对压制硬化部件进行激光束热处理的方法和压制硬化部件与流程

本申请要求2014年9月22日提交的欧洲专利申请ep14382354.0的权益。

本公开内容涉及用于制造热压印部件的方法和通过这些方法得到的部件。

背景技术：

在车辆建造领域中，为了满足轻质建造的标准，轻质材料的开发和实现正变得越来越重要。对乘客安全越来越关注还造成要采用提高碰撞期间车辆的完整性同时还改进能量吸收的材料。

已知作为热成形模压淬火(hfdq)(也被称为热压印或压制硬化)的工艺使用硼钢板来形成具有超高强度钢(uhss)性质的压印部件，该压印部件的抗拉强度高达1,500mpa。相比于其他材料的强度增大允许使用较薄的材料，这导致比传统的冷压印低碳钢部件重量减轻。

可使用hfdq工艺制造的典型车辆部件包括：车门防撞梁、保险杠梁、横/侧梁、a/b柱加强件和腰梁加强件。

为了改进关键区域中的延性和能量吸收，已知在所述部件内引入较软的区域。这样在保持所需的整体高强度的同时，局部改进了延性。通过局部调整某些结构部件的微结构和机械性质使得它们包括具有非常高强度(非常硬)的区域和具有增大的延性(较软)的区域，有可能可以改进它们的整体能量吸收并且在碰撞情形期间保持它们结构的完整性并且还减小了它们的整体重量。这些软区域还可以在部件遭遇冲击时塌缩的情况下有利地改变运动行为。

可以在考虑冲击的运动和部件的形状的情况下制造软区域。由于这个事实，导致软区的形状正变得越来越复杂。

已知的解决方案可以是文献wo2012156084，它公开了通过利用激光束方法对金属块部件的预定子区域进行局部回火来形成金属板部件的局部限定的软区域，根据激光束方法，预定子区域被暴露于激光束。

这种解决方案的不足会在于，一些特定复杂形状(例如，拐角或台阶)可能难以在没有与需要改变激光器的零件有关的停工时间的情况下应用激光束。此外，可能需要将部件多次连续暴露于激光束，因此用于限定软区域的时间会增加。

ep2561946涉及一种制造车辆的结构部件的一部分的方法，该部分往往会通过点焊连接到从涂覆钢板开始并且厚度为1-3mm的第二部分，该方法包括：使板经受热压印；随后使第一部分的至少一个局部的且之前选择的区域经受热处理；用功率介于500w和6kw之间的二极管激光束来照射它，直到达到介于400-900摄氏度之间的温度；然后任其冷却以改变其微结构，从而将所述区域设置成相比于其没有被热处理的其相邻区域，具有有意较低的马氏体含量，因此具有较低强度和较大延伸率。

baumannmarkus等人的“localheattreatmentofhighstrengthsteelwithzoom-opticsand10kw-diodelaser”(用变焦光学器件和10kw二极管激光器对高强度钢进行局部热处理)(第8239卷，2012年第1期，第1-9页)描述了基于二极管激光技术的光纤联接的10kw激光源和形成可变尺寸的并具有均质功率密度的矩形光斑的均质变焦光学系统。

本公开内容的目的是提供一种制造热压印部件的改进方法。

技术实现要素：

在第一方面，提供了一种制造热压印部件的方法。该方法包括以下步骤：通过热成形模压淬火来提供热压印部件。该方法还包括选择所述热压印部件的第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分的微结构将要被改变，其中，所述第一部分具有与所述第二部分不同的宽度。提供激光系统，其中，所述激光系统包括一个或多个光学元件和用于产生激光束的激光源。然后，可沿着所述部件的长度移动所述激光系统，同时在单次扫描中使用所述激光系统将激光束施加到所选择的所述第一部分和所述第二部分上以改变所述热压印部件的所述第一部分和所述第二部分的微结构。在施加所述激光束期间调整激光束光斑的大小并且该激光束光斑的大小适合所述第一部分和所述第二部分的宽度，并且其中，基于在所述热压印部件的确定的所述第一部分和所述第二部分中测得的温度来调节所述激光束的功率。所述第一部分是用于在碰撞中吸收能量的软区，并且所述第二部分是后续操作中使用的部分。

已经发现，在施加激光束期间的可调整激光束光斑会是有利的。在这方面，可以设置激光束光斑的各种大小和比率，因此，可实现具有各式各样形状的非常特定且精确的几何形状的形成。因此，可避免需要处理头的耗时改变和关联的重新对准，因此可减少制造时间以及对多次暴露于激光束的需要。此外，在具有复杂形状的软区中，可施加所述激光，因此可改进制造工艺的标准化。另外，由于只会需要一次暴露于可调整激光束光斑的事实，导致位于具有非常高强度(非常硬)的区域和具有增大的延性(较软)的区域之间的过渡区会减小。以此方式，可提高确定软区的准确性。当用hfdq处理和超高强度材料进行处理时，后续操作会需要改变局部微结构。需要增加延性，以能够使凸缘弯曲，通过铆接来附接多个部分等。

另外，可基于温度来调整激光束的功率，因此可得到一致的热处理。

本文中描述的激光技术允许将这些种类的后续操作与软区的形成相结合。因此，热压印处理中使用的模具可被简化，因为不需要设置单独的温度区。

优选地，由激光器在单次扫描中沿着部件的长度来加热将被改变微结构的第一部分和第二部分(和有可能其他部分)。

在其他方面，本公开内容提供了通过与以上描述基本上相同的方法中的任一种得到或可得到的部件。

附图说明

将参照附图在下文中描述本公开内容的非限制实施例，在附图中：

图1a至图1b示出具有用基本上如以上描述的任何方法制造的软区的部件的实施例；

图2a和图2b示出激光系统中的每个和实施例；以及

图3a和图3b示出激光束光斑的不同特定形状的实施例。

具体实施方式

图1a至图1d示出具有用基本上如以上描述的方法制造的软区的部件的实施例。在图1a的实施例中，示意性示出b柱21。以相同方式，在图1b的实施例中，示意性示出b柱26。可例如通过hfdq工艺来形成部件21和26二者。在一些实施例中，部件21和26可由钢制成。

在图1a中，可选择软区24来改变微结构，例如，增加延性。选择软区可以基于碰撞测试或模拟测试，尽管可以有用于选择软区的其他一些方法。为了确定部件(诸如，例如，b柱)中最有利的碰撞行为或更好的能量吸收，可通过模拟来限定软区区域。可使用激光系统将激光束(未示出)施加到所选择的软区24上。可在施加激光束期间调整激光光斑的大小并且该激光光斑的大小可适合软区24的高度和/或宽度，因此可避免在每次施加激光之后对激光系统的光学器件进行耗时的改变。以相同方式，可如以上评论地选择第二软区23，激光束(未示出)可移向第二软区23并且可使用激光系统将激光束施加到所选择的部分23上。可在将激光束施加到第二软区23的形状期间调整激光光斑的大小。类似地，依旧，激光束(未示出)可移向第三软区22并且可将激光束施加到所选择的第三软区22上。以相同方式，可在将激光束施加到第三软区22的形状期间调整激光光斑的大小。激光的操作可如上所述类似于软区24。

以此方式，软区24、23、22可具有增强的延性，同时可保持软区旁边的部分的强度。可改变软区24、23、22的微结构，例如，软区24、23、22的抗拉强度可小于600mp并且软区24、23、22中的延伸率可增至高达20％。可在调整激光光斑的大小的同时，只用激光系统(未示出)的一个光学器件来得到软区22、23、24。因此，工具投资以及维修成本可降低。制造时间也可减少。此外，光斑的变化可使软区24、23、22的开始点和最终点处的过渡区减小。

可基于某些参数(例如，利用用于测量高温的温度计(例如，高温计或相机)在部件8的确定的软区中测得的温度)来调整的激光束，从而保持激光束光斑的温度。可使软区24、23、22具有不同的形状并且具有不同的应用，例如，凸缘、小或大的斑点、复杂的几何形状。使用如本文中描述的方法和激光应用的实施例，在单次扫描或非常少的“激光扫描”中，在例如铆接区域周围、凸缘周围、较大软区等的局部微结构会发生改变。这些类别的后续操作可与单次扫描中的软区的形成相结合，从而减少制造时间。热压印工艺中使用的模具此外可被简化，因为不需要设置分离的温度区。

图1b的实施例示出其中已经完成了具有特定形状的软区27的b柱26的实施例的俯视图。选择软区、b柱的结构以及操作可与图1a中描述的类似。

图2a示意性示出激光系统的实施例，激光系统可具有光纤连接器3。光纤连接器3的一个远端可连接到光纤1。

光纤连接器3可使得能够与光纤1快速且可靠地连接和断开。光纤1可充当粒子束和波束的引导件。

可设置准直单元5。准直单元5可致使激光束的运动方向变成更对准特定方向。

激光系统可具有单色高温计8，虽然某些其他替代方式有可能是可以的，例如，双色高温计7。单色高温计8可通过测量从表面以一个波长发射的辐射来确定温度。以此方式，可在考虑温度的情况下调节激光束的功率。

还示意性示出变焦匀化器10。变焦匀化器可适合如随后描述的激光光斑的形状。

在替代实施例中，变焦匀化器10可被配置成其第二端连接到联接单元20。联接单元20可附接到聚焦元件11。联接元件20可被配置成设置有转接器9。转接器9可附接到相机15，例如，emaqs相机。emaqs相机是基于相机的温度数据采集系统，虽然某些其他替代方式(例如，ccd相机14)是可能的。

在某些其他替代实施例中，变焦匀化器10可被配置成连接到单色高温计60，虽然某些其他替代方式可以是可能的，例如，双色高温计61。单色高温计60可通过测量从表面以一个波长发射的辐射来确定温度。以此方式，可在考虑温度的情况下调节激光束的功率。

激光系统可被安装在机器人(未示出)上。机器人可被安装在地板上，但某些其他构造有可能是可以的，例如，安装于顶棚。可由控制装置(未示出)来控制机器人。可采用的机器人的实施例是购自abb的机器人irb6660或irb760，还有其他。

激光系统的激光功率可限于20000w。

图2b示意性示出变焦匀化器10。变焦匀化器10可将光束变换成例如矩形、圆形的形状。变焦匀化器10可以是图2a中示出的激光系统的一部分。变焦匀化器10可包括至少部分包围激光系统的外壳38。

外壳38可包括透镜阵列30a、30b和30c。透镜阵列30a、30b和30c可将激光束的光斑调整成在施加激光期间被扫描的元件的不同部分的宽度或长度。透镜阵列可实现具有高达180mm的边缘长度或宽度的各种聚焦线或区域。在整个设置范围内，激光焦点中的高顶帽形能量分布可以是均匀的，因此可确保整个设置范围内的能量输入一致。透镜阵列30a、30b和30c可被设计用于高达20000w的激光功率输出。

齿轮电机34可调整作用于透镜阵列30a、30b和30c的激光束光斑的大小。激光束光斑可以是能在两个轴上由电机进行调整的。可使用透镜阵列30a、30b和30c来实现多个焦点大小和比率。使用齿轮电机34使透镜阵列30a、30b和30c的移动机动化，这可使得激光束宽度或高度能被动态调整。齿轮电机34的致动可使得能够集成在任何机器控制系统中。

齿轮电机34可附接于螺纹主轴33。螺纹主轴33可传输由齿轮电机34产生的运动。螺纹主轴33的一个远端可附接于轴螺母32。可设置运动控制单元36来控制变焦匀化器10的元件中的一些(例如，齿轮电机34)的运动。可使用诸如伺服系统的某种类型的装置来控制齿轮电机34的位置或速率，虽然某些其他选择(例如，液压泵、线性致动器或电动机)是可能的。

图3a和图3b示出激光束光斑的不同特定形状的实施例。如以上提到的，可设置各种大小的激光束光斑和比率，因此，可实现具有各式各样形状的非常特定且精确几何形状的形成。因此，可提供具有例如不同曲率、不同大小(长度、宽度和高度)的几乎任何所期望的几何形状。

例如，图3a示出不同的已知形状(矩形、圆形和四边形)。x方向和y方向可以是独立且连续可变的。x方向和y方向二者上的光斑变化可在8mm和200mm之间。可由电机(例如，无刷dc伺服电机)来执行x方向和y方向二者上的变化。激光束可包括使用温度计(例如，高温计)来测量高温，以估计热压印部件的软区所需的温度，因此温度可保持在所期望的范围内。

随着激光沿着部件并且在待处理部件的各个部分之间移动，可将光斑调整成具有形成软区所需的形状和大小。

图3b示出通过组合图3a的形状而可在单次扫描中得到的更复杂形状。即，在一些实施例中，在施加激光束期间，可改变激光光斑的形状和大小二者。通过按照温度测量值来控制激光器的功率，尽管激光光斑的变化大，也可得到一致的热处理。

发明人已发现，在x方向和y方向二者上改变激光束的光斑的同时，在5mm/s和100mm/s之间的前进的供给激光速率和功率在1kw和10kw之间(可选地，在2.3kw和5.5kw之间)的激光束得到特别好的结果。

虽然本文中只公开了多个实施例，但其他替代、修改、使用和/或其等同物是可能的。此外，也涵盖了所描述的实施例的所有可能组合。因此，本公开内容的范围不应该受特定实施例限制，而是应该只由完全阅读权利要求书来确定。