DE102018114197A1

DE102018114197A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausbilden von Zonen mit unterschiedlicher Festigkeit einer Fahrzeugkomponente.

Info

Publication number: DE102018114197A1
Application number: DE102018114197.1A
Authority: DE
Inventors: Raj Sohmshetty; Torsten Hallfeldt; S. George Luckey Jr.
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-06-16
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2018-12-20
Also published as: CN109136498A; MX2018007210A; US11141769B2; US20210402452A1; US20180361454A1

Abstract

Eine Pressformvorrichtung, die ein erstes Pressformelement, eine Vielzahl von zweiten Pressformelementen, eine Vielzahl von Aktoren und eine Steuerung beinhaltet, wird bereitgestellt. Jeder der Vielzahl von Aktoren ist an einem der Vielzahl von zweiten Pressformelementen befestigt. Die Steuerung ist dazu programmiert, die Aktoren zu aktivieren, um Abschnitte eines Rohlings, der zwischen den Pressformelementen angeordnet ist, mit getrennten Drücken zu berühren und zu komprimieren, um eine Mikrostrukturausbildung für eine von einer Geometrieübergangsregion, einer Verformungsregion und einer Verbindungsregion zu beeinflussen. Einer der getrennten Drücke, der auf einen der Abschnitte des Rohlings aufgebracht wird, kann ungefähr 5 N/mm²oder weniger betragen, um eine Zone mit weicher Festigkeit auszubilden. Der Druck von ungefähr 5 N/mm² oder weniger kann auf den einen der Abschnitte des Rohlings für ungefähr ein bis zwei Sekunden aufgebracht werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausbilden von Zonen mit unterschiedlicher Festigkeit einer Fahrzeugkomponente.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Automobilhersteller sind bestrebt, leichtgewichtige Fahrzeuge mit verbesserter Crashleistung und reduziertem Kraftstoffverbrauch zu konstruieren. Die Hersteller sind von einer Nutzung von Normalstählen für Fahrzeugkomponenten zu fortschrittlichen hochfesten Stählen und ultrahochfesten Stählen, zusammen mit Aluminium, übergegangen. Heißprägeprozesse für Fahrzeugkomponenten ermöglichen die Erzeugung von vollständig martensitischen Strukturen. Jedoch kann der Heißprägeprozess Fahrzeugkomponenten mit unerwünschten Eigenschaften erzeugen. Ferner sind aufgrund einer Komplexität des Heißprägeprozesses viele Prozessvariablen vorhanden.
Diese Offenbarung ist auf das Lösen der vorstehenden Probleme und anderer Probleme gerichtet, die nachstehend zusammengefasst sind.
KURZDARSTELLUNG
Eine Pressformvorrichtung beinhaltet ein erstes Pressformelement, eine Vielzahl von zweiten Pressformelementen, eine Vielzahl von Aktoren und eine Steuerung. Jeder der Vielzahl von Aktoren ist an einem der Vielzahl von zweiten Pressformelementen befestigt. Die Steuerung ist dazu programmiert, die Aktoren zu aktivieren, um Abschnitte eines Rohlings, der zwischen den Pressformelementen angeordnet ist, mit getrennten Drücken zu berühren und zu komprimieren, um eine Mikrostrukturausbildung für eine von einer Geometrieübergangsregion, einer Verformungsregion und einer Verbindungsregion zu beeinflussen. Einer der getrennten Drücke, der auf einen der Abschnitte des Rohlings aufgebracht wird, kann ungefähr 5 N/mm² oder weniger betragen, um eine Zone mit weicher Festigkeit auszubilden. Der Druck von ungefähr 5 N/mm² oder weniger kann auf den einen der Abschnitte des Rohlings für ungefähr ein bis zwei Sekunden aufgebracht werden. Einer der getrennten Drücke, die auf einen der Abschnitt des Rohlings aufgebracht wird, kann ungefähr 20 N/mm² oder mehr betragen, um eine Zone mit harter Festigkeit auszubilden. Die ungefähr 20 N/mm² oder mehr können auf den einen der Abschnitte des Rohlings für einen Zeitraum basierend auf einer Dicke des Rohlings aufgebracht werden, um eine vollständig martensitische Mikrostruktur auszubilden. Das erste Pressformelement kann einen Kühlmittelkanal beinhalten, der einen ersten Abschnitt, der ungefähr 20 mm oder mehr von einem der Abschnitte des Rohlings beabstandet ist, und einen zweiten Abschnitt, der ungefähr 8 mm oder weniger von einem anderen der Abschnitte des Rohlings beabstandet ist, aufweist. Das erste Pressformelement und die Vielzahl von zweiten Pressformelementen können aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit an ersten Pressformelementpositionen angrenzend an eine gewünschte Zone mit weicher Festigkeit des Rohlings und aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit an zweiten Pressformelementpositionen angrenzend an eine gewünschte Zone mit harter Festigkeit des Rohlings sein. Das Material mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit kann ein keramisches Material sein und das Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit kann ein AISI Heißarbeitsstahl H13 sein.
Ein Verfahren zum Ausbilden einer gezielten Zone mit weicher Festigkeit für eine Fahrzeugkomponente beinhalten Aktivieren eines oder mehrerer einer Vielzahl von Aktoren, von denen jeder an einem einer Vielzahl von unteren Pressformelementen befestigt ist, um eine gewünschte Zone mit weicher Festigkeit eines Rohlings für einen vorbestimmten Zeitraum getrennt gegen ein oberes Pressformelement mit einem ersten Druck zu komprimieren, der ausreichend ist, um den Rohling zu einer Fahrzeugkomponente auszubilden. Das Verfahren beinhaltet ferner Lösen der Kompression des einen der Vielzahl von Aktoren und Halten der Fahrzeugkomponente zwischen der Vielzahl von unteren Pressformelementen und dem oberen Pressformelement, ohne die Pressformelemente zu berühren, um eine martensitische Transformation der gewünschten Zone mit weicher Festigkeit des Rohlings zu verhindern. Das Verfahren kann ferner Aktivieren eines anderen des einen oder der mehreren der Vielzahl von Aktoren beinhalten, um den Rohling getrennt gegen das obere Pressformelement mit einem zweiten Druck zu komprimieren, um eine martensitische Transformation einer gewünschten Zone mit harter Festigkeit des Rohlings zu beeinflussen. Der zweite Druck kann ungefähr 20 N/mm² oder mehr betragen. Das Verfahren kann ferner Ausrichten der Zone mit weicher Festigkeit mit einem ersten Abschnitt eines Kühlmittelkanals, der um einen ersten Abstand von dem Rohling beabstandet ist; und Ausrichten der Zone mit harter Festigkeit mit einem zweiten Abschnitt des Kühlmittelkanals, der um einen kleineren als den ersten Abstand von dem Rohling beabstandet ist, beinhalten. Der erste aufgebrachte Druck kann ungefähr 5 N/mm² oder weniger betragen. Der vorbestimmte Zeitraum kann ungefähr ein bis zwei Sekunden betragen.
Ein Verfahren zum Ausbilden einer Fahrzeugkomponenten mit Zonen mit unterschiedlicher Festigkeit beinhaltet Positionieren eines Rohlings zwischen einem ersten Pressformelement und einer Vielzahl von zweiten Pressformelementen, die jeweils an einem Aktor befestigt sind, sodass eine gewünschte Zone mit weicher Festigkeit von einem ersten Abschnitt eines Kühlmittelkanals des ersten Pressformelements um einen ersten Abstand beabstandet ist und eine gewünschte Zone mit harter Festigkeit von einem zweiten Abschnitt des Kühlmittelkanals um einen zweiten Abstand beabstandet ist. Das Verfahren beinhaltet ferner Aktivieren der Aktoren, um den Rohling mit einem ersten Druck gegen das erste Pressformelement zu komprimieren, um die Fahrzeugkomponente auszubilden. Das Verfahren beinhaltet ferner Aktivieren eines oder mehrerer der Aktoren, um die Zone mit harter Festigkeit des Rohlings mit einem zweiten Druck gegen das erste Pressformelement zu komprimieren. Das Verfahren beinhaltet ferner Lösen der Kompression und Halten der nun ausgebildeten Fahrzeugkomponente zwischen den Pressformelementen, sodass Kühlmittel innerhalb des Kühlmittelkanals eine martensitische Transformation der Zone mit weicher Festigkeit nicht beeinflusst und eine martensitische Transformation der Zone mit harter Festigkeit nicht beeinflusst. Der erste Druck kann ungefähr 5 N/mm² oder weniger betragen. Der zweite Druck kann ungefähr 20 N/mm² oder mehr betragen. Das Verfahren kann ferner Halten der ausgebildeten Fahrzeugkomponente zwischen den Pressformelementen beinhalten, sodass die Zone mit weicher Festigkeit der Fahrzeugkomponente keines der Pressformelemente berührt. Der erste Abstand kann zwischen ungefähr acht Millimeter und zwanzig Millimeter liegen. Der zweite Abstand kann ungefähr acht Millimeter oder weniger betragen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Pressformvorrichtung.
2 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines Fahrzeugkomponentenausbildungssystems.
3 ist ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens, um eine Fahrzeugkomponente auszubilden.
4 ist eine Seitenansicht eines Beispiels eines vorderen Holms einer Unterbodenbaugruppe.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Stoßstangenträgerbaugruppe.
6 ist eine Seitenansicht eines Beispiels eines hinteren Holms einer Unterbodenbaugruppe.
7 ist eine perspektivische Ansicht einer Kraftstofftankschutzbaugruppe.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hierin 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 zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind hier offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielfältige Verwendung der vorliegenden Offenbarung zu lehren. Für den Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, welche in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Kombinationen aus veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für übliche Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch bei bestimmten Anwendungen oder Umsetzungen verwendet werden.
1 veranschaulicht ein schematisches Beispiel einer Pressformvorrichtung, die hierin als eine Pressformvorrichtung 10 bezeichnet wird. Die Pressformvorrichtung 10 beinhaltet verschiedene Komponenten, einschließlich eines ersten Pressformelements und einer Vielzahl von zweiten Pressformelementen. Zum Beispiel kann die Pressformvorrichtung 10 ein oberes Pressformelement 14 und eine Vielzahl von unteren Pressformvorrichtungen beinhalten. Die Vielzahl von unteren Pressformelementen kann ein erstes unteres Pressformelement 16, ein zweites unteres Pressformelement 18 und ein drittes unteres Pressformelement 20 beinhalten. Das obere Pressformelement 14 kann vertikal verschoben werden, wie durch die Pfeile 19 dargestellt, oder kann feststehend sein. Jedes der Vielzahl von unteren Pressformelementen kann vertikal verschoben werden, wie durch die Pfeile 21 dargestellt. Bei einem weiteren Beispiel können die Ausrichtungen des oberen Pressformelements 14 und der Vielzahl von unteren Pressformelementen umgedreht sein, sodass das obere Pressformelement 14 unter der Vielzahl von unteren Pressformelementen liegt. Das obere Pressformelement 14 und die Vielzahl von unteren Pressformelementen können miteinander so angeordnet sein, dass ein Rohling 22 zwischen ihnen positioniert sein kann. Eine Haltevorrichtung 23 kann den Rohling 22 in Position zwischen den Pressformelementen festhalten. Das obere Pressformelement 14 und die Vielzahl von unteren Pressformelementen können einen anderen Kühlungsprozess und/oder andere Druckeinwirkungen verwenden, um aus dem Rohling 22 eine Fahrzeugkomponente auszubilden, die gewünschte und unterschiedliche Festigkeitszonen entlang der Fahrzeugkomponente aufweist.
Das obere Pressformelement 14 beinhaltet einen Kühlmittelkanal für Kühlmittel, das durch diesen strömt. Zum Beispiel kann das obere Pressformelement 14 einen Kühlmittelkanal 26 aufweisen. Andere Beispiele von Kühlmittelkanälen sind verfügbar, basierend auf einer gewünschten Beabstandung zwischen dem Rohling 22 und dem jeweiligen Kühlmittelkanal. Die unterschiedliche Beabstandung zwischen dem Kühlmittelkanal und dem Rohling 22 trägt dazu bei, Zonen mit unterschiedlicher Festigkeit entlang des Rohlings 22 auszubilden, wenn Kühlmittel durch den Kühlmittelkanal 26 strömt.
Eine erste Länge 29 zwischen dem Rohling 22 und dem Kühlmittelkanal 26 von ungefähr zwanzig Millimeter oder mehr trägt dazu bei, eine Zone 31 mit weicher Festigkeit des Rohlings 22 auszubilden, wenn Kühlmittel durch den Kühlmittelkanal 26 strömt. Die Zone 31 mit weicher Festigkeit kann an einer Verbindungsposition für den Rohling 22 oder die Fahrzeugkomponente liegen und kann eine Mikrostruktur mit einem oder beiden von Perlit und Ferrit beinhalten und weist eine Zugfestigkeit von 400 bis 600 MPa auf. Allgemein weist die Zone mit weicher Festigkeit niedrige Wärmeleitfähigkeitseigenschaften (weniger als 10 W/m-K) und eine niedrige Oberflächenabsorptionsfähigkeitseigenschaft mit einer reflektierenden Beschichtung auf. Keramik ist ein Beispiel eines Materials mit niedriger Wärmeleitfähigkeit. Auch wenn die Zone 31 mit weicher Festigkeit in diesem Beispiel an einer Verbindungsposition liegt, ist angedacht, dass die Zone 31 mit weicher Festigkeit an verschiedenen Arten von Fahrzeugkomponentenzonen liegen kann, bei denen die zugehörige Mikrostruktur der Zone 31 mit weicher Festigkeit erwünscht ist. Ein weiteres Beispiel einer Position für die Zone mit weicher Festigkeit beinhaltet eine Position auf einer Fahrzeugkomponente angrenzend an eine Zone mit härterer Festigkeit, bei der die Zone mit weicher Festigkeit angeordnet ist, um Energie von einem Aufprall zu absorbieren, bevor die Energie die Zone mit härterer Festigkeit erreicht.
Eine zweite Länge 35 zwischen dem Rohling 22 und dem Kühlmittelkanal 26 von ungefähr acht Millimeter oder weniger trägt dazu bei, eine Zone 37 mit harter Festigkeit des Rohlings 22 auszubilden, wenn Kühlmittel durch den Kühlmittelkanal strömt. Die Zone mit harter Festigkeit weist eine vollständig martensitische Mikrostruktur und eine Zugfestigkeit von 1000 bis 1900 MPa auf. Allgemein weist die Zone mit harter Festigkeit hohe Wärmeleitfähigkeitseigenschaften (größer als 25 W/m-K) und eine hohe Oberflächenabsorptionsfähigkeitseigenschaft auf. AISI Heißarbeitsstahl H13 ist ein Beispiel eines Materials mit hoher Wärmeleitfähigkeit.
Die Pressformvorrichtung 10 kann zudem Druckeinwirkungen verwenden, um die Zonen mit unterschiedlicher Festigkeit einer Fahrzeugkomponente auszubilden. Wie oben erwähnt, kann jedes der Vielzahl von unteren Pressformelementen dazu dienen, einen oder mehrere Abschnitte des Rohlings 22 mit der gewünschten Beabstandung von dem Kühlmittelkanal 26 des oberen Pressformelements 14 zu halten. Jedes der unteren Pressformelemente kann zudem einen Druck auf den Rohling 22 an verschiedenen Abschnitten des Rohlings 22 aufbringen, um unterschiedliche Mikrostrukturen auszubilden. Zum Beispiel kann das untere Pressformelement 16 an einem ersten Aktor 40 befestigt sein, kann das zweite untere Pressformelement 18 an einem zweiten Aktor 42 befestigt sein und kann das dritte untere Pressformelement 20 an einem dritten Aktor 44 befestigt sein. Bei einem Beispiel ist jeder der Aktoren ein luftangetriebener Zylinder. Eine Steuerung (gezeigt in 2) kann mit den Aktoren und einem Kühlmittelverteiler (gezeigt in 2) in Kommunikation stehen, um den Betrieb der Pressformvorrichtung 10 zu regeln.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Systems zum Ausbilden von Zonen mit unterschiedlicher Festigkeit einer Fahrzeugkomponente veranschaulicht. Das System beinhaltet eine Pressformvorrichtung, wie etwa die Pressformvorrichtung 10, und eine Steuerung 50. Die Steuerung 50 steht mit dem ersten Aktor 40, dem zweiten Aktor 42, dem dritten Aktor 44 und einem Kühlmittelverteiler 54 in Kommunikation, um deren Betrieb zu regeln. Die Steuerung 50 kann jeden der Aktoren regeln, damit sie bei einem getrennten Druck funktionieren, und den Kühlmittelverteiler 54 regeln, damit er Kühlmittel zu einem Kühlmittelkanal, wie etwa den Kühlmittelkanal 26, liefert. Zum Beispiel regeln getrennte Druckbefehle von der Steuerung 50 jeden der Aktoren, damit sie verschiedene Abschnitte des Rohlings 22, der zwischen dem oberen Pressformelement 14 und der Vielzahl von unteren Pressformelementen positioniert ist, berühren und Druck auf diese aufbringen.
Um eine Zone mit harter Festigkeit auszubilden, wird eine Einwirkung eines Drucks durch einen der Aktoren in einem Ausmaß von ungefähr 20 N/mm² oder mehr auf den Rohling 22 aufgebracht. Die ausgebildete Fahrzeugkomponente kann dann in Position gehalten werden, bis eine Zieltemperatur von 170 Grad Celsius für die gewünschte Zone mit harter Festigkeit erreicht ist. Wenn beispielsweise die ausgebildete Fahrzeugkomponente eine Dicke von 1,4 Millimeter aufweist, kann die ausgebildete Fahrzeugkomponente für fünf bis sechs Sekunden in Position gehalten werden, um die Zone mit harter Festigkeit auszubilden.
Um eine Zone mit weicher Festigkeit auszubilden, wird eine Einwirkung eines Drucks durch einen der Aktoren in einem Ausmaß von ungefähr 5 N/mm² oder weniger auf den Rohling 22 aufgebracht. Der Druck wird für ungefähr ein bis zwei Sekunden gehalten, basierend auf einer Dicke des Rohlings 22. Nach den ungefähr ein bis zwei Sekunden wird der Druck des Aktors gelöst und die nun ausgebildete Fahrzeugkomponente wird so ausgerichtet, dass ein minimaler oder kein Kontakt zwischen einer Pressformfläche und der Fahrzeugkomponente vorhanden ist. Die Fahrzeugkomponente wird dann in Position gehalten, bis die Zonen mit harter Festigkeit an gewünschten Positionen bei ungefähr 170 Grad Celsius ausgebildet sind, während eine Temperatur der gewünschten Zonen mit weicher Festigkeit über Temperaturen bleibt, die eine martensitische Ausbildung antreiben. Die Fahrzeugkomponente kann dann entfernt und in einer Halteküvette zur Luftkühlung gelagert werden.
3 ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Ausbilden einer Fahrzeugkomponente mit Zonen unterschiedlicher Festigkeit zeigt, das als ein Verfahren 100 bezeichnet wird. Das Verfahren 100 kann eine Pressform, wie etwa die Pressformvorrichtung 10, und eine Steuerung, wie etwa die Steuerung 50, verwenden, um eine Fahrzeugkomponente mit Zonen unterschiedlicher Festigkeit auszubilden.
Bei Vorgang 104 wird eine Fahrzeugkomponentenkonstruktionsanforderung identifiziert. Zum Beispiel kann ein Abschnitt einer Fahrzeugkomponente als eine Verbindungsposition identifiziert werden, die einen Bereich zum Sichern an einer anderen Komponente umfasst. Eine Zone mit weicherer Festigkeit kann für die Verbindungsposition bevorzugt sein, da es für nachfolgende Montageprozesse weniger schwierig ist, die Zone mit weicher Festigkeit an einer anderen Fahrzeugkomponente zu sichern, im Vergleich zum Verbinden von Zonen mit härterer Festigkeit von Fahrzeugkomponenten aneinander. Bei einem weiteren Beispiel können Verformungseigenschaften als eine Fahrzeugkomponentenkonstruktionsanforderung identifiziert werden. Diese Verformungseigenschaften können auf Mikrostrukturen verschiedener Abschnitte der Fahrzeugkomponente basieren. Die Verformungseigenschaften können einen Abschnitt einer Fahrzeugkomponente mit einer Zone mit weicherer Festigkeit beinhalten, die sich verformt, wenn eine Last aufgenommen wird, um Energie von der Last zu absorbieren, bevor sie angrenzende Abschnitte der Fahrzeugkomponente erreicht. Nicht einschränkende Beispiele von Fahrzeugkomponenten beinhalten einen hinteren Holm einer Unterbodenbaugruppe, einen vorderen Holm einer Unterbodenbaugruppe, einen Stoßstangenträger und Querstreben einer Kraftstofftankschutzbaugruppe.
Bei Vorgang 106 kann eine Art des Materials für einen Rohling ausgewählt werden. Verschiedene Arten von Rohlingsmaterialien können verschiedene Eigenschaften aufweisen, die für konkrete Wärmebehandlungsanwendungen wünschenswert sein können oder nicht. Beispiele für Materialien für Rohlinge beinhalten Aperam Hot Forming Grades, Ductibor (HF 340/480), Usibor 1500 (HF1050/1500), Usibor 1900 (HF 1200/1900), US Stahl 10B20, Bor, 20MNB5, 22MNB5, 8MNCrB3, 27MnCrB5, und 37MnB4.
Das ausgewählte Rohlingsmaterial kann beschichtet oder unbeschichtet sein. Die Bestimmung, ob der Rohling eine Beschichtung beinhaltet und eine Art der Beschichtung kann durch einen Sensor erkannt werden. Die Beschichtung kann dazu beitragen, eine Oxidation einer Fläche des Rohlings unter gewissen Wärmebedingungen, wie etwa eine Wärmebehandlung bei 250 Grad Celsius oder mehr, zu minimieren oder zu verhindern. Die Beschichtung kann auch Vorteile der Korrosionsbeständigkeit für Fahrzeugkomponenten, die später Umweltbedingungen ausgesetzt sind, bereitstellen. Beispiele für Substanzen für die Beschichtung beinhalten Zink, Aluminium-Silizium und Zink-Nickel. Unbeschichtete Rohlinge können verwendet werden, um die Herstellungskosten zu reduzieren, oder für Fahrzeugkomponenten, die nicht für eine Oberflächenkorrosionsvermeidung konzipiert sein müssen.
Bei Vorgang 108 wird ein Behandlungsplan identifiziert, um gezielte Zonen des Rohlings auf Grundlage der zuvor definierten Konstruktionsanforderung zu behandeln, um vorbestimmte Mikrostrukturen oder Festigkeitszonen der Fahrzeugkomponente auszubilden. Der Behandlungsplan kann eine Verwendung von Kühlmittel innerhalb eines Kühlmittelkanals beinhalten, um Austenitisierung und Druckeinwirkungen zu beeinflussen, um die gewünschte Mikrostrukturausbildung zu beeinflussen.
Bei Vorgang 110 wird der Rohling mit der Pressformvorrichtung zwischen einem oberen Pressformelement und einer Vielzahl von unteren Pressformelementen auf Grundlage der identifizieren Konstruktionsanforderung angeordnet, um die vorbestimmten Mikrostrukturen auszubilden. Bei Vorgang 112 kann der Behandlungsplan auf den Rohling angewendet werden und die Fahrzeugkomponente kann aus dem Rohling ausgebildet werden. Um beispielsweise eine Zone mit weicher Festigkeit auszubilden, können das obere und die unteren Pressformelemente geschlossen werden und ein Ausmaß eines Drucks von ungefähr 5 N/mm² oder weniger dazwischen wird auf den Rohling durch Aktoren, die an den unteren Pressformelementen befestigt sind, für eine oder zwei Sekunden aufgebracht, um eine gewünschte Komponentengeometrie und eine gewünschte Mikrostruktur auszubilden.
Um eine Zone mit harter Festigkeit auszubilden, können das obere und die unteren Pressformelemente geschlossen werden und ein Ausmaß eines Drucks von ungefähr 20 N/mm² oder mehr wird durch Aktoren, die an den unteren Pressformelementen befestigt sind, für eine Zeitdauer, basierend auf einer Dicke des Rohlings, auf den Rohling aufgebracht. Zum Beispiel kann der Druck von ungefähr 20 N/mm² oder mehr bei einem Rohling mit einer Dicke von 1,4 mm für 5 oder 6 Sekunden aufgebracht werden, um die Zone mit harter Festigkeit auszubilden.
Die 4 bis 7 veranschaulichen Beispiele von Fahrzeugkomponenten, die mit dem oben beschriebenen Verfahren 100 erzeugt werden können. 4 veranschaulicht ein Beispiel eines vorderen Holms 170 für eine Unterbodenbaugruppe eines Fahrzeugs, der durch das Verfahren 100 behandelt werden kann, um einer Konstruktionsanforderung hinsichtlich Verformungseigenschaften an einem Fahrzeugkomponentengeometrieübergang gerecht zu werden. Der vordere Holm 170 kann durch das Verfahren 100 erzeugt werden, um Zonen unterschiedlicher Festigkeit auszubilden. Zum Beispiel kann der vordere Holm 170 eine erste Zone 172, eine zweite Zone 174, eine dritte Zone 176 und eine vierte Zone 178 beinhalten. Die dritte Zone 176 erstreckt sich zwischen der zweiten Zone 174 und der vierten Zone 178. Die dritte Zone 176 kann sich an einem Abschnitt des vorderen Holms 170 befinden, der eine Biegung an einem Übergang zwischen einem vorderen Abschnitt des vorderen Holms 170 und einem oberen Ende einer Stützstruktur 180 beinhaltet. Die erste Zone 172 kann behandelt werden, um eine Zone mit weicher Festigkeit auszubilden. Die zweite Zone 174 und die vierte Zone 178 können behandelt werden, um eine Zone mit harter Festigkeit auszubilden. Die dritte Zone 176 kann behandelt werden, eine Festigkeitszone auszubilden, die schwächer als die Zone mit harter Festigkeit ist.
Das Behandeln der zweiten Zone 174, um eine Zone mit harter Festigkeit auszubilden, ermöglicht eine Zusammenlegung von getrennten Innen- und Außenverstärkungsteilen des Motors und Getriebebefestigungsklammern zu einem einzelnen Innen- und Außenteil.
Das Behandeln der dritten Zone 176, um eine Zone mit weicherer Festigkeit in Bezug auf die zweite Zone 174 und die vierte Zone 178 auszubilden, kann einen Bereich mit einem Material geringerer Festigkeit erzeugen, um ein „aktives Scharnier“ oder eine Scharnierverbindung zu erzeugen, um Energie zu absorbieren und Verformung an einem Schweller, einer Scharniersäule und einer Fahrzeugkabine zu minimieren, wenn der vordere Holm 170 oder ein Stoßstangenträger einem Aufprall ausgesetzt ist.
Das Behandeln der vierten Zone 178, um eine Zone mit harter Festigkeit auszubilden, kann ermöglichen, dass Verstärkungsklammern, die an Teilen des vorderen Holms 170 befestigt sind, zu einem Teil zusammengelegt werden. Die zusammengelegten Verstärkungsklammern können aus einem AHSS-Material sein, das eine Festigkeit aufweist, um eine Geometrieänderung an einer Position, an der ein vorderer Abschnitt des vorderen Holms 170 in die Stützstruktur 180 übergeht, zu unterstützen, um eine Verlagerung in einer Lastrichtung auszugleichen. Der vordere Holm 170 kann von einem im Wesentlichen geraden Abschnitt, der sich rückwärts und dann nach unten und außen erstreckt, übergehen, um auf eine Fahrzeugsäule oder einen Schweller zu treffen. Ein hinterer Abschnitt des vorderen Holms 170 kann aufgrund der Geometrieänderung (nach unten und außen) einem großen Biegemoment ausgesetzt sein. Bei Beispielen des Standes der Technik ist der Abschnitt des Holms mit einer Geometrieänderung üblicherweise mit Klammern verstärkt, um eine Verformung zu steuern. Bei diesem Beispiel erstreckt sich die Stützstruktur 180 in Längsrichtung und nach außen in Bezug auf eine Fahrzeugkarosserie. Der vordere Holm 170 weist eine reduzierte Anzahl von Komponenten und Verbindungen im Vergleich zu den vorderen Holmen des Standes der Technik auf, sodass weniger Verbindungsvorgänge für die Montage erforderlich sind.
5 veranschaulicht ein Beispiel einer Stoßstangenbaugruppe 184 für ein Fahrzeug, die behandelt werden kann, um den verschiedenen gewünschten Festigkeitszonen für eine Konstruktionsanforderung hinsichtlich der Verbindungseigenschaften gerecht zu werden. Zum Beispiel beinhaltet die Stoßstangenbaugruppe 184 einen Stoßstangenträger 186 mit einem ersten Ende 188, einem zweiten Ende 190 und einem Mittelabschnitt 192, der sich zwischen dem ersten Ende 188 und dem zweiten Ende 190 erstreckt. Das erste Ende 188 erstreckt sich nach innen und außen von einer eines Paars von Quetschdosen 196. Das zweite Ende 190 erstreckt sich nach innen und außen von der anderen eines Paars von Quetschdosen 196.
Das erste Ende 188 und das zweite Ende 190 können behandelt werden, um Zonen mit weicher Festigkeit zu definieren. Der Mittelabschnitt 192 kann behandelt werden, um eine Zone mit harter Festigkeit auszubilden, die eine Zugfestigkeit zwischen 1000 MPa und 1900 MPa aufweist. Die Zonenkennungen können durch eine Mikrostruktur definiert sein, die aufgrund der Behandlung, wie im Verfahren 100 oben beschrieben, an einer Fahrzeugkomponente zur Verfügung gestellt wird. Das Behandeln des ersten Endes 188 und des zweiten Endes 190, um Zonen mit weicher Festigkeit auszubilden, bietet eine Anordnung von gewünschten Mikrostrukturen mit gewünschten Verbindungseigenschaften, um beispielsweise jede der Quetschdosen 196 mit einem von dem ersten Ende 188 und dem zweiten Ende 190 zusammenzufügen.
6 veranschaulicht ein Beispiel eines hinteren Holms 200 für eine Unterbodenbaugruppe eines Fahrzeugs, der behandelt werden kann, um einer Konstruktionsanforderung hinsichtlich eines Geometrieübergangs gerecht zu werden. Der hintere Holm 200 kann durch das Verfahren 100 erzeugt werden, um verschiedene Festigkeitszonen auszubilden. Der hintere Holm 200 beinhaltet einen hinteren Abschnitt 202, einen ersten Mittelabschnitt 204, einen zweiten Mittelabschnitt 206 und einen vorderen Abschnitt 208. Eine Quetschdose 210 erstreckt sich von dem hinteren Abschnitt 202. Der hintere Abschnitt 202 definiert eine erste Mittelachse 214. Der vordere Abschnitt 208 und ein Teil des zweiten Mittelabschnitts 206 definieren eine zweite Mittelachse 216. Die erste Mittelachse 214 kann in einer ersten Ebene liegen und die zweite Mittelachse 216 kann in einer zweiten Ebene liegen. Der zweite Mittelabschnitt 206 erstreckt sich an einer Geometrieübergangsregion 220 von der ersten Mittelachse 214 zu der zweiten Mittelachse 216. Bei einem Beispiel kann sich der zweite Mittelabschnitt 206 nach unten und außen zu dem vorderen Abschnitt 208 erstrecken.
Der erste Mittelabschnitt 204 kann behandelt werden, um eine Zone mit weicher Festigkeit auszubilden, und der zweite Mittelabschnitt 206 kann behandelt werden, um eine Zone mit harter Festigkeit auszubilden. Der hintere Holm 200 kann behandelt werden, sodass der hintere Abschnitt 202 und der vordere Abschnitt 208 keine Wärme aufnehmen oder minimale Wärme aufnehmen oder den geeigneten Druckeinwirkungen ausgesetzt sind, um Zonen mit weicher Festigkeit zu erhalten oder auszubilden.
Ein Anordnung der Zonen mit unterschiedlicher Festigkeit des hinteren Holms 200 stellt eine Struktur bereit, in der Verformung näher an einem Aufprallpunkt auftritt, z. B. einer Zone mit weicher Festigkeit an dem hinteren Abschnitt 202, und sich die Zone mit der stärksten Festigkeit auf dem hinteren Holm 200 befindet, um die Geometrieänderung an der Übergangsregion 220 strukturell zu verstärken, z. B. eine Zone mit harter Festigkeit am zweiten Mittelabschnitt 206.
Das Anordnen der Zone mit weicher Festigkeit an dem ersten Mittelabschnitt 204 stellt einen Bereich mit einem Material geringerer Festigkeit zum Erzeugen eines „aktiven Scharniers“ oder einer Scharnierverbindung bereit, um Energie zu absorbieren und Verformung in die angrenzenden Schweller und eine Fahrzeugkabine zu minimieren, wenn der hintere Holm 200 einem Aufprall ausgesetzt ist.
Das Anordnen der Zone mit harter Festigkeit an dem zweiten Mittelabschnitt 206 minimiert ein Biegen, das in dem hinteren Holm 200 aufgrund der Geometrieänderung (nach unten und außen) an der Übergangsregion 220 ohne eine Zone mit harter Festigkeit bei einer axialen Last durch einen Aufprall auftreten kann.
7 veranschaulicht ein Beispiel einer Schutzbaugruppe für einen Fahrzeugunterboden, bei dem Komponenten durch das Verfahren 100 behandelt werden können, um einer Konstruktionsanforderung hinsichtlich gezielter Verformungseigenschaften gerecht zu werden. Die Schutzbaugruppe beinhaltet eine erste Querstrebe 230, eine zweite Querstrebe 232, eine erste Längsstrebe 236, eine zweite Längsstrebe 238 und ein Paar von Seitenholmen 242. Jede von der ersten Querstrebe 230 und der zweiten Querstrebe 232 erstreckt sich zwischen dem Paar von Seitenholmen 242. Jeder des Paars von Seitenholmen 242 ist an einem eines Paars von Schwellern 246 befestigt. Jedes von der ersten Längstrebe 236 und der zweiten Längstrebe 238 erstreckt sich zwischen den Querstreben. Die Schutzbaugruppe bietet eine strukturelle Verstärkung und Schutz für Fahrzeugkomponenten, wenn Seiten- und Heckaufpralle aufgenommen werden. Zum Beispiel kann eine Fahrzeugkomponente, wie etwa ein Kraftstofftank oder eine Sitzbaugruppe, mit der Schutzbaugruppe angeordnet werden, um Kontakt mit der Fahrzeugkomponente durch eine andere Fahrzeugkomponente aufgrund eines Fahrzeugaufpralls zu verhindern oder zu begrenzen. Die gezielte Behandlung der Komponenten der Schutzbaugruppe trägt dazu bei, den Kontakt zu verhindern oder zu begrenzen.
Zum Beispiel kann die erste Querstrebe 230 durch das Verfahren 100 behandelt werden, um eine Zone mit harter Festigkeit an einer Mittelregion 250 und Zonen mit weicher Festigkeit auf jeder Seite der Mittelregion 250 an einem ersten Ende 252 und einem zweiten Ende 254 auszubilden. Die zweite Querstrebe 232 kann durch das Verfahren 100 behandelt werden, um eine Zone mit harter Festigkeit an einer Mittelregion 260 und Zonen mit weicher Festigkeit an jeder Seite der Mittelregion 260 an einem ersten Ende 262 und einem zweiten Ende 264 auszubilden.
Das Behandeln der Enden der ersten Querstrebe 230 und der zweiten Querstrebe 232, um Festigkeitszonen mit einer geringeren Zugfestigkeit als die jeweiligen Mittelregionen auszubilden, kann einen Bereich mit einem Material geringerer Festigkeit zum Erzeugen eines „aktiven Scharniers“ oder einer Scharnierverbindung erzeugen, um Energie zu absorbieren und Verformung zu minimieren. Die Zonen mit weicher Festigkeit der Enden der ersten Querstrebe 230 und der zweiten Querstrebe 232 bieten einen zusätzlichen Crashabstand oder Verformungsabstand, um zu minimieren oder zu verhindern, dass eine von der Seite getroffene Fahrzeugkomponente in eine Region eindringt, die durch die Fahrzeugkomponente definiert ist. Eine Position der Zonen mit weicher Festigkeit an Quetschkontaktbereichen trägt dazu bei, einen abschnittweisen Bruch der ersten Querstrebe 230 und der zweiten Querstrebe 232 zu erleichtern, um eine zusätzliche Energieabsorption bereitzustellen, bevor die Aufpralllast die Zone mit harter Festigkeit der jeweiligen Mittelregion erreicht.
Obwohl vorstehend verschiedene Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die von den Patentansprüchen umschlossen werden. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. 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 der Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Diese Attribute können Folgendes einschließen, sind jedoch nicht darauf beschränkt: Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Wartbarkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, unaufwändige Montage usw. Daher liegen Ausführungsformen, welche in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen aus dem Stand der Technik beschrieben werden, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Pressformvorrichtung, umfassend: ein erstes Pressformelement; eine Vielzahl von zweiten Pressformelementen; eine Vielzahl von Aktoren, von denen jeder an einem der Vielzahl von zweiten Pressformelementen befestigt ist; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, die Aktoren zu aktivieren, um Abschnitte eines Rohlings, der zwischen den Pressformelementen angeordnet ist, mit getrennten Drücken zu berühren und zu komprimieren, um eine Mikrostrukturausbildung für eine von einer Geometrieübergangsregion, einer Verformungsregion und einer Verbindungsregion zu beeinflussen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei einer der getrennten Drücke, der auf einen der Abschnitte des Rohlings aufgebracht wird, ungefähr 5 N/mm² oder weniger beträgt, um eine Zone mit weicher Festigkeit auszubilden.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Druck von ungefähr 5 N/mm² oder weniger auf den einen der Abschnitte des Rohlings für ungefähr ein bis zwei Sekunden aufgebracht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei einer der getrennten Drücke, der auf einen der Abschnitte des Rohlings aufgebracht wird, ungefähr 20 N/mm² oder mehr beträgt, um eine Zone mit harter Festigkeit auszubilden.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die ungefähr 20 N/mm² oder mehr auf den einen der Abschnitte des Rohlings für einen Zeitraum basierend auf einer Dicke des Rohlings aufgebracht werden, um eine vollständig martensitische Mikrostruktur auszubilden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Pressformelement einen Kühlmittelkanal beinhaltet, der einen ersten Abschnitt, der ungefähr 20 mm oder mehr von einem der Abschnitte des Rohlings beabstandet ist, und einen zweiten Abschnitt, der ungefähr 8 mm oder weniger von einem anderen der Abschnitte des Rohlings beabstandet ist, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Pressformelement und die Vielzahl von zweiten Pressformelementen aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit an ersten Pressformelementpositionen angrenzend an eine gewünschte Zone mit weicher Festigkeit des Rohlings sind und aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit an zweiten Pressformelementpositionen angrenzend an eine gewünschte Zone mit harter Festigkeit des Rohlings bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Material mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit ein keramisches Material ist und das Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit ein AISI Heißarbeitsstahl H13 ist.
Verfahren zum Ausbilden einer gezielten Zone mit weicher Festigkeit für eine Fahrzeugkomponente, umfassend: Aktivieren eines oder mehrerer einer Vielzahl von Aktoren, von denen jeder an einem einer Vielzahl von unteren Pressformelementen befestigt ist, um eine gewünschte Zone mit weicher Festigkeit eines Rohlings für einen vorbestimmten Zeitraum getrennt gegen ein oberes Pressformelement mit einem ersten Druck zu komprimieren, der ausreichend ist, um den Rohling zu einer Fahrzeugkomponente auszubilden; und Lösen der Kompression des einen der Vielzahl von Aktoren und Halten der Fahrzeugkomponente zwischen der Vielzahl von unteren Pressformelementen und dem oberen Pressformelement, ohne die Pressformelemente zu berühren, um eine martensitische Transformation der gewünschten Zone mit weicher Festigkeit des Rohlings zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend: Aktivieren eines anderen des einen oder der mehreren der Vielzahl von Aktoren, um den Rohling getrennt gegen das obere Pressformelement mit einem zweiten Druck zu komprimieren, um eine martensitische Transformation einer gewünschten Zone mit harter Festigkeit des Rohlings zu beeinflussen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der zweite Druck ungefähr 20 N/mm² oder mehr beträgt.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend: Ausrichten der Zone mit weicher Festigkeit mit einem ersten Abschnitt eines Kühlmittelkanals, der um einen ersten Abstand von dem Rohling beabstandet ist; und Ausrichten der Zone mit harter Festigkeit mit einem zweiten Abschnitt des Kühlmittelkanals, der um einen kleineren als den ersten Abstand von dem Rohling beabstandet ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der aufgebrachte erste Druck ungefähr 5 N/mm² oder weniger beträgt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die vorbestimmte Zeitdauer ungefähr ein bis zwei Sekunden beträgt.
Verfahren zum Ausbilden einer Fahrzeugkomponente, die Zonen mit unterschiedlicher Festigkeit aufweist, umfassend: Positionieren eines Rohlings zwischen einem ersten Pressformelement und einer Vielzahl von zweiten Pressformelementen, die jeweils an einem Aktor befestigt sind, sodass eine gewünschte Zone mit weicher Festigkeit von einem ersten Abschnitt eines Kühlmittelkanals des ersten Pressformelements um einen ersten Abstand beabstandet ist und eine gewünschte Zone mit harter Festigkeit von einem zweiten Abschnitt des Kühlmittelkanals um einen zweiten Abstand beabstandet ist; Aktivieren der Aktoren, um den Rohling mit einem ersten Druck gegen das erste Pressformelement zu komprimieren, um die Fahrzeugkomponente auszubilden; Aktivieren eines oder mehrerer der Aktoren, um die Zone mit harter Festigkeit des Rohlings mit einem zweiten Druck gegen das erste Pressformelement zu komprimieren; und Lösen der Kompression und Halten der nun ausgebildeten Fahrzeugkomponente zwischen den Pressformelementen, sodass Kühlmittel innerhalb des Kühlmittelkanals eine martensitische Transformation der Zone mit weicher Festigkeit nicht beeinflusst und eine martensitische Transformation der Zone mit harter Festigkeit nicht beeinflusst.