用于制造由不同材料制成的部件的方法以及部件及其应用与流程

本发明涉及一种用于制造包括至少两种不同材料的部件的方法，该方法的特征在于以下的方法步骤：

提供能够淬火的平面的或者预成型的钢板或钢型材，

将钢板或钢型材完全或者部分地加热至奥氏体化温度，

将已加热的钢板或钢型材放入第一工具中用于将钢板或钢型材热成型和/或加压淬火成为完全或部分淬火的第一钢工件，其中，在热成型和/或加压淬火的过程中在钢板或钢型材中成型出至少一个折角，该折角用于与至少一个第二种材料的连接。本发明另外还涉及一种相应制造的部件以及该部件的相应的应用。

背景技术：

这类部件以及用于其制造的方法在现有技术中是已知的。例如在德国公开文件102011109010中公开了一种由淬火的钢半成品结合由任意材料构成的另一平面部分组成的部件以及相应的制造方法。在加热到奥氏体化温度之后，热成型步骤中在钢半成品中产生一个材料凸起，其从钢半成品的平面上突出并且具有大于其他待连接的平面部分的材料厚度的长度。在淬火之后，其他的平面部分设置有相应的开口并且以搭接的方式放置到具有材料凸起的钢半成品上，其中，钢半成品的材料凸起穿过平面部分的开口。在另一个步骤中，将材料凸起加热到成型温度并且在一个接下来的步骤中为了产生形状配合通过适合的装置使该材料凸起塑性地和/或实心地(massiv)成型到平面部分的开口的边缘上。

现有技术中的缺点在于，淬火后的钢板必须在其材料凸起处再次加热，从而实现另一种材料的为了形状配合的连接的另外的成型，其中，可能要求高于300℃的温度(该温度取决于待连接的第二种材料)特别是在使用温度敏感的材料的情况下可能损害材料。在连接区域中也可能对淬火后的钢板的组织结构造成负面的影响，这在作为汽车中与碰撞相关的部件的应用中可能为本质的缺陷。另外，这种产生形状连接的类型是非常复杂的。

技术实现要素：

由此出发，本发明的目的在于提出一种方法、部件以及应用，所述方法、部件以及应用克服了上述缺点。

针对方法，上述目的由此得以实现，即，提供塑料作为第二种材料，该塑料为了至少部分的增强而连接在钢工件上。

已确定，本质相同的材料的连接特别是在淬火的钢工件结合塑料的情况下，例如在粘合连接的情况下仅较小的力传递是可能的而且焊接连接(当使用能够焊接的塑料的情况下)通过局部的较高热传入可能对淬火的钢工件的组织结构产生负面的影响。按照本发明提供能够淬火的钢板。钢板可以以平面的或者可选地已经预先冷成型的形式形成，特别是具有近似于最终形状的几何形状，这在专业领域中以间接热成型或直接热成型的概念已知。钢板或可以作为封闭的型材而形成的钢型材首先至少部分地或完全地加热至奥氏体化温度，其中，根据待制部件的要求及其在汽车中应用目的而可以在钢材中调整(部分)不同的或者完全一致的组织结构。这可以通过相应的炉和/或通过相应的成型/淬火工具进行。如果考虑在钢工件中不同的组织结构，则使用术语“定制回火(tailoredtempering)”，即，设置淬火的组织结构和较软的组织结构，特别是相对于硬的组织结构而言可延展的组织结构。钢工件至少完全地或部分地淬火，这通过在特别是在热成型和加压淬火(直接的热成型)的过程中在主动冷却的工具中快速地冷却或者在加压硬化(间接的热成型)的过程中进行，其中，钢板的至少奥氏体化的区域的组织结构通过快速地冷却而转变为马氏体和/或贝氏体的组织结构，其中，特别优选实现马氏体的组织结构。按照本发明在热成型和/或加压淬火的过程中进行至少一个折角的成型，因为材料在热的状态下能够轻易地加工。可以以叉状、片状、凸缘状和/或环状形成的折角用于至少一个第二种材料的连接。按照本发明的方法另外还具有作为第二种材料而提供的塑料，该塑料至少为了部分的增强而连接在完全或部分淬火的钢工件上。在针对负荷的设计中，塑料的设置除了其相对于金属材料而言较轻的重量之外还集合了强度的部分的提高，由此可以使钢工件的材料厚度相对于常规的应用进一步减小，这必然能够对汽车的总重量起到积极的作用。优选使用纤维增强的塑料，特别是通过玻璃纤维、碳纤维和/或天然纤维、特别是通过生物可降解的纤维交织的塑料系统，其中，根据纤维的类型可能对塑料的强度和钢性的高低产生影响，特别是通过填料含量的比例。特别是通过生物可降解塑料体系(塑料基质)浸渍的天然纤维与钢材的连接是完全可回收利用并因此是环境友好。所使用的塑料或优选的纤维增强塑料直到至少200℃仍是热稳定的，特别是ktl稳定。如果考虑纤维，它们同样也是直到至少200℃仍热稳定的，特别是ktl稳定。

根据按照本发明方法的第一个实施方式对折角进行淬火。该折角在热成型的过程中通过集成在工具中的装置而成型，这些装置这样相互协调，以使得它们在折角的成型之后能够迅速地散去热量并且起到淬火的作用，由此使折角不再可能进一步变形。替代性地也可以使折角不淬火。这可以像淬火过程中集成在工具中的装置一样起作用，但是区别在于，这些装置基本上不能从折角散去热量，特别是当用于折角的装置由传导性较差的材料形成或调温地分别主动地加热。

根据按照本发明方法的另一个设计方案，未淬火的折角在热成型的过程中以优选90°的角度由钢工件的平面上成型。在钢工件完全地，除去折角或者部分地淬火之后，进行与塑料的连接，塑料至少部分地设置在折角的区域中，其中，折角穿过优选在相应位置上具有开口和缝隙的塑料。折角的长度这样选择，即，在两种材料相接触之后，折角的至少一部分突出，为了形状配合的连接(冷)，该部分在另一个步骤中平行地、特别是相对于塑料接触地再次以90°偏转。优选塑料已经预成型并且特别是纤维增强的，该塑料符合几何形状和尺寸，特别是作为匹配的塑料成型部分而提供，从而连接到钢工件上并且至少部分地赋予其更高的强度。

根据按照本发明的方法的一个替代性的实施方式，淬火的折角在热成型的过程中以特别是小于90°、优选小于60°并且特别优选小于45°的角度由钢工件的表面上成型。在钢工件完全地或者部分地(包括折角)淬火之后，进行与塑料的连接，其中，将完全或部分淬火的钢工件放入第二工具中、特别是放入注塑工具中并且钢工件至少在折角的区域中挤压包封(umspritzt)和/或后注塑(hinterspritzt)有液态的塑料。通过折角的优选的角度取向(锐角)提供了一种类型的底切，该底切特别是在塑料、优选纤维增强的塑料的固化之后确保在钢工件上的持久的连接并且至少部分地赋予其更高的强度。

按照另一个方面，本发明涉及一种包括至少两种不同的材料的部件，该部件具有完全或部分淬火的钢工件，该钢工件具有至少一个折角，通过折角连接至少一种第二种材料，其中，为了至少部分地增强钢工件，第二种材料由塑料形成。为避免重复请参照上述内容。

按照另一个方面，本发明涉及上述部件作为汽车中与碰撞相关的部件的应用，特别是作为a柱、b柱、c柱、d柱、横梁和/或纵梁的应用。为避免重复请参照上述内容。

附图说明

随后借助示出了实施例的附图进一步说明本发明。相同的部分设置有相同的附图标记。其中：

图1示出了按照本发明的方法的实施，

图2a作为前视图示出了按照本发明的部件的实施的立体视图，

图2b作为后视图示出了在图2a中示出的部件的部分区域的第一种实施方式，并且

图2b作为后视图示出了在图2a中示出的部件的部分区域的第二种实施方式。

具体实施方式

图1中示出了一种实施方式，特别是按照本发明的方法的步骤顺序。提供平面的能够硬化的钢板1。替代性地并且此处未示出地，也可以提供已经预成型的，其具有近似于待制钢工件的最终形状的或者可以作为封闭的钢型材而形成。钢板1也可以在其提供之前以相应的长度从卷材上切割并且如果该切割不考虑热成型过程，则可以将其修剪到适当的尺寸或可选地通过激光硬切割切成完全或部分硬化的钢工件(在图中未示出)。在下一个步骤中，将钢板1例如在辊底炉(rollenherdofen)2中加热到奥氏体化温度。虽然此处未示出，但同样能够考虑其他的加热装置。在所示的实施例中，钢板1完全奥氏体化。替代性地并且此处未示出地，也可以仅部分地使钢板的一个区域奥氏体化。

在加热之后通过适合的装置(在此通过箭头标识)将钢板1在从辊底炉2中出来之后由滚齿2’取出并且运送到和放入第一工具3。该工具3包括作为冲头形成的上方工具4和作为凹模形成的下方工具5。在需要的情况下并在此未示出地，也可以设置压紧装置。在凹模5中将至少一个凸起或突出部标记为7，其中，在冲头4的相对的一侧上以6标记至少一个凹痕或凹口。将奥氏体化的钢板1放入工具3中之后，两个工具半部4,5互碰，其中，下方工具5通常形成为位置固定的而上方工具4能够相对于下方工具5移动地形成(通过垂直示出的双箭头标识)。该互碰首先通过加热的钢板的热成型而起到赋形的作用并且由于通常主动的冷却(通过集成的并且在此未示出的在工具半部4,5内部的冷却循环)进行仍为热的钢板的冷却，其中，这样调整排热率，即，在达到底部位置(ut)之后加压淬火确保了奥氏体的组织结构转变为优选的马氏体的组织结构。在达到ut之前，其中，淬火过程尚未结束并且仍处于热的状态下的钢板能够相对容易地加工，在凹模5中的凸起7与冲头4中的凹痕6通过工具半部4,5的进一步的相对运动而促使将至少一个折角(ausklingung)9成型到钢工件8中。根据塑料的使用和连接可以使折角9淬火，其中，冷却凸起7和凹痕6或者从折角9取走热量(在此未示出)，或者折角9不淬火，其中，例如对凸起7和凹痕6进行隔离或调温(在此未示出)。

根据部件或其应用，可以进行完全的或部分的淬火，其中，在部分淬火过程中不应完全转变为马氏体组织结构的钢工件中的区域优选在热成型和/或加压淬火期间通过集成在工具中并且在此未示出的加热部件加载一定热量。

如果折角9在热成型和/或加压淬火的过程中以特别是小于90°、优选小于60°并且特别优选小于45°的角度由钢工件8的平面中成型并且淬火(对此也能够考虑未淬火的折角9)，则在另一个步骤中进行塑料的连接，其中，将完全或部分淬火的钢工件8放入第二工具(其为注塑工具10，该注塑工具也包括下方工具和上方工具11)中并且该钢工件8至少在折角9的区域中以液态的塑料挤压包封(umspritzt)和/或注塑(hinterspritzt)，其中塑料通过上方工具11内部的管道12输送或者注射。通过折角的特殊的角度取向提供了一种类型的底切，该底切特别是在塑料的、优选纤维增强塑料的固化之后确保了在钢材上的持久的连接并且为部件15提供了至少部分较高的强度，其中，固化的塑料18完全地覆盖折角。

替代性地提供一种塑料，其已经预成型并且优选作为纤维增强的匹配的塑料成型部分13而形成，从而连接在钢材8上并且至少部分地赋予其更高的强度。与塑料成型部分13(其至少部分地设置在折角9的区域中)的连接通过在此未示出的装置进行，其中，折角9穿过塑料成型部分13，该塑料成型部分优选在相应的位置(连接位置)上具有一个开口或缝隙13。折角9的长度这样选择，即，折角的至少一部分9’在两种材料16相接触之后突出，该部分在另一个步骤中平行地、特别是与塑料成型部分13接触地以90°偏转以用于形状配合的连接(冷)。

在图2a至2c中示出了以b柱形式的部件的例子，特别是根据第一和第二按照本发明的方法制成。平面的或预成型的钢板的热成型和/或加压淬火成钢工件已经充分地进行了描述。

在图2a中以b柱17形式的钢工件8的立体视图示出了折角9，其成对地作为尖角以等腰三角形的形式成型，其中，三角形的角朝制图平面(不可见)取向。替代性地并且在此未示出地，折角也可以以凸片状、套状和/或环状的形式形成。碰撞相关的部件的加固位置优选通过模拟来确定。以b柱为例，部件17的上部三分之一处具有更高的强度，由此在侧面碰撞的情况下，使乘客舱方向上的挤入和与之相关的在乘客和驾驶员侧上的乘客的上身/头部受伤的风险最小化。在折角的几何形状的设计中，特别优选的是，不产生几何的切口效应。折角的形状同样可以在模拟过程中确定。

在图2b中作为后视图示出了图2a的部分区域。借助塑料、优选借助纤维增强的塑料的增强在后注塑和/或挤压包封的过程中进行，其中，固化的塑料18完全地覆盖折角(参见图1，部件15)。

替代性地在图2c中作为后视图示出的图2a的部分区域，示出了与塑料成型部分13的连接，其中，在热成型和/或加压硬化的过程中没有淬火的折角9的长度这样定尺寸，即，在两个工具相接触之后，折角的至少一个突出的部分9’在另一个步骤中平行地并且相对于塑料成型部分13接触地偏转以用于形状配合连接(参见图1，部件16)。

本发明可以应用于任何与碰撞相关的部件并且不限于该实施例。

附图标记列表

1钢板

2辊底炉

2’滚齿

3工具

4上方工具/冲头

5下方工具/凹模

6凹痕/凹口

7凸起/突出部

8钢工件

9折角

9’折角的突出的部分

10注塑工具

11上方工具

12管道

13塑料成型部分

14开口/缝隙

15部件

16部件

17b柱

18固化的塑料