用于制造成形件的方法、成形件、工具和具有工具的压力机与流程

本发明涉及用于制造成形件的方法，在该方法中加工板材，其中，所述板材具有金属并且构成具有材料厚度的平面基体，该材料厚度与板材面的长度尺寸相比较小，其中，板材在上侧和下侧分别具有比在确定材料厚度的表面上更大的表面积。此外，本发明涉及成形件和具有工具的压力机。

背景技术：

板材尤其是由金属制成的扁平的轧制机成品，该轧制机成品通常作为板和/或卷交付。板材在制造中用于不同的工业领域中，例如汽车制造、家用器具制造、船舶制造和机械制造。由板材制成的构件根据使用目的承受不同的局部负荷。

此外，在轻型制造和与之伴随的能量节约的方面存在对复合材料的增长的需求。在复合材料中不利的是不同材料之间的突然过渡，因为机械负荷经常导致在材料过渡处的问题。

因此，存在对具有连续的性能特征的板材的需求，该板材能够有针对性地针对某些应用批量制造。具有可灵活设计的特性的材料也被称为具有分级特性(gradierteeigenschaft)的材料。

为了调节分级的构件特性，在工业上从板材件出发应用以下不同的加工方法。

在一种方法中使用按尺寸剪裁的板材扁坯，该板材扁坯通常由不同的材料物料和/或板材厚度组成(tailoredblank，拼接板)。然后该预制的半成品例如通过深拉成形为所期望的构件。

在拼焊板(tailoredweldedblank)中将单个的金属扁坯相互焊接在一起，该拼焊板通常借助于激光焊接实现。因此，通过不同尺寸的和/或不同材料的板材在成形后的平面的连接实现分级的构件特性。

同样地，通过不同的轧制的板材带实现分级的构件特性。为此，在连续变截面板(tailorrolledblank)中通过轧辊的接近和远离产生板材带的不同板材厚度，由此能够实现两个厚度之间的均匀的和/或连续的过渡。这里不利的是仅仅使用一种材料。

通常在上述方法中不利的是，板材由不同的材料和/或不同的板材厚度平面地组成。在接下来的用于成形件的成形中和/或成形件的以后的使用中存在风险：所组成的板材尤其在过渡部位处裂开并且由于平面的延长部分需要更多的材料(原料)。

此外，由于成形在构件中可能出现一些薄弱部位，在所述薄弱部位上优选可能局部出现变薄和/或毛边和/或开裂。这种薄弱部位例如是要制造的车门的门锁区域。

基于所述薄弱部位设定上述方法的界限，因为对局部载荷的适配仅能够通过板材的材料选择或板材厚度实现。

ep0911426b1公开一种用于制造成形件的方法，在该方法中，在基体上、例如在板材上通过热喷涂平面地涂覆粉末状的附加材料，而没有使粉末颗粒熔化并且没有在两种材料之间建立材料锁合的连接。然后，使被涂覆的基体成形并且移除基体。

为了改善轻型构件的振动行为、强度和尤其对角刚度以及为了改善具有三维变形的板材的轻型构件通过板状成形元件的制造，该成形元件至少局部地具有三维的结构，该结构在至少两个在板状成形元件的平面中相互成一角度的方向上被折断，在de4419625a1中提出，结构化区域的部分面设有不同的结构，所述结构适配于针对各个部分面而设定的主要变形度。

根据de102004051848b3提出用于制造多层板材结构的方法，通过该方法制造多层板材结构，所述板材结构由至少一个基础板材和至少一个加强板材构成，其中，通过一种接合方法使加强板材和基础板材连接，并且多层板材结构的成形强度在加强板材的边界区域和/或中间区域中小于在加强板材的其余区域中，并且随后通过一种成形方法使多层板材结构成形并且提出优选地通过上述方法制造的多层板材结构。

在ep0911426b1中提出一种用于制造成形件的方法，其中，通过热喷涂涂覆基体，其中，借助于气体将粉末状的附加材料引导到基体的要涂覆的表面上，而没有使附加材料的粉末颗粒在气体射流中熔化并且通过喷涂使基体加强到所期望的厚度，其中，基体具有小于通过热喷涂所喷上的层的厚度。

技术实现要素：

由于所提到的方法和缺点，实践上只能非常受限地实现，通过板材的批量预制产生构件的分级特性。

本发明的任务是改进现有技术。

所述任务通过用于制造成形件的方法来解决，在该方法中加工板材，其中，所述板材具有金属并且构造了具有材料厚度的平面基体，该材料厚度与板材面的长度尺寸相比较小，其中，板材在上侧和下侧分别具有比在确定材料厚度的表面上更大的表面积，所述方法具有以下步骤：

-将外来结构材料锁合地施加到板材的表面上，并且

-在施加外来结构之后使板材成形，从而在成形之后产生成形件。

通过将外来结构有针对性地、材料锁合地施加到板材的表面上尤其这样批量预制板材，使得在成形之后板材获得分级特性。由此能够实现板材在成形前的灵活的批量制造。

尤其可以使用不同的材料组合并且主要将具有不同的材料特性的外来结构材料锁合地施加到板材表面上。因此，由此影响板材的材料厚度、材料组成和/或表面结构。

通过施加外来结构材料锁合的方式能够实现灵活的构件构型。尤其通过外来结构的材料锁合的施加根据成形件的使用和其局部的负荷有针对性地调节优化的成形件特性。因此，通过结构的施加非常有针对性地并且局部地改善特性。

尤其不需要两种材料的大面积的叠加来构造结构，而是非常局部地置入第二种材料，由此，根据发明的方法是节省材料和资源的。

尤其有利的是，由此防止已知的薄弱部位，在所述薄弱部位上在成形时或成形后可能在成形件上产生损伤，如变薄、毛边和/或开裂。

本发明的主要想法基于，通过结构化的分级和成形的结合，在将外来结构材料锁合地施加到板材的表面上之后实现板材的构件特性和成形特性。

因此，不仅可以影响和/或改善要制造的成形件的特性，而且可以影响和/或改善成形过程本身。此外，可以使形状改变特性得到扩展。

由此出现更少的具有制造缺陷的成形件，从而提高生产效率并且可以降低成本。下面解释一些概念：

“成形件”尤其理解为一种工件，该工件通过板材的有针对性的成形由于形状改变而塑性地产生。因此，成形件尤其是具有几乎完成或已完成的工件形状和/或工件几何形状的构件。

“板材”尤其是由金属制成的扁平的轧制机成品，该轧制机成品尤其作为板和/或卷(coil)存在。板材尤其是平面的基体和/或扁平的产物。板材尤其可以由单个的板材或由多个连接的板材和/或多个相互接合的板材和/或板材扁坯构成。因此，板材尤其也可以作为拼焊板和拼接键合板(tailorbondedblank)存在。在这里，尤其可以涉及具有小于3.00mm厚度的薄板材和/或大于等于3.00mm厚度的厚板材。板材尤其也可以作为具有厚度小于60μm的箔存在。板材尤其可以由金属的材料如钢、铜和/或铝构成。

以下化学元素尤其被称作“金属”，所述化学元素的原子相互结合成具有自由运动的电子的晶体结构(金属键)。金属这里尤其理解为重金属、轻金属、贵金属、非贵金属和/或半金属以及其合金。金属尤其可以呈固体和/或液体的形状存在。用于金属的示例为铁、镍、铜、铬、铝和钛，以及用于合金的示例为铁镍(feni)、铬镍(crni)和铬镍钼(crnimo)。

“材料厚度”尤其给定板材的厚度，其中，在此尤其理解为垂直于板材面定向的那些材料厚度。材料厚度尤其理解为尺寸，该尺寸与板材面的长度尺寸相比较小，其中，板材在上侧和下侧分别具有比在确定材料厚度的面上明显更大的表面积。如果板材水平地放置，则材料厚度尤其理解为垂直的材料厚度，该材料厚度尤其也可以被称作边缘高度。

“长度尺寸”尤其理解为板材在一个取向上的最长长度。长度尺寸尤其理解为板材的一个面的边缘和对置边缘之间的距离。

板材的“面”尤其理解为平面，该平面由板材的两个最长的长度尺寸(长度和宽度)得出。

“上侧”尤其理解为板材的一侧，该侧作为面位于上方，并且当板材作为平面基体水平放置时，该侧尤其因此是可见的。

“下侧”尤其是扁平的、水平放置的板材的一侧，该侧朝下指向并且尤其由此是不可见的。

“表面积”尤其是板材的面积并因此是面大小的尺寸。

“材料锁合的施加”尤其意味着，将外来结构这样施加到板材的表面上，使得外来结构和板材尤其通过原子的或分子的力结合在一起。通过材料锁合的施加，外来结构和板材尤其不可松开地连接，以至于外来结构和板材只能通过在连接部位处的破坏才分开。材料锁合的施加尤其可以通过焊接出例如一条焊缝来实现。

“外来结构”尤其是具有不同于板材的空间结构和/或性质的材料。外来结构尤其具有另外的几何构型、另外的材料和/或另外的结构类型。外来结构中例如可以是(印制的)t型梁、双t型梁、加强筋或焊点，该焊点材料锁合地施加到板材上。外来结构尤其可以具有一种或多种不同的材料，这些材料相互不同或与板材材料不同，使得制成的成形件是混和材料构件或复合材料构件。

“成形”尤其是一种制造方法，在该制造方法中使金属/合金有针对性地塑性变成另外的形状。板材尤其通过成形转变为成形件。成形尤其可以是深拉和/或冲压。成形尤其可以是冷成形，在所述冷成形中将处于冷状态下、例如室温中的板材供应给成形过程。此外，成形尤其也可以是半热成形和/或热成形，其中，在后一种情况下使板材在成形前加热到一温度，例如加热超过板材的再结晶温度。

在用于制造成形件的所述方法的另一构型形式中，在施加到板材上之前或施加到板材上的过程中使用粉末状材料和/或液体材料和/或带状材料和/或丝状材料作为外来结构。

通过使用和施加呈不同状态(粉末状、固态、液态)和不同形状(其中有带状、丝状)的板料，可以实现板材的优化的批量预制和结构化。

尤其可以将局部不同的材料和因此不同的结构材料锁合地施加到板材上。由此可以通过不同的材料和各个材料特性将有针对性的特性引入到之后的成形件中。

通过板材的批量预制能够以简单的方式将以后的成形件制造为混和材料和/或复合材料。

“粉末状材料”尤其是一种非常细小的颗粒材料。粉末状材料具有尤其小于100μm的颗粒直径。粉末状材料尤其可以是具有或没有接合剂的铝颗粒、不锈钢颗粒、工具钢颗粒和/或钛颗粒。同样地，塑料颗粒、碳颗粒、玻璃颗粒和/或尼龙纤维和/或陶瓷颗粒可以作为粉末状材料使用。

“带状材料”和/或“丝状材料”尤其可以是例如由不锈钢、工具钢、铝、铜和/或钛制成的金属带和/或金属丝。

为了实现外来结构和板材之间的牢固连接，添加地和/或生成地进行外来结构的材料锁合的施加，尤其通过激光涂覆焊接和/或选择性的激光烧结。

通过外来结构的添加的和/或生成的施加，除了外来结构本身以外不需要专门造型的工具，所述工具原本必须已经保存成形件的各个几何尺寸。

由此，外来结构在板材上的快速和低成本的施加是可能的。此外，可以非常灵活地和特定地针对每个板材进行外来结构的施加。

有利的，基于计算机内部的直接来自外来结构的数据模型借助于化学和/或物理的过程进行外来结构的施加。

除了外来结构的施加以外，可以同时尤其通过生成的施加来在板材表面上产生结构化例如加强筋。

通过添加的和/或生成的方法实现外来结构的材料锁合的施加，由此，以简单的方式实现外来结构和板材之间的牢固连接并且同时施加局部的结构化。

通过添加的和/或生成的施加使外部材料熔化和/或不可松开地连接，该外部材料对以后的通过成形的成形件制造是必需的。

添加的和/或生成的施加也可经济地用于具有高几何复杂性的部件的样品、小批量或单件生产的制造。

“添加的”和/或“生成的”尤其理解为添加的和/或生成的制造方法，在所述制造方法中尤其基于计算机内部的来自无定形的材料(液体、粉末和/或类似物质)或中性形状的(带状的和/或丝状的)材料的数据模型借助于化学的和/或物理的过程将外来结构施加到板材的表面上。选择性的激光熔化和/或激光涂覆焊接和/或选择性的激光烧结尤其属于生成的和/或添加的制造方法。添加的方法中尤其形成附加层，而通过生成的方法尤其附加地还产生另外的特性。

在“激光涂覆焊接”中尤其借助于材料的熔化和同时的施加实现在工件上的表面涂覆。所述材料尤其可以呈粉末形状(例如作为金属粉末)或作为焊丝和/或焊条存在。在激光涂覆焊接中，尤其具有高功率的激光、例如二极管激光或纤维激光作为热源使用。激光涂覆焊接尤其可以应用于产生层和/或自由形状的二维和/或三维的结构。

“选择性的激光烧结”尤其是用于通过烧结由粉末状的初始物质产生空间结构的方法。激光烧结尤其是生成的层构造方法，在该层构造方法中，外来结构一层一层地形成到板材上并且通过激光射流的作用产生外来结构的任意的三维几何形状。在施加粉末状的外来结构之后，通过操控激光射流相应于层结构使粉末基底熔化和/或烧结。

在用于制造成形件的所述方法的另一构型中使板材局部地结构化。

由此，结构(例如加强筋)可以局部地施加到板材上，所述结构之后导致成形件在成形后的刚度提高。此外，也可以将功能结构例如齿部施加到板材上。

除了调节之后的成形件的分级特性以外，所述结构化通过将材料局部地施加到板材上扩展了构型可能性。

因此，也可以在板材的批量预制时已经实施板材的另一造型。

“结构化”理解为有针对性地产生外来结构的和/或板材的几何结构。

为了在制造成形件时实现最大可能的灵活性并且为了制造稳定的混和构件和/或复合构件和/或复合成形件，通过施加的外来结构有针对性地影响成形行为。

由此尤其可以通过施加的外来结构的形状和/或种类和/或特性有针对性地影响成形行为。

在本发明的另一方面中通过一成形件来解决所述任务，其中，所述成形件根据之前描述的方法来制造并且通过成形制成所述成形件。

因此，成形件可以由混和材料和/或复合材料制造。

由此可以有针对性地局部地加强成形件，例如在薄弱部位上，该薄弱部位已知是针对变薄和/或开裂和/或毛边。因此，提高了成形件的稳定性和使用寿命。

所述成形件尤其可以有针对性地适配于使用目的和负荷，并且在其特性方面可变地制造。此外，成形件也可以以很小件数经济地生产。

在成形件的另一实施方式中，所述成形件通过在成形前施加的外来结构而在成形后具有有针对性的结构和/或分级特性，由此，所述成形件具有有针对性的强度特性和/或有针对性的刚度特性。

由此可以通过外来结构的施加在成形后有针对性地制造成形件的所期望的特性。

所施加的外来结构尤其在成形后具有有针对性的结构和/或分级的特性，所述特性给予构件有针对性的强度特性和/或刚度特性。

尤其有利的是，成形件具有分级的特性，这意味着在成形件的面上连续地和/或均匀地形成一种特性(例如强度)或两种材料之间的过渡。由此例如避免在成形过程中或在成形件以后的使用过程中在两种材料之间的过渡上出现裂纹。因此，可以实现成形件的连续的特性。

为了能够实现轻型构造并且节省能量，所述成形件具有混和材料和/或复合材料。

由此可以例如由铝制造成形件的承受较少负荷的部分，而受到高负荷的部位可以由钢或甚至由钛制造。

因此，例如也可能的是，成形件由混和材料如纤维加强的铝制造。

尤其可以通过将外来结构施加到板材上由于材料锁合的连接而产生由这两种材料构成的复合材料，所述复合材料具有不同于外来结构和板材各自单独的特性。

因此，在外来结构和板材之间的过渡可以通过牢固的连接成为复合材料而有针对性地实现强度提高和/或刚度提高。

“混和材料”尤其是两种或多种组分的结合，所述组分尤其属于不同的材料组。混和材料尤其可以是由金属成分和陶瓷成分、陶瓷成分和聚合成分或者聚合成分和金属成分的组合。混和材料尤其示出作为具有不同主族的至少两种材料的层复合的构造，该构造是在宏观上均匀的、在微观上和/或近似均匀的或不均匀的。

“复合材料”(也称作合成材料)尤其是由两种或多种结合的材料构成的材料，该复合材料具有不同于其各个组分的材料特性。所述材料尤其以宏观尺度存在。所述组分的物质特性和几何形状尤其对于复合材料的特性是决定性的。复合材料尤其可以是微粒复合材料、纤维复合材料、层复合材料、渗透复合材料和/或结构复合材料。复合材料的材料尤其可以是聚合物(塑料)、金属材料、陶瓷材料和/或有机材料。

在本发明的另一方面中，所述任务通过用于根据之前描述的方法使板材成形来制造成形件的工具来解决，其中，所述工具使具有施加的外来结构的板材这样成形，使得在成形之后存在具有有针对性的结构和/或分级特性的成形件。

通过工具有针对性地适配于所施加的外来结构，可以使外来结构和/或板材优化成形为成形件。

因此，通过工具的构造可以影响成形件以后的结构和/或形状和/或特性。

为了通过施加的外来结构有针对性地调节板材的特性和/或使施加的外来结构保持其形状，这样设置所述工具，使得施加的外来结构在成形时完全不与工具接触或部分与工具接触或完全与工具接触。

根据与工具接触的类型，在冲压时有针对性地改变施加的外来结构的几何形状和特性。

如果施加的外来结构完全不与工具接触，这意味着，外来结构不受冲压，则施加的外来结构尽可能地保持其形状。这例如在施加外来结构过程中有针对性地产生功能结构例如齿部时是所期望的，该功能结构不应由于冲压而改变。

与之相反地，在要实现同样的变形、产生非常连续的过渡和/或调节专门的分级特性时，尤其期望工具和在板材上施加的外来结构的完全接触。在调节专门的分级特性时，例如外来结构的冲压压力在过渡至板材时持续下降。

在本发明的另一方面中，所述任务通过具有工具的压力机来解决，该压力机这样设置，使得成形的步骤可以根据之前所描述的方法实施，其中，所述工具这样设置，使得可以由具有施加的外来结构的板材通过成形制造出成形件。

通过压力机可以使之前具有施加的外来结构的批量预制的板材变为所期望的成形件。对此，具有工具的压力机这样实施，使得一方面实现所期望的形状，并且另一方面有针对性地局部调节所期望的特性。

通过这类具有工具的压力机，一方面可以以非常高的件数制造相同的成形件，但另一方面也可以通过改变冲压压力以相同的工具制造具有不同特性的成形件。

在压力机的另一实施方式中，在冲压时在板材上的具有施加的外来结构的表面被加载以与板材的没有施加的外来结构的表面相同的力，或者在板材上的具有施加的外来结构的表面被加载以与板材的没有施加的外来结构的表面相比更小的或更大的力。

最大的冲压力取决于压力机的结构尺寸，该冲压力应被有效地施加在一个工作点中。通过工具的实施和形状来确定，哪个力局部地作用在哪个相应部位上。在具有施加的外来结构的板材应该成形的部位上，所述工具在冲压时相应地与具有施加的外来结构的板材接触。通过外来结构和板材的不同的成形可以产生成形件的分级特性。外来结构也可以完全不变形，这例如在已经将具有外来结构的功能结构例如齿部施加到板材上时是合理的，所述结构应该在成形时保持其形状。在这种情况下，外来结构保持不变形。

在有针对性的刚度提高的情况下有利的是，外来结构和板材例如以相同的力成形。与之相反地，在例如具有比板材更高的硬度的外来结构中是有利的是，外来结构被施加以比单独的板材更高的力。

因此，根据添加的和/或生成的施加，外来结构和板材的成形和在此施加的力可以有针对性地和局部地适配于所期望的形状变化和/或所期望的特性变化。

附图说明

此外，本发明根据实施例来阐释。在此示出：

图1以侧视图示出根据本发明的方法从预制的板材(图1a)直至成形的车门(图1c)的步骤的示意性示图；

图2根据本发明的方法由板材(图2a)制造b柱(图2c)的示意性示图；

具体实施方式

由钢制成的预切割的板材101具有用于门锁102的切口和用于窗103的切口。

在随后的添加加工步骤110中，围绕用于门锁102的切口设置十二个焊点104，作为添加地施加到预制的板材101上的外来结构。

然后通过深拉112使深拉的车门121变形。焊点104通过拉压变形导致焊点104和围绕用于门锁102的切口的板材101的连接的强化。

通过该强化防止在用于门锁102的切口处在深拉过程中和在以后使用制造的汽车的车门时出现开裂和/或毛边。

由钢制成的板材201具有宽度202和长度203。通过宽度202和长度203构成相应的表面，该表面作为上侧是可见的(图2a)。

在随后的激光涂覆焊接210的加工步骤中，在板材201上在相应预给定的区域中通过施加铝颗粒实现铝结构204，通过施加钛颗粒实现钛结构205并且又通过施加铝颗粒实现铝结构206。

通过激光涂覆焊接210这样涂覆铝颗粒和钛颗粒，使得不但与板材201实现连续的过渡，而且在铝结构204、钛结构205和铝结构206之间相对彼此实现连续的过渡。

然后，具有施加的外来结构204、205和206的板材201通过冲压212成形为冲压的b柱221。由此，在区域207中实现冲压的b柱的分级加强，在这里之前已经施加了钛颗粒。分级的加强部207在下方和上方连续地过渡到具有较少加强的区域中，在这里之前已经施加了铝颗粒。冲压的b柱221在中间区域207中(在这里通常存在薄弱部位)由此具有加强部并且可以承受较高的负荷。

附图标记列表

101预切割的板材

102用于门锁的切口

103用于窗的切口

104作为添加地施加的外来结构的焊点

110添加的加工步骤

112深拉

121深拉的车门

201板材

202宽度

203长度

204铝结构

205钛结构

206铝结构

207分级的加强部

210激光涂覆焊接

212冲压

221冲压的b柱