JP2017536239A - 異なる材料から部品を製造する方法、およびその部品およびその使用 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも２つの異なる材料を含む部品を製造する方法に関し、この方法は、硬化可能な平面状または予め成形された鋼板または鋼製形状要素を提供するステップと、鋼板または鋼製形状要素をオーステナイト温度に完全にまたは部分的に加熱するステップと、鋼板または鋼製形状要素を熱間成形および／またはプレス硬化して完全にまたは部分的に硬化された鋼製ワークピースにするために第１工具内に加熱された鋼板または鋼製形状要素を挿入するステップであって、熱間成形および／またはプレス硬化の過程で、少なくとも１つのノッチが前記鋼板または鋼製形状要素内に形成され、少なくとも１つのノッチが少なくとも第２の材料に接続するのに役立つ、ステップとを含むことを特徴とする。本発明によって対処される問題は、従来技術における欠点を克服する方法を提案することである。この問題は、請求項１の構成を有する方法によって解決される。【選択図】図２ａ

Description

本発明は、少なくとも２つの異なる材料を含む部品を製造する方法であって、以下の方法ステップ：
硬化可能な平面状または予め成形された鋼板または鋼製形状物を提供するステップと、
前記鋼板または鋼製形状物をオーステナイト温度に完全にまたは部分的に加熱するステップと、
前記鋼板または鋼製形状物を熱間成形および／またはプレス硬化させるための第１工具内に前記鋼板または鋼製形状物を挿入して完全にまたは部分的に硬化した鋼製ワークピースを与えるステップであって、熱間成形および／またはプレス硬化の過程で、少なくとも１つのジョグが前記鋼板または鋼製形状物内に作られ、少なくとも１つの第２の材料を鋼製ワークピースに固定するのに役立つ、ステップと
によって特徴づけられる、方法に関する。さらに、本発明は、これに対応して製造された部品、およびその部品のこれに対応した使用に関する。

一般的な部品およびこれらを製造するための方法は、従来技術において知られている。例えば、独国特許出願公開第１０ ２０１１ １０９ ０１０号は、任意の所望の材料で作られた別の平坦部分と組み合わされた硬化鋼半製品から製造された部品と、これに対応する製造方法を開示している。この部品をオーステナイト温度まで加熱した後、熱間成形ステップの間に鋼半製品において、鋼半製品の平面から突出して、さらなる平坦部の材料厚さ以上に対応する長さを含む材料突起が作られ、さらなる平坦部はこれに固定される。硬化後、さらなる平坦部には、対応する開口部が設けられ、鋼半製品上に敷設され、材料突起を覆う。鋼半製品の材料突起は、平坦部の開口部を通過する。さらなるステップでは、材料突起が成形温度に加熱され、最終ステップにおいて、材料突起は、適切な装置によって平坦部の開口部の境界上に塑性的および／または大規模に再加工され、確実に係合接続する。

先行技術の欠点は、さらなる成形がさらなる材料を確実に係合固定することを可能にするために、硬化した鋼板を、その材料の突出部で再度加熱しなければならず、特に３００℃を超える温度が要求される可能性があり、固定される第２の材料に依存するが、特に、感熱材料が使用される場合、材料を損傷する可能性があることである。また、硬化した鋼板の微細組織は、接続領域において損なわれる可能性もあり、自動車の衝突関連部品として使用される場合、容易に大きな欠点になる可能性がある。さらに、このように確実に係合固定することは非常に複雑である。

独国特許出願公開第１０ ２０１１ １０９ ０１０号明細書

これを出発点として、本発明の目的は、上述の欠点を解消する方法、部品、および使用を提案することである。

この目的は、第２の材料として、少なくとも部分的な補強の目的で鋼製ワークピースに固定されるプラスチック材料を提供する方法で達成される。

異なるタイプの材料の接続は、特に、例えば接着剤接続を用いて、硬化した鋼製ワークピースをプラスチック材料と結合した場合、小さな力伝達のみが可能であり、溶接可能なプラスチック材料が使用される場合、溶接接続は、その場所に大量の熱が導入される結果、硬化した鋼製ワークピースの微細組織を損なう可能性があることが見出されている。本発明によれば、硬化可能な鋼板が提供される。この鋼板は、平面形状を取ることができるか、あるいは予め成形され、冷却され、特に、最終的な形状をほぼ含むことができ、当業者の間では間接的または直接的な熱間成形という用語でも知られている。密閉された形態を取ることができる鋼板または鋼製形状物は、最初に部分的または完全にオーステナイト温度まで加熱され、製造される部品の必要性および車両内におけるその意図された用途に応じて（部分的に）異なるかまたは完全に均一な微細組織を鋼材に設けることができる。これは、適切な炉および／または適切な成形／硬化ダイを用いて行うことができる。鋼製ワークピース内の異なる微細組織を考慮する必要がある場合には、「適合焼き戻し」という用語が使用される。すなわち、硬質微細組織およびより軟質の微細組織、特に硬質微細組織よりも延性のものがセットアップされる。少なくとも、鋼製ワークピースは、完全にまたは部分的に硬化されるが、これは熱間成形およびプレス硬化（直接熱間成形）の過程またはプレス硬化（間接熱間成形）の過程において、特に能動的に冷却された工具内において焼き入れによって達成され、鋼板の少なくともオーステナイト化された領域の微細組織が急冷によってマルテンサイトおよび／またはベイナイトの微細組織に転換され、マルテンサイト微細組織を得ることが特に好ましい。材料は熱い状態で容易に働くので、熱間成形および／またはプレス硬化の過程で、本発明にしたがって少なくとも１つのジョグが作られる。突起状、タブ状、襟状、および／またはリング状の形態を取ることができるジョグは、少なくとも１つの第２の材料に留める働きをする。本発明に係る方法は、少なくとも部分的に補強する目的で、完全にまたは部分的に硬化された鋼製ワークピースに固定される第２の材料としてプラスチック材料を提供することをさらに含む。プラスチック材料の提供は、金属材料と比較して軽量であることに加えて、適切な耐荷重構成と強度の部分的な増加とを組み合わせることにより、従来の用途と比較して鋼製ワークピースの材料厚さをさらに低減することができ、これは車両全体の重量に好ましい影響を与えることができる。好ましくは、特にガラス、炭素、および／または天然繊維、特に、生分解可能な繊維が添加されたプラスチックシステムで強化された繊維強化プラスチック材料が使用され、これは繊維の種類に応じて、特に、フィラー含有量の割合の結果として、プラスチック材料の強度および剛性のレベルに影響を与えることができる。特に、鋼材と組み合わせて生分解可能なプラスチックシステム（プラスチックマトリックス）を含浸させた天然繊維は、完全にリサイクル可能であるため、環境に優しい。使用されるプラスチック材料、または好ましくは、繊維強化プラスチック材料は、少なくとも２００℃まで耐熱性があり、特に陰極ＥＤＰに対して耐性がある。繊維が考慮される場合、これらはまた少なくとも２００℃まで熱安定性があり、特に陰極ＥＤＰに対して耐性がある。

本発明に係る方法の第１の実施形態によれば、ジョグが硬化される。ジョグは、工具に一体化された装置による熱間成形の過程で作られ、ジョグが作られた後に熱を迅速に抽出して硬化させるように互いに適合され、その結果、ジョグのさらなる変形は、不可能となる。代替的に、ジョグは硬化しない場合がある。これは、硬化のために工具に一体化された同一の装置を用いて行うことができるが、特にジョグを作るための装置が導電性の悪い物質からできているか、または温度制御を受けるか、または積極的に加熱される場合は、装置はジョグから実質的に熱を取り出さないという違いがある。

本発明に係る方法のさらなる実施形態によれば、未硬化のジョグは、鋼製ワークピースの平面に対して、好ましくは９０°の角度で熱間成形の過程で作られる。ジョグを除いてまたは部分的に除いて、鋼製ワークピースが完全に硬化すると、ジョグの領域内に少なくとも部分的に配置されたプラスチック材料との接続が行われ、ジョグはプラスチック材料を通過し、適切な位置に開口部またはスロットを備えることが好ましい。ジョグの長さは、２つの材料が接合すると、ジョグの少なくとも一部が突出し、さらなるステップにおいて、プラスチック材料と平行に、特に、プラスチック材料と接触するように、これに確実に係合固定（冷間）させるために再び９０°曲げられるように選択される。好ましくは、プラスチック材料は既に予め成形され、特に繊維強化され、形状および寸法に対応しており、特に、精密に適合するプラスチック成形品として提供され、鋼製ワークピースに固定され、これを少なくとも部分的により強くする。

本発明に係る方法の別の一実施形態によれば、硬化されたジョグは、熱間成形の過程で鋼製ワークピースの平面から、特に９０°未満、好ましくは６０°未満、特に好ましくは４５°未満の角度で突出するように作られる。鋼製ワークピースが完全にまたは（ジョグと共に）部分的に硬化されると、プラスチック材料との接続が行われ、完全にまたは部分的に硬化された鋼製ワークピースは、第２の工具（特に、射出成形型）内に挿入され、液体プラスチック材料が、少なくともジョグの領域において、鋼製ワークピースの周りおよび／または背後に注入される。ジョグの好ましくは角度がついた向き（鋭角）により、特に、プラスチック材料、好ましくは、繊維強化プラスチック材料の硬化後に一種のアンダーカットが提供され、このアンダーカットは、鋼製ワークピースへの恒久的な固定を確実にし、これを少なくとも部分的により強くする。

さらなる一態様によれば、本発明は、少なくとも１つの第２の材料を固定するための少なくとも１つのジョグを含む、完全にまたは部分的に硬化された鋼製ワークピースを含む、少なくとも２つの異なる材料を含む部品であって、第２の材料は、鋼製ワークピースを少なくとも部分的に補強する目的のためのプラスチック材料から作られる部品に関する。繰り返しを避けるために、読者は上記を参照のこと。

さらなる一態様によれば、本発明は、車両内の衝突関連部材として、特に、Ａ、Ｂ、Ｃ、またはＤピラー、側部部材、および／または断面部材としての上記の部品の使用に関する。繰り返しを避けるために、読者は上記を参照のこと。

本発明は、例示的な実施形態を示す図面を参照して以下により詳細に説明される。同様の部分には同様の参照番号が付されている。

本発明に係る方法の一実施形態を示す。 正面視における本発明に係る部品の一実施形態の斜視図を示す。 背面視における図２ａに示される部品の部分領域の第１の実施形態を示す。 背面視における図２ａに示される部品の部分領域の第２の実施形態を示す。

図１は、本発明に係る方法の実施形態、特に段階的なシーケンスを示す。平面状の硬化可能な鋼板１が提供される。代替的に、ここでは図示していないが、製造される鋼製ワークピースのほぼ最終的な幾何学的形状を含むことができ、または閉鎖状の鋼製形状物の形態を取ることもできる、既に予め成形されたものを提供することもできる。鋼板１は、供給される前にコイルから適切な長さに切断されてもよく、切断が熱間成形ステップの一部でない場合、適切な寸法にトリミングされてもよく、または代替的に、完全にまたは部分的に硬化された鋼製ワークピース（ここではいずれの図面にも図示せず）のハードレーザ切断により切断されてもよい。次のステップでは、鋼板１は、例えば、ローラー炉床炉２内で、オーステナイト温度まで加熱される。他の加熱装置も適している可能性があるが、ここでは図示しない。図示の例では、鋼板１は完全にオーステナイト化される。代替的に、図示しないが、鋼板の一部の領域のみをオーステナイト化することも可能である。

加熱後、ローラー炉床炉２から出た後、適切な装置（ここでは矢印で示す）を介してローラーコンベヤー２’から鋼板１を取り出し、第１の工具３に搬送し、挿入する。工具３は、パンチの形を取る上側ダイ４と、キャビティの形を取る下側ダイ５とを含む。必要に応じて、ここでは図示しないが、押さえ付け装置を設けることも可能である。キャビティ５内には７において、少なくとも１つの突起部または隆起部が設けられ、パンチ４内において６の反対側には、少なくとも１つのノッチまたは凹部が設けられている。オーステナイト化された鋼板１が工具３内に挿入されると、２つの金型半体４、５が一緒になり、典型的には下側ダイ５は静止して構成され、上側ダイ４は下側ダイ５に対して移動可能であり、これに垂直に図示される両側矢印によって示される。金型半体を一緒にすることは、まず熱い鋼板が熱間成形によって成形され、金型半体４、５内の集積冷却回路（ここでは図示せず）による典型的に能動的な冷却の結果として、依然として熱い鋼板は冷却され、熱の抽出速度は、いったん底部の位置に達すると、プレス硬化によりオーステナイト微細組織が好ましくはマルテンサイト微細組織に変換されることが確実となるように設定される。底部位置に達する前に、硬化プロセスがまだ完了されない点において、まだ高温状態にある鋼板は、キャビティ５内の突起部７は、パンチ４内のノッチ６と連動して比較的容易に動作して、金型半体４、５間のさらなる相対移動の結果として、鋼製ワークピース８内に少なくとも１つのジョグ９を形成する。プラスチック材料の塗布または固定に依存して、ジョグ９は硬化されることができ、この場合、突起部７とノッチ６は冷却されるか、またはジョグ９（ここでは図示せず）から熱が取り出されるか、またはジョグ９は硬化されず、この場合、例えば突起部７およびノッチ６は断熱されているか、温度制御（ここでは図示せず）されている。

部品またはその使用に依存して、完全硬化または部分硬化を行うことが可能であり、部分硬化の場合には、完全なマルテンサイト微細組織に変換されない鋼製ワークピースの領域は、好ましくは熱間成形中および／またはプレス硬化中に、工具内に一体化された加熱要素（ここでは図示せず）による熱によって加熱される。

熱間成形および／またはプレス硬化の過程で、特に９０°未満、好ましくは６０°未満、特に好ましくは４５°未満の角度で鋼製ワークピース８の平面から突出してジョグ９が作られ硬化される場合、未硬化のジョグ９もまた考えられるが、その後、さらなるステップにおいて、プラスチック材料が固定され、完全にまたは部分的に硬化された鋼製ワークピース８が、射出成形型１０である第２の工具内に挿入され、次に、下型と上型１１とを含み、上型１１内のライン１２を介して搬送または注入される液体プラスチック材料が、少なくともジョグ９の領域において、鋼製ワークピース８の周りおよび／または背後に注入される。特に傾斜した向きのジョグは、特に、プラスチック材料、好ましくは、繊維強化プラスチック材料を硬化させた後に、鋼材料への恒久的な固定を確実にする一種のアンダーカットを提供し、少なくとも部分的により強い部品１５を提供し、硬化したプラスチック材料１８はジョグを完全に覆う。

代替的に、既に予め成形されたプラスチック材料、好ましくは、繊維強化された正確に嵌合するプラスチック成形品１３の形態を取るプラスチック材料が、鋼材８に固定され、少なくとも部分的にこれをより強固にするように提供される。ジョグ９の領域内に少なくとも部分的に配置されたプラスチック成形品１３に固定することは、ここでは図示しない装置によって行われ、ジョグ９は、開口部またはスロット１４を適切な位置（固定位置）に好ましく含むプラスチック成形品１３を通過する。ジョグ９の長さは、２つの材料１６が接合すると、ジョグ９’の少なくとも一部が突出し、さらなるステップにおいて、プラスチック成形品１３と平行に、特に、プラスチック材料と接触するように、これに確実に係合固定（冷間）させるために再び９０°曲げられるように選択される。

図２ａ〜図２ｃには、Ｂピラーの形態の部品の例が示されており、特に、本発明に係る第１および第２の方法によって製造されている。鋼製ワークピースを得るための平面または予め成形された鋼板の熱間成形および／またはプレス硬化は、既に十分に説明されている。

図２ａには、Ｂピラー１７の形態の鋼製ワークピース８の斜視図において、二等辺三角形の形の突起として対になって作られたジョグ９が示されており、三角形の先端は、図面の面内を向いている（見えない）。代替的に、ここでは図示しないが、ジョグはまた、タブ状、襟状、および／またはリング状の形態をとってもよい。衝突関連部品の補強の位置は、好ましくは、シミュレーションによって決定することができる。Ｂピラーの例を挙げると、部品１７の上部３分の１がより強くされ、その結果、車室の方向に侵入し、これに関連して、側面衝突の場合の運転席および助手席側の車両乗員の上半身／頭部への怪我の危険性を最小限に抑えることができる。キンクの幾何学的形状の外観に関しては、幾何学的ノッチ効果が生じないのが特に好ましい。ジョグの幾何学的形状はまた、シミュレーションの過程で決定することもできる。

図２ｂは、背面図において図２ａの部分領域を示す。プラスチック材料による、好ましくは、繊維強化プラスチック材料による補強は、硬化プラスチック材料１８がジョグを完全に覆う部分の背後および／または周りの射出成形の過程で行われる（図１、部品１５参照）。

図２ａの部分領域としての図２ｃ内の別のものとして、プラスチック成形品１３への固定具が背面図に図示されており、熱間成形および／またはプレス硬化の過程で硬化しなかったジョグ９の長さは、２つの材料が一緒になった後、ジョグ９’の少なくとも１つの突出部が、これに積極的に係合するためにプラスチック成形品１３と平行でかつ接触するようにさらなるステップで曲げられるように寸法決めされる（図１、部品１６参照）。

本発明は、任意の衝突に関連する部品に適用することができ、例示的な実施形態に限定されない。

１ 鋼板
２ ローラー炉床炉
２’ ローラーコンベヤー
３ 工具
４ 上側ダイ／パンチ
５ 下側ダイ／ダイブロック
６ ノッチ／凹部
７ 突起部／凸部
８ 鋼製ワークピース
９ ジョグ
９’ ジョグの突起部
１０ 射出成形型
１１ 上型
１２ ライン
１３ プラスチック成形品
１４ 開口部／スロット
１５ 部品
１６ 部品
１７ Ｂピラー
１８ 硬化されたプラスチック材料

Claims (7)

1. 少なくとも２つの異なる材料を含む部品を製造する方法であって、以下の方法ステップ：
   硬化可能な平面状または予め成形された鋼板または鋼製形状物を提供するステップと、
   前記鋼板または鋼製形状物をオーステナイト温度に完全にまたは部分的に加熱するステップと、
   前記鋼板または鋼製形状物を熱間成形および／またはプレス硬化させるための第１工具内に前記鋼板または鋼製形状物を挿入して完全にまたは部分的に硬化した第１の鋼製ワークピースを与えるステップであって、前記熱間成形および／またはプレス硬化の過程で、少なくとも１つのジョグが前記鋼板または鋼製形状物内に作られ、少なくとも１つの第２の材料を前記鋼製ワークピースに固定するのに役立つ、ステップと
   を含み、
   少なくとも部分的な補強の目的のために前記鋼製ワークピースに固定されるプラスチック材料が前記第２の材料として提供されることを特徴とする、方法。
2. 前記ジョグは、硬化される、または硬化されないことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記ジョグが前記プラスチック材料を通過し、さらなるステップにおいて、前記ジョグの前記突出部が、確実な係合を受ける目的のために曲げられることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記鋼製ワークピースは、第２工具、特に射出成形型内に挿入され、液体プラスチック材料は、少なくとも前記ジョグの領域内で前記鋼製ワークピースの周囲および／または背後に注入されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
5. 少なくとも１つの第２の材料を固定するための少なくとも１つのジョグを含む、完全にまたは部分的に硬化された鋼製ワークピースを含む、少なくとも２つの異なる材料を含む部品であって、
   前記第２の材料は、前記鋼製ワークピースを少なくとも部分的に補強する目的のためのプラスチック材料から作られる部品。
6. 車両の衝突関連部品としての請求項５に記載の部品の使用。
7. Ａ、Ｂ、Ｃ、またはＤピラー、側部部材、および／または断面部材としての請求項６に記載の使用。

Images