复合构件及其制造方法和用途与流程
本发明涉及一种复合构件，包含至少一个第一钢工件、至少一个第二金属工件和至少一个设置在之间的塑料。本发明还涉及用于复合构件的制造的相应方法以及复合构件的用途。
背景技术：
在现有技术中尤其熟知金属/塑料/金属复合材料。申请人以商品名称
在现有技术中已知专利文件102006058601b4，公开了一种用于制造高负荷的混合构件的方法，方法将至少一个热成型的金属材料和局部粘着的纤维增强的塑料装配到一起。在这个文件中还涉及了例如设置有附加的第二金属材料的夹心的设计方案，第二金属材料连接到纤维加强的塑料。所制造的混合构件适用于通过纤维加强的塑料而局部强化的高负荷的底盘和车身构件。
此外在汽车中已知一些例如对撞击管理起作用的构件，例如汽车中的底板。在此使用材料厚度大约为0.8毫米的微合金钢，其能够在侧面碰撞负荷状况下承担作用。借助强度的提升能够在保持相同的机械特性的情况下降低材料厚度，从而例如通过使用传统的可调质钢产生减小材料厚度的潜力，然而这样能够例如对所需要的最低刚性有不良的影响。轻型结构潜力尤其是在车辆制造和商业车辆制造中尚未全面地充分利用。
技术实现要素：
本发明的目的在于，提供一种复合构件，其相较于传统应用的构件包含更小的重量，还提出一种用于制造复合构件的方法，借助该方法能够经济地制造轻的构件，并且给出复合构件的用途。
关于复合构件的目的如此实现，即塑料形成为塑料层并且与第一钢工件和第二金属工件基本全面地、材料结合地连接，其中钢工件局部或完全地硬化。
发明人发现，由至少一个调质的钢工件，也就是说由一个部分或全面硬化的，尤其是加压淬火的钢工件、一个实质上全面连接的塑料以及一个另外的实质上与塑料全面连接的第二金属工件的组合，尤其通过在钢工件中的至少局部的或全面的高的强度根据使用目的进一步减小钢工件和/或第二材料工件的材料厚度，而不对复合构件的特性产生负面的影响，也就是说，复合构件相较于传统应用的构件具有相似的、优选更好的特性，尤其是更好的刚性，由此实现重量的减少。调质钢工件的材料厚度最高为1.5毫米，尤其最高为1毫米，优选最高为0.5毫米并且尤其优选最高为0.35毫米。塑料的材料厚度至少为0.2毫米，尤其至少为0.3毫米，优选至少为0.4毫米。作为可调质钢基本上使用锰硼钢。也可以考虑使用另外的钢种，其由于热处理具有相较于交货状态更高的强度。作为塑料优选使用热塑性塑料，其在至少200℃，尤其在至少220℃时是耐温的。优选塑料是基于pa、pe和/或其混合物的系统。基本上全面的材料结合的连接根据本发明理解为，塑料一方面完全地由塑料形成或者另一方面局部区域，尤其是复合构件的边缘区域能够是没有塑料的，在此区域能够无困难地实施与另外的构件的连接，尤其是借助于牵引连接和/或焊接连接，优选借助电阻点焊接连接。
依据根据本发明的复合构件的第一实施例，至少第二金属工件是铝工件、镁工件或钢工件，优选是调质的钢工件。尤其优选调质第二钢工件，也就是说局部或全面硬化的、尤其是加压淬火的钢工件，其中调质的第二钢工件的材料厚度最高为1.5毫米，尤其最高为1毫米，优选最高为0.5毫米并且尤其优选最高为0.35毫米。第一和第二钢工件的材料厚度能够根据使用目的地实施为相同或不同的。根据使用目的能够使用材料厚度最高为2.0毫米，尤其最高为1.5毫米，优选最高为1.0毫米并且特别优选最高为0.5毫米的铝工件或镁工件作为第二金属工件，其由于相较于钢的更低的密度能够引起重量的进一步的减小。第一和/或第二金属工件的材料厚度至少为0.15毫米，尤其至少为0.2毫米，优选至少为0.25毫米，以能够确保特定的强度。
依据另一方面，本发明涉及一种用于制造复合构件的方法，包含以下的步骤：
制备至少一个由钢材构成的第一金属半成品和至少一个第二金属半成品；将钢材热成型为一个钢工件并且将至少一个所述第二金属半成品成型为一个金属工件；为复合构件的制造制备所述钢工件、至少一个塑料半成品和所述金属工件；将至少一个热的所述第一钢工件、至少一个所述第一塑料半成品和至少一个所述第二金属工件放入到复合材料制造工具中，用于在各个工件之间产生材料连接。根据本发明首先将所述第一钢材局部或完全地加热到超过ac1的温度，尤其加热到超过钢材的ac3的温度。第一钢材能够作为平面的板坯或者冷的预成型的、尤其是具有接近于要制造的最终几何形状的钢半成品制备。在技术领域中，第一种情况称为直接热成型，第二种情况称为间接热成型。加热的钢工件被传送并且放入到变型/硬化工具中并且在变型/硬化工具中被热变型为钢工件并且/或者被(局部或全面地)硬化，尤其是加压淬火。如果在构件特有的碰撞性能设计中考虑在钢工件中的不同的组织结构，那么被称为“量身定制的回火”，也就是说调整硬结构和软的、尤其是相对于硬结构可延展的结构。此外金属工件的几何形状互相协调并且塑料半成品的尺寸匹配于金属工件的几何形状，从而能够在复合材料制造工具中在热和/或压力作用下在塑料半成品的钢工件之间以及塑料半成品和第二金属工件之间产生基本上全面的材料结合的连接。
为了避免重复，参考上面所述。复合构件与其它构件的接合区域能够构件特有地获得并且相应地考虑在塑料半成品中通过设置局部的凹口(穿孔)实施。塑料层、尤其是已经预成型的塑料层能够热地放入到复合材料制造工具中，其中塑料层匹配于金属工件的几何形状，从而能够产生基本上全面的材料结合的连接。
依据根据本发明的方法的第一实施例，第二金属半成品由铝材料、镁材料或钢材料制备，尤其由能够调质的钢材料制备，第二金属半成品尤其成型为第二金属工件，优选在热状态下放入到复合材料制造工具中。
依据根据本发明的方法的另一个优选的实施例，第二钢材料局部或全面地在超过ac1的温度中，尤其在超过第二钢材料的ac3的温度中加热，传送并且放入到变型/硬化工具并且在变型/硬化工具中热成型为钢工件并且/或者(局部或全面地)硬化，尤其是加压淬火。尤其是局部或全面硬化的第一和/或第二钢工件能够在温度超过220℃，尤其超过240℃，优选超过260℃时从变型/硬化工具中取出并且在热状态下传送和放入到复合材料制造工具中。在此能够以有利的方式通过多个先后串接的步骤连续的“在线”完成复合材料制造。
依据根据本发明的方法的另一个实施例，已经预成型的并且例如再次冷却的、中间存储的第一和/或第二金属工件能够在放入到复合材料制造工具之前被加热到超过220℃的温度，尤其是被加热到超过240℃的温度，优选被加热到超过260℃的温度。这点能够例如在传统的烤箱中，尤其在贯通炉中完成，但是也可选择地或附加地通过集成在处理装置(运输单元)中的加热装置完成，加热装置能够例如在放入到复合材料制造工具中之前将第一和/或第二金属工件电感应地、导热地或辐射地加热更确切地说保温。
依据根据本发明的方法的另一个实施例，能够在放入到复合材料制造工具之前对第一和/或第二金属工件和/或塑料半成品在相应的连接表面上局部或全面地涂覆增加附着力的涂层。增加附着力的涂层能够提升塑料和金属工件之间的附着力并且能够例如借助设置有喷雾设备的机器人喷覆。同样能够考虑其他的涂装方法。
依据另外的角度，本发明涉及了根据本发明的复合构件的用途，复合构件用作机动车或商用车辆的车辆结构或底盘结构，尤其用作在碰撞事故中支撑的汽车/商用车结构，如底板、纵梁、碰撞盒、横梁、窗台、a，b，c，d柱、横向导臂或扭转导臂。为了避免重复，在此也参考上面所述。
附图说明
接下来借助描绘实施例的附图进一步阐明本发明。相同的部件设置相同的标记。其中
图1示出了根据本发明的复合构件的第一实施例的透视概述图和
图2a示出了根据本发明的用于制造复合半成品的方法的第一实施例，
图2b示出了根据本发明的用于制造复合半成品的方法的第二实施例和
图2c示出了根据本发明的用于制造复合半成品的方法的第三实施例。
具体实施方式
图1示出了用于车辆的底板形式的根据本发明的复合构件1的第一实施例的透视概括图。底板1包含第一金属工件2，金属工件由调质的钢工件构成并且被局部或全面地硬化，优选被加压淬火。调质的钢工件2的材料厚度例如为0.25毫米。此外底板1还包含第二金属工件3，第二金属工件同样能够由调质的钢工件构成并且被局部或全面地硬化，优选被加压淬火。在第一钢工件2和第二钢工件3之间设置塑料4，塑料作为塑料层与第一钢工件2和第二钢工件3基本全面地材料结合地连接。全面的材料结合的连接能够一方面形成完全不中断的塑料层或者另一方面形成具有局部不带有塑料的区域的塑料层，在这个区域中尤其借助牵引力连接和/或焊接连接，优选借助电阻点焊接连接能够无困难地实施与其它构件的连接。
在图2a中描绘了用于制造复合构件的根据本发明的方法的第一实施例的示意性工序。从一个无限板中截取板坯或者在堆栈上提供已经预切割的板坯(步骤5)。板坯是可调质的钢材，尤其是锰硼钢材。其两面优选设置有金属化的涂层，尤其是铝基或锌基的涂层。优选施加电解的锌基涂层。可调质的钢材的厚度不超过1.5毫米，尤其不超过1毫米，优选不超过0.5毫米，尤其优选不超过0.35毫米。可调质的钢材提供用于第一和第二钢工件的制造。为此板坯首先例如在烤箱中，尤其是在贯通炉中，全面地加热或者彻底加热到超过ac1，优选超过钢材的ac3的温度(步骤6)。加热后将钢材，优选具有全面的奥氏体结构的钢材通过适合的未绘制的装置(运输单元)传送并且放入到变型/硬化工具中并且在变型/硬化工具中热变型并且(局部或全面地)硬化，尤其是加压淬火(步骤7)。完全的硬化发生在一个冷的，尤其是主动冷却的工具中，工具如此冷却要硬化的钢工件，即完成从奥氏体到贝氏体和/或马氏体的完全的转变并且完成与此关联的到硬结构转变。在局部的硬化中在构件中的至少一个区域进行调温，使得在这个区域中钢工件的内部不能够完成到硬的结构的转变。在钢工件的局部或全面的硬化之后，在温度超过220℃，尤其超过240℃，优选超过260℃时将其从变型/硬化工具中通过合适的未绘制的装置(传输单元)取出并且在热状态下传送和放入到在步骤7之后的打开的复合材料制造工具中。在此能够以有利的方式通过多个先后连接的步骤连续的“在线”完成复合材料制造。首先提供局部或全面硬化的第一钢工件并且放入到复合材料制造工具中。将塑料，尤其是塑料层形式的塑料通过合适的未绘制的装置(传输单元)优选热放入到已经放置有第一钢工件的复合材料制造工具中(步骤9)，其中塑料层尤其能够是已经预成型的并且基本匹配于钢工件的几何形状，从而能够与钢工件生成全面的材料结合的连接。提供可调质的第二钢工件作为第二金属工件，同样依照步骤5-7的工序实施，其中钢工件局部或全面的硬化，在温度超过220℃，尤其超过240℃，优选超过260℃时将钢工件从变型/硬化工具中通过合适的未绘制的装置(传输单元)取出并且在热状态下传送和放入到已经放置有第一钢工件和塑料层的在步骤7之后的打开的复合材料制造工具中。该复合材料制造工具包含例如下工具(阴模)和上工具(冲头)。通过两个工具半部的相对运动在温度和压力作用下的复合材料制造工具的闭合状态(ut)中完成塑料和第一钢工件之间以及塑料和第二钢工件之间的基本上全面的材料结合的连接(步骤8)，其中第一和第二钢工件的几何形状彼此协调并且塑料的尺寸匹配于钢工件的几何形状。在复合材料制造工具中能够附加地集成调温装置，其能够将工具保持在预设定的温度上，其中能够补偿放入后的第一和/或第二钢工件内部的可能的温度变动并且/或者尤其如此调节(根据塑料)调温装置，从而能够确保本质上全面的材料结合的连接。在打开复合材料制造工具后取出完成的复合构件(步骤10)。
在图2b中描绘了用于制造复合构件的根据本发明的方法的第二实施例的示意性工序。为了避免重复，参考对图2a的描述，其中步骤5‘-7‘对应步骤5-7。在钢工件被局部或全面地硬化之后，将已经成型的并且中间再次冷却的调质的钢工件中间存储(步骤11)。为了复合材料制造在放入到复合材料制造工具之前将中间存储的经调质的第一和第二钢工件加热到超过220℃的温度，尤其是加热到超过240℃的温度，优选加热到超过260℃的温度(步骤12)。这点能够例如在传统的烤箱中，尤其在贯通炉中完成，但是也可选择地或附加地通过集成在处理装置(运输单元)中的加热装置完成，加热装置能够例如在放入到复合材料制造工具中之前将第一和第二钢工件电感应地、导热地或辐射地加热或保温。步骤8‘-10‘的描述采用在图2a中对步骤8-10的描述。
在图2c中描绘了用于制造复合构件的根据本发明的方法的第三实施例的示意性工序。为避免重复，参照图2b中对步骤5‘-7‘和11-12的描述，区别在于，为了复合材料制造只提供经调质的第一钢工件。为了复合材料制造根据使用目的提供材料厚度最高为2.0毫米，尤其最高为1.5毫米，优选最高为1.0毫米并且尤其优选最高为0.5毫米的铝或镁作为第二金属工件(步骤14)，由此由于相较于钢的更低的密度能够引起复合构件重量的进一步的减小。中间存储的第二铝或镁工件在放入到复合材料制造工具之前加热到超过220℃的温度，尤其加热到超过240℃的温度，优选加热到超过260℃的温度(步骤15)。这点能够例如在传统的烤箱中，尤其在贯通炉中完成，但是也选择地或附加地通过集成在处理装置(运输单元)中的加热装置完成，加热装置能够例如在放入到复合材料制造工具中之前电感应地、导热地或辐射地加热第二铝或镁工件或者说保温。首先将来自于步骤12的热的第一钢工件或将来自与步骤15的热的铝或镁工件放置到复合材料制造工具中。与顺序无关地将塑料，尤其是塑料层形式的塑料通过合适的未描绘的装置(运输单元)优选热放入到已经放置有第一钢工件或者第二铝或镁工件的打开的复合材料制造工具中(步骤9‘)，其中塑料层尤其能够是已经预成型的并且基本匹配于金属工件的几何形状，从而能够产生本质上全面的材料结合的连接。该复合材料制造工具包含例如下工具(阴模)和上工具(冲头)。通过两个工具半部的相对运动在温度和压力作用下的复合材料制造工具的闭合状态(ut)中完成塑料与第一钢工件之间以及塑料与第二铝或镁工件之间的基本全面的材料结合的连接(步骤13)，其中第一和第二金属工件的几何形状互相协调并且塑料的尺寸匹配于金属工件的几何形状。在复合材料制造工具中能够附加地集成调温装置，其能够将工具保持在预设定的温度上，其中能够补偿放入后的第一钢工件或第二铝工件或镁工件内部的可能的温度变动并且/或者尤其如此调节(根据塑料)调温装置，从而能够确保本质上全面的材料结合的连接。在打开复合材料制造工具后取出具有不同的金属工件的完成的复合构件(步骤16)。
本发明不限于结合附图描述的实施例。
附图标记说明
1复合构件
2第一钢工件
3第二金属工件
4塑料，塑料层
5-16步骤、工艺步骤、工艺顺序
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！