DE102022112397A1

DE102022112397A1 - Wertstromprozess zum profilieren und doppelschulterwerkzeug-rührreibschweissen von aluminiumblech zum bilden von fahrzeugstrukturschienen

Info

Publication number: DE102022112397A1
Application number: DE102022112397.9A
Authority: DE
Inventors: Daniel Scott Freiberg; Elizabeth Therese Hetrick; Michael Herbert Ölscher; Andrey M. Ilinich; David John Hill
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2021-05-18
Filing date: 2022-05-17
Publication date: 2022-11-24
Also published as: US20220371071A1; CN115365318A

Abstract

Ein Wertstromverfahren zum Herstellen einer Vielzahl von Fahrzeugstrukturschienen beinhaltet Eingeben einer Rolle von Aluminiumlegierungsblech in eine Profiliermaschine und Bilden einer Rohrform mit einer Naht, Doppelschulterwerkzeug-Rührreibschweißen der Naht der Rohrform und Bilden einer geschweißten Rohrform mit einer Schweißnaht, Schneiden der geschweißten Rohrform in eine Vielzahl von Rohrsektionen, Rohrbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen und Hydroforming jeder der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von Strukturschienen. Die Rolle von Aluminiumlegierungsblech kann vorbehandelt und/oder geschmiert sein oder nicht.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Strukturschienen und insbesondere Verfahren zum Bilden von Strukturschienen für Fahrzeuge.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit und stellen möglicherweise nicht den Stand der Technik dar. Die Verwendung von Aluminiumlegierungen in Kraftfahrzeugen unterstützt Automobilhersteller dabei, die Emissionsreduktions- und Kraftstoffeffizienzziele zu erreichen. Zum Beispiel beinhalten einige Fahrzeuge Strukturschienen (z. B. Dachschienen), die aus extrudierten Strukturrohren aus einer Aluminiumlegierung der Serie 6000 gebildet sind. Faktoren, wie etwa die Legierungsauswahl, die Erwärmung der Barren, die Matrizenausgestaltung, die Matrizenschmierung und Extrusionsprozessparameter, können jedoch die Mikrostruktur und die Kosten derartiger extrudierter Strukturrohre aus der Aluminiumlegierung beeinflussen.
Die vorliegende Offenbarung geht Probleme bezüglich Strukturrohren aus der Aluminiumlegierung an, neben anderen Problemen, die Strukturschienen betreffen.
KURZDARSTELLUNG
Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Kurzdarstellung der Offenbarung bereit und ist keine umfassende Offenbarung ihres vollständigen Umfangs oder all ihrer Merkmale.
In einer Form der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Wertstromverfahren zum Herstellen einer Vielzahl von Fahrzeugstrukturschienen Abwickeln einer Rolle von Aluminiumlegierungsblech und Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs in eine Profiliermaschine und Bilden einer Rohrform mit einer Naht, Doppelschulterwerkzeug-Rührreibschweißen (bobbin tool - friction stir welding - BT-FSW) der Naht der Rohrform und Bilden einer geschweißten Rohrform mit einer Schweißnaht, Schneiden der geschweißten Rohrform in eine Vielzahl von Rohrsektionen, Rohrbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen und Hydroforming jeder der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von Strukturschienen.
In einigen Variationen beinhaltet das Verfahren ferner Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs in ein Oberflächenvorbehandlungssystem und Bilden eines vorbehandelten Aluminiumlegierungsblechs vor Eingeben des vorbehandelten Aluminiumlegierungsblechs in die Profiliermaschine und dem Bilden der Rohrform mit der Naht.
In mindestens einer Variation beinhaltet das Verfahren ferner Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs in ein Schmierstoffsystem und Bilden eines geschmierten Aluminiumlegierungsblechs vor Eingeben des geschmierten Aluminiumlegierungsblechs in die Profiliermaschine und dem Bilden der Rohrform mit der Naht.
Und in einigen Variationen beinhaltet das Verfahren ferner Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs in ein Oberflächenvorbehandlungssystem und ein Umformschmierstoffsystem und Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs, das vorbehandelt und geschmiert ist, in die Profiliermaschine und das Bilden der Rohrform mit der Naht.
In mindestens einer Variation beinhaltet das Rohrbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen automatisches Lokalisieren der Schweißnaht jeder der Vielzahl von Rohrsektionen, Platzieren jeder der Vielzahl von Rohrsektionen in einer Rotationszugbiegemaschine, sodass die Schweißnaht eine vorbestimmte Ausrichtung innerhalb der Rotationszugbiegemaschine aufweist, und Rohrbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen, um die Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen zu bilden. In derartigen Variationen kann das Hydroforming jeder der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen Platzieren jeder der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen in einer Hydroforming-Maschine und Hydroforming jeder der gebogenen Rohrsektionen, um die Vielzahl der Strukturschienen zu bilden, beinhalten.
In einigen Variationen beinhaltet das Verfahren Vorformen jeder der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von vorgeformten Rohrsektionen vor dem Hydroforming jeder der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen. Und in derartigen Variationen kann das Verfahren lokales Induktionswärmebehandeln jeder der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen vor dem Vorformen jeder der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen und/oder lokales Induktionswärmebehandeln jeder der Vielzahl von vorgeformten Rohrsektionen nach dem Vorformen jeder der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen beinhalten.
In mindestens einer Variation beinhaltet das Rohrbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen Rotationszugbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen.
In einigen Variationen beinhaltet das Verfahren ferner Trimmen jeder der Vielzahl von Strukturschienen vor Vergüten der Vielzahl von Strukturschienen.
In mindestens einer Variation ist das Aluminiumlegierungsblech eine Aluminiumlegierung der Serie 6xxx und beinhaltet das Verfahren Vergüten jeder der Vielzahl von Strukturschienen mit einer T6-Wärmebehandlung, wie etwa unter anderem Wärmebehandlung bei 170-250 °C für 0,5-8,0 Stunden, Automobillackbrennen bei 160-200 °C für 10-30 Minuten.
In anderen Variationen ist das Aluminiumlegierungsblech eine Aluminiumlegierung der Serie 7xxx und beinhaltet das Verfahren Vergüten jeder der Vielzahl von Strukturschienen. In derartigen Variationen beinhaltet mindestens ein Abschnitt des Vergütens der Vielzahl von Strukturschienen Automobillackbrennen der Vielzahl von Strukturschienen.
In einigen Variationen ist das Aluminiumlegierungsblech eine AA6111-Aluminiumlegierung und beinhaltet das Verfahren Vergüten jeder der Vielzahl von Strukturschienen. In derartigen Variationen weist jede der Vielzahl von vergüteten Strukturschienen eine Streckgrenze von mindestens 350 MPa auf.
In mindestens einer Variation beinhaltet das Verfahren Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs in ein Oberflächenvorbehandlungssystem und Bilden eines vorbehandelten Blechs, Eingeben des vorbehandelten Blechs in ein Schmiersystem und Aufbringen von Schmierung auf das vorbehandelte Blech und Bilden eines vorbehandelten geschmierten Blechs, Eingeben des vorbehandelten geschmierten Blechs in die Profiliermaschine und Bilden der Rohrform mit der durch BT-FSW bearbeiteten Naht, lokales Induktionswärmebehandeln der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von gewonnenen gebogenen Rohren und lokales Induktionswärmebehandeln jeder der Vielzahl von vorgeformten Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von gewonnenen vorgeformten Rohrsektionen.
In einer anderen Form der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von Fahrzeugstrukturschienen Abwickeln einer Rolle von Aluminiumlegierungsblech, das aus einer Aluminiumlegierung der Serie 6xxx besteht, Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs in ein Oberflächenvorbehandlungssystem und Eingeben des vorbehandelten Blechs in ein Formschmiersystem und Aufbringen von Schmierung auf das vorbehandelte Blech und Bilden eines vorbehandelten geschmierten Blechs, Eingeben des vorbehandelten geschmierten Blechs in eine Profiliermaschine und Bilden einer Rohrform mit einer Naht, BT-FSW der Naht der Rohrform und Bilden einer geschweißten Rohrform mit einer Schweißnaht, Schneiden der geschweißten Rohrform in eine Vielzahl von Rohrsektionen, Rohrbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen, lokales Induktionswärmebehandeln der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von gewonnenen gebogenen Rohren, Vorformen jedes der Vielzahl von gewonnenen gebogenen Rohren und Bilden einer Vielzahl von vorgeformten Rohrsektionen, lokales Induktionswärmebehandeln jeder der Vielzahl von vorgeformten Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von gewonnenen vorgeformten Rohrsektionen, Hydroforming jeder der Vielzahl von gewonnenen vorgeformten Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von Strukturschienen und Trimmen der Vielzahl von Strukturschienen und Bilden einer Vielzahl von getrimmten Strukturschienen.
In einigen Variationen beinhaltet das Verfahren ferner Vergüten jeder der Vielzahl von Strukturschienen mit einer T6-Wärmebehandlung, wie etwa unter anderem Wärmebehandlung bei 170-250 °C für 0,5-8,0 Stunden, Automobillackbrennen bei 160-200 °C für 10-30 Minuten.
In mindestens einer Variation beinhaltet das Rohrbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen automatisches Lokalisieren der Schweißnaht jeder der Vielzahl von Rohrsektionen, Platzieren j eder der Vielzahl von Rohrsektionen in einer Rohrbiegemaschine, wobei die Schweißnaht eine vorbestimmte Ausrichtung innerhalb der Rohrbiegemaschine aufweist, und Rohrbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen, um die Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen zu bilden.
In noch einer anderen Form der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von Fahrzeugstrukturschienen Abwickeln einer Rolle von Aluminiumlegierungsblech, das aus einer Aluminiumlegierung der Serie 7xxx besteht, Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs in ein Oberflächenvorbehandlungssystem und Bilden eines vorbehandelten Blechs, Eingeben des vorbehandelten Blechs in ein Schmiersystem und Aufbringen von Schmierung auf das vorbehandelte Blech und Bilden eines vorbehandelten geschmierten Blechs, Eingeben des vorbehandelten geschmierten Blechs in eine Profiliermaschine und Bilden einer Rohrform mit einer Naht, BT-FSW der Naht der Rohrform und Bilden einer geschweißten Rohrform mit einer Schweißnaht, Schneiden der geschweißten Rohrform in eine Vielzahl von Rohrsektionen, Rohrbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen, lokales Induktionswärmebehandeln der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von gewonnenen gebogenen Rohren, Vorformen jedes der Vielzahl von gewonnenen gebogenen Rohren und Bilden einer Vielzahl von vorgeformten Rohrsektionen, lokales Induktionswärmebehandeln jeder der Vielzahl von vorgeformten Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von gewonnenen vorgeformten Rohrsektionen, Hydroforming jeder der Vielzahl von gewonnenen vorgeformten Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von Strukturschienen und Trimmen der Vielzahl von Strukturschienen und Bilden einer Vielzahl von getrimmten Strukturschienen.
In einigen Variationen beinhaltet das Rohrbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen automatisches Lokalisieren der Schweißnaht jeder der Vielzahl von Rohrsektionen, Platzieren j eder der Vielzahl von Rohrsektionen in einer Rohrbiegemaschine, wobei die Schweißnaht eine vorbestimmte Ausrichtung innerhalb der Rohrbiegemaschine aufweist, und Rohrbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen, um die Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen zu bilden. Weitere Anwendungsbereiche werden aus der in dieser Schrift bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und spezifische Beispiele lediglich der Veranschaulichung dienen und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
Figurenliste
Für ein umfassendes Verständnis der Offenbarung werden nun verschiedene beispielhafte Formen davon unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen Folgendes gilt:

1 ist ein Ablaufdiagramm für ein Wertstromverfahren zum Herstellen von Strukturschienen gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung;
2 ist ein Ablaufdarstellung für ein Wertstromverfahren zum Herstellen von Strukturschienen gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung;
3 ist eine perspektivische Ansicht einer profilierten Rohrform, die gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung gebildet wird;
4 ist eine Endansicht einer Naht der profilierten Rohrform in 3, die gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung Doppelschulterwerkzeug-Rührreibschweißen unterzogen wird;
5 ist eine perspektivische Ansicht der profilierten Rohrform in 3 mit einer Schweißnaht, die gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung gebildet wird;
6 ist eine Veranschaulichung einer Schweißnaht gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung;
7 ist eine Draufsicht auf eine Rotationszugbiegemaschine, die eine Rohrsektion gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung biegt;
8 ist eine perspektivische Ansicht einer gebogenen Rohrsektion, die gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung lokal induktionswärmebehandelt wird;
9 ist eine Seitenansicht einer gewonnenen gebogenen Rohrsektion gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung;
10A ist eine Querschnittsansicht einer gewonnenen gebogenen Rohrsektion, die zwischen einem Paar von Hydroforming-Matrizen positioniert ist;
10B ist eine Querschnittsansicht des Paars von Hydroforming-Matrizen in 10A, das um die gewonnene gebogene Rohrsektion teilweise geschlossen ist;
10C ist eine Querschnittsansicht der gewonnenen gebogenen Rohrsektion in 10B, die mit Flüssigkeit unter einem ersten Druck gefüllt ist;
10D ist eine Querschnittsansicht des Paars von Hydroforming-Matrizen in 10C, das um die gewonnene gebogene Rohrsektion komplett geschlossen ist; und
10E ist eine Querschnittsansicht der gewonnenen gebogenen Rohrsektion in 10D, die mit Flüssigkeit unter einem zweiten Druck gefüllt ist.

Die in dieser Schrift beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder die Verwendungen nicht einschränken. Es versteht sich, dass über alle Zeichnungen hinweg entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren zum Bilden von Fahrzeugstrukturschienen aus einem handelsüblichen Aluminiumlegierungsblech, d. h. einem Blech, das aus einer handelsüblichen Aluminiumblechlegierung hergestellt ist, bereit. Dementsprechend nutzt die vorliegende Offenbarung die verbesserte Toleranz, Qualität und die verbesserten mechanischen Eigenschaften handelsüblicher Aluminiumblechlegierungen (und Kosteneinsparungen) im Vergleich zu Aluminiumextrusion oder Aluminiumgusslegierungen. Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Wertstromverfahren 10 zum Bilden von Aluminiumstrukturschienen gezeigt. Das Wertstromverfahren 10 beinhaltet Abwickeln einer Rolle von Aluminiumlegierungsblech in Schritt 100 und Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs in eine Profiliermaschine und Profilieren einer gewünschten Rohrform mit einer Naht in Schritt 110. Im vorliegenden Zusammenhang bezieht sich der Ausdruck „Profilieren“ auf einen Prozess, der Leiten oder Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs durch eine Vielzahl von Walzen beinhaltet, die das Aluminiumlegierungsblech schrittweise und kontinuierlich in einen gewünschten Querschnitt biegt. In einigen Varianten wird das Aluminiumlegierungsblech bei Schritt 102 in ein Vorbehandlungssystem (z. B. ein Oberflächenvorbehandlungssystem) und/oder bei Schritt 104 in ein Schmiersystem (z. B. ein Formschmiersystem) eingegeben, sodass die Oberfläche(n) des Aluminiumlegierungsblechs vorbehandelt (z. B. chemisch vorbehandelt) und geschmiert wird/werden, bevor es bei Schritt 110 in die Profiliermaschine eingegeben wird. In einigen Variationen stellt das Vorbehandlungssystem eine fertige Aluminiumlegierungs(in dieser Schrift auch einfach als „Aluminium“ bezeichnet)-Strukturschiene mit einer verbesserten Oberfläche zum Aufnehmen und Halten eines Klebstoffs, eines Lacks und/oder einer anderen Chemikalie bereit, die für eine nachgelagerte Fahrzeugbaugruppenverarbeitung gewünscht ist. Und in mindestens einer Variation stellt das Vorbehandlungssystem eine im Allgemeinen konsistente Oberfläche auf dem Aluminiumlegierungsblech für nachgelagerte Schweißvorgänge bereit.
Die gewünschte Rohrform mit der Naht wird bei Schritt 120 in eine Doppelschulterwerkzeug-Rührreibschweiß(BT-FSW)-Maschine eingegeben und die Naht wird Doppelschulterwerkzeug-Rührreibschweißen unterzogen, sodass eine geschweißte Rohrform mit einer Schweißnaht gebildet wird. In mindestens einer Variation beinhaltet das Wertstromverfahren 10 eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen (nicht gekennzeichnet) nach Schritt 120, sodass eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften (z. B. Duktilität) der gewünschten Rohrform und/oder der Schweißnaht bereitgestellt wird. Wenn die geschweißte Rohrform die BT-FSW-Maschine verlässt, wird die geschweißte Rohrform bei Schritt 130 in eine Schneidmaschine eingegeben und in Rohrsektionen geschnitten. In der Alternative beinhaltet die BT-FSW-Maschine eine Schneidvorrichtung und wird die geschweißte Rohrform in die Rohrsektionen geschnitten, bevor sie die BT-FSW-Maschine verlässt. Nicht einschränkende Beispiele für eine Schneidmaschine und/oder eine Schneidvorrichtung beinhalten unter anderem eine Laserschneidmaschine, eine Bandsägeschneidemaschine, eine Kreissägeschneidmaschine.
Die Rohrsektionen werden bei Schritt 140 gebogen (z. B. in einer Rohrbiegemaschine), um gebogene Rohrsektionen zu bilden. In einigen Variationen wird die Schweißnaht der Rohrsektionen bei Schritt 135 automatisch lokalisiert, bevor die Rohrsektionen gebogen werden. Zum Beispiel wird die Schweißnaht bei Schritt 135 automatisch lokalisiert, sodass die Schweißnaht an einer gewünschten Stelle oder Position in einer Rohrbiegemaschine positioniert und/oder ausgerichtet wird, bevor die Rohrsektion bei Schritt 140 gebogen wird, sodass das Biegen/Verformen der Schweißnaht einen vordefinierten Wert nicht überschreitet. In einigen Variationen werden die gebogenen Rohrsektionen bei Schritt 145 einer lokalisierten Wärmebehandlung (z. B. lokalisierten Induktionswärmebehandlung) ausgesetzt, um eine Gewinnung von Kaltverfestigung während des Biegens der Rohrsektionen bereitzustellen und dadurch gewonnene gebogene Rohrsektionen bereitzustellen, bevor sie bei Schritt 150 Vorformen ausgesetzt werden, um vorgeformte Rohrsektionen zu bilden. Anders ausgedrückt, gewinnt die lokalisierte Wärmebehandlung einen Teil oder die gesamte Duktilität des Legierungsmaterials, nachdem es bei Schritt 140 plastisch verformt wurde. In einigen Variationen, und ähnlich wie Schritt 145, werden die vorgeformten Rohrsektionen bei Schritt 155 einer lokalisierten Wärmebehandlung ausgesetzt, um die Gewinnung von Kaltverfestigung während des Vorformens der gebogenen Rohrsektionen bereitzustellen und dadurch gewonnene vorgeformte Rohrsektionen bereitzustellen, bevor sie Hydroforming unterzogen werden, um bei Schritt 160 Strukturschienen zu bilden. Die Strukturschienen werden bei Schritt 170 vergütet, um Fahrzeugstrukturschienen bereitzustellen, und in einigen Variationen werden die Strukturschienen bei Schritt 165 getrimmt, um getrimmte Fahrzeugstrukturschienen bereitzustellen, bevor sie bei Schritt 170 vergütet werden. Nicht einschränkende Beispiele für das Trimmen beinhalten unter anderem Schneiden der Strukturschienen auf eine gewünschte Länge, Bohren und/oder maschinelles Bearbeiten von Löchern und/oder anderen Merkmalen in der Strukturschiene.
Unter Bezugnahme auf 2 ist eine Ablaufdarstellung 12 für das Wertstromverfahren 10 gezeigt. Insbesondere wird eine Rolle 200A von Aluminiumlegierungsblech 202 abgewickelt und durch ein Vorbehandlungssystem 210 und ein Schmiersystem 220 (z. B. ein Formungsschmiersystem) eingegeben, um vorbehandeltes und geschmiertes Aluminiumlegierungsblech (in dieser Schrift einfach als „vorbehandeltes geschmiertes Aluminiumlegierungsblech“ oder „vorbehandeltes geschmiertes Blech“ bezeichnet) 203 bereitzustellen, das zu einer Rolle 200B aufgewickelt wird. In einigen Variationen ist die Rolle 200A ein Streifen des Aluminiumlegierungsblechs 202. Das heißt, eine Rolle (nicht gezeigt) von Aluminiumlegierungsblech 202 mit einer ersten Breite (y-Richtung) wird abgewickelt und in eine Vielzahl von Streifen (nicht gezeigt) geschnitten, die eine oder mehrere zweite Breiten aufweist, die kleiner als die erste Breite sind, und die Vielzahl von Streifen wird erneut aufgewickelt, um eine oder mehrere Rollen 200A oder eine oder mehrere Rollen 200B nach einer Vorbehandlung und Schmierung zu bilden oder bereitzustellen. Und in mindestens einer Variation ist die Breite der Rolle 200B (d. h. die Breite des Aluminiumlegierungsstreifens, der erneut aufgewickelt wurde, um die Rolle 200B zu bilden) eine gewünschte Breite zum Profilieren einer gewünschten Rohrform ohne zusätzliches Schneiden oder Trimmen des Aluminiumlegierungsblechs 202 oder des vorbehandelten geschmierten Aluminiumlegierungsblechs 203.
Unter weiterer Bezugnahme auf 2 wird die Rolle 200B abgewickelt und wird das vorbehandelte geschmierte Aluminiumlegierungsblech 203 in eine Profiliermaschine 230 eingegeben und in eine gewünschte Rohrform 204 mit einer Naht 205 (3), die sich entlang einer Längsrichtung (x-Richtung) der gewünschten Rohrform 204 erstreckt, profiliert. Zum Beispiel kann die Profiliermaschine 230 eine Vielzahl von Walzen beinhalten, die an aufeinanderfolgenden Ständern montiert ist, sodass jeder Walzenständer das vorbehandelte geschmierte Aluminiumlegierungsblech 203 schrittweise in die gewünschte Rohrform 204 biegt, wenn das Aluminiumlegierungsblech 203 durch die Profiliermaschine 230 verläuft und diese verlässt. Und während 3 die gewünschte Rohrform 204 als zylindrisch zeigt, versteht es sich, dass die gewünschte Rohrform 204 in einigen Variationen nicht zylindrisch ist. Zudem ist die gewünschte Rohrform 204 in einigen Variationen nicht zylindrisch, sondern symmetrisch um eine Ebene (z. B. eine in 3 gezeigte y-z-Ebene), die sich entlang der Längsrichtung der gewünschten Rohrform 204 erstreckt, während die gewünschte Rohrform 204 in anderen Variationen nicht zylindrisch ist und asymmetrisch um eine Ebene ist, die sich entlang der Längsrichtung der gewünschten Rohrform 204 erstreckt.
Die gewünschte Rohrform 204 mit der Naht 205 wird in eine Doppelschulterwerkzeug-Rührreibschweiß(BT-FSW)-Maschine 240 eingegeben und die Naht 205 wird Doppelschulterwerkzeug-Rührreibschweißen (4) unterzogen, sodass eine geschweißte Rohrform 207 mit einer Schweißnaht 209 gebildet wird (5). Wie in 4 gezeigt, beinhaltet BT-FSW die Verwendung eines Doppelschulterwerkzeugs 242 mit einer oberen Schulter 243 und einer unteren Schulter 245, die mit einem Werkzeugstift 244 miteinander verbunden oder gekoppelt sind. Der Werkzeugstift 244 rotiert und wird entlang der Naht 205 und durch die gewünschte Rohrform 204 verschoben, sodass eine lokale Region von erwärmtem und stark plastifiziertem Material um den oder nahe dem Werkzeugstift 244 produziert wird. Zudem sind eine Außenfläche 206 und eine Innenfläche 208 der gewünschten Rohrform 204 nahe der Naht 205 durch die obere Schulter 243 bzw. die untere Schulter 245 beschränkt und das erwärmte und stark plastifizierte Material um den oder nahe dem Werkzeugstift 244 durchmischt sich, sodass die Schweißnaht 209 gebildet wird, wie in den 5 und 6 gezeigt.
In einigen Variationen der vorliegenden Offenbarung ist der BT-FSW-Prozess ein gegenläufiger Schulter-BT-FSW-Prozess, bei dem die obere Schulter 243 in eine erste Richtung rotiert und die untere Schulter 245 in eine der ersten Richtung entgegengesetzten zweite Richtung rotiert. Zum Beispiel und unter Bezugnahme auf 4 rotiert die obere Schulter 243 bei Betrachtung entlang der z-Richtung in eine Uhrzeigersinnrichtung oder eine Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn und rotiert die untere Schulter 245 bei Betrachtung entlang der z-Richtung in eine Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn bzw. eine Uhrzeigersinnrichtung. In anderen Variationen ist der BT-FSW-Prozess ein Schulter-BT-FSW-Prozess mit unterschiedlicher Rotation, bei dem die obere Schulter 243 in eine erste Richtung bei einer ersten Drehzahl (revolutions per minute - RPM) rotiert und die untere Schulter 245 in die erste Richtung bei einer zweiten Drehzahl rotiert, die sich von der ersten Drehzahl unterscheidet. In noch anderen Variationen ist der BT-FSW-Prozess ein halb stationärer Schulter-BT-FSW-Prozess, bei dem die obere Schulter 243 rotiert und die untere Schulter 245 nicht rotiert oder alternativ die obere Schulter 243 nicht rotiert und die untere Schulter 245 rotiert. In noch anderen Variationen ist der BT-FSW-Prozess ein stationärer Schulter-BT-FSW-Prozess, bei dem nur der Werkzeugstift 244 rotiert, d. h., die obere Schulter 243 und die untere Schulter 245 rotieren nicht. Und in mindestens einer Variation der vorliegenden Offenbarung ist der BT-FSW-Prozess ein herkömmlicher Schulter-BT-FSW-Prozess, bei dem die obere Schulter 243 und die untere Schulter 245 in dieselbe Richtung und bei derselben Drehzahl rotieren.
Unter weiterer Bezugnahme auf 2 wird, wenn die geschweißte Rohrform 207 die BT-FSW-Maschine 240 verlässt, die geschweißte Rohrform 207 in eine Schneidmaschine 250 eingegeben und in eine Vielzahl von Rohrsektionen 211 mit gewünschten Längen „L“ geschnitten. In der Alternative beinhaltet die BT-FSW-Maschine 240 die Schneidmaschine 250 (d. h. eine Schneidvorrichtung) und wird die geschweißte Rohrform 207 in die Vielzahl von Rohrsektionen 211 geschnitten, bevor sie die BT-FSW-Maschine 240 verlässt.
Die Rohrsektionen 211 werden gebogen, um gebogene Rohrsektionen 212 zu bilden. In einigen Variationen werden die Rohrsektionen 211 unter Verwendung eines Rotationszugbiegevorgangs mit einer Spindel und fraßresistenten Einsätzen gebogen, wie im US-Patent Nr. 10,086,422 offenbart, das durch Bezugnahme in die vorliegende Offenbarung aufgenommen ist. Zum Beispiel und unter Bezugnahme auf 7 ist eine Rotationszugbiegemaschine 350 mit einem Mitnehmer 352, einer Klammer 354, einer Biegematrize 356, einem Abstreifer 358 und einer Spindelbaugruppe 360 mit einer Vielzahl von Kugelkörpern 362 und einem Schaft 364, der mit einer Stange 366 verbunden ist, gezeigt. Während des Betriebs (d. h. des Biegens der Rohrsektion 211) wird das vordere Ende oder die vordere Kante einer Rohrsektion 211 über die Klammer 354 an der Biegematrize 356 befestigt und wird die Spindelbaugruppe 360 innerhalb der Rohrsektion 211 platziert. Insbesondere sind Außenflächen 363 der Vielzahl von Kugelkörpern 362 und eine Außenfläche 365 eines Schaftkörpers 364 im Allgemeinen so geformt, dass sie mit einer gewünschten Spielpassung in die Rohrsektion 211 sitzen, sodass die Außenflächen 363 und die Außenfläche 365 die Innenfläche 208 (4) der Rohrsektion 211 während des Biegeprozesses berühren. Und während die Biegematrize 356 rotiert und die Rohrsektion 211 um die Biegematrize 356 zieht, wird die Innenfläche 208 der Rohrsektion 211 durch die Spindelbaugruppe 360 gestützt und wird die Außenfläche 206 der Rohrsektion 211 durch den Mitnehmer 352 und den Abstreifer 358 gestützt. Dementsprechend verhindert die Spindelbaugruppe 360 ein Knicken, Falten und Zusammenfallen der Rohrsektion 211 während des Biegevorgangs. Und während das Biegen mit einer Spindel beschrieben wurde, versteht es sich, dass „leeres Biegen“ ohne eine Spindel in dem Gesamtverfahren ebenfalls genutzt werden kann.
In einigen Variationen wird die Schweißnaht 209 automatisch lokalisiert, bevor die Rohrsektion 211 gebogen wird. In mindestens einer Variation wird die Schweißnaht 209 automatisch an einer gewünschten Stelle oder Position relativ zu der Rotationszugbiegemaschine 350 lokalisiert und positioniert und/oder ausgerichtet, sodass der Einfluss auf nachgelagerte Zusammenführungsvorgänge minimiert wird. Und in einigen Variationen wird die Schweißnaht 209 automatisch an einer gewünschten Stelle oder Position relativ zu der Rotationszugbiegemaschine 350 lokalisiert und positioniert und/oder ausgerichtet, sodass das Biegen/Verformen der Schweißnaht 209 einen vordefinierten Wert während des Bildens der gebogenen Rohrsektionen 212 nicht überschreitet. Zum Beispiel ist die Schweißnaht 209 in mindestens einer Variation an einem oberen Totpunkt oder einem unteren Totpunkt der Rohrsektion, die in 7 gebogen wird, lokalisiert, sodass die Schweißnaht 209 während des Biegeprozesses einer minimalen Verformung ausgesetzt ist. Das heißt, es versteht sich, dass die Außenfläche 206 (4) der Rohrsektion 211, welche die Biegematrize 356 berührt oder mit dieser in Kontakt ist, die maximale Druckverformung während des Biegeprozesses erfährt oder dieser ausgesetzt ist, die Außenfläche 206 der Rohrsektion 211, die 180 Grad von der Oberfläche versetzt ist, welche die Biegematrize 356 berührt oder mit dieser in Kontakt ist, die maximale Zugverformung während des Biegeprozesses erfährt oder dieser ausgesetzt ist und die Außenfläche 206 der Rohrsektion, die +90 Grad und -90 Grad von der Außenfläche 206 versetzt ist, welche die Biegematrize 356 berührt oder in Kontakt mit dieser ist, eine minimale Verformung während des Biegeprozesses erfährt oder dieser ausgesetzt ist.
Wie vorstehend angemerkt, werden die gebogenen Rohrsektionen 212 in einigen Variationen einer lokalisierten Wärmebehandlung ausgesetzt, um eine Gewinnung von Kaltverfestigung während des Biegens der Rohrsektionen 211 bereitzustellen. Zum Beispiel und unter Bezugnahme auf 8 werden die gebogenen Rohrsektionen 212 in einigen Variationen in einer wassergekühlten Kupfer-„Kanal“ -Rolle C positioniert, die der Form einer gebogenen Rohrsektion 212 folgt oder im Allgemeinen dieselbe Form aufweist. Zudem bildet die Kanalrolle C eine Transformatorprimärwicklung, bildet die gebogene Rohrsektion 212 eine Transformatorsekundärwicklung und ist ein elektromagnetisches Wechselfeld bereitgestellt und fließt durch die Kanalrolle C, sodass eine lokalisierte Erwärmung an gewünschten Stellen oder Bereichen der gebogenen Rohrsektion 212 bereitgestellt ist. Anders ausgedrückt wird eine lokalisierte Induktionswärmebehandlung (auch als „Induktionsglühen“ bekannt) der gebogenen Rohrsektion 212 bereitgestellt.
In einigen Variationen ist das Aluminiumlegierungsblech 202 ein Blech einer Aluminiumlegierung der Serie 6xxx und wird die Induktionswärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 120-160 °C unter Verwendung einer Rampenzeit von 10-30 Sekunden abgeschlossen, zum Beispiel wird die Induktionswärmebehandlung bei einer Temperatur von 130-150 °C unter Verwendung einer Rampenzeit von 20-30 Sekunden, bei einer Temperatur von 135-145 °C unter Verwendung einer Rampenzeit von 20-30 Sekunden oder bei einer Temperatur von etwa 140 °C unter Verwendung einer Rampenzeit von 25-30 Sekunden abgeschlossen. In anderen Variationen ist das Aluminiumlegierungsblech 202 ein Blech einer Aluminiumlegierung der Serie 7xxx und beinhaltet die Induktionswärmebehandlung Erwärmen auf eine Temperatur zwischen 180-260 °C unter Verwendung einer Rampenzeit von 10-30 Sekunden, Abkühlen und Erwärmen auf eine Temperatur zwischen 345-410 °C unter Verwendung einer Rampenzeit von 10-30 Sekunden.
Unter Bezugnahme auf 9 ist ein Beispiel für eine gewonnene gebogene Rohrsektion 213 mit einem A-Säulenabschnitt „P“ gezeigt, wobei die Induktionswärmebehandlung von Punkt A zu Punkt B abgeschlossen wurde. Zudem wird ein Abschnitt „T“ der gewonnenen gebogenen Rohrsektion 213 während des Prozesses getrimmt, wie nachstehend detaillierter beschrieben wird. Es versteht sich, dass ein Dachschienenabschnitt „R“ der gewonnenen gebogenen Rohrsektion 213 in Abhängigkeit vom Karosseriestil des Fahrzeugs (z. B. normale Kabine, verlängerte Kabine, Doppelkabine) unterschiedliche Längen aufweisen kann.
Unter weiterer Bezugnahme auf 2 werden die gewonnenen gebogenen Rohrsektionen 213 vorgeformt, um vorgeformte Rohrsektionen 214 zu bilden, und in einigen Variationen werden die vorgeformten Rohrsektionen 214 einer lokalisierten Wärmebehandlung ausgesetzt, wie vorstehend beschrieben, um die Gewinnung von Kaltverfestigung während des Vorformens bereitzustellen (d. h., um gewonnene vorgeformte Rohrsektionen 215 bereitzustellen), bevor sie Hydroforming unterzogen werden, um Strukturschienen 216 bereitzustellen. Zum Beispiel und unter Bezugnahme auf die 10A-10E werden die gewonnenen vorgeformten Rohrsektionen 215 in einigen Variationen in eine Hydroforming-Matrize geladen, die in 10A als zwei Matrizen D1, D2 veranschaulicht ist. In einigen Variationen werden die gewonnenen vorgeformten Rohrsektionen 215 in oder zwischen die Matrizen D1, D2 geladen, wobei die Schweißnaht 209 (in den 10A-10E nicht gezeigt) an einer gewünschten Stelle oder Position relativ zu den Matrizen D1, D2 lokalisiert und positioniert und/oder ausgerichtet ist. In anderen Variationen weisen die gewonnenen vorgeformten Rohrsektionen 215 jedoch eine vordefinierte Form auf, sodass die Ausrichtung der Schweißnaht 209 vor dem Biegen der Rohrsektionen 211 und/oder vor dem Laden der gewonnenen vorgeformten Rohrsektionen 215 in oder zwischen die Matrizen D1, D2 festgelegt oder vordefiniert ist.
Nach dem Laden einer gewonnenen vorgeformten Rohrsektion 215 in die Matrizen D1, D2 werden die Matrizen D1, D2 teilweise geschlossen, wie in 10B gezeigt, und eine Flüssigkeit 20 mit einem ersten Druck wird in das Innere der gewonnenen vorgeformten Rohrsektionen 215 eingebracht, wie in 10C gezeigt. In einigen Variationen liegt der erste Druck innerhalb des Bereichs von ungefähr 0 bis 200 bar, zum Beispiel innerhalb des Bereichs von 50 bis 150 bar. In mindestens einer Variation beträgt der erste Druck ungefähr 100 bar. Zudem versteht es sich, dass die Hydroforming-Flüssigkeit 20 Wasser oder eine andere geeignete Flüssigkeit sein kann.
Wie in 10C gezeigt, beinhalten die Matrizen D1, D2 einen oder mehrere flache Wandabschnitte S, die so geformt sind, dass sie mit den gewonnenen vorgeformten Rohrsektionen 215 in Kontakt kommen, wenn die Matrizen D1, D2 nur teilweise geschlossen werden und der erste Druck aufgebracht wird, um zu verhindern, dass das Rohr während einer Schließphase zusammenfällt. Diese Kontaktpunkte bilden Zwischensektionen eines flachen Eckradius einer Strukturschiene 216 und reduzieren das Ausmaß der Außenfaserumfangsverformung und -duktilität, die benötigt werden, um die gewonnenen vorgeformten Rohrsektionen 215 zu einer Strukturschiene 216 zu bilden.
Die Hydroforming-Matrizen D1, D2 werden komplett um die gewonnenen vorgeformten Rohrsektionen 215 geschlossen, wie in 10D gezeigt, und der Druck der Flüssigkeit 20, welche die gewonnenen vorgeformten Rohrsektionen 215 füllt, wird auf einen zweiten Druck erhöht, um die Strukturschiene 216 zu bilden und in einigen Variationen Hydropiercing zu unterziehen. In einigen Variationen liegt der zweite Druck innerhalb des Bereichs von 500 bis 1500 bar, zum Beispiel innerhalb des Bereichs von 750 bis 1250 bar. In mindestens einer Variation beträgt der zweite Druck ungefähr 1000 bar.
Während der Druck der Flüssigkeit 20 innerhalb der gewonnenen vorgeformten Rohrsektionen 215 erhöht wird, werden die gewonnenen vorgeformten Rohrsektionen 215 nach außen in Richtung der Matrizen D1, D2 gedrückt. Die Zwischensektion des flachen Eckradius steht bereits mit den flachen Wandabschnitten S der Matrizen D1, D2 in Eingriff, bevor der Druck der Flüssigkeit 20 auf den zweiten Druck erhöht wird, und dies verhindert eine uneingeschränkte/nicht gestützte Querschnittsbiegung während der Schließung. Im Gegensatz dazu beinhaltet das herkömmliche Hydroforming keinen Kontakt eines Werkstücks mit Matrizenwänden, bis die Matrizen vollständig geschlossen sind und ein Kalibrierungsdruck aufgebracht wird.
Der Eingriff der gewonnenen vorgeformten Rohrsektionen 215 mit den Wandabschnitten S der Matrizen D1, D2 stellt einen kleinen Spalt G zwischen den Matrizen D1, D2 und den gewonnenen vorgeformten Rohrsektionen 215 bereit, wie in 10E gezeigt, und führt dadurch zur Bildung eines ersten Übergangssegments 221 und eines zweiten Übergangssegments 223 zwischen einer gekrümmten Sektion 222 und einer flachen Sektion 224 der Strukturschiene 216. Die durch Hydroforming gebildete Strukturschiene 216 wird durch Lasertrimmen oder einen anderen geeigneten Trimmvorgang auf eine endgültige gewünschte Länge getrimmt. Zum Beispiel wird der Abschnitt „T“, der in 9 gezeigt ist, von der Strukturschiene 216 getrimmt (entfernt) und in einigen Variationen kann eine Länge des Dachschienenabschnitts R, der in 9 gezeigt ist, getrimmt werden, sodass eine getrimmte Strukturschiene 217 bereitgestellt wird.
In einigen Variationen wird die getrimmte Strukturschiene 217 auf eine gewünschte Festigkeit vergütet, um eine Fahrzeugstrukturschiene 218 bereitzustellen. Und in mindestens einer Variation wird eine Vielzahl von getrimmten Strukturschienen 217 vor dem Vergüten an einem Mehrzweckgestell montiert.
In einigen Variationen ist das Aluminiumlegierungsblech eine Legierung der Serie 6xxx (z. B. die AA6111-Legierung) und wird das Aluminiumlegierungsblech 202 oder das vorbehandelte geschmierte Aluminiumlegierungsblech 203 (in dieser Schrift einfach als „Aluminiumlegierungsblech 202, 203“ bezeichnet) in einem T4-Temperzustand bereitgestellt (d. h., das Aluminiumlegierungsblech 202, 203 wird einer „T4-Wärmebehandlung“ ausgesetzt, wie etwa Lösungsglühen auf einer kontinuierlichen Glühlinie, gefolgt von einer natürlichen Alterung) und wird das Aluminiumlegierungsblech 202, 203 in dem T4-Temperzustand profiliert, Doppelschulterwerkzeug-Rührreibschweißen unterzogen, gebogen und Hydroforming unterzogen, um die Vielzahl von Strukturschienen 216 zu bilden, die getrimmt und dann chargenweise zwischen 170-250 °C für 0,5-0,8 Stunden wärmebehandelt wird, um eine Vielzahl von Fahrzeugstrukturschienen in einem T6-Temperzustand bereitzustellen. In mindestens einer Variation ist die Legierung der Serie 6xxx die AA6111-Legierung und ist die T6-Wärmebehandlung 1 Stunde bei 225 °C.
In anderen Variationen ist das Aluminiumlegierungsblech eine Legierung der Serie 6xxx und wird das Aluminiumlegierungsblech 202 oder das vorbehandelte geschmierte Aluminiumlegierungsblech 203 in einem T4-Temperzustand bereitgestellt und wird das Aluminiumlegierungsblech 202, 203 im T4-Temperzustand profiliert, Doppelschulterwerkzeug-Rührreibschweißen unterzogen, gebogen und Hydroforming unterzogen, um die Vielzahl von Strukturschienen 216 zu bilden, die getrimmt und dann einem Automobillackbrennprozess ausgesetzt wird, um eine Aushärtungsfestigkeit in der Nähe des Spitzenwerts zu erreichen. In einigen Variationen erfolgt der Lackbrennprozess bei 160-200 °C für 10-30 Minuten.
In anderen Variationen ist das Aluminiumlegierungsblech eine Legierung der Serie 6xxx und wird eine Rolle des Aluminiumlegierungsblechs 202, 203 in einem stabilisierten/vorgealterten Zustand bereitgestellt (z. B. lösungsgeglüht, abgeschreckt und unter Verwendung einer niedrigen Temperatur, wie etwa 60 °C-120 °C, stabilisiert). Dann wird das Aluminiumlegierungsblech 202, 203 in dem stabilisierten/vorgealterten Zustand profiliert, Doppelschulterwerkzeug-Rührreibschweißen unterzogen, gebogen und Hydroforming unerzogen, um die Vielzahl von Strukturschienen 216 zu bilden, die getrimmt und dann einem Automobillackbrennprozess ausgesetzt wird. Es versteht sich, dass die Stabilisierung/Voralterung die natürliche Alterung oder Änderung der Festigkeit des Aluminiumlegierungsblechs 202, 203 während der anschließenden Lagerung bei Raumtemperatur minimiert und die anschließende Lackbrennreaktion des Materials verbessert. In noch anderen Variationen ist das Aluminiumlegierungsblech eine Legierung der Serie 6xxx und wird eine Rolle des Aluminiumlegierungsblechs 202, 203 in einem T6-Temperzustand bereitgestellt und wird das Aluminiumlegierungsblech 202, 203 im T6-Temperzustand profiliert, Doppelschulterwerkzeug-Rührreibschweißen unterzogen, gebogen und Hydroforming unterzogen, um eine Vielzahl von Strukturschienen 216 zu bilden, die getrimmt und dann einem Automobillackbrennprozess ausgesetzt wird. In einigen Variationen ist die T6-Wärmebehandlung eine chargenweise Wärmebehandlung der Rolle des Aluminiumlegierungsblechs 202, 203 bei (einer) Temperatur(en) zwischen 170-250 °C für 0,5-8,0 Stunden. In mindestens einer Variation ist die Legierung der Serie 6xxx die AA6111-Legierung und ist die T6-Wärmebehandlung 1 Stunde bei 225 °C.
In einigen Variationen ist das Aluminiumlegierungsblech eine Legierung der Serie 7xxx (z. B. die AA7075-Legierung) und wird das Aluminiumlegierungsblech 202, 203 in einem T4-Temperzustand bereitgestellt und wird das Aluminiumlegierungsblech 202, 203 im T4-Temperzustand profiliert, Doppelschulterwerkzeug-Rührreibschweißen unterzogen, gebogen und Hydroforming unterzogen, um eine Vielzahl von Strukturschienen 216 zu bilden, die dann getrimmt und chargenweise mit einer einschrittigen oder einer zweischrittigen T6-Wärmebehandlung geglüht wird, um eine Vielzahl von Fahrzeugstrukturschienen 218 bereitzustellen. In mindestens einer Variation beinhaltet die einschrittige Wärmebehandlung eine Wärmebehandlung zwischen 100-200 °C für 1-24 Stunden. In Bezug auf den zweischrittigen T6-Temperzustand beinhaltet die zweischrittige Wärmebehandlung in einigen Variationen einen ersten Schritt bei (einer) Temperatur(en) zwischen 70-120 °C für 0,5-6,0 Stunden, gefolgt von einem zweiten Schritt bei (einer) Temperatur(en) zwischen 120-200 °C für 0,5-6,0 Stunden. In einer anderen Variation beinhaltet die zweischrittige Wärmebehandlung einen ersten Schritt bei (einer) Temperatur(en) zwischen 100-150 °C für 0,2-3,0 Stunden, gefolgt von einem zweiten Schritt bei (einer) Temperatur(en) zwischen 150-185 °C für 0,5-5,0 Stunden. Und in mindestens einer Variation beinhaltet die zweistufige Wärmebehandlung einen ersten Schritt bei 110 °C für 2,0 Stunden, gefolgt von einem zweiten Schritt bei 165 °C für 2,0 Stunden.
In anderen Variationen ist das Aluminiumlegierungsblech eine Legierung der Serie 7xxx und wird das Aluminiumlegierungsblech 202, 203 in einem stabilisierten/vorgealterten Zustand bereitgestellt und profiliert, Doppelschulterwerkzeug-Rührreibschweißen unterzogen, gebogen und Hydroforming unterzogen, um eine Vielzahl von Strukturschienen 216 zu bilden, die getrimmt und an Fahrzeugen installiert und einem Automobillackbrennprozess ausgesetzt wird, um eine T6-Wärmebehandlung bereitzustellen und eine Aushärtungsfestigkeit in der Nähe des Spitzenwerts zu erreichen.
In noch anderen Variationen ist das Aluminiumlegierungsblech eine Legierung der Serie 7xxx und wird das Aluminiumlegierungsblechs 202, 203 in einem T4-Temperzustand bereitgestellt und wird das Aluminiumlegierungsblech 202, 203 im T4-Temperzustand profiliert, Doppelschulterwerkzeug-Rührreibschweißen unterzogen, gebogen und Hydroforming unterzogen, um die Vielzahl von Strukturschienen 216 zu bilden, die dann getrimmt und zu einem stabilisierten/vorgealterten Zustand chargenweise geglüht wird und dann an Fahrzeugen installiert und einem Automobillackbrennprozess ausgesetzt wird, um eine T6-Wärmebehandlung bereitzustellen.
Und in wieder anderen Variationen ist das Aluminiumlegierungsblech eine Legierung der Serie 7xxx und wird eine Rolle des Aluminiumlegierungsblechs 202, 203 ist in dem T6-Temperzustand bereitgestellt. Dann wird das Aluminiumlegierungsblech 202, 203 in dem T6-Temperzustand profiliert, Doppelschulterwerkzeug-Rührreibschweißen unterzogen, gebogen und Hydroforming unerzogen, um die Vielzahl von Strukturschienen 216 zu bilden, die getrimmt werden, um die Vielzahl von Fahrzeugstrukturschienen 218 in dem T6-Temperzustand bereitzustellen.
Es versteht sich, dass anhand der Lehren der vorliegenden Offenbarung ein Verfahren zum Bilden von Fahrzeugstrukturschienen aus handelsüblichen Aluminiumblechlegierungen Kosteneinsparungen im Vergleich zu traditionellen Verfahren zum Bilden von Fahrzeugstrukturschienen bereitstellt. Zum Beispiel stellt das Vorbehandeln des Aluminiumlegierungsblechs in einem kontinuierlichen Vorbehandlungssystem vor dem Profilieren, Biegen und Hydroforming des Aluminiumlegierungsblechs im Gegensatz zu einer chargenweisen Vorbehandlung der Fahrzeugstrukturschienen eine verbesserte Effizienz und reduzierte Energie und Kosten bereit. Zudem stellt das Schmieren des Aluminiumlegierungsblechs in einem kontinuierlichen Schmiersystem vor dem Profilieren, Biegen und Hydroforming des Aluminiumlegierungsblechs im Gegensatz zu einer chargenweisen Schmierung von extrudierten Rohren vor dem Biegen und Hydroforming eine verbesserte Effizienz und reduzierte Energie und Kosten bereit. Zusätzlich reduziert die Verwendung von Rollen von Aluminiumlegierungsblech (-streifen) mit einer Breite, die benötigt wird, um die Rohrsektionen und Fahrzeugstrukturschienen zu bilden, den Abfall und die Kosten der Fahrzeugstrukturschienen.
Sofern in dieser Schrift nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, sind alle numerischen Werte, die mechanische/thermische Eigenschaften, Prozentanteile von Zusammensetzungen, Abmessungen und/oder Toleranzen oder andere Merkmale angeben, so zu verstehen, dass sie durch das Wort „etwa“ oder „ungefähr“ modifiziert sind, wenn sie den Umfang der vorliegenden Offenbarung beschreiben. Diese Modifikation ist aus verschiedenen Gründen gewünscht, die industrielle Praxis, Material, Herstellung und Montagetoleranzen sowie Testfähigkeit beinhalten.
Im vorliegenden Zusammenhang ist die Formulierung mindestens eines von A, B und C so auszulegen, dass sie ein logisches (A ODER B ODER C) bedeutet, wobei ein nicht ausschließendes logisches ODER verwendet wird, und sollte nicht dahingehend ausgelegt werden, dass sie „mindestens eines von A, mindestens eines von B und mindestens eines von C“ bedeutet.
Die Beschreibung der Offenbarung ist rein beispielhafter Natur und somit ist beabsichtigt, dass Variationen, die nicht vom Kern der Offenbarung abweichen, innerhalb des Umfangs der Offenbarung liegen. Derartige Variationen sind nicht als Abweichung vom Geist und Umfang der Offenbarung zu betrachten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von Fahrzeugstrukturschienen Folgendes: Abwickeln einer Rolle von Aluminiumlegierungsblech und Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs in eine Profiliermaschine und Bilden einer Rohrform mit einer Naht; Doppelschulterwerkzeug-Rührreibschweißen (BT-FSW) der Naht der Rohrform und Bilden einer geschweißten Rohrform mit einer Schweißnaht; Schneiden der geschweißten Rohrform in eine Vielzahl von Rohrsektionen; Rohrbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen; und Hydroforming jeder der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von Strukturschienen.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs in ein kontinuierliches Oberflächenvorbehandlungssystem und Bilden eines vorbehandelten Aluminiumlegierungsblechs vor Eingeben des vorbehandelten Aluminiumlegierungsblechs in die Profiliermaschine und dem Bilden der Rohrform mit der Naht.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs in ein Umformschmierstoffsystem und Bilden eines geschmierten Aluminiumlegierungsblechs vor dem Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs in die Profiliermaschine und dem Bilden der Rohrform mit der Naht.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs in ein Oberflächenvorbehandlungssystem und ein Umformschmierstoffsystem und Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs, das vorbehandelt und geschmiert ist, in die Profiliermaschine und das Bilden der Rohrform mit der Naht.
In einem Aspekt der Erfindung umfasst das Rohrbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen automatisches Lokalisieren der Schweißnaht jeder der Vielzahl von Rohrsektionen, Platzieren jeder der Vielzahl von Rohrsektionen in einer Rotationszugbiegemaschine, sodass die Schweißnaht eine vorbestimmte Ausrichtung innerhalb der Rotationszugbiegemaschine aufweist, und Rohrbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen, um die Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen zu bilden.
In einem Aspekt der Erfindung umfasst das Hydroforming jeder der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen Platzieren jeder der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen in einer Hydroforming-Maschine, sodass die Schweißnaht innerhalb der Hydroforming-Maschine an einer vorbestimmten Stelle positioniert ist, und Hydroforming jeder der gebogenen Rohrsektionen, um die Vielzahl der Strukturschienen zu bilden.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Vorformen jeder der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von vorgeformten Rohrsektionen vor dem Hydroforming jeder der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren lokales Induktionswärmebehandeln jeder der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen vor dem Vorformen jeder der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren lokales Induktionswärmebehandeln jeder der Vielzahl von vorgeformten Rohrsektionen nach dem Vorformen jeder der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen.
In einem Aspekt der Erfindung umfasst das Rohrbiegen der Vielzahl von Rohrsektionen Rotationszugbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Trimmen jeder der Vielzahl von Strukturschienen vor Vergüten der Vielzahl von Strukturschienen.
In einem Aspekt der Erfindung ist das Aluminiumlegierungsblech eine Aluminiumlegierung der Serie 6xxx und ferner umfassend Vergüten jeder der Vielzahl von Strukturschienen bei 225 °C für 1 Stunde.
In einem Aspekt der Erfindung ist das Aluminiumlegierungsblech eine Aluminiumlegierung der Serie 7xxx, ferner umfassend Vergüten jeder der Vielzahl von Strukturschienen und wobei mindestens ein Abschnitt des Vergütens der Vielzahl von Strukturschienen Automobillackbrennen der Vielzahl von Strukturschienen umfasst.
In einem Aspekt der Erfindung ist das Aluminiumlegierungsblech eine AA6111-Aluminiumlegierung, ferner umfassend Vergüten jeder der Vielzahl von Strukturschienen und wobei jede der Vielzahl von vergüteten Strukturschienen eine Streckgrenze von mindestens 350 MPa aufweist.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Folgendes: Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs in ein kontinuierliches Oberflächenvorbehandlungssystem und Bilden eines vorbehandelten Blechs; Eingeben des vorbehandelten Blechs in ein Formschmiersystem und Aufbringen von Schmierung auf das vorbehandelte Blech und Bilden eines vorbehandelten geschmierten Blechs; Eingeben des vorbehandelten geschmierten Blechs in die Profiliermaschine und Bilden der Rohrform mit der Naht; lokales Induktionswärmebehandeln der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von gewonnenen gebogenen Rohren; und lokales Induktionswärmebehandeln jeder der Vielzahl von vorgeformten Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von gewonnenen vorgeformten Rohrsektionen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von Fahrzeugstrukturschienen Folgendes: Abwickeln einer Rolle von Aluminiumlegierungsblech, wobei das Aluminiumlegierungsblech eine Aluminiumlegierung der Serie 6xxx ist; Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs in ein kontinuierliches Oberflächenvorbehandlungssystem und Bilden eines vorbehandelten Blechs; Eingeben des vorbehandelten Blechs in ein Formschmiersystem und Aufbringen von Schmierung auf das vorbehandelte Blech und Bilden eines vorbehandelten geschmierten Blechs; Eingeben des vorbehandelten geschmierten Blechs in eine Profiliermaschine und Bilden einer Rohrform mit einer Naht; Doppelschulterwerkzeug-Rührreibschweißen (BT-FSW) der Naht der Rohrform und Bilden einer geschweißten Rohrform mit einer Schweißnaht; Schneiden der geschweißten Rohrform in eine Vielzahl von Rohrsektionen; Rohrbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen; lokales Induktionswärmebehandeln der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von gewonnenen gebogenen Rohren; Vorformen jedes der Vielzahl von gewonnenen gebogenen Rohren und Bilden einer Vielzahl von vorgeformten Rohrsektionen; lokales Induktionswärmebehandeln jeder der Vielzahl von vorgeformten Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von gewonnenen vorgeformten Rohrsektionen; Hydroforming jeder der Vielzahl von gewonnenen vorgeformten Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von Strukturschienen; und Trimmen der Vielzahl von Strukturschienen und Bilden einer Vielzahl von getrimmten Strukturschienen.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Vergüten jeder der Vielzahl von Strukturschienen bei 225 °C für 1 Stunde.
In einem Aspekt der Erfindung umfasst das Rohrbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen automatisches Lokalisieren der Schweißnaht jeder der Vielzahl von Rohrsektionen, Platzieren j eder der Vielzahl von Rohrsektionen in einer Rohrbiegemaschine, wobei die Schweißnaht eine vorbestimmte Ausrichtung innerhalb der Rohrbiegemaschine aufweist, und Rohrbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen, um die Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen zu bilden. Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von Fahrzeugstrukturschienen Folgendes: Abwickeln einer Rolle von Aluminiumlegierungsblech, wobei das Aluminiumlegierungsblech eine Aluminiumlegierung der Serie 7xxx ist; Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs in ein kontinuierliches Oberflächenvorbehandlungssystem und Bilden eines vorbehandelten Blechs; Eingeben des vorbehandelten Blechs in ein Formschmiersystem und Aufbringen von Schmierung auf das vorbehandelte Blech und Bilden eines vorbehandelten geschmierten Blechs; Eingeben des vorbehandelten geschmierten Blechs in eine Profiliermaschine und Bilden einer Rohrform mit einer Naht; Doppelschulterwerkzeug-Rührreibschweißen (BT-FSW) der Naht der Rohrform und Bilden einer geschweißten Rohrform mit einer Schweißnaht; Schneiden der geschweißten Rohrform in eine Vielzahl von Rohrsektionen; Rohrbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen; lokales Induktionswärmebehandeln der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von gewonnenen gebogenen Rohren; Vorformen jedes der Vielzahl von gewonnenen gebogenen Rohren und Bilden einer Vielzahl von vorgeformten Rohrsektionen; lokales Induktionswärmebehandeln jeder der Vielzahl von vorgeformten Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von gewonnenen vorgeformten Rohrsektionen; Hydroforming jeder der Vielzahl von gewonnenen vorgeformten Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von Strukturschienen; und Trimmen der Vielzahl von Strukturschienen und Bilden einer Vielzahl von getrimmten Strukturschienen.
In einem Aspekt der Erfindung umfasst das Rohrbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen automatisches Lokalisieren der Schweißnaht jeder der Vielzahl von Rohrsektionen, Platzieren j eder der Vielzahl von Rohrsektionen in einer Rohrbiegemaschine, wobei die Schweißnaht eine vorbestimmte Ausrichtung innerhalb der Rohrbiegemaschine aufweist, und Rohrbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen, um die Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen zu bilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 10086422 [0033]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von Fahrzeugstrukturschienen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Abwickeln einer Rolle von Aluminiumlegierungsblech und Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs in eine Profiliermaschine und Bilden einer Rohrform mit einer Naht; Doppelschulterwerkzeug-Rührreibschweißen (BT-FSW) der Naht der Rohrform und Bilden einer geschweißten Rohrform mit einer Schweißnaht; Schneiden der geschweißten Rohrform in eine Vielzahl von Rohrsektionen; Rohrbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen; und Hydroforming jeder der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von Strukturschienen.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs in ein kontinuierliches Oberflächenvorbehandlungssystem und Bilden eines vorbehandelten Aluminiumlegierungsblechs vor Eingeben des vorbehandelten Aluminiumlegierungsblechs in die Profiliermaschine und dem Bilden der Rohrform mit der Naht.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs in ein Umformschmierstoffsystem und Bilden eines geschmierten Aluminiumlegierungsblechs vor dem Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs in die Profiliermaschine und dem Bilden der Rohrform mit der Naht.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs in ein Oberflächenvorbehandlungssystem und ein Umformschmierstoffsystem und Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs, das vorbehandelt und geschmiert ist, in die Profiliermaschine und das Bilden der Rohrform mit der Naht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Rohrbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen automatisches Lokalisieren der Schweißnaht jeder der Vielzahl von Rohrsektionen, Platzieren jeder der Vielzahl von Rohrsektionen in einer Rotationszugbiegemaschine, sodass die Schweißnaht eine vorbestimmte Ausrichtung innerhalb der Rotationszugbiegemaschine aufweist, und Rohrbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen, um die Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen zu bilden, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Hydroforming jeder der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen Platzieren jeder der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen in einer Hydroforming-Maschine, sodass die Schweißnaht innerhalb der Hydroforming-Maschine an einer vorbestimmten Stelle positioniert ist, und Hydroforming jeder der gebogenen Rohrsektionen, um die Vielzahl der Strukturschienen zu bilden, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend Vorformen jeder der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von vorgeformten Rohrsektionen vor dem Hydroforming jeder der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend lokales Induktionswärmebehandeln jeder der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen vor dem Vorformen jeder der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend lokales Induktionswärmebehandeln jeder der Vielzahl von vorgeformten Rohrsektionen nach dem Vorformen jeder der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Rohrbiegen der Vielzahl von Rohrsektionen Rotationszugbiegen jeder der Vielzahl von Rohrsektionen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Trimmen jeder der Vielzahl von Strukturschienen vor Vergüten der Vielzahl von Strukturschienen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aluminiumlegierungsblech eine Aluminiumlegierung der Serie 6xxx ist und ferner umfassend Vergüten jeder der Vielzahl von Strukturschienen bei 225 °C für 1 Stunde.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aluminiumlegierungsblech eine Aluminiumlegierung der Serie 7xxx ist, ferner umfassend Vergüten jeder der Vielzahl von Strukturschienen und wobei mindestens ein Abschnitt des Vergütens der Vielzahl von Strukturschienen Automobillackbrennen der Vielzahl von Strukturschienen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aluminiumlegierungsblech eine AA6111-Aluminiumlegierung ist, ferner umfassend Vergüten jeder der Vielzahl von Strukturschienen und wobei jede der Vielzahl von vergüteten Strukturschienen eine Streckgrenze von mindestens 350 MPa aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, ferner umfassend: Eingeben des Aluminiumlegierungsblechs in ein kontinuierliches Oberflächenvorbehandlungssystem und Bilden eines vorbehandelten Blechs; Eingeben des vorbehandelten Blechs in ein Formschmiersystem und Aufbringen von Schmierung auf das vorbehandelte Blech und Bilden eines vorbehandelten geschmierten Blechs; Eingeben des vorbehandelten geschmierten Blechs in die Profiliermaschine und Bilden der Rohrform mit der Naht; lokales Induktionswärmebehandeln der Vielzahl von gebogenen Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von gewonnenen gebogenen Rohren; und lokales Induktionswärmebehandeln jeder der Vielzahl von vorgeformten Rohrsektionen und Bilden einer Vielzahl von gewonnenen vorgeformten Rohrsektionen.