车体部件制造方法与流程

本发明涉及与碰撞有关的车体部件，尤其涉及一种利用热冲压制造高强度车体部件的方法。

背景技术：

汽车产业中最大的话题之一为轻量化和高强度化，进来，热冲压技术占据了该话题的中心。英国专利第1490535号介绍了热冲压技术及材料有关的技术。

热冲压是通过将钢板加热至900至950℃的高温后，在压力下成型的同时进行淬火，从而制造高强度的轻量部件。热冲压材料包含约为0.2重量百分比的碳素并使用硼钢，该硼钢使用用于提高热处理性能的锰元素、硼元素B。

该热冲压可同时执行成型及热处理，因此不仅生产效率优秀而且由于钢板在高温中形成，成型性及尺寸精密度优秀。而且在形成高强度部件时热冲压尤其具有能够减少回弹或者延迟破坏的问题的优点。

热冲压工艺在高温下使用无涂层或普通钢板(uncoated or plain steel sheet)时成型后需要进行去锈工艺。为了省去多余的去锈工艺，提议使用镀铝或者镀锌钢板。有关镀铝钢板可参考美国专利第6296805号。

为了使车辆部件轻量化，汽车制造领域采用拼焊板(Tailor Welded Blank，TWB)技术。但是TWB技术不能用于热冲压用涂层钢板上例如镀铝钢板。这是因为在激光焊接时由于镀铝层导致焊接部上产生相当程度的强度下降。美国专利公开号第2015-0030382试图利用预先去除焊接部位的部分镀铝层后进行激光焊接的方法来解决该问题。

用于轻量化车辆部件的另一技术为差厚板(Tailor Rolled Blank，TRB)技术。如图1所示，TRB技术是在钢圈3的轧制过程中以调节上轧辊1和下轧辊2的间距来调节钢板的厚度的方式进行。基于TRB技术只可在一个方向即轧制方向上改变板坯厚度。而且差厚板(tailor rolled blanks)一律由冶炼厂制造，因此，应用于大量的车辆部件的制造上，有一定的局限性。

技术实现要素：

待解决的课题

本发明基于对上所述该技术领域的现有技术的认识，希望提供一种新的车辆部件制造方法，该方法能够应对逐渐多样化及变高的碰撞性能要求。尤其，本发明提供一种新的车辆用部件制造方法，该方法不依据TWB或者TRB，仍能制造具有不同厚度的两个以上区域的汽车部件。

TWB技术作为现有的制造具有不同厚度两个以上区域的车体部件的方案，其具有技术上的领先地位，因此，大概基于这种原因，没有考虑TWB之外的其他选择。但是，如上所述，TWB技术具有很难应用于涂层的热冲压用钢板上的问题。到目前为止，该领域仅专注于解决该问题。其结果之一为美国公开专利号第2015-0030382中提案的方法，该方法很难实际应用于汽车部件的生产。

本发明人采用不同于TWB的解决方式，并希望提供一种能够取缔该方式的新的车辆用车体部件的制造方法。

作为本发明的另一例子，如图2所示，目的在于，将具有不同的厚度或者强度的多个部分P1至P4无缝W一体化的车辆部件通过热冲压进行整体制造。到目前为止，如图2所示，还没有出现利用热冲压用涂层钢板整体制造车体部件的技术。

图2所图示为侧面面板，该面板可通过分别成型中柱、前柱等各部分之后，将这些部分互相焊接而制造。制造该车体部件可以考虑使用TWB技术，但是TWB很难应用于热冲压用涂层钢板例如镀铝钢板上。基于只能改变一个方向即轧制方向的厚度的TRB技术，不能获得该车体部件。

本发明中希望解决的技术问题不限于上述事项，通过以下的记载应该能够理解没有提及的或者其他技术问题。

课题的解决手段

本申请人曾经申请了与本发明有关的韩国专利申请号第0015-0106952的“用于车辆的热冲压钢件及其制造方法”。该申请发明的特征之一在于在轧制板坯之前，预热板坯，以预先氧化表面的涂层。该申请于2017年2月8日公开，该申请中记载的发明包含于本发明中。

上述申请发明中轧制前，在板坯表面形成氧化层的理由之一是用于防止轧制过程中表面上产生细微裂痕。本发明人希望省略上述申请发明中提案的预热过程，该努力的结果导致产生本发明。

本发明涉及的车辆用车体部件的制造方法可包括a)将具有涂层的板坯轧制成具有相互不同厚度的两个以上区域的步骤；b)将轧制的板坯切割为冲压成型中所需要的形状的步骤；以及c)将切割的板坯加热并进行热压成型及冷却的步骤。

根据本发明的一方面，在前面的a)步骤中，板坯能够以两个以上相互不同的方向轧制。将用于进行热冲压的板坯以如上所述的方式进行轧制的思路完全不同于TRB方式的思路。基于TRB技术的轧制对象是钢圈，不是用于成型且切割成一定形状及尺寸的板坯。差厚板(Tailor rolled blanks)是通过在展开或者解开钢圈时调节辊间距离并在一个方向上改变钢板的厚度而获得。但是本发明中，对用于冲压成型的板坯进行轧制，且板坯可在两个以上方向上进行轧制。

根据本发明的另一方面，在轧制板坯之前可不进行预热。本发明人获知热冲压用钢板例如镀铝钢板在控制良好的情况下进行冷轧制，不会导致表面的细小裂痕。在将冲压成型轧制的板坯加热至奥氏体化温度范围的过程中，镀层被融化，从而可缓和表面裂痕问题。

由于冷轧制而导致的板坯过度变形可能是一个问题，该问题可基于本发明将板坯上形成适当的孔从而得以解决。根据本发明又一方面，前面所述的a)步骤中，轧制的板坯中具有孔，孔的位置可设计为至少其一部分位于发生轧制的区域内。该孔可吸收板坯轧制过程中可能产生的板坯变形。

根据本发明涉及的另一方面，在前面所述的a)步骤中，轧制的板坯具有从孔位置对应的板坯的边缘区域沿板坯的面方向延伸的凸缘，该凸缘可至少补偿由于孔而被去除的板坯部位的面积。面方向可理解为与板坯的面平行的方向。凸缘以能够至少部分补偿基于孔的形成而导致去除的板坯部位的面积的尺寸而形成。凸缘可抑制基于孔在板坯轧制时，在预先计划的一定轧制区域内产生过度的厚度偏差。该凸缘可在所述b)步骤中被切断。

发明的效果

根据如上所述的本发明，无需另行预热，通过在冷却中进行轧制，可制造具有不同厚度的多个区域的车辆部件。

此外，根据本发明，通过利用通常提供的涂层钢板，可自由地制造具有不同厚度的两个或两个以上区域的车辆部件。

此外，根据本发明，如图2所示，将具有不同厚度的多个部分P1至P4经一体化的车体部件，利用单一的板坯，可一次性地制造

此外，根据本发明，由于可自由地设计和制造部件，能够满足各种碰撞性能的要求。

此外根，据本发明，可防止在任意轧制区域中产生板坯厚度与目标厚度的偏差。

附图说明

图1是用于说明现有TRB工艺的模式图。

图2是图示车体部件的示例图。

图3是本发明实施例涉及的车体部件制造工艺的流程图。

图4a至图4d是大略地图示本发明实施例涉及的板坯轧制过程的图。

图5是根据本发明一实施例沿着长度方向LD方向轧制的板坯的例子。

图6a和图6b是图示图5图示的板坯的厚度分布的图，图6a图示了沿着长度方向LD的厚度分布，图6b图示了沿着宽度方向的厚度分布。

图7是本发明的一实施例涉及的板坯的例子。

图8a和图8b是图示图7图示的板坯沿着轧制方向的厚度分布的图。

图9是本发明另一实施例涉及的车体部件制造工艺的流程图。

具体实施方式

以下参照本发明的附图对本发明进行详细说明。为了便于说明，附图中相同的组成要素或者部件尽可能地使用相同的附图标识。

参照图3至图4d，说明实施例涉及的车体部件制造方法。

如图3所示，根据实施例，车体部件可经过冲裁(S1)、轧制(S2)、第一次修边(S3)、加热(S4)、热成型及冷却(S5)、第二次修边(S6)而制造。板坯10的材料可使用热冲压用镀铝钢板。该钢板的铝镀层可包括外侧的铝或者铝合金层和内侧的金属间的合金层。

冲裁工艺(S1)

如图4a所示，为了冲压成型，镀铝钢板被切割或修边为预先设定的尺寸和形状的板坯10。在设计冲裁生产线时，可考虑(S2)步骤中基于轧制的板坯10延伸量和(S5)步骤中用于防止成型不良产品而所需的安全余量等。

冲裁步骤(S1)中，板坯10上可形成孔11。孔11可形成于冲压成型后的部件中基于外形不易显露的部位，或者迟早要从冲压成型后的制品中去除的部位。

该孔11可吸收基于(S1)步骤轧制而可能产生的板坯10变形。孔11形成于进行轧制的区域内或者与该区域至少部分重叠的位置上。孔11可考虑轧制方向、宽度、厚度等，形成于轧制可能增加板坯10厚度或者引起板坯10发生变形的位置，或者可形成在有效地防止板坯10变厚或者变形的位置上。

参照图7，板坯20可具有从对应于孔21的位置的边缘区域沿面方向延长的凸缘22a、22b(22)。凸缘22是用于消除在具有相同厚度目标的轧制区域内可能发生的厚度偏差，详细内容以后进行说明。

轧制工艺(S2)

轧制工艺(S2)，是轧制板坯10的部分区域以使轧制的区域和非轧制的区域间产生厚度差的工艺。该轧制可对相互不同的多个部分的区域依次进行。如果轧制前板坯10的整体厚度相同，轧制工艺(S2)后，没有进行轧制的区域将成为板坯10的最厚的区域。轧制工艺(S2)考虑到上述情况而进行设计，无需对板坯20的整体面积进行轧制。

如图4a至图4d所示，轧制工艺(S2)中将板坯10轧制成具有相互不同厚度的两个以上的区域，进一步轧制成具有相互不同厚度的三个以上区域。TRB工艺中钢圈是通过对钢板的整体面仅在一个方向进行轧制并形成。因此，差厚板(tailor rolled blanks)仅在轧制方向上产生厚度变化。根据实施例，板坯10在两个以上不同的方向上被轧制，由此，厚度互不相同的两个以上的区域，不是在一个方向排列而是在相互不同的方向上排列。

参照图4b至图4d，说明轧制厚度为1.4mm的板坯10的例子。如图4b所示，首先，利用轧辊R将板坯10向A方向轧制。A方向轧制可执行一次或者数次以使A方向轧制区域的厚度减少至1.2mm。如图4c和图4d所示，经A方向上轧制的板坯10将在与A方向不同的B方向上进行轧制。B方向轧制可执行一次或者数次以使B方向轧制区域的厚度减少至1.0mm。

图4c中，b1是板坯10厚度1.4mm区域与厚度1.2mm区域间的界限。图4d中b2是板坯10厚度1.2mm区域与厚度1.0mm区域间的界限，b3是板坯10厚度1.4mm区域与厚度1.0mm区域间的界限。

如图4d所示，通过如上所述的轧制，可获得具有厚度互不相同的三个区域的板坯10。例如，通过改变进入轧辊R的板坯10的方向，可将轧制方向从A方向改变为B方向。孔11可布置在互不相同的轧制方向A、B产生重叠的区域上。

(S2)步骤的轧制可从板坯10的边缘向内侧执行。尽管不是很容易，对于板坯的任意一部分区域的轧制最好一次性地完成，因为轧制可引起板坯表面的硬化。对同一区域进行反复轧制时，随着次数的增加，轧制的荷重增加而且可能引起涂层的损伤的问题。为了降低轧制反复次数，有必要适当地调节辊间距离等。

轧辊R在辊R的长度方向上可具有直径不同的区间。如果使用这种轧辊R，则通过沿一个方向轧制板坯10可形成沿着宽度方向(即与轧制方向垂直的方向)厚度不同的区域。

第一次修边工艺(S3)

轧制完成的板坯10依据热冲压成型所需的形状沿着外观轮廓被切割。最好以最接近热冲压成型制品的形状切割。切割时可使用激光，该工艺(S3)中前面所述的凸缘22被切割。

加热工艺(S4)

为了热冲压，将板坯10加热至奥氏体化温度以上。例如通过将镀铝钢板大约加热至550℃，使表面形成氧化层后，加热至950℃。可单独或者结合使用直接通电加热、高频感应加热、电炉等。

另外，基于孔11和适当的轧制控制，可抑制板坯10的变形，但是轧制过程(S2)中板坯10可能产生一定程度的变形。因此，在轧制工艺(S2)和加热工艺(S4)之间可执行整平工艺用于平坦化板坯10。可执行使用多重轧辊等通常的整平工艺。

热成型及冷却工艺(S5)

是一种将成奥氏体的(austenitized)板坯10冲压成型同时进行淬火成具有所需形状的制品的工艺。通过淬火可获得具有马氏体(martensite)的高强度车体部件。

第二次修边工艺(S6)

热压成型后在成型的制品的边缘，可执行修边工艺以去除制品之外的多余部分。为了防止浪费板坯10及提高生产效率等，最好省略第二次修边工艺，但是，目前为止还需要冲压成型后的修边。

参照图5至图6b，说明基于轧制的板坯厚度变化。

图5中图示的板坯10’被冲裁为类似于用于制造车门侧面面板的实验的形状。板坯10’具有构成前柱及中柱等侧面面板的部分，中央部形成有孔11用于防止板坯10’的变形或者用于轧制时吸收变形。

在板坯10’的后方凸出形成有车顶纵梁侧的延长部12a和侧梁侧的延长部12b，并且基于所述延长部12a、12b和中柱部14规定切开部14。该切开部14不是用于吸收变形。然而，根据板坯10’的形状或者轧制区域等的设计，可在类似的部位有意地形成孔。

图6a和图6是图示将图5的板坯10’向右侧方向即板坯10’的长度方向LD轧制而获得的板坯10’的厚度分布的曲线图。轧制前板坯10’的厚度为1.4mm，轧制后的目标厚度为1.2mm。轧制是从板坯10’的左侧端向右侧方向执行的，辊间距离的变化范围是0.2至0.6mm。

图6a图示了沿着板坯10’长度方向LD的厚度分布。图6a中横轴为长度方向LD距离。

参照图5和图6a，对于具有切开部14的(a)区间或者形成有孔11的(c)区间，板坯10’的厚度与作为目标的1.2mm相比具有一定的偏差。(a)区间最大产生0.5mm左右的厚度偏差。对应中柱部13的(b)区间中板坯10’厚度近似于1.2mm的目标厚度，具有0.1mm左右的较小的偏差。虽然根据辊间距离条件等存在一定的差异，但是，具有发生上述现象的趋势。

如上所述的基于板坯10’长度方向LD上的厚度偏差显示当为了吸收板坯10的变形在板坯10’上形成孔11时，有必要研究出用于解决厚度偏差的方案。而且在设计板坯10’的形状、轧制方向或者轧制区域时，应必须考虑上述结果。

图6b图示了沿着板坯10’宽度方向WD的厚度分布。图6b中横轴是宽度方向WD的距离。

参照图5和图6b，虽然根据辊间距离存在偏差，但是，大体上轧制后厚度接近1.2mm，最大偏差约为0.1至0.15。并且可以确认辊间距离越小，越能获得接近目标厚度的结果。

图7中图示了反映了如上所述结果的经改善的板坯形状设计方案。

如图7所示，板坯20的中央部形成有孔21，从对应该孔21的板坯20的边缘区域沿着板坯20的面方向延长形成有凸缘22a、22b(22)。凸缘22补偿由于孔21而被去除的板坯20部位的面积，并且抑制轧制过程中由于孔21而产生的板坯20的厚度偏差。

在设计凸缘22的形状时，需要考虑孔21对比于凸缘22的面积或者位置。凸缘22最好具有与对应的孔21的尺寸相同的尺寸。然而，由于凸缘22将在S6的修边工艺中被去除，因此为了减少浪费材料，应该以最小的尺寸适当地形成。

参照图7，凸缘22a、22b为了具有与孔21相同的面积，在板坯20的左右端部以孔21面积的1/2的面积分别形成。当轧制方向为上方向，孔21的面为xy时，各凸缘22凸出的长度z可分别为1/2x，各凸缘22的轧制方向的长度可分别为y。凸缘22a、22b的形状或者位置可设计为例如假设轧辊R沿着图7中图示的线23放置时，板坯20能够补偿孔21中不存在的面积。

图8a和图8b是图示将如图7中图示的形状的板坯20进行轧制后，沿着轧制方向即板坯20的长度方向LD的厚度变化的曲线图。板坯20为1.4mm，目标轧制厚度为1.2mm。图8a是辊间距离为0.3mm时的厚度分布曲线图，图8b是辊间距离为0.1mm时的厚度分布曲线图。该附图中横轴显示长度方向LD的距离。

图8a和图8b中实施例1至实施例3分别为相对于孔21凸缘22具有略微不同尺寸的例子。实施例1和实施例2分别为孔21与其相对应的凸缘22具有相同面积的例子(z＝1/2x)。只是实施例2孔的尺寸(即凸缘面积)大于实施例1孔的尺寸(即凸缘面积)。实施例3为孔21的面积小于凸缘22的面积的例子(z<1/2x)。

如图8a和图8b所示，相比于凸缘22的尺寸小于孔21尺寸的实施例3，具有两者相同的条件的实施例1和实施例2中，(a)区间和(b)区间的厚度偏差较小。

如上实施例所示，冲裁工艺(S1)中在设计板坯的形状时，为了吸收基于轧制而产生的变形，需要具备孔11、21，对应于孔11、21位置的板坯边缘区域上需要具备凸缘22。凸缘22沿着垂直于轧制方向的方向，或者轧辊长度方向23形成。

图9图示了另一实施例涉及的车体部件制造工艺。简而言之，板坯在预热(S11)后被热轧制(S12)。除此之外的工艺将能够以与前面所述的实施例相同或者相似的方式执行。

预热(S11)是将板坯表面的涂层进行氧化的工艺。以热冲压用镀铝钢板为例，即，将钢板表面的镀铝层进行氧化。预热(S11)中板坯表面上预先形成浓密的氧化铝，可防止热轧制(S12)时，板坯表面上产生的细微裂痕。

对于热冲压用镀铝钢板，预热(S11)的目标温度约为580℃。由于铝涂层在650至700℃中被融化，主加热(S13)的加热速度必须受到限制。但是，如果通过预热(S11)在板坯表面上形成稳定的氧化涂层，则主加热(S13)时可将板坯急速加热至奥氏体化温度(例如950℃)。

如上所述的预热(S11)后，板坯被热轧制(S12)。应该在板坯的多个区域执行热轧制，但是在该过程中板坯的温度下降。为了补偿下降的板坯温度，可能需要对板坯进行再加热。

以上对本发明的特定实施例进行了图示及说明，在不超出以下专利权利要求书中记载的发明的技术思想范围内，可对本发明进行各种修改和变形，这一点应该被理解。

【附图标记的说明】

10、20：板坯 11、21：孔

22a、22b：凸缘