用于生产结构元件的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于生产结构元件(10)的方法，其中具有在轧制方向(3)上相继设置的若干组(4)的上和/或下轧辊的金属条(5)以如下方式被轧制，即金属条(5)可以生产为具有变化的厚度，该方法显示出至少以下步骤：?在轧制方向(3)上为每组(4)的所述上和/或下轧辊设置形状变化轮廓(6)，每组(4)的各个形状变化轮廓(6)在不同情况下显示出恒定体积；?将具有根据形状变化轮廓(6)生产的局部外廓(7a、7b)的金属条(5)预制为所需最终外廓(7c)；以及?为进一步加工步骤供应具有所需最终外廓(7c)的预制金属条(5)。
【专利说明】用于生产结构元件的方法
[0001]本发明涉及用于生产特别是用于机动车辆的结构元件的方法，其中具有在乳制方向上相继设置的若干组上下乳辊的金属条以使金属条可以生产为具有变化的厚度的方式被乳制。
[0002]在钢板坯的生产中，从DE199 62 754 Al熟知的是以在金属条的长度上产生不同厚度区域的方式弹性地乳制金属条(定制乳坯，TRB)。
[0003]EP 2 111 937 Al公开了一种用于生产在其厚度上变化的平钢板坯的方法，旨在特别用于机动车辆的部件的生产。具有变化的厚度的钢板坯在这种情况下被预制为启动工件。钢板坯被然后部分地重新加工，也就是说用模具冲压，以使钢板坯的厚度一一其已经显示可变厚度一一被局部地改变。
[0004]EP 2 208 555 BI中描述了一种用于生产具有在其宽度上变化的厚度的金属条的乳制过程和乳制装置。金属条在乳制方向上横过成组的乳辊。EP 2 208 555 BI的实质内容应该是金属条在第一道次中沿在金属条上乳制的道次中所涉及的乳辊附件的表面从其原始运动的方向弯曲，其中金属条弯曲超过其屈服点。这将导致在材料上的有利结构变化。然而，在这种情况下要求弯曲与金属条精确成直角地发生，以使膨胀阻力会减小，这将导致在道次中移位的材料的宽度方向上的轻材料流。
[0005]DE 101 13 610 C2中公开了一种用于单件式乳制材料的成形的乳制过程，单件式乳制材料关于其厚度被成型，其中源材料通过使乳辊在乳制材料的宽度上进入源材料不同深度而在宽度方向上成形。在这种情况下，其提出，源材料的成形一次发生在一个区域，并且三维且在纵向方向上和在宽度方向上可自由选择的厚度轮廓是通过成形区域的限定重叠而成形。在为此目的的说明性实施例中，DE 101 13 610 C2描述了一种乳制装置，其中乳辊以三角形的形式相继设置，乳辊的接触表面以使封闭压痕引入到钢板部件中的方式彼此精确地互补。DE 101 13 610 C2进一步提出的是，可以使用通过其表面接合的成型乳辊和乳辊。无论如何，DE 101 13 610 C2公开了作为成型乳辊的生成槽状压痕的那些乳辊。
[0006]从DE197 48 321 Al熟知的是一种用于乳制金属板的方法，其中金属板在宽度方向上显示出以若干步骤生产的薄部和厚部。每个乳制步骤具有凸乳辊和平乳辊的组成的组，凸乳辊显示出凸部分。通过凸乳辊的凸部分按照在宽度方向上的延伸部形成薄部，并且通过成形为凸乳辊的凸部分的另外部分按照在长度方向上的延伸部形成厚部。因此可以横向于乳制方向生产不同厚度的板，尽管这种方法不适于生产在乳制方向上不同厚度和形状的板。
[0007]WO 2014 975 115 Al中公开了用于生产横向于乳制方向的不同厚度的金属板轮廓的又一方法。在这种情况下材料的增厚通过相继安置的若干对乳辊生产。该方法也仅是适合于生产横向于乳制方向上不同厚度的金属板轮廓。然而，不能生产在乳制方向上不同厚度和外廓的金属板轮廓。
[0008]比如铝这样的轻合金在机动车辆的结构元件上的越来越多的使用导致在用于将有关结构元件连接到机动车辆的其它部件或结构元件的连接技术方面的特别高的要求。用于将两个部件彼此连接的机械或热连接过程(压焊和熔焊)的选择已经是熟知的。在机械连接过程的情况下，可以选择铆钉连接，熟知的铆钉连接例如为自冲铆接(SPR)。用于连接的两个部分为此目的被彼此上下放置。两个部件通过铆钉而变形，并且它们因此彼此刚性连接。例如，电阻点焊(RSW)在热连接过程中是熟知的。用于连接的两个部分在这种情况下还是被彼此上下放置，并且它们被保持在通常由铜组成的两个电极之间。在两个电极之间施加电流，以使两个电极之间的局部区域熔化。
[0009]在通过铆钉连接的机械方法中，必须施加相当高的力以便能够通过铆钉永久地建立连接，因为，与热连接过程的情况下不同，不存在热的协助。还会出现腐蚀的迹象，也就是说由于不同材料的接触腐蚀，例如，如果铆钉由钢制成且连接部分由铝制成，其可以对耐久性产生不利影响。在电阻点焊方法中，对于铝，必须施加非常高的焊接电流以便能够实现充分熔化，这相应地可以导致铜电极的高尖端磨损。这需要具有相关联的预期高能量成本的高能量消耗。高热量输入可以对材料的结构的耐久性方面产生不利的影响。
[0010]用于生产实质上整体连接的又一种方法是摩擦点焊接过程，其中焊接点被填充(填充式搅拌摩擦点焊(RFSSW))。这是如下焊接过程，其中很少的热量被引入到材料中。摩擦热通过旋转工具生成以便使材料塑化。焊缝因此在铝合金的情况下在约400-450°C产生，因此，热裂缝形成和高氢溶解性在铝中被避免，这显示出约660°C的熔化温度。在铝合金的情况下，低热量连接过程应该是优选的，以便能够保证接缝的高质量。
[0011]总而言之，就建立连接花费的时间来说，相比于SPR和RFSSW，电阻点焊方法是最快的。然而，由于在铝合金的情况下接缝的完全熔化，通过电阻点焊方法提供的焊缝质量不是特别好。尽管通过SPR的连接比通过RFSSW的连接更快，但是SPR由于铆钉的相当大的成本和接触腐蚀的可能性仍然非常没有吸引力。此外，根据连接点的厚度需要使用多个铆钉。为此，通过RFSSW的连接过程代表对通过SPR的连接过程的特别好的替代。如果连接表面在厚度上减小，则这是特别适用的。尽管在SPR和RFSSW中建立连接花费的时间大致相同，但是在通过RFSSW的方法中不存在有害的接触腐蚀，并且大量铆钉的特别高的材料成本也被避免。
[0012]所有连接方法的共同特征是连接表面，也就是说例如外围凸缘，应该是尽可能小的，也就是说薄。除了缩短的焊接/连接时间之外，尽可能地薄的连接表面的优点包括低材料消耗以及可实现的重量减轻，其在汽车工业中是特别有利的。事实上，具有在纵向方向上不同厚度的金属条能够在从现有技术熟知的乳制过程中生产。此外，金属条也可以显示出在宽度方向上的不同厚度是已知的。在这种情况下，三维厚度轮廓也是可能的，如DE 10113 601 C2中所示。然而，彼此前后和彼此相邻设置的多个道次和乳辊为此目的是必要的，尽管复杂的高度和位置设置仍然需要。在用于生产机动车辆的结构元件的方法中，在这方面仍有进一步改进的空间。
[0013]因此，本发明的目的是提出一种通过引言提到的类型的方法，通过该方法，金属条能够生产为具有在所有方向上一一也就是说在X方向上和Y方向上一一不同的厚度。然而，本发明还具有提出一种适合于实施该方法的乳制装置的目的。
[0014]根据本发明，该任务的解决方法通过具有权利要求1的特征的方法来实现。装置相关任务的解决方案通过具有权利要求8的特征的乳制装置来实现。各自从属权利要求进一步公开本发明的特别有利的实施例。
[0015]应当指出的是，在下面的说明书中单独列出的特征和措施可以以任何所需的技术上适当的方式彼此结合，并且因此，能够示出本发明的其他实施例。此外，说明书表征且具体说明本发明。
[0016]在用于生产特别是用于机动车辆的结构元件的一种方法中，具有在乳制方向上相继设置的若干组上和下乳辊的金属条以使金属条可以生产为具有变化的厚度的方式被乳制。在这种情况下，金属条可以显不出在所有方向上也就是说在X、Y和Z方向上的不同厚度。根据本发明，在第一步骤中，每组的上和/或下乳辊设置有在乳制方向上的形状变化轮廓，每组的各自的形状变化轮廓在不同情况下显示出恒定体积。在这种情况下，可以仅在上乳辊上、仅在下乳辊上或上和下乳辊上应用轮廓。金属条一一其具有根据形状变化轮廓产生的局部外廓一一在下面的步骤中被预制为所需最终外廓。显示出所需最终外廓的金属条被供应给在随后步骤中的进一步加工步骤。
[0017]从本发明的观点看，金属板在连续乳制过程中生产为具有所需最终外廓是有利的。尽管这意味着要设计彼此前后设置的成组的上下乳辊，但是最终外廓在金属条的单个道次中生产，具有不同厚度的板在纵向方向上和横向方向上被乳制，所述厚度分布是自由可选择的，也就是说是优化的。
[0018]如果金属条生产为具有所需最终外廓，则这可以绕成筒并且可以以这种形式供应到进一步加工步骤。
[0019]生产为具有最终外廓的金属条可以在进一步加工步骤中成形和/或硬化。特别地，生产为具有最终外廓的金属条可以热成形硬化或加压硬化(热成形淬火，HFQ)。
[0020]生产为具有最终外廓的金属条可以在进一步加工步骤中被切割，以便例如获得具有其最终尺寸大小的结构元件。为此目的可以使用激光切割方法，其允许特别精确的切割。如果最终外廓在此进一步加工步骤中连同连接表面被移除，则是有利的。连接表面可以指凸缘，其可以通过根据本发明的方法制成特别薄。然而，设置有最终外廓的金属条的其它区域一一如根据本发明所设想的一一关于它们的厚度也是可变的。
[0021]用于机动车辆的各种结构元件可以因此通过根据本发明的方法来生产。例如可以生产B立柱。其显示出在其中心的增厚，也就是说加强部，以便承受相应产生的负载。横向于此设置的是连接表面或凸缘，其比加强部的区域更薄。然而，加强部本身也可以在其厚度方面改变。通过本发明，现在能实现不仅线性方式的加强部区域，而且能根据先前计算实现具有最合适的加强部轮廓的加强部区域，甚至在适当情况下具有弯曲线条的加强部区域。加强区域的不均匀线条也是可能的。在这种情况下，仅通过示例的方式，相比于上部区域，从上方观察时的B立柱例如可以显示出在下部区域上更大的(也就是说更宽的)加强区域，从上方观察时的宽度不是连续地减小，而且能够在收缩后再一次增加。当然，用于机动车辆的其它结构元件也可以用根据本发明的方法来生产。
[0022]生产碰撞优化的结构元件也是可想到的。例如，纵向元件可以用根据本发明的方法在特定(也就是说先前确定的)位置生产为具有较低材料强度，以使部件在碰撞的情况下在本优化点局部断裂。关于通过在纵向元件上起折或成形随后设置故障点的当前方法，也就是说通过随后引入它们，根据本发明的方法是高度有利的，因为附加的(也就是说随后的)步骤被避免。这不仅有节约成本的作用，而且由于降低的材料消耗其也节省能量和资源。
[0023]金属条能够通过本发明在单个道次中生产为具有所需最终外廓，也可以连同其生产预先确定的三维最终外廓。在这种情况下，乳辊横向于乳制方向与金属条完全重叠，各组的上和下乳辊横向突出，优选超出金属条。以这种方式无需使用大量薄乳辊一一其相继先后跟随且必须被横向移位一一是可能的。事实上，通过本发明，在不同情况下仅利用单个上乳辊和下乳辊作为一组乳辊是可能的。
[0024]在设置用于实施该方法的辊乳装置的情况下，每组的上和/或下乳辊显示出在乳制方向上的形状变化轮廓，每组的各自形状变化的轮廓在不同情况下显示出恒定容积。
[0025]如果第一成型上和/或下乳辊一一在乳制方向观察一一显示出比随后组的随后上和/或下乳辊更窄但更深的轮廓，则是非常有利的。在不同情况下，第一组的上和/或下乳辊之后的上和/或下乳辊的轮廓分别比位于乳制方向上的上游的上和/或下乳辊的轮廓更宽且更平也是合适的。显示出形状变化，但是不变体积在这种情况下对于连续的轮廓特别有益。
[0026]为了本发明的目的，这意味着第一组的上和/或下乳辊显示出比随后组的上和/或下乳辊更窄但更深的轮廓，该随后组的上和/或下乳辊显示出更宽和更平的轮廓。换句话说，该轮廓引入作为上和/或下乳辊中的凹部。自然也可以想到凸起区域，在这种情况下，包括凸起区域的情况下，它们的体积在乳制方向上保持不变，在此情况下形状变化。
[0027]上乳辊和下乳辊之间的乳辊压印线被相应地执行，也就是说被调整。下乳辊和上乳辊显示出轮廓。如果轮廓被引入作为有关乳辊中的凹部，则在通过第一组的上和下乳辊之后，金属条因此显示出相对厚并且窄的子外廓。随着现在显示出子外廓的金属条通过后续组的上和下乳辊，子外廓变得越来越宽，而且也越来越平，这因此也适用于金属条。至少最后的上和下乳辊一一在乳制方向上观察一一具有使乳辊横向重叠金属条的宽度。最终外廓能够通过这个最后一组的上和下乳辊来生产。
[0028]例如，本发明并不需要两个不同的或多个方法/过程步骤来生产含薄凸缘的B立柱。B立柱通过连续乳制过程生产，即用连续的乳辊调整特定区域的厚度是可能的，以使仅在最终需要精确切割，从而能获得所需B立柱轮廓。在这种情况下，乳辊是具有不同轮廓的特殊乳辊，该轮廓显示出限定的深度范围，以便B立柱的最终形式可以在“单一”过程中的步骤中生产。每个随后组的乳辊彼此匹配且拥有不同的轮廓，即具有变化形状的轮廓。具有变化形状的轮廓被结合到乳辊的表面，从而实际存在凹部。凸起区域也可以自然地想到。
[0029]根据图中示意性表示的说明性实施例，本发明的其他有利的细节和效果在下面被更详细地描述。在附图中:
[0030]图1描绘了辊乳装置，其中上乳辊表示为具有根据本发明的轮廓；
[0031]图2描绘了具有最终外廓和预期切割边缘的金属条；以及
[0032]图3描绘了通过根据本发明的方法以及根据本发明的辊乳装置生产的举例给出的B立柱的实施例的结构元件。
[0033]应当强调的是，在不同的附图中描述的相同部件始终设置有相同的附图标记，以使这些通常也被仅描述一次。
[0034]图1描绘了辊乳装置I，其中仅表示了上乳辊2。图1中未描绘辊乳装置I的进一步部件，例如框架和控制缸以及分配到上乳辊的下乳辊。上乳辊和下乳辊在乳制方向(箭头3)上形成连续组4的上和下乳辊。上乳辊2和下乳辊之间成形的是乳辊压印线，金属条5穿过乳辊压印线。
[0035]上乳辊2以及下乳辊具有轮廓6，在乳制方向3上观察，该轮廓6在不同情况下在其形状方面改变，其中体积保持不变。
[0036]轮廓6以绘图平面中乳制方向3上从左到右的6a、6b和6c标出。上述同样适用于上乳辊2，其也以绘图平面中乳制方向3上从左到右的2a、2b和2c标出。
[0037]为在不同情况下分配给相关上乳辊2的下乳辊中引入上乳辊2的轮廓6的相同轮廓
6o
[0038]如可以理解的是，在乳制方向3上观察，第一上乳辊2a具有比在乳制方向3上随后的上乳辊2b更深但更窄的轮廓6a。上乳辊2b的轮廓6b相应地比再次在乳制方向3上随后的上乳辊2c的轮廓6c更深且更窄。轮廓6a、6b和6c的体积是相同的，体积在图1中用附图标记Va、Vb和Vc表示。在此，Va = Vb = Vc适用于本发明。
[0039]同样显而易见的是，上乳辊2在沿着乳制方向3的金属条5的上方横向突出。上述同样适用于相关下乳辊。
[0040]通过轮廓6在金属条5中生产外廓7，其以绘图平面中乳制方向3上从左到右的附图标记7a、7b和7c表示。在这种情况下，外廓7a和7b应该是局部外廓7a和7b，而外廓7c可以指最终外廓7c。
[0041]在乳制方向3上观察，金属条5更加宽而且更加薄，这也适用于外廓7a、7b和7c。
[0042]因此能够在单个乳制道次中通过辊乳装置I来生产用于机动车辆的结构元件，其关于其重量优化且关于其负荷优化。结构元件可以是三维结构，也就是说它可以在每个方向(X、Y、Z和/或倾斜方向)上显示出不同厚度。这导致特别降低的材料消耗，因此结构元件实质上能够在单个乳制道次中生产为其最终形状，例如，在B立柱的实施例中。在图1和2中的说明性实施例中，例如，在乳制道次中生产B立柱，例如，仅表示了三个组4的上乳辊2和下乳辊。辊乳装置自然也可以具有多于或少于三个连续组的乳辊。如在图2中可以理解的是，沿着精确切割边缘8从金属条5非常精确地移除最终外廓7c，以使例如B立柱可以被安装而不必进一步测量。外围区域，也就是说凸缘或连接表面9，特别地可以是非常薄的结构，以使结构元件通过RFSSW(填充式搅拌摩擦点焊)与其它部件的焊接连接可以特别有效地实施。
[0043]在图3中，通过根据本发明的方法和根据本发明的辊乳装置I生产的结构元件10在以B立柱举例给出的实施例中被描绘，在此情况下，板被乳制为具有在纵向方向上和在横向方向上的不同厚度，该厚度分布是自由可选择的，也就是说优化的。
[0044]如在图3中可以理解的是，在所选择的俯视图中，通过示例的方式给出的实施例描绘了外围区域9以及加强区域11。加强区域11显示出在绘图平面中从底部到顶部的变化的外廓。外廓可以是碰撞优化的而且重量优化的，这意味着，在绘图平面中观察的B立柱的垂直范围，就其材料强度而言，一些区域比其它区域更厚，在其中有意地设计有在碰撞的情况下起作用的断裂区域。另外，非常薄的外围区域9能够被生产，其明显降低通过RFSSW的焊接时间。在这种情况下，例如，在绘图平面中在底部和顶部分别设置的外围区域9被生产为具有恒定厚度的焊接凸缘，而中心部分显示出自由可选择的(也就是说优化的)厚度分布。B立柱的外廓也可以显示出加强区域11中的收缩部12，加宽部13相应地不仅相对于收缩部12设置。如图3中所示，B立柱例如用根据本发明的辊乳过程和辊乳装置I在辊乳道次中生产，从金属条的精确移除仅沿着可以在图2中看出的切割边缘8实施。切割边缘8在图3中表示。
[0045]金属条5可以是金属板或轻合金板，例如铝板。从图2同样显而易见的是，轮廓6被实质上最大程度地弓I入到上乳辊2中以及下乳辊中。可想到仅有过渡带14。
[0046]自然同样可能的是，通过焊接过程将附加元件(例如凸缘)定位在设置有最终外廓7c的金属条5的连接表面9上。可以想到将激光焊接用于连接。此部件可以被溶液退火且淬火，以便能够保持该材料的特性，例如用作材料的铝。
[0047]附图标记列表
[0048]I辊乳装置
[0049]2上乳辊
[0050]3乳制方向
[0051 ]4上和下乳辊的组
[0052]5金属条
[0053]6 2中的轮廓
[0054]7 5中的外廓
[0055]8切割边缘
[0056]9外围区域/凸缘/连接表面
[0057]10结构元件
[0058]11加强区域
[0059]12 11中的收缩部
[0060]13 11中的加宽部[0061 ]14过渡带
【主权项】
1.一种用于生产结构元件(10)的方法，其中具有在乳制方向(3)上相继设置的若干组(4)的上和下乳辊的金属条(5)以如下方式被乳制，即所述金属条(5)可以生产为具有变化的厚度，所述方法显示出至少以下步骤: -在所述乳制方向(3)上为每组(4)的所述上和/或下乳辊设置形状变化轮廓(6)，每组(4)的各个所述形状变化轮廓(6)在不同情况下显示出恒定体积； -将具有根据所述形状变化轮廓(6)生产的局部外廓(7a、7b)的所述金属条(5)预制为所需最终外廓(7c)；以及 -为进一步加工步骤供应具有所述所需最终外廓(7c)的所述预制金属条(5)。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于 在连续乳制过程中生产所述金属条(5)的所述最终外廓(7c)。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于 将所述预制金属条(5)卷绕成筒，所述筒被供应给所述进一步加工步骤。4.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于 将设置有所述最终外廓(7c)的所述金属条(5)在所述进一步加工步骤中成形。5.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于 将设置有所述最终外廓(7c)的所述金属条(5)在所述进一步加工步骤中硬化。6.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于 将设置有所述最终外廓(7c)的所述金属条(5)在所述进一步加工步骤中进行切割。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于 将设置有所述最终外廓(7c)的所述金属条(5)在所述进一步加工步骤中以如下方式进行切割，即，所述最终外廓(7c)与连接表面(9) 一起被移除。8.—种用于乳制金属条(5)的辊乳装置，所述金属条(5)具有在乳制方向(3)上相继设置的若干组(4)的上和下乳辊，所述金属条(5)能够被生产为具有变化的厚度， 其特征在于 每组(4)的所述上和/或下乳辊在所述乳制方向(3)上显示出形状变化轮廓(6)，每组的各个所述形状变化轮廓(6)在不同情况下显示出恒定体积。9.如权利要求8所述的辊乳装置，其特征在于 在所述乳制方向(3)上观察的第一成型上和/或下乳辊具有比随后组(4)的随后的上和/或下乳辊更窄但更深的轮廓(6a)。10.如权利要求8或9所述的辊乳装置，其特征在于 在不同情况下第一组(4)的上和下乳辊之后的所述上和下乳辊的所述轮廓(6)比在不同情况下位于在所述乳制方向(3)上的上游的所述上和下乳辊的所述轮廓(6)更宽且更平。11.如权利要求8至10中的任一项所述的辊乳装置，所述辊乳装置设置用于实施如权利要求I至7中的任一项所述的方法。
【文档编号】B21B15/00GK105983574SQ201610126244
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月7日
【发明人】塞拉哈丁·图埃尔·梅米利, 伊戈尔·利科
【申请人】福特全球技术公司