JP2019507013A - 補強構造構成要素 - Google Patents

Abstract

補強スチール構造構成要素を製造する方法が記載される。方法は、スチールブランクを提供し、スチールブランクの１以上の補強領域を選択し、スチールブランクの第１の面に局部的な補強を作り出すために、補強領域に材料を局部的に堆積する。補強領域に材料を局部的に堆積することは、補強材料を選択された補強領域に供給し、補強材料とスチールブランクの一部を溶かすために実質的に同時にレーザ加熱を与え、スチールブランクの溶けた一部と溶けた補強材料を混合することを備える。方法はさらに、補強スチール構造構成要素を形作るため、局部的に堆積された材料を備える、スチールブランクを成形することを備える。開示はさらに、そのような方法とそのような方法に使われる道具を使用することによって得られる補強構成要素に関連する。
【選択図】図１

Description

本出願は、２０１５年１２月１８日に提出された欧州特許出願ＥＰ１５３８２６４３．３の利益を主張する。

本開示は、補強構造構成要素を製造する方法と道具及び、これらの方法によって得られた構造構成要素に関連する。

例えば、自動車工業において軽量化の要求は、軽い材料、製造プロセスおよび道具の開発と実施を導いてきた。占有者の安全への高まる関心は、エネルギ吸収も改良する一方で、衝突の間の自動車の完全性を改良する材料の採用も導く。その意味で、高強度及び超高強度スチールで作られた車の部品は、しばしば軽量構造のための基準を満たすために採用される。

重さのゴールに合い、要求を満たすために必要である典型的な自動車構成要素は、例えばドアビーム、バンパビーム、クロス／サイド部材、Ａ／Ｂピラー補強材、及びウエストレール補強材など、構造の及び／または安全の要素を含む。

例えば、熱間成形金型焼き入れ（「Ｈｏｔ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｄｉｅ Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ」（ＨＦＤＱ））として知られるプロセスは、少なくとも１０００ＭＰａ、好ましくは約１５００ＭＰａまたは、最大２０００ＭＰａまたはそれより大きくまで引っ張り強度を備える超高強度スチール（「Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｓｔｅｅｌ」（ＵＨＳＳ））特性を備える、スタンプされた構成要素を作り出すためにボロンスチールシートを使う。強度の増加は、薄いゲージ材料が使われることを可能にし、従来のコールドスタンプされた軟スチール構成要素を超える、重量の抑制をもたらす。

典型的な自動車の構成要素の設計段階の間に実施されるシミュレーションは、強度及び／または剛性を増加するために、補強材を必要とする成形された構成要素の点または領域を識別することができる（より軽く、より薄い金属シート及びブランクが使われるので）。代わりに、再設計は、変形を誘導し、望ましい変形挙動を得るためになされてもよい。

その意味で、構成要素のいくつかの領域は、ストレスを再配分し、構成要素の厚さを減らすことによって重量を抑制するために、補強されることができるいくつかの手段がある。構成要素を補強するための手段として知られるこれらは、例えば、いくつかのブランクの部分的なまたは完全な重なりが使われる「パッチワーク」（ｐａｔｃｈｗｏｒｋ）または、端部から端部（ｅｄｇｅ ｔｏ ｅｄｇｅ）へ溶接されることができる、異なる厚さのブランクまたはプレート、すなわち、仕立てられた溶接ブランク（「Ｔａｉｌｏｒ ｗｅｌｄｅｄ ｂｌａｎｋｓ」（ＴＷＢ））である。構造の機械的要求は、それゆえ、材料と厚さ、すなわち重さを最小にすることで、理論的に達成されることができる。

超高強度スチール（例えば、Ｕｓｉｂｏｒ（登録商標） １５００Ｐ）は、仕立てられた溶接ブランクを形成するために使われ、またこれらのブランクは、その後に熱間成形されたとき、いくつかの溶接性の問題は、通常、腐食及び酸化ダメージから保護するために使われる、アルミニウムシリコン（ＡｌＳｉ）コーティングによって生じるかもしれない。仕立てられた溶接ブランクを成形するためにブランクを溶接するとき、アルミニウムは、溶接領域に混合され、そしてこれは減少する材料特性を導く。これらの問題を克服するために、レーザ溶発によって溶接する間隙に近い領域においてコーティングの一部を取り除くことが知られている。しかしながら、これは、自動車の構成要素の製造プロセスに追加のステップをさらに意味する。

さらに、溶接された補強材（パッチワーク）が、ブランクに加えられたとき、ブランクの部分的なまたは完全な重なりが起こる。これらの領域は、重なる領域が下に残り、例えば腐食コーティングを受け入れないときに潜在的に腐食が始まる点である。

さらに、成形される構成要素次第で、例えば角または仰角が変化する領域といった、溶接された補強材を使うことが可能でないか、少なくとも扱いにくい、領域であるかもしれない。パッチワークは、通常、スポットを分配するための最小のスペースを要求するスポット溶接を使って、溶接される。さらに、パッチワークは、容易に溶接されるために、最小の大きさを必要とする。これは、補強材が要求される領域を補強するために必要とされる正面の大きさ（最小）を有するというよりむしろ、溶接されるために最小の大きさを有することを必要とするように、余分な重量を含むかもしれない。

前述の問題及び／または変化は、自動車工業に、またはその工業において使われる材料とプロセスに特有ではない。代わりに、これらの変化は、重量の減少が目標である、あらゆる工業で遭遇する可能性がある。重量の減少が目標であるとき、構成要素は、ますます薄くなり、さらに補強材の必要が増加することを導く可能性がある。

欧州特許公開第２ ７３５ ６２０号公報

補強構造構成要素、特に強化された微細構造を備える補強構造構成要素を製造する改良された方法を提供することが本開示の目的である。

第１の態様において、補強スチール構造構成要素を製造する方法が提供される。方法は、超高強度スチールブランクを提供することと、スチールブランクの１以上の補強領域を選択することと、及びスチールブランクの第１の面に、局部的な補強を作り出すために、補強領域において材料を局部的に堆積することを備える。補強領域において材料を局部的に堆積することは、選択された補強領域に補強材料を供給し、補強材料とスチールブランクの部分を溶かすためにレーザ加熱を与え、溶けたスチールブランクの部分と溶けた補強材料を混合することを備える。さらに方法は、局部的に堆積した材料を備えたスチールブランクを成形して、補強スチール構造構成要素を形作る。

この態様によれば、局部的な補強プロセスは、成形する前にブランクに補強材（例えば、リブ）を作り出すために、超高強度スチールブランクにおいて実行される。補強材料を適用し、レーザ加熱を与えることによって、広くさまざまな補強材が成形する前のブランク上に書かれ（ｗｒｉｔｔｅｎ）または描かれる（ｄｒａｗｎ）ことができる。補強材料を備えるレーザ加熱の使用は、とても特有のまた正確な形状の形成が可能であり、それゆえ、仕立てられたブランクの強度の増加を作り出す。他の言葉で置き変えると、これらの方法のいずれかを用いて、補強材は、例えば円（そのような補強されたブランクで作られた構成要素が、穴を備えることができる周りの領域）、グリッドを形成するためのお互いに交差する直線、断続的なまたは破れた線、及びとりわけ大きいまたは小さい形状など、幅広いさまざまな形状やデザインを有する注文仕立てであることができる。代わりに、複雑な形状を有する及び／または例えばＵ字形状など、最小の半径を有する、そのような補強ブランクから作られた構成要素の領域も、補強されることができる。作り出された補強材の機械的特性は、補強材料を備えて描かれた形状及び選択された補強領域に沿ったレーザ加熱プロセスによって決まる。

後でブランク上に作り出される補強材（またはリブ）は、そのような補強されたブランクから作られた構成要素の特定の領域（補強材を必要とする点または領域）に剛性を提供する。これらの方法のいずれかの使用は、材料が補強材を必要とする特定の領域にのみ加えられるので、余分な重さが補強材とともに加えられないことを保証する。そのような補強されたブランクから作られた構成要素の体積と厚さは、それゆえ、最適化され、また、そのような補強されたブランクと共に作られた構成要素の重さもまた、最適化される。

局部的な補強材を作り出すためのこれらの方法は、約０．７ｍｍから約５ｍｍに及ぶ厚さを有する超高強度スチールブランクに特によい結果をもたらすことが見出されている。いくつかの実施例において、超高強度スチールブランクは、これらの値の範囲内の単一の厚さを有する。他の実施例において、複数の厚さを含む、超高強度スチールブランクは、例えば、仕立てられた溶接ブランク及び／または仕立てられた丸まったブランク及び／またはパッチワークなど、が予測されることができる。

いくつかの実施例において、ブランク上に得られた局部的な補強材は、約０．２ｍｍの最小の厚さ（すなわち「高さ」）を有することができる。最小の厚さは、そのような補強されたブランクと共に作られた最終的な構成要素の補強領域において、増加した機械的強度の提供を確実にする。実施例において、補強材の厚さ（すなわち、ブランクの厚さに対する厚さの増加）は、約０．２から約１０ｍｍ、特に約０．２から約６ｍｍ、また更に特に約０．２から約２ｍｍに及ぶことができる。

さらにこの態様において、成形は、局部的に堆積された材料を備えるスチールブランクがオーステナイト化温度またはそれより高く加熱された後になされる。オーステナイト化温度または以後、「Ａｃ３点」と言われる、Ａｃ３変態点は、ブランクの材料により決定される。

いくつかの実施例において、方法は、さらに局部的に堆積された材料を備える、加熱された超高強度スチールブランクをスタンピングすることを備える。

いくつかの実施例において、方法は、さらに局部的に堆積された材料を備える加熱されたスチールブランクを焼き入れすることを備える。これらの実施例のいくつかにおいて、焼き入れは、スタンピングする金型の一部でなされる。

他の実施例において、ブランクは、室温になるまで、Ａｃ３点から周りの空気中で受動的に硬化されることができる。

いくつかの実施例において、補強材料は、選択された補強領域に供給されることができ、そしてその後レーザ加熱が補強材料及び超高強度スチールブランクの一部を溶かすために与えられる。他において、選択された補強領域に補強材料を供給することと、レーザ加熱を与え、補強材料と、超高強度スチールブランクの一部を溶かすことは、実質的に同時になされることができる。

いくつかの実施例において、補強領域において材料を局部的に堆積することは、補強材料とレーザ加熱を備える超高強度スチールブランクの第１の面に特定の幾何学的形状を描くことを備える。

いくつかの実施例において、超高強度スチールブランクは、スチール基板と金属コーティング層を備える。金属コーティング層の実施例は、アルミニウムまたはアルミニウム合金または亜鉛または亜鉛合金を含むことができる。スチール基板または超高強度スチールブランクの実施例は、ボロンスチールを含む。

自動車に使われるボロンスチールの実施例は、２２ＭｎＢ５スチールである。２２ＭｎＢ５の組成は、重量％で以下にまとめられることができる。（残りは鉄（Ｆｅ）及び不純物）

いくつかの２２ＭｎＢ５スチールは、同様の化学組成を有するものが商業的に入手可能である。しかしながら、２２ＭｎＢ５スチールの構成要素のそれぞれの正確な量は、ある製造者と別の製造者でわずかに変わるかもしれない。Ｕｓｉｂｏｒ（登録商標）１５００ＰはＡｒｃｅｌｏｒ（登録商標）によって製造される商業的に入手可能な２２ＭｎＢ５の実施例である。

Ｕｓｉｂｏｒ（登録商標）の組成は、重量％で以下にまとめられることができる（残りは鉄及び不純物）

他の実施例において、２２ＭｎＢ５スチールは、約０．２３％Ｃ、０．２２％Ｓｉ及び０．１６％Ｃｒを含むことができる。材料は、さらに異なる割合で、Ｍｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｎ、Ｎｉを備えることができる。

ＵＨＳＳのさまざまな他のスチール組成は、また自動車工業で使われることができる。特に、欧州特許公開公報ＥＰ２ ７３５ ６２０ Ａ１号で記載されたスチールの組成が、適切であると考えることができる。欧州特許公開公報ＥＰ２ ７３５ ６２０ Ａ１の表１と段落００１６−００２１及び段落００６７−００７９を考慮して具体的な参照をすることができる。

いくつかの実施例において、ＵＨＳＳブランクは、約０．２２％Ｃ、１．２％Ｓｉ、及び２．２％Ｍｎを含むことができる。

これらの組成物のいずれかのスチール（例えばＵｓｉｂｏｒ（登録商標）及び前に言及されまたは参照された他の組成物など、両方の２２ＭｎＢ５スチール）は、腐食及び酸化ダメージを避けるために、コーティングと共に供給されることができる。このコーティングは、例えばアルミニウム−シリコン（ＡｌＳｉ）コーティングまたは主に亜鉛または亜鉛合金を備えるコーティングなどであることができる。

Ｕｓｉｂｏｒ（登録商標）１５００Ｐは、フェライトパーライト相に供給される。同種パターンで分配された微細粒構造である。機械的特性は、この構造に関連される。加熱し、熱スタンピングプロセス、及びそれに続く焼き入れの後、マルテンサイト微細構造が作り出される。結果として、最大強度と降伏強度が著しく増加する。同様のプロセスは、その他のスチール組成に適用できる。

ＵＨＳＳブランクにおいて存在するＳｉまたはＭｎの量は、室温においてブランクを硬化することができ、それゆえ、焼き入れプロセスを避け、製造プレス時間を減らすことができる。これらのスチール組成物は、また空気硬化性スチールまたは自己硬化スチールとして知られる。

そのような２２ＭｎＢ５スチールは、８８０℃またはその付近のＡｃ３点を有することができることが見出されている。他のＵＨＳＳは、約８００℃またはより高いＡｃ３点を有するかもしれない。

実質的に前述で記載されたような方法のいずれかを備えて、補強されたブランクを形成する態様は、ブランク上に堆積された補強材料は、またオーステナイト化へ加熱され、それゆえ、さらに同種の微細構造を備える補強構成要素をもたらすであろう。さらに、実質的に前述で記載されたような、すなわち熱成形プロセスの前に補強材を提供することは、熱影響領域（「ｈｅａｔ−ａｆｆｅｃｔｅｄ ｚｏｎｅｓ」（ＨＡＺ）の形成と、補強材料が例えば前の成形構成要素に与えられたとき、状況よっては出現するかもしれないゆがみを避ける。前に成形された構成要素において補強材料を適用されることが、状況よっては十分であり得る。さらに現在の開示において、ブランクがオーステナイト化に加熱される前に、補強材料が、ブランク表面上に適用されるので、補強材料ブランク表面境界における薄弱化は補強される。

補強材料とブランクの材料により、マルテンサイト構造を得るためのＡｃ３点またはそれより大きいところからの臨界冷却速度は、補強されたブランクを成形するための熱間成形プロセスを使う場合に変わることができる。

いくつかの実施例において、補強材料（金属フィラ）を供給することは、ガス粉の流れにおいて金属粉を供給することを備えることができる。いくつかの実施形態において、補強材料を供給することは、金属配線として提供される固体金属を供給することを備えることができる。そしていくつかの実施例において、補強材料は、その粉または配線形態で、ステンレススチールを含むことができる。いくつかの実施例において、補強材料は、加熱した後に硬化されるように硬化性の材料であることができる。

補強材の実施例は、とりわけ例えば３１６Ｌ、４１０ＨＣから選択されることができ、例えば、Ｈｏｇａｎａｅｓ（登録商標）から商業的に入手可能な例えば、ＡＩＳＩ ３１６Ｌであることができる。補強材料は、重量％で次の組成を有することができる。０％−０．０３％炭素、２．０−３．０％のモリブデン、１０％−１４％のニッケル、１．０−２．０％のマンガン、１６−１８％のクロム、０．０−１．０％のシリコン及び残りの鉄と不純物である。

代わりの４３１Ｌ ＨＣが、例えば、Ｈｏｇａｎａｅｓ（登録商標）から商業的に入手可能であり、使われることができる。この材料は、重量％で次の組成を有する。７０−８０％の鉄、１０−２０％のクロム、１．０−９．９９％のニッケル、１−１０％のシリコン、１−１０％のマンガン及び残りの不純物である。

さらに実施例は、例えばＨｏｇａｎａｅｓ（登録商標）からさらに商業的に入手可能である、３５３３−１０を使うことができる。この材料は、重量％で次の組成を有する。２．１％炭素、１．２％のシリコン、２８％のクロム、１１．５％のニッケル、５．５％のモリブデン、１％のマンガン及び残りの鉄と不純物である。

これらの補強材料を組み合わせることが可能であることもできる。例えば、ＡＩＳＩ ３１６Ｌの重量３５％と４３１Ｌ ＨＣの重量６５％を含む補強材料はよい延性と強度を示す。他の割合または組み合わせを予測することができる。

これらの組成物において、ニッケルの存在は、良好な腐食抵抗を導き、オーステナイト形態が促進されることが見出された。クロムとシリコンの添加は、腐食抵抗の助けとなり、またモリブデンの添加は、硬度を増加する助けとなる。代わりの実施例において、他のステンレススチールは、使われることができ、まさにＵＨＳＳである。いくつかの実施例において、材料は、状況によって、異なる（例えばより高い）機械的特性を提供する任意の構成要素を組み込むことができる。

いくつかの実施例において、補強材料は、ブランクの材料のそれと同様の組成を有することができる。これらのケースにおいて、補強材料は、スチールブランクのそれらと同様の特性を有し、それゆえ、すなわち溶かされ、成形されたとき、実質的に同種の微細構造を有する最終の補強生産物となるであろう。最終の補強生産物の微細構造は、またオーステナイトになることができる補強材料を提供することによって、補強されることもできる。これらのケースにおいて、補強構造構成要素が熱間成形プロセスによって成形されたとき、補強材料はオーステナイト相に達し、それゆえ、また熱間成形プロセスの後、冷却（例えば、焼き入れ）することによって、補強材料がマルテンサイト微細構造に遷移するので、補強構造構成要素の微細構造を補強することができる。

超高強度スチールブランクがスチール基板と金属コーティング層を備える、それらの実施例において、方法は、さらに補強領域において材料を局部的に堆積する前に、補強領域のコーティング層の少なくとも一部を除去するために、補強領域に沿って、溶発レーザビームを案内し、照射することを備える。

これらの実施例のいくつかにおいて、溶発レーザビームを照射することは、補強領域に材料を局部的に堆積することと実質的に同時に行われることができる。溶発レーザビームは、加熱レーザビームから上流２ｍｍから５０ｍｍの距離で照射されることができる。

いくつかの実施例において、超高強度スチールブランクは、０．７ｍｍから５ｍｍの範囲の厚さを有することができる。

いくつかの実施例において、局部的に堆積された材料は、最小で０．２ｍｍ、特に０．２ｍｍから１０ｍｍの厚さを有することができる。

さらなる態様は、補強スチール構造構成要素を製造する、製造システムを提供する。製造システムは、補強堆積システムと成形システムを備える。補強堆積システムは、加熱レーザビームを発生するレーザビーム源と、補強材料堆積機（ｄｅｐｏｓｉｔｏｒ）と、レーザビーム源及び補強材料堆積機と接続するコントローラと、を有するレーザシステムを備える。コントローラは、補強領域を選択し、レーザ加熱を与えるために補強領域に沿って加熱レーザビームを案内し、レーザ加熱が補強材料と超高強度スチールブランクの一部を溶かして、溶けた補強材料と溶けた超高強度スチールブランクの一部を混合するように、補強材料堆積機に、補強領域に補強材料を局部的に堆積することを指示するように構成される。成形システムは、補強堆積システムから実質的に下流に配置された加熱システムと、加熱システムから実質的に下流に配置された、対の金型の組を備える。対の金型の組は、使用において、加熱された補強超高強度スチールブランクに面する１以上の作業面を備え、１以上の作業面は、例えば、適用された補強材料と一致する、スロットまたは他の表面の凹凸または凹部など、逆配置を備える。成形システムは、さらに超高強度スチールブランクを補強堆積システムから加熱システムへ移動し、また、加熱された補強超高強度スチールブランクを加熱システムから対の金型の組へ移動する、コンベヤまたは移動装置が設けられる。

いくつかの実施例において、加熱システムは、補強スチールブランクがＡｃ３点またはそれ以上に達するように加熱されることができる、加熱炉またはオーブンを備えることができる。

いくつかの実施例において、レーザシステムは、さらに溶発レーザビームを発生する溶発レーザ源を備えることができる。溶発レーザ源は、また、コントローラに接続され、加熱レーザビームの前に溶発レーザビームを向けるように補強領域に沿って案内されることができる。

いくつかの実施例において、レーザ加熱を与えるために、補強領域に沿って加熱レーザビームを案内することと、補強材料堆積機に補強領域上に補強材料を局部的に堆積することを指示することは、実質的に同時になされることができる。

またさらなる態様において、本開示は、実質的に前述で記載されたような方法によって、得られる、または得られることができる生産物を提供する。結果生産物は、補強材料及び成形された生産物が、同種の構造を形成することができるので、改良した特性を示す。

本開示の実施例は、異なる材料のブランク及び特に異なるスチールで使われることができる。本開示の実施例は、ホットスタンピング、冷間成形、ロール成形またはハイドロフォーミングを備える成形システムで使われることができる。

本開示の限定されない実施例が、添付された図面を参照して続いて記載されるであろう。

補強スチールブランクを製造する実施例を示す。 補強スチールブランクを製造する他の実施例を示す。 補強スチールブランクを製造する他の実施例を示す。 実質的に前述で記載されたような方法によって得られることができる、異なる特定の強化形状の実施例を示す。 実質的に前述で記載されたような方法によって得られることができる、異なる特定の強化形状の実施例を示す。 実質的に前述で記載されたような方法によって得られることができる、異なる特定の強化形状の実施例を示す。 実質的に前述で記載されたような方法によって得られることができる、異なる特定の強化形状の実施例を示す。 補強スチールブランクを製造するまたさらなる実施例を示す。 実質的に前述で記載されたような方法によって作られることができる補強構造構成要素の実施例を示す。 実質的に前述で記載されたような方法によって作られることができる補強構造構成要素の実施例を示す。 実質的に前述で記載されたような方法によって使われることができる対の金型の実施例を示す。 実施例による補強スチール構造構成要素を製造する方法のフローチャートである。

これらの図において、同じ符号は、整合する要素を指定するために使われている。

図１は、補強スチールブランクを製造する実施例を示す。レーザシステム２５は、ブランク表面の部分７１を溶かすためにブランク７の表面に向けられることができる、レーザビーム３５を発生することができる、レーザ源１を備えることができる。材料堆積機４０は、さらに補強領域に材料４５を局部的に堆積するために提供されることができる。レーザビーム３５は、加熱でき、レーザビーム３５によって溶かされるブランクの部分７１を備える（補強）材料４５を融合させることができる。

レーザシステム２５は、ブランク表面にレーザビーム３５を照射するように、スチールブランク７に対して第１の方向５００に沿って動かされることができる。第１の方向５００は、補強材を要求することができる通り道に沿った方向であることができる。それゆえ、レーザ加熱は補強材が要求されることができるスチールブランク７の前もって選択された補強領域にのみ行われることができ、一方で、実質的に同時に、材料堆積機４０から補強材料４５は、局部的に堆積されることができる。このように、レーザビーム３５からの加熱は、補強材６を画定するそれらを混合するように、補強材料４５とスチールブランクの一部７１を溶かすことができる。材料堆積機４０は、レーザシステム２５と調和して移動することができる。

いくつかの実施例において、図１に示されるように、材料堆積機４０は、材料堆積機４０とレーザシステム２５を含むことができる単一の補強材適用機（ａｐｐｌｉｅｒ）５０の一部を形成することができる。代わりに、材料堆積機は、レーザシステムから分離することができるが、協力して移動することができる（レーザシステム及び材料堆積機）ように、レーザシステムと同期することができる。

図２ａと２ｂは、材料堆積機が、ガス粉供給部であることができる、補強材適用機の実施例を示す。レーザ源１はレーザビームが出る（図１参照）レーザヘッド３を有することができる。

図２ａの実施例は、ガス粉供給部がレーザヘッド３と同軸上に配置された代替を示す。この実施例において、ガス粉供給部とレーザヘッドは、矢印の破線で示されるガス粉の流れ２とレーザビームが、補強材６が形成されるべきブランク７の表面に、実質的に垂直になることができるように、配置されることができる。代わりに、ガス粉供給部と同軸上に配置されたレーザヘッドは、ブランクに対して斜めに配置されることができる。ガス粉の流れ２は、レーザビームが照射される間、補強領域に供給されることができる。

図２ｂの実施例は、ノズル２１を備えるガス粉供給部２０がブランク７に対して斜めに配置されることができる別の代替を示す。この実施例において、ノズル２１を備えるガス粉供給部２０は、またレーザヘッド３に対して斜めに配置され、それゆえガス粉の流れ２はレーザビームに対して斜めに供給される。

いくつかの実施例において、アルゴンは、特定の実施により、輸送ガスとして使われることができる。輸送ガスの他の実施例は、また例えば窒素またはヘリウムが予測されることもできる。

図２ａと２ｂの実施例は、さらに補強材６が形成されるべき領域の周りの遮蔽ガス流れ５を供給する、レーザヘッド３に対して同軸上に設けられることもできる遮蔽ガス通路４がさらに示される。

いくつかの実施例において、ヘリウムまたはヘリウムベースのガスは、遮蔽ガスとして使われることができる。代わりにアルゴンベースのガスが使われることができる。遮蔽ガスの流量は、例えば、１リットル／分から１５リットル／分で変化することができる。さらなる実施例において、遮蔽ガスは必要とされない。

代わりに、固体配線が補強材料を供給するために使われることができる。

レーザは、構成要素の少なくとも外側表面（または外側表面のみ）を溶かし、補強材６が形成されるべき全領域にわたって、完全に粉体を混合／接合するために十分な出力を有することができる。

いくつかの実施例において、加熱は、２ｋＷから１６ｋＷ、任意に２から１０ｋＷの出力を有するレーザを使うことを備えることができる。レーザの出力は、すなわち０．７〜５ｍｍの範囲内の典型的な厚さを有するブランクの少なくとも外側の表面を溶かすのに十分であるべきである。レーザ出力の増加によって、プロセスの全体の速度を増加することができる。

任意に、Ｎｄ−ＹＡＧ（ネオジウムドープのイットリウムアルミニウムガーネット）レーザが用いられることができる。これらのレーザは、商業的に入手することが可能であり、実績のある技術を構成する。レーザのこのタイプはまた、ブランクの外側表面を溶かすのに十分な出力を有することができ、レーザの焦点の幅及びそれゆえ補強領域の幅を変えることが可能となる。「スポット」の大きさを減らすことで、エネルギ密度を増加し、一方で、スポットの大きさを増加することで、加熱プロセスの速度を増加することができる。レーザスポットは、とても効果的に制御されることができ、さまざまなタイプの加熱は、このタイプのレーザで可能である。

代わりの実施例において、十分な出力を備えるＣＯ_２レーザまたはダイオードレーザが使われることができる。さらなる実施例において、ツインスポットレーザもまた使われることができる。

図３ａ−３ｄは、実質的に前述で記載されたような方法によって得ることができる、特定の補強形状の異なる実施例である。上述のように、補強材料（粉または固体配線）を溶かすためにレーザを使うことは、異なる湾曲、異なる大きさ（長さ、幅及び高さ）またはグリッドを画定するためのお互いに交差する同一のラインを有するほぼ任意の所望の形状を形成することを許すことができる。これらの方法は、完全に用途が広い。補強材を必要としない領域において余分な材料は提供されず、前述で記載されたような実質的に強化されているブランクから作られた構成要素の最終の重量は、それゆえ最適化されることができる。

例えば、図３ａ及び３ｃは、例えば長方形、正方形、環状の輪、輪の半分及び可能なものの中でもとりわけ十字形など、異なる別々の知られた形状を示す。図３ｂは、それぞれ実質的に正弦曲線を画定する曲線を示し、図３ｄは、グリッドを画定するお互いに交差する直線を示す。

０．２ｍｍの最小厚さを有する局部的な補強材は、前述で記載されたような実質的に補強されるブランクから作られた、最終の強化構成要素の重量を最適化する一方、よい結果をもたらすことが見出された。最小厚さは、例えば、１つの材料（例えば、粉または配線）のみの堆積で得ることができる。さらに、それぞれのレーザ暴露及び材料堆積は、約１ｍｍの最大厚さを含むことができる。いくつかの実施例において、局部的な補強材は、約０．２ｍｍから約６ｍｍの厚さを有することができる。これは、材料の繰り返しの堆積またはプロセスの速度を落とすことによって達成されることができる。また、さらなる実施例において、局部的な補強材は、約０．２ｍｍから約２ｍｍの厚さを有することができる。すべてのこれらの実施例において、それぞれの材料堆積及びレーザ暴露による局部的な補強材の幅は、一般に、約１ｍｍから約１０ｍｍの間であることができる。

図４は、補強スチールブランクを製造する別の実施例を示す。図４の実施例は図１、２ａ、及び２ｂとは、レーザシステム２５がさらに溶発レーザ源２７を備えることができる点で異なる。これらの実施例は、特に、スチール基板７２と金属コーティング層７３を備えるスチールブランク７を補強するときに、使われることができる。上述で説明されたように、金属コーティング層の実施例は、アルミニウムまたはアルミニウム合金または亜鉛または亜鉛合金を備えることができる。

溶発レーザ源２７は、溶発レーザビーム３０を発生することができる。溶発レーザ源２７は、溶発レーザビーム３０が、例えば図１に関連して説明されるように、補強材料４５を局部的に堆積する前に、コーティング層７３の一部を除去するために使われることができる。溶発レーザビーム３０は、個々のレーザヘッドであることができ、または溶発レーザ源２７とレーザ源１の間に分けられることができる、レーザヘッドまたはシステム２５の一部を形成することができる、溶発レーザ源２７によって、案内されることができる。溶発レーザ源２７は例えば、パルスエネルギ４２ｍＪの７０ナノ秒のパルスを供給する４５０Ｗの名目エネルギを有するＱスイッチレーザといった、パルスレーザであることができる。

これらの実施例において、レーザシステム２５はまた、補強材料４５を局部的に堆積する前のブランクのコーティング層７３に溶発レーザビーム３０を照射するように、スチールブランク７に対して、第１の方向５００に相対的に移動されることもできる。除去は、それゆえ補強材が要求されることができる、スチールブランク７の選択された補強領域でのみ行われることができる。補強材料４５は、それゆえ、除去された補強領域で加熱され、溶かされることができる。本明細書で使われるように、「溶発」（アブレーション、ａｂｌａｔｉｏｎ）という言葉は、コーティング層の少なくとも部分的な除去を意味するために使われる。

補強作業が第１の方向に沿って進むので、溶発された補強領域において加熱され、溶かされた補強材料は、溶発された補強領域において冷却し、凝固しはじめることができる。凝固した補強材料は、溶発した全ての領域をそれゆえ覆うことができ、それゆえ保護されていない境界領域における腐食領域を最小化する。

溶発レーザ源の出力は、スチールブランクの少なくともコーティング層を溶かすのに十分であるべきである。

溶発レーザ源の出力（例えば、４５０Ｗ）は、それゆえ、レーザ源の出力（２ｋＷから１６ｋＷ、任意に２ｋＷから１０ｋＷ）より実質的に低くてもよい。レーザの出力を増加することによって、プロセスの全体の速度を上げることができる。

さらに図４の実施例において、レーザシステム２５は、溶発レーザビーム３０のスポットから約２ｍｍから約５０ｍｍの距離（下流）で、レーザビーム３５のスポットを向かわせるように構成されることができる。これらの実施例において、２つのレーザビーム３０と３５の距離は、さまざまな要素によることができる。例えば、金属コーティングは、材料堆積が行われる前に取り除かれる必要があるとき、その後、距離は、堆積する材料が溶発した材料の除去の一部として偶然に取り除かれることができないような距離であってもよい。換言すると、溶発領域からのコーティングのあらゆる除去は、補強材料の堆積が溶発領域に行われる（前に）十分に遠く離れて達成されるまたは行われる必要がある。溶発した材料を取り除くための１つの方法は、空気吹きつけシステムを備えることができる。しかしながら、さらなる除去が行われる必要がないならば（例えば、溶発プロセスは、溶発したコーティングを補強領域から押し出すので）、その後、２つのスポットの距離は、相対的に近くなることができる。

いくつかの実施例において、レーザ源と溶発レーザ源は、図４の実施例に示されているような単一のレーザシステム２５またはヘッドに含まれることができる。これは、２つのレーザビームが全溶発及び溶融プロセスの間、正確に一列に並べられることを可能とし、これにより、より速い速度の補強を可能とする。

いくつかの実施例において、レーザ源は、第１のレーザヘッドに含まれ、また、溶発レーザ源は第２のレーザヘッドに含まれてもよい。第１及び第２のレーザヘッドは、それゆえユニゾンで動かせるように配置されることができる。２つのレーザヘッドを使うことは、スポットの動作特性の分離した制御を可能とする。例えば、補強材料を溶融する原因となるレーザヘッドが、例えば溶発のすべての残余を取り除き、溶発領域の一掃を実行するために、第１の方向に動く一方で、溶発スポット（またはツインスポットビームの場合のスポット）の原因となるレーザヘッドは、第２の方向にスポットを移動することができる。第２のヘッドは、その後、第１の方向に沿った溶発レーザビームの動作のみを提供するであろう。

加熱及び材料の堆積のためのレーザビームの前の、または実質的に同時の溶発レーザビームを照射することの態様は、溶発領域がすでに溶発レーザで予熱され、２つのプロセス（溶発及び材料堆積）が、時間及び空間で分離されず、溶発領域が冷却することが許されない前に、引き続いて実行されるので、補強材が、均一的に溶かされ、溶発領域に付着することができることである。補強材は、それゆえ溶発したコーティング層領域内のスチール基板に直接的に接着し、希釈されることができ、実質的に覆われていない溶発されたスチール基板は残されない。

図５ａ及び５ｂは、実質的に本明細書で記載されたような任意の方法によって得ることができる、異なる補強構成要素を示す。図５ａの実施例において、例えばクロス／サイド部材といったバー９は、概略的に描かれる。図５ｂの実施例において、Ｂ−ピラー８が、概略的に描かれる。構成要素８及び９の両方は、例えば、実質的に前述で記載されたような方法のいずれかによって補強されたブランクのＨＦＤＱプロセスによって、成形されることができる。代わりの実施例において、構成要素を成形する他の方法も、また、例えば冷間成形、ハイドロフォーミングまたはロール成形などを予測することができる。補強材８０及び９０は、図４に関連して説明されたように、すなわち補強材料を溶かすためにレーザビームを照射する一方で、コーティング層を溶発し、補強材料を堆積することによって、前の溶発ステップと共に、または、図１−２ｂに関連して説明されたようにブランク表面に補強材料と実質的に同時にレーザビームを照射することによって、成形の前にブランクに加えられることができる。

補強材８０及び９０は、例えば、補強されたブランクなどと一緒に作られるであろう、最終の構成要素の張力を案内し、その剛性（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）（堅さ（ｒｉｇｉｄｉｔｙ））を増加するように設計される。補強材は、例えば、角部、端部などの領域の衝撃に備えて、強度を改良するため、また、例えば補強されたブランクなどともに作られる最終構成要素の全強度が穴の存在によって影響されないように、例えば製造工程中に作られた穴によって構成要素に例えば強度を加えられるために、適用されることができる。一般に、構成要素において、補強材は、ほとんどの負荷に耐えるために必要とするそれらの領域に必要とされることができ、例えば、Ｂ−ピラーにおいて、これらの領域は角部である。

図６は、例えば、ＨＦＤＱプロセスまたは冷間成形プロセスによる、実質的に前述に記載されたような方法のいずれかによって、補強されたブランクを成形するように構成されたプレス道具を示す。

プレス道具は上部６１及び下部６２の対の金型と、下部金型６２に対して上部金型６１の上及び下へのプレスの進行（矢印参照）を提供するように構成された機構（図示せず）を備えることができる。プレス進行機構は、機械的に、サーボ機械的の油圧的に駆動されることができる。上部金型６１及び下部金型６２は、それぞれ、使用において成形されまたは熱間成形される補強材１００に面する、上部作業面６１１と下部作業面６２１を備えることができる。

図６の実施例において、上部作業面６１１は、実質的に前述で記載されたような方法のいずれかによって、補強されたブランクの補強材１０１の逆配置を画定する、スロットまたは凹部６１２の組を備えることができる。さらなる実施例において、スロットまたは凹部の他の数は、補強されたブランクに適用される補強材によって提供されることができる。代わりに、両方の作業面（上部及び下部）は、実質的に前述で記載されたような方法のいずれかによって、ブランクの両面において適用される補強材料に適合するスロットと凹部を備えることができる。

冷間成形または熱間成形プロセスがプレス道具によって実行されるかによって、上部及び下部の対の金型は、金型に提供される通路を通る例えば水及び／または冷たい空気といった冷たい流体を備える、例えば通路を備えることができる。水通路において、通路における水の循環速度を速めることができると、それにより、水の蒸発を避けることができる。冷たい流体を備える通路は、最終の、補強され、成形された構成要素がマルテンサイト微細構造になるような速度で、成形されている、補強されたブランクの冷却を可能とする。

制御システムがさらに提供されることができ、それゆえ、金型の温度は制御されることができる。さらなる実施例において、低いまたは高い温度で操作するための金型を適応する他の方法は、例えば、状況によって予測されることができ、加熱システムは、冷却速度を制御し、及び／または、フェライト−パーライト微細構造、すなわち構成要素の他の部分に比較して、低い機械的強度を有する構成要素における領域である、軟らかい領域を有する領域を作り出すために提供されることができる。温度センサ及びコントロールシステムは、また金型及び／または例えばオーブンからプレス道具へブランクを運ぶために使われることができる、移動装置において、温度を制御するために提供されることもできる。

例えば、複数の工業ロボット、またはコンベヤといった、自動移動装置は、また例えば、オーブンからプレス道具へブランクを移動するために提供されることもできる。さらなる実施例において、ピン及び／またはガイド装置といった、１またはそれ以上のセンタリング要素もまた、金型作業面における補強されたブランクの中心化を助けるために提供されることができる。

図７は、実施例による、補強スチールブランクを製造する方法のフローチャートである。第１のブロック７０１において、スチールブランクは提供される。いくつかの実施例において、スチールブランクは、アルミまたはアルミ合金のコーティング層を有することができる。代わりに、他の金属コーティング層は、例えば、亜鉛または亜鉛合金コーティング層を含むことが予測されることができる。さらに代わりに、金属コーティング層はスチールブランクに存在しなくてもよい。

すべての場合において、ブロック７０２において、スチールブランクの補強領域が選択されることができる。ブロック７０３において、補強領域の第１の方向が選択される。その後、金属コーティング層を備えるブランクが使用されているとき、ブロック７０４において、溶発レーザビームは、第１の方向に沿って案内され、補強領域の金属コーティング層の少なくとも一部を溶発することができる。

すべての場合において、ブロック７０５において、材料は、ブランクの第１の面に局部的な補強を作り出すために、補強領域（溶発されることができる、または溶発されたまたは溶発されていない）に局部的に堆積されることができる。ブロック７０６において、レーザ加熱は、第１の方向に沿って、材料堆積と実質的に同時に照射され、補強材料（金属フィラ）を溶かすことができ、補強材を作り出すことができる。ブロック７０７において、補強されたブランクは、補強構造構成要素を得るために成形されることができる。状況下において、さらなる中間段階は、ブランクの（溶発されたまたはされていない）スチール表面に補強材料を付着させるために成形プロセスの前の補強されたブランクを積極的に冷やすこと、または大気雰囲気で冷やすことが可能となることを含む。

多くの実施例が本明細書で開示されたのみであるが、他の代替、変更、使用及び／またはその均等物は可能である。さらに、記載された実施例のすべての可能な組み合わせはまた、含まれている。それゆえ、本開示の範囲は、特定の実施例に限定されるべきではなく、続く請求項の公正な読み方によってのみ決定されるべきである。

Claims (16)

1. 補強スチール構造構成要素の製造方法であって、
   方法は、
   超高強度スチールブランクを提供することと、
   スチールブランクの１以上の補強領域を選択することと、
   スチールブランクの第１の面に、局部的な補強を作り出すために、補強領域において材料を局部的に堆積することであって、
   補強領域において材料を局部的に堆積することは、
   選択された補強領域に補強材料を供給し、
   補強材料とスチールブランクの一部を溶かすためにレーザ加熱を与え、溶けた補強材料を溶けたスチールブランクの一部と混合することを備えて、補強領域において材料を局部的に堆積することと、
   さらに、
   局部的に堆積した材料を備えたスチールブランクを成形して、補強スチール構造構成要素を形作ることであって、成形は、局部的に堆積した材料を備えるスチールブランクをオーステナイト化する温度に加熱された後になされることを備える、方法。
2. さらに、局部的に堆積した材料を備える加熱したスチールブランクをスタンピングすることを備える、請求項１に記載の方法。
3. 方法は、さらに局部的に堆積した材料を備える加熱したスチールブランクを焼き入れすることを備える、請求項２に記載の方法。
4. 選択された補強領域へ補強材料を供給することと、補強材料とスチールブランクの一部を溶かすためのレーザ加熱を与えることが同時になされる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 補強領域に材料を局部的に堆積することは、さらに、補強材料とレーザ加熱を備えるスチールブランクの第１の面に、特定の幾何学的形状を描くことを備える、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 補強材料を供給することは、ガス粉の流れにおいて、金属ガスを供給することを備える、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 補強材料を供給することは、金属配線を供給することを備える、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の方法。
8. 補強材料は、ステンレススチールを含む、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
9. 超高強度スチールブランクは、ボロンスチールでできている、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
10. 超高強度スチールブランクは、スチール基板と金属コーティング層を備え、方法はさらに、補強領域において材料を局部的に堆積する前に、補強領域のコーティング層の少なくとも一部を除去するために、補強領域に沿って、溶発レーザビームを案内し、照射することを備える、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。
11. 溶発レーザビームを照射することは、補強領域に材料を局部的に堆積することと同時に行われ、溶発レーザビームは、加熱レーザビームから上流２ｍｍから５０ｍｍの距離で照射される、請求項１０に記載の方法。
12. 超高強度スチールブランクは、０．７ｍｍから５ｍｍの範囲の厚さを有する、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 局部的に堆積された材料は、最小で０．２ｍｍ、特に０．２ｍｍから１０ｍｍの厚さを有する、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 補強スチール構造構成要素を製造する、製造システムであって、
    製造システムは、補強材堆積システムと成形システムを備え、
    補強材堆積システムは、
    加熱レーザビームを発生するレーザビーム源と、
    補強材料堆積機と、
    レーザビーム源及び補強材料堆積機と接続するコントローラと、を有するレーザシステムを備え、
    コントローラは、補強領域を選択し、レーザ加熱を与えるために補強領域に沿って加熱レーザビームを案内し、レーザ加熱が補強材料と超高強度スチールブランクの一部を溶かして、溶けた補強材料と溶けた超高強度スチールブランクの一部を混合するように、補強材料堆積機に、補強領域に補強材料を局部的に堆積することを指示するように構成され、
    成形システムは、
    補強材堆積システムから下流に配置された加熱システムであって、加熱システムは、補強材料を備えるブランクを、オーステナイト化温度に加熱するように構成されている、加熱システムと、
    加熱システムから下流に配置された、対の金型の組であって、対の金型の組は、使用において、加熱された補強超高強度スチールブランクに面する１以上の作業面を備え、１以上の作業面は、適用された補強材料に対して逆配置を備える、対の金型の組と、を備え、
    成形システムは、さらに超高強度スチールブランクを補強材堆積システムから加熱システムへ移動し、また、加熱された補強超高強度スチールブランクを加熱システムから対の金型の組へ移動する、コンベヤまたは移動装置が設けられる、製造システム。
15. レーザシステムは、さらに溶発レーザビームを発生する溶発レーザ源を備え、溶発レーザ源は、また、コントローラに接続され、加熱レーザビームの前に溶発レーザビームを向けるように補強領域に沿って案内される、請求項１４に記載の製造方法。
16. 請求項１乃至１３のいずれか１項による方法によって得られることができる生産物。

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