复合构件的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种复合构件，特别是汽车复合构件的制造方法，对此在第一工艺步骤提供经成型的第一构件，在第二工艺步骤提供经成型的第二构件，并且在第三工艺步骤将第一构件和第二构件相互连接。
【背景技术】
[0002]已知在工业制造中经常应用复合构件，该复合构件由多个相互连接的单个构件组成。在此对于工业，特别是对于汽车工业来说始终希望尽可能地使用轻质构件，该轻质构件基于其造型以及与相邻构件的连接而能够满足对于稳定性和坚固性的各种要求并且具有比较轻的重量。重量减轻的最大潜力在于提供大面积的构件，因为壁厚的略微减小就已经对构件的最终重量产生很大影响。
[0003]为了制造这种大面积的、由多个不同材料的单个构件组成的构件，例如能够使多个具有较牢固的框架构件的由轻金属构成的扁平构件相连，并且这样组成的复合构件随后在经加热的工具中通过深拉形成各种最终形状。然而这里的缺陷在于，在形成最终形状的复合构件的冷却过程中会在接合区域产生大的机械应力，因为不同的单个构件通常具有不同的热膨胀系数。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种用来制造复合构件形式的轻质构件的方法和装置，通过该方法/装置克服了前述在现有技术中的缺陷。特别是应当能够简单、快速且成本有利地制造由不同材料的构件组成的复合构件，并且对此不会在最终成型的复合构件中产生由大量热导致的内应力。
[0005]该目的通过一种复合构件的制造方法，特别是汽车复合构件的制造方法实现，其中在第一工艺步骤提供经成型的第一构件，在第二工艺步骤提供经成型的第二构件，并且在第三工艺步骤将第一构件和第二构件相互连接，另外，在第三工艺步骤中通过搅拌摩擦焊接将第一构件和第二构件相互连接，对此第一工艺步骤提供了第一规格的第一构件，并且第二工艺步骤提供了与第一规格不同的第二规格的第二构件。
[0006]根据本发明的方法相对于现有技术的优势在于，两个相互待连接的构件在相互连接之前就已经处于经成型的状态。因此在连接之后不需要使复合构件成型或者仅还需轻微地使复合构件成型，以便使复合构件具有其最终的形状。这由此得以实现，即，为连接第一构件和第二构件使用搅拌摩擦焊接方法，在该方法中以简单的方式就能将经成型的构件相互焊接，而无需大量加热整个复合构件。因此本发明的重要优势在于，在复合构件中不会出现大量热造成的内应力。在第一和/或第二工艺步骤提供特别是分别作为定制板坯的第一构件和/或第二构件，该定制板坯也能够形成为“定制产品”。“定制产品”特别是指定制板坯、定制条带和定制卷板。第一规格和第二规格分别包含一个构件规格，该构件规格例如包括对于构件特定的规定，如厚度、强度、硬度、可变形性、韧性或类似特性。复合构件特别是包括汽车的车身构件，例如发动机罩、行李舱盖、车门、底板或类似物的至少一个部件。
[0007]本发明的有利设计和扩展方案由从属权利要求以及依照附图的说明给出。
[0008]根据本发明的一个优选的实施方式，在第二工艺步骤提供具有第二规格的第二构件，该第二规格相比于第一规格限定了较小厚度、较低强度、较低硬度、较高可变形性和/或较大韧性。替代性或附加性能够考虑的是，第一规格和第二规格分别包含材料规格。在这种情况下，第一构件和第二构件具有不同的材料或者不同的材料组成。优选在第一工艺步骤提供钢构件作为第一构件，而在第二工艺步骤提供轻金属构件作为第二构件。有利的是，无论如何第一构件都始终比第二构件更加稳定和更加坚硬，而第二构件则比第一构件更轻。因此第一构件赋予复合构件其结构刚度，而第二构件的选择则保证总重量减轻。
[0009]根据本发明的另一个优选的实施方式，在第一工艺步骤提供承重框架构件形式的第一构件，而在第二工艺步骤提供扁平构件形式的第二构件。优选在第三工艺步骤中将第二构件至少部分地安置在第一构件的开口区域中。因此第一构件用作结构坚硬的支撑构件，该第一构件作为支撑构件接收负荷并且作为框架构件支撑第二构件，而第二构件主要用于提供扁平的形状或者用于封闭支撑构件中的开口，例如从而提供平整的表面。第一构件特别是由钢制成。第二构件特别是包括例如由铝、镁、钛或对应合金构成的轻金属。
[0010]根据本发明的另一个优选的实施方式，在第一工艺步骤中通过变形，特别是通过深拉制造第一构件，和/或在第二工艺步骤中通过变形，特别是通过深拉制造第二构件。可以考虑在第一或第二工艺步骤中将第一构件或第二构件首先加工成半成品，或者在第一或第二工艺步骤中已经将第一构件或第二构件完全成型为各个最终形状。
[0011]根据本发明的另一个优选的实施方式，在第三工艺步骤中有一个旋转的工具在第一构件和第二构件之间的接缝中和/或沿着该接缝移动。通过该耐磨损的旋转工具以有利的方式将焊接能引入接缝区域中。由此第一构件和第二构件在接缝区域加热到临近熔融温度，由此在接缝位置塑化加工第一构件和第二构件以及混合接合区域中的材料。旋转工具优选沿着第一构件和第二构件之间的整个接缝移动，从而这两个构件沿着整个接缝相互焊接。工具的移动优选通过电脑控制，从而也能够有利地实现复杂且独特的接缝延伸。有利的是，能量输入在空间上严格限制在接缝上，从而在第三工艺步骤以及特别是即使在冷却之后都不会在第一构件和第二构件之间产生热量导致的内应力。此外有利的是，搅拌摩擦焊接方法能够只从装配的一侧焊接两个构件。
[0012]本发明的另一个主题是用于特别借助根据本发明的方法制造复合构件的装置，对此该装置具有用于提供经成型的第一构件的第一形成工具和用于提供经成型的第二构件的第二形成工具，该装置还具有用于相互连接第一构件和第二构件的搅拌摩擦焊接装置。根据本发明的装置相比于现有技术的优势在于，借助搅拌摩擦焊接装置能够以简单、快速且成本有利的方式将已经预成型的构件相互连接成复合构件。因此该装置可以制造重量减轻的汽车复合构件，并且没有在复合构件内部由于大量热产生内应力的危险。
[0013]根据本发明的一个优选的实施方式，该装置具有定位装置，以便对第一构件和第二构件彼此相对预定位。因此以有利的方式能够在搅拌摩擦焊接过程开始之前将两个构件彼此相对精确定位，并且在搅拌摩擦焊接过程中保持这种定位。能够考虑在搅拌摩擦焊接过程中借助定位装置可选地在第一构件和第二构件之间的接缝位置形成压紧力。
[0014]根据本发明的另一个优选的实施方式，搅拌摩擦焊接装置具有一个旋转的工具，该工具能够在第一构件和第二构件之间的接缝中和/或沿着该接缝移动。该旋转工具优选能够借助电脑操控在第一构件和第二构件上自由移动，从而能够以简单的方式精确实现各个接缝延伸。该旋转工具特别是由耐磨损的材料制成。该工具优选包括一个旋转的柱，该柱固定在旋转的基体上。基体具有与接合面平行的凸肩，该凸肩作为工具凸肩。优选在搅拌摩擦焊接过程中该旋转的柱移入第一构件和第二构件之间的接缝中，从而旋转的工具凸肩接触两个构件的相邻表面并且形成焊缝，焊缝的宽度基本上等于基体的直径。
[0015]本发明的另一个主题是一种复合构件，特别是汽车的复合构件，该复合构件通过根据本发明的方法或者通过根据本发明的装置制造，对此该复合构件具有经成型的第一构件和经成型的第二构件，复合构件还在第一构件和第二构件之间具有搅拌摩擦焊接连接，第一构件具有第一规格并且第二构件具有与第一规格不同的第二规格。第一构件通过变形，特别是通过深拉制造，和/或第二构件通过变形，特别是通过深拉制造。通过第一构件和第二构件之间的搅拌摩擦焊接连接能够以有利的方式实现复合构件的这种制造，在该制造中首先成型第一构件和/或第二构件，然后才将第一构件和第二构件相互连接，以这种方式防止了，在制造过程中在复合构件中形成由大量热导致的内应力。因此该复合构件比根据现有技术已知的复合构件更加稳定并且更能抵抗意外变形。
[0016]复合构件特别是包括汽车的车身构件，例如发动机罩、行李舱盖、车门或底板的至少一个部件。
[0017]根据本发明的一个优选的实施方式，第二构件具有第二规格，该第二规格相比于第一构件的第一规格限定了较小厚度、较低强度、较低硬度、较高可变形性和/或较大韧性，对此第一构件包含优选以承重的框架构件形式的钢构件并且第二构件包含优选以扁平构件形式的轻金属构件。因此能够以有利的方式将较坚硬的第一构件用作结构坚硬的、用于较轻扁平第二构件的支撑构件和框架构件，该第一构件或者在其材料规格上或者在其构件规格上比第二构件更坚硬。能够考虑第一构件作为框架构件具有开口，对此第二构件作为扁平构件至少部分地安置在该开口区域中。以这种方式能够基于第一构件的使用而获得坚硬的复合构件并且基于第二构件的使用同时获得轻的复合构件。复合构件包括作为钢构件的第一构件以及以轻金属构件形式的第二构件，该轻金属构件例如由铝、镁、钛或对应的合金构成。
[0018]本发明的其它细节、特征和优势由附图以及接下来根据附图对优选实施方式的描述给出。其中附图只是示例性地展示本发明的实施方式，并没有限制基本的发明构思。
【附图说明】