Verarbeitungsmaschine. Infolgedessen ist die Oberfläche der Komponente 10 weniger dafür anfällig, Kratzer, Dellen, Markierungen und/oder andere Mängel zu erhalten, die ansonsten aus dem Übergang zwischen dem ersten und zweiten Vorgang und/oder von den Maschinen für die Vorgänge selbst resultieren könnten.
Die Zugabe 30 und/oder Halterung 32 kann jede beliebige Form oder Gestalt aufweisen, solange die Zugabe 30 und/oder Halterung 32 eine ausreichende Abstützung für die Komponente 10 bereitstellt. Wie in 2 dargestellt, kann es sich bei der Zugabe 30 um eine Verlängerung von mindestens einer Seite, einem Flansch oder einer Basis der Komponente 10 handeln. Die Zugabe 30 kann entlang der gesamten Länge der Seite oder des Flansches verlaufen. Alternativ kann die Zugabe 30 nur an einem Teil der Seite, des Flansches oder der Basis ausgebildet sein. Die Halterung 32 und/oder die Zugabe 30 können beide die gleichen oder andere Abmessungen wie bzw. als die Komponente 10 aufweisen. Zum Beispiel kann die Zugabe 30 und_/oder Halterung 32 die gleiche Länge wie die Komponente 10 aufweisen oder länger oder kürzer als die Komponente 10 sein. Die Zugabe 30 und/oder Halterung 32 kann eine Länge aufweisen, die sich über die globale Geometrie der Komponente 10 hinaus erstreckt. Mehr als eine Zugabe 30 kann an der gleichen Komponente 10 ausgebildet sein, wie in 2 und 3B gezeigt. Gleichermaßen kann mehr als eine Halterung 32 verwendet werden, um die Komponente 10 abzustützen.
In mindestens einer Ausführungsform kann die Form der Zugabe 30 eine Form sein, die mindestens zwei unterschiedlichen Zugaben 30 von mindestens zwei unterschiedlichen Komponenten 10 oder allen Komponenten von mindestens einer Familie von Komponenten 10 gemeinsam ist. Die Zugabe 30 kann eine einheitliche Zugabe für jede Komponente einer Familie von Komponente 10 sein.
Im Gegensatz zu der Zugabe 30, die einen integralen Teil der Komponente 10 bildet, die in dem ersten Vorgang gebildet wurde, bildet die Halterung 32 keinen integralen Teil der Komponente 10. Die Halterung 32 kann nach dem ersten Vorgang hinzugefügt werden. Die Halterung 32 kann wiederverwendet werden oder nur ein Mal verwendet werden. Die gleiche Halterung 32 kann für eine Vielfalt von Komponenten innerhalb ihrer Familie verwendet werden. Alternativ kann die gleiche Halterung 32 zur Herstellung einer Vielzahl der gleichen Komponenten innerhalb der gleichen Familie verwendet werden.
Die Zugabe 30 und/oder Halterung 32 kann derart vorübergehend an der Komponente 10 angebracht oder mit dieser verbunden sein, dass die Zugabe 30 und/oder Halterung 32 entfernbar ist. Die Zugabe 30 kann einen integralen Teil der Komponente 10 bilden. Die Zugabe 30 und/oder Halterung kann über eine oder mehrere Öffnungen mit der Maschine für den zweiten Vorgang in Berührung stehen oder an dieser angebracht sein, zum Beispiel eine oder mehrere Öffnungen 20, die zu anderen Zwecken in der Komponente 10 bereitgestellt sind. Alternativ oder zusätzlich können die Öffnungen 20 spezifisch zum Zwecke der Anbringung der Zugabe 30 und/oder Halterung 32 an der Maschine für den zweiten Vorgang, an der Komponente 10 (für die Halterung) und/oder der Maschine für den zweiten Vorgang erzeugt werden. Alternativ oder zusätzlich zu den Öffnungen 20 kann die Zugabe 30 und/oder Halterung 32 über eine(n) oder mehrere Haken, Bolzen, Schrauben, Klemmen, Verbinder, Träger, Klammem, Halterungen oder dergleichen 34 an der Maschine für den zweiten Vorgang und/oder der Komponente 10 (für die Halterung) angebracht werden.
Die Zugabe 30 und/oder Halterung 32 kann während oder nachdem die Komponente 10 während des ersten Vorgangs ihre globale Geometrie erhält, zwischen dem ersten und zweiten Vorgang, während oder nachdem die Komponente 10 in dem zweiten Vorgang geformt wird, um ihre lokalen Geometriemerkmale zu erhalten, oder während einer Kombination daraus mit der Komponente 10 in Berührung stehen. Zum Beispiel kann die Zugabe 30 während des ersten Vorgangs als integraler Teil der Komponente 10 gebildet werden, bevor sie aus der Maschine 502 für den ersten Vorgang austritt. Alternativ kann eine Zugabe 30 und/oder Halterung 32 an der Komponente 10 angebracht werden, nachdem die globale Geometrie eines bestimmten Teils der Komponente 10 gebildet wird und bevor die gesamte globale Geometrie gebildet wird.
Die Zugabe 30 und/oder Halterung 32 kann aus einem Metall, Verbundwerkstoff, Polymer, Holz, Glas oder einer Materialkombination gefertigt sein. Die Dicke der Zugabe 30 und/oder Halterung kann die gleiche wie oder eine andere als die Dicke der Komponente 10 sein. Zum Beispiel kann eine Zugabe 30 und/oder Halterung 32 aus Metall eine größere oder kleinere Dicke aufweisen als die abzustützende Komponente 10. Zum Beispiel kann die Zugabe 30 und/oder Halterung 32 infolge der unterschiedlichen Materialdicken mehr oder weniger verformbar sein und/oder eine höhere Festigkeit aufweisen als die Komponente 10. Die Halterung 32 kann aus einem anderen Metallmaterial gefertigt sein als die Komponente.
Die Zugabe 30 und/oder Halterung 32 kann nach dem zweiten Vorgang entfernt werden. Zum Beispiel kann die Zugabe 30 durch Lasertrimmen entfernt werden.
Der Übergang von dem ersten Vorgang 500 zu dem zweiten Vorgang 600 kann manuell oder per Roboter erfolgen. Nachdem die Komponente 10 zu der Maschine 602 für den zweiten Vorgang transportiert worden ist, wird die lokale Geometrie gebildet. Der zweite Vorgang kann zum Beispiel inkrementelle Blechumformung sein, die detaillierte Konturen in der vorgeformten globalen Geometrie bildet. Der zweite Vorgang setzt eine Maschine 602 ein, die dazu in der Lage ist, die vorgeformte globale Geometrie in einer Reihe von inkrementellen Verformungen einzudrücken. Das Werkzeug zum Konturieren kann das Metall in eine bestimmte Tiefe eindrücken und einer Kontur folgen, worauf eine weitere Eindrückung folgen kann, bei der die nächste Kontur gezogen wird etc. Die Zugabe 30 und/oder Halterung 32 kann dazu verwendet werden, die Komponente 10 an der Maschine für den zweiten Vorgang anzubringen. Zum Beispiel kann die Komponente 10 derart in der xy-Achse an die Maschine für den zweiten Vorgang geklemmt werden, dass sich die Komponente 10 frei entlang der z-Achse bewegen kann. Bis zu etwa 50 %, 40 %, 30 % oder 20 % der gesamten Form oder Konturen der Metallkomponente 10 können über den zweiten Vorgang gebildet werden. Der zweite Vorgang kann das Bilden von Vertiefungen, Verformungen, Biegung, Eindrückungen und/oder dergleichen in der vertikalen, horizontalen oder beiden Flächen der Komponente 10 beinhalten.
Während des ersten Vorgangs, zweiten Vorgangs oder vor oder nach dem ersten oder zweiten Vorgang können zusätzliche Abläufe an der Komponente 10 und/oder der Zugabe 30 durchgeführt werden. Zum Beispiel können durch eine Vielfalt von Techniken wie etwa Stanzen oder durch einen Laser eine oder mehrere Öffnungen 20 in der Komponente 10 gebildet werden. Lasertrimmen kann eingesetzt werden, um einen oder mehrere Flansche 28 zu bilden, die Zugabe 30 zu entfernen oder umzuformen oder beides.
Die Maschine für den ersten Vorgang, die Maschine für den zweiten Vorgang und zusätzliche Maschinen, die Lasertrimmen, Lochstanzen, Transport von der ersten Vorgangsstation zu der zweiten Vorgangsstation oder dergleichen bereitstellen, können mit einer oder mehreren Steuerungen verbunden sein. Die eine oder zwei Steuerungen können eine oder mehrere Verarbeitungskomponenten aufweisen, wie etwa eine oder mehrere Mikroprozessoreinheiten, die ermöglichen, dass die Steuerungen Eingangsdaten verarbeiten. Zu den Eingangsdaten können Informationen über einzelne Komponenten, einzelne Familien von Komponenten. Material und Abmessungen der Komponenten, gewünschte globale Geometrie jeder Komponente, gewünschte lokale Geometrien jeder Komponente, Abmessungen und Platzierung der Zugaben, Position und Abmessungen der Öffnungen und/oder Flansche gehören. Zu den Eingangsdaten können ferner Informationen über einzelne Walzen der Maschine für den ersten Vorgang, ihre Abmessungen, Position, Winkel sowie gewünschte Platzierung jeder Walze während des ersten Vorgangs gehören, die eine Reihe von Verformungen bereitstellen, die zu der globalen Geometrie jeder Komponente 10 führen. Zu den Eingangsdaten können ferner Informationen über den Weg des Verformungswerkzeugs während des zweiten Vorgangs gehören, der die lokalen Geometrien jeder einzelnen Komponente bereitstellt.
Die eine oder mehreren Steuerungen können dazu programmiert sein, verschiedene Familien von Komponenten zu erkennen und kategorisieren, den ersten Vorgang und/oder den zweiten Vorgang einzuleiten, einen der Prozesse anzuhalten oder vorübergehend zu unterbrechen, die Verarbeitung einzelner Komponenten zu koordinieren, Öffnungen, Flansche oder dergleichen zu bilden. Die Steuerungen können ferner dazu programmiert sein, die Werkzeugwege des ersten und zweiten Vorgangs auf Grundlage dessen zu tauschen, welche Komponente welcher Familie gebildet werden soll. Zum Beispiel können die Steuerungen dazu programmiert sein, eine bestimmte Menge der Komponente a1 aus Familie 1 herzustellen, im Anschluss daran eine bestimmte Menge der Komponente a2 aus Familie 1 und eine bestimmte Menge der Komponente a3 aus Familie 1, im Anschluss daran eine bestimmte Menge der Komponente b1 aus Familie 2, Komponente b2 aus Familie 2 etc.
Das Verfahren, das den Zweiphasenvorgang zur Herstellung einer Vielfalt von Komponenten innerhalb der unterschiedlichen Familien von Längskomponenten aus Metallblech einbezieht, kann das Erkennen und Kategorisieren von Familien einzelner Komponenten beinhalten. Das Verfahren kann ferner das Entwickeln von Werkzeugausstattung für den ersten Vorgang für jede Familie von Komponenten beinhalten. Die Werkzeugausstattung für den ersten Vorgang kann dann dazu verwendet werden, die globale Geometrie jeder Komponente in der Familie zu erreichen. Das Verfahren kann ferner das Entwickeln von Zugaben zum Transport der Komponenten zwischen dem ersten und zweiten Vorgang und während des zweiten Vorgangs beinhalten, wobei die Zugabe für eine Familie oder für eine konkrete Komponente innerhalb einer Familie spezifisch ist. Es kann eine Simulation zur Überprüfung der Durchführbarkeit von mindestens dem ersten Vorgang und/oder dem zweiten Vorgang durchgeführt werden. Auf Grundlage der gewünschten lokalen Geometrien jedes Teils innerhalb einer Familie können Werkzeugwege der Maschine für den zweiten Vorgang entwickelt werden. Der zweite Vorgang kann dann dazu verwendet werden, die gesamte Geometrie jeder Komponente fertigzustellen. Lasertrimmen und/oder Lochstanzen werden ebenfalls in Erwägung gezogen.
Die Entwicklung von Werkzeugausstattung für den ersten Vorgang kann das Durchführen von Simulationen für jedes Teil jeder Familie und Überprüfen der Durchführbarkeit der Herstellung beinhalten. Das Verfahren kann ferner die Entwicklung der Werkzeugausstattung für den ersten Vorgang auf Grundlage der Fähigkeiten der Maschinenlinie für den ersten Vorgang beinhalten. Anforderungen an die Vorverarbeitung wie etwa die erforderlichen entwickelten Rohlinge, Vorstanzen, Lasertrimmen oder dergleichen können festgestellt werden.
Das Verfahren kann die Änderung der Werkzeugausstattung oder der Maschine für den ersten und/oder zweiten Vorgang beinhalten, nachdem eine wünschenswerte Menge von Komponenten aus einer Familie hergestellt wurde, sodass Komponenten aus einer anderen Familie hergestellt werden können.
Die hier offenbarten Vorgänge, Verfahren oder Algorithmen können einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer zuführbar sein oder davon umgesetzt werden, die bzw. der eine bestehende programmierbare elektronische Steuereinheit oder dedizierte elektronische Steuereinheit aufweisen kann. Gleichermaßen können die Vorgänge, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen gespeichert sein, die von einer Steuerung oder einem Computer in vielen Formen, einschließlich unter anderem Informationen, die permanent auf nicht beschreibbaren Speichermedien wie etwa ROM-Vorrichtungen gespeichert sind, und Informationen, die veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien wie etwa Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM-Vorrichtungen und sonstigen magnetischen und optischen Medien gespeichert sind, ausgeführt werden können. Die Vorgänge, Verfahren oder Algorithmen können zudem in einem von Software ausführbaren Objekt umgesetzt sein. Alternativ können die Vorgänge, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten, wie etwa anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits - ASICs), feldprogrammierbarer Gate-Anordnungen (Field-Programmable Gate Arrays - FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder sonstiger Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten, ausgeführt sein.
Bei den in der Beschreibung verwendeten Ausdrücken handelt es sich um beschreibende und nicht um einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben sein können, erkennt ein Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erreichen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Zu diesen Attributen können unter anderem Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, bequeme Montage etc. gehören. Als solches liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Vorgang, umfassend: Herstellen einer Gruppe von Automobilkomponenten durch Bilden von Komponenten, die verschiedene globale Geometrien aufweisen, über eine gemeinsame Werkzeugausstattung, die dazu ausgelegt ist, einen Metallblechrohling zu biegen, um ein Profil mit variablem Querschnitt zu erzeugen; Bilden einer Zugabe als integraler Teil jeder gebildeten Komponente; und Abändern der globalen Geometrien in einer Reihe von inkrementellen Verformungen zum Erzeugen von lokalen Geometrien, während jede Komponente über die Zugabe an einer Verformungsmaschine befestigt ist.
Vorgang nach Anspruch 1, wobei die Gruppe von Automobilkomponenten einen Komponententyp umfasst, der für unterschiedliche Fahrzeugtypen vorgesehen ist.
Vorgang nach Anspruch 1 oder 2, wobei der eine Komponententyp ein Unterbodenelement, einen Dachquerträger, einen Längsträger oder ein Schwellerelement umfasst.
Vorgang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gruppe von Automobilkomponenten unterschiedliche Komponententypen umfasst, die für einen Fahrzeugtyp vorgesehen sind.
Vorgang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Komponente ein Längsprofil aufweist.
Vorgang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Profil mit variablem Querschnitt einen Querschnitt mit variabler Höhe umfasst.
Vorgang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die globalen Geometrien und die lokalen Geometrien separat über unterschiedliche Werkzeugausstattung erzeugt werden.
Verfahren, umfassend: Herstellen einer Gruppe von verschiedenen Automobillängskomponenten durch Verwenden eines gemeinsamen Werkzeugs zum Bilden eines Profils mit variablem Querschnitt durch Biegen eines Metallblechs für jede Komponente der Gruppe in einem ersten Vorgang; Verbinden jedes verformten Metallblechs mit einem entfernbaren Abschnitt; und ferner Abändern des Profils des verformten Metallblechs in einer Reihe von inkrementellen Verformungen in einem zweiten Vorgang zum Erzeugen der Längskomponente, während das Metallblech über den entfernbaren Abschnitt an einer Verformungsmaschine befestigt ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der erste und zweite Vorgang durch unterschiedliche Maschinen und Werkzeugausstattung durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Biegen Vertiefungen in einer vertikalen Fläche des Metallblechs bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8-10, wobei die inkrementellen Verformungen Biegen einer horizontalen Fläche des Metallblechs beinhalten.
Vorgang zum Bilden von Automobilkomponenten aus Metallblech, wobei der Vorgang Folgendes umfasst: Erzeugen einer globalen Geometrie einer ersten Längskomponente aus Metallblech durch Bilden eines Profils mit variablem Querschnitt in einem Metallblechrohling; Abändern der globalen Geometrie der ersten Komponente in einer Reihe von inkrementellen Verformungen zum Erzeugen von lokalen Geometrien; und Erzeugen von globalen und lokalen Geometrien einer zweiten Komponente durch Verwenden von Werkzeugausstattung, die die erste Komponente gebildet hat, wobei sich die erste und zweite Komponente unterscheiden.
Vorgang nach Anspruch 12, wobei die erste und zweite Komponente Längskomponenten sind, die mindestens eine unterschiedliche Abmessung aufweisen.
Vorgang nach Anspruch 12 oder 13, wobei die erste und zweite Komponente Dachlängsträger sind, die mindestens einen unterschiedlichen Teil des Profils aufweisen.
Vorgang nach einem der Ansprüche 12-14, wobei sich die erste und zweite Komponente bei Länge, Höhe, Vertiefungstiefe von mindestens einem Teil der Komponenten oder einer Kombination daraus unterscheiden.