本公开涉及金属板材部件(sheetmetalcomponent)的生产方法。
背景技术：
原型车辆以及边缘车辆和高档车辆产生对制造小批量的部件的需要。这些制造提出了一系列挑战。例如，为每个单独部件定制的工装是昂贵的，并且生产这样的工装是耗时的。此外，频繁的设计更改需要定期地对工装进行更新。然而，传统的制造技术可能不适应与设计更改相关联的需求。因此，一些设计更改可能由于制造限制而没有被包含在原型中。诸如渐进成型的一些制造工艺过于缓慢，而诸如柔性辊轧成型的工艺需要显著的设计让步才能有用。
技术实现要素：
在至少一个实施例中，公开了一种生产一组汽车金属板材部件的加工方法。所述方法包括：通过经由共用的工装成型具有各种全局几何形状的部件来生产一组汽车部件，所述共用的工装被构造为使坯料金属板材弯曲以产生可变的截面轮廓。所述加工方法包括：形成作为每个成型部件的组成部分的附加部。所述加工方法还包括：在将每个部件经由附加部固定到变形机器时，以一系列的渐进变形的方式改变所述部件的全局几何形状以产生局部几何形状。所述一组汽车部件可包括指定用于不同车辆类型的一种部件类型。该部件类型可包括车底构件、车顶横梁、纵梁(rail)或门槛构件(rockermember)。所述一组汽车部件可包括指定用于一种车辆类型的不同部件类型。金属板材部件可具有纵长轮廓。可变的截面轮廓可包括高度可变的截面。附加部可延伸超过部件的全局几何形状。附加部可具有对所述一组汽车部件中的每个部件通用的形状。可在成型局部几何形状之后移除附加部。可经由不同的工装分开地产生全局几何形状和局部几何形状。
在另一实施例中，公开了一种生产一组不同的汽车纵长部件的方法。所述方法包括：在第一工艺中使用共用的工具通过使用于所述一组不同的汽车纵长部件中的每个部件的金属板材弯曲而形成可变的截面轮廓。所述方法还可包括：将每个变形的金属板材连接到可移除的部分。所述方法可包括：在将金属板材经由可移除的部分附连到变形机器时，在第二工艺中以一系列的渐进变形的方式改变变形的金属板材的轮廓，以产生纵长部件。可通过不同的机器和工装来执行第一工艺和第二工艺。所述弯曲可在金属板材的竖直表面中形成凹入。所述渐进变形可包括使金属板材的水平表面弯曲。可在第二工艺之后利用激光修整可移除的部分。第一工艺可使用柔性辊轧成型，第二工艺可使用渐进成型。
在又一实施例中，公开了一种成型汽车金属板材部件的加工方法。所述方法可包括：通过在坯料金属板材中形成可变的截面轮廓来产生第一纵长金属板材部件的全局几何形状。所述方法可包括：以一系列的渐进变形的方式改变第一部件的全局几何形状以产生局部几何形状。所述方法还可包括：通过使用成型第一部件的工装来产生第二部件的全局几何形状和局部几何形状，其中，第一部件与第二部件不同。第一部件和第二部件可以是具有至少一个不同的尺寸的纵长部件。第一部件和第二部件可以是具有至少一个不同的轮廓部分的车顶纵梁(roofsiderailing)。第一部件和第二部件在长度、高度、部件的至少一部分的凹入深度或前者的组合方面可不同。
附图说明
图1a至图1f描绘了根据一个或更多个实施例制造的示例性部件的透视图；
图2示意性地描绘了公开的能够生产具有可变的截面的纵长部件的制造过程的步骤序列；
图3a至图3c描绘了具有示例性附加部的示例性部件的透视图。
具体实施方式
在此描述了本公开的多个实施例。然而，应当理解，公开的实施例仅仅为示例并且其它实施例可采取各种和替代的形式。附图无需按比例绘制；一些特征可被放大或最小化以显示特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种方式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任一附图说明和描述的各种特征可与一幅或更多幅其它附图中说明的特征结合，以产生未明确说明或描述的实施例。说明的特征的组合为典型应用提供了代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可以期望用于特定应用或实施方式。
除非明确地指明，否则在描述本公开的最宽范围时，在本说明书中指示尺寸或材料特性的所有数值量都应被理解为由词语“大约”来修饰。
首字母缩略词或其它缩写的首次定义适用于同一缩写在此的所有后续使用，并且准用于最初定义的缩写的正常语法变型。除非明确地做出相反的说明，否则对属性的测量由与前面或后面对于同一属性提及的技术相同的技术来确定。
特定车辆原型以及边缘车辆、高档车辆和其它汽车项目需要小批量制造的部件。由于要生产的这些部件相对少量，所以通常使用为部件定制的工装来制造所述部件，并且在制造相对小批量的部件之后该工装被废弃。虽然这种工装所使用的材料通常比高性能和大批量的工装所使用的材料便宜，但是工装的生产仍是昂贵且耗时的。
用于小批量部件的示例性的工装可以是包含由相对低廉的合金制成的模具的卡克塞特锌合金工装(kirksitetooling)。然而，在产品开发过程中，设计更改是常见的，传统的工装可能不能适应预期的更改或不能应对设计更改。因此，为了降低成本和加工时间，一些设计更改可能没有被包含在原型中。
一些小批量部件包括各种金属板材部件。传统制造技术要么不适于生产金属板材(诸如增材制造)，要么不能够提供汽车部件所需的足够的细节。例如，传统的辊轧成型仅能够生产在纵向方向上具有恒定截面的轮廓。此外，传统工装不能用于生产来自一族系部件中的多于一个的部件。因此，每个部件需要单独的工装，从经济和生产的角度来说这是不实际的。
根据一个或更多个实施例，提供了一种用于生产汽车金属板材部件的加工方法。该加工方法实现了两个单独的工艺的组合。第一工艺能够产生部件的全局几何形状。全局几何形状是指部件的粗略形状而不限定其精细特征。全局几何形状随后通过第二工艺而改变，第二工艺在全局几何形状中限定精细特征和细节。为了能够从第一工艺转变到第二工艺，在对全局几何形状造型时或之后，使部件包括附加部(addendum)。
通常地，部件通过诸如冲压成型的方法来生产，冲压成型需要大型昂贵的工装和不具有足够长的寿命的材料。在此公开的两个工艺以协同的方式运行，从而以经济和节约时间的方式生产特定几何形状的部件。同一工装可用于在一个生产线上生产同一族系内的或用于相同车辆类型的各种部件。对具有相似特性的部件进行分组并使用同一工装来生产它们能够节省几天到几周的时间并且更经济。
在至少一个实施例中，所述加工方法包括：通过在使用共用的工装的同时使具有各种全局几何形状的部件成型来生产一组或一族系的汽车部件，其中，所述共用的工装被配置为使坯料金属板材弯曲以产生可变的截面轮廓。所述加工方法包括：形成附加部和/或将固定装置添加到每个成型的部件。所述加工方法还包括：在将每个部件经由附加部和/或固定装置固定到变形机器时，以一系列渐进变形的方式改变部件的全局几何形状，以产生局部几何形状。
部件10可以是任何金属板材部件。在图1a至图1f中描绘了示例性的部件10。如在图1a至图1f的示例中可以看出，部件10可以是纵长部件，其沿着纵向轴线x的尺寸比沿着轴线y或轴线z的尺寸大。部件10可具有在纵向轴线x上不连续或可变的截面，但是也可沿着轴线y和/或轴线z变化。部件10可具有闭合或敞开的一个或更多个端部12。部件10可具有一个或更多个部分14，其与至少一个其他部分16或多个部分16'和16”等具有不同的尺寸。部件10可具有一个或更多个弯折部、拱形部或曲线部18。此外或替代地，部件10可具有一个或更多个孔20。孔20可以在金属部件主体22内对称地或不对称地间隔开。孔可具有任何尺寸、形状或形式。例如，孔20可以是规则的、不规则的、圆形的、椭圆形的、多边形的、方形的、矩形的或具有其它形状。同一部件10内的孔20可具有相同或不同的形状和/或尺寸。部件10可不具有任何孔。部件10在其主体22内可具有变化的长度、高度、厚度或前者的组合。部件10可具有基部24、侧部26和一个或更多个凸缘28。
部件10的截面可具有变化的轮廓。该截面可沿纵向方向变化。轮廓可具有可变的宽度、深度/高度或前者的组合。轮廓可以是完全敞开的、部分敞开的或闭合的。轮廓可具有类似u、o、v、d或c形的形状。轮廓可以是对称的或不对称的。
部件10可以被分类为属于各种族系的部件。部件10可通过部件类型或车辆类型进行分类。因此，将要通过共用的工装生产的一组部件或一族系部件可包括用于至少两种不同车辆类型的相同类型的部件。替代地，将要通过共用的工装生产的一组部件可包括用于相同车辆类型的不同部件。下面的表1提供了部件族系和车辆类型的分组的示例。车辆类型和部件的数量和类型仅仅是示例。可包括其它类型的部件和不同类型的车辆。
表1——部件族系和车辆类型
例如，共用的工装可用于生产用于车辆类型1至5的车顶纵梁外部构件a1至a5的部件族系。例如，图1a至图1c中描绘的一族系的部件100、102、104包含来自组a1至a5的三个不同的车顶纵梁外部构件。另一示例性族系包括被分类为滑行装置的各个部件202、204(被描绘在图1d和图1e中)。图1f中描绘的示例性部件304属于车底x型构件c1至c5的族系。其它示例性的部件族系可包括门槛加强构件、前窗眉、后窗眉、中央车顶弓梁部件、横梁等。每个族系可包括用于各种车辆类型或型号的相同类型的部件。例如，一族系可包含用于至少两种不同类型的车辆型号的滑行装置，如上面在表1中所示出的。
替代地，另一共用的工装可用于生产用于同一车辆类型1的一族系的部件a1至g1。并且，又一工装可用于生产用于同一车辆类型5的一系列的部件a5至g5。
同一族系内的不同部件可具有相同或不同的轮廓、诸如总高度、长度、宽度的尺寸、几何形状、孔的数量、形状和/或尺寸、基部宽度、侧壁高度、凸缘宽度等。
部件10的材料可以是不同等级的钢。例如，材料可以是低强度、高强度和超高强度的钢、奥氏体、铁素体或马氏体等级的钢、包含各种比例的mn、si、ni、ti、co、cr和/或al的合金钢、碳钢或工具钢。
可使用软件来确定将各种部件分组成多个族系的最经济有效且节约的方式。一旦确定将要生产的部件的组，该组的全部部件都可以在部件以第一工艺成型之后以第二工艺最终成型。例如，如果该组包含用于车辆类型1的部件a1至g1，则该组的全部部件将在以第一工艺成型之后进行至第二工艺。可先使期望数量的部件a1成型，随后使期望数量的部件b1成型，随后使期望数量的部件c1成型等。一旦全部的部件a1至g1已经以第一工艺成型，部件a1至g1便可进行至第二工艺。因此，可连续地生产部件a1至g1，使得在生产部件a1之后生产部件b1，随后生产部件c1、d1、e1等。替代地，可期望成型组a1至g1内的特定量的任意部件，使得以第一工艺生产特定量的部件a1，然后生产特定量的部件c1，随后再次生产特定量的部件a1。仍然替代地，可以以任意顺序生产部件a1至g1。
在该组包含用于不同车辆类型的相同类型的部件(例如，如果该组包括用于车辆类型1至5的车顶纵梁a1至a5)的情况下应用相同准则。
形成部件10的全局几何形状或粗略形状的第一工艺500(示意性地描绘在图2中)能够以使得部件可具有在纵向轴线上不连续的截面的方式形成坯料的轮廓。第一工艺可以是(例如)柔性辊轧成型(还称作3d辊轧成型)。柔性辊轧成型是使用采用多个辊子504的机器502的渐进运动工艺，多个辊子504能够独立地运动并能够在不更换工具的情况下在金属板材中形成不连续的截面轮廓。多个辊子504使金属板材506渐进地弯曲成最终的预定形状。第一工艺可使平坦金属板材沿着纵向轴线成形为凸形或凹形的条带。第一工艺可使用多个独立的辊子504，每个辊子504能够逐步地形成全局几何形状的渐进部分，全部的辊子504一起形成部件10的全局几何形状。第一工艺可提供顺序的或连续的弯曲操作。金属部件10的多达大约50％、60％、70％或80％的总形状或轮廓可经由第一工艺形成。第一工艺可包括在部件10的竖直表面、水平表面或这两个表面中产生变形。第一工艺可使用同一组辊子504来产生不同部件的全局几何形状。第一工艺可使用同一组工具(辊子504)来形成至少一个族系内的全部部件的全局几何形状。
进入第一加工机器的金属板材的厚度可高达7mm。该厚度可以是大约1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm或7mm。在第一工艺之前、在第二工艺之前或在第二工艺之后整个部件10的厚度可不同。金属板材材料可具有高达500mpa的屈服强度。金属板材可被预切割成一个或更多个条带。
进入第一加工机器的金属板材的尺寸可以是足够的，使得一个或更多个附加部30(在下面所述)可形成为部件10的组成部分。
在不同的机器602上使用与第一工艺不同的工装来执行第二工艺600(如图2所描绘)。第二工艺使全局几何形状能够改变以在部件10的全局几何形状中形成第一工艺可能由于各种原因而不适于形成的细节轮廓。例如，利用第一工艺产生局部几何形状将耗费大量时间。此外，试图利用第一工艺限定局部几何形状会导致材料的翘曲或不期望的应力。然而，第二工艺可能不适于形成全局几何形状。例如，诸如延展性的材料特性可造成限制，使得第二工艺可能不能提供足够的弯曲操作。因此，在使用第一工艺(用于使全局几何形状成形)的同时协同使用第二工艺(与第一工艺不同，用于在预成型的全局几何形状中提供局部或细节的几何形状)将得到生产金属板材纵长部件的更快、更经济的方法，与通过不同方法生产的类似的部件相比，该纵长部件具有复杂精致的几何形状并具有提高的承载能力以及减小的结构重量。第二工艺600可使用同一工装或同一组工具来提供同一族系的多个或全部部件的局部几何形状。
为了允许从第一工艺转变到第二工艺和/或在第二工艺中加工部件10，一个或更多个附加部30和/或固定装置32可形成为每个部件10的一部分或附连到每个部件10。在图2和图3b中描绘了示例性的附加部30作为成型部件10的一部分。附加部30的形状可特定于每个部件，或者相同的附加部30可形成在每个部件族系中的不止一个构件上。附加部30和/或固定装置32使得部件10附连到第二加工机器而不损害部件的质量。通过设置附加部30和/或固定装置32，部件10自身与加工机器的接触较少。其结果是，部件10的表面不易于获得刮痕、凹痕、斑痕和/或可能另外由第一工艺和第二工艺之间的转变和/或加工机器自身导致的其它瑕疵。
只要附加部30和/或固定装置32为部件10提供足够的支撑，附加部30和/或固定装置32便可具有任何形状或形式。如图2所描绘的，附加部30可以是部件10的至少一侧、凸缘或基部的延伸部。附加部30可沿着侧部或凸缘的整个长度延伸。替代地，附加部30可仅形成在侧部、凸缘或基部的一部分上。固定装置32和/或附加部30两者可具有与部件10相同或不同的尺寸。例如，固定装置32和/或附加部30可具有与部件10相同的长度，或者比部件10更长或更短。附加部30和/或固定装置32可具有延伸超过部件10的全局几何形状的长度。不止一个附加部30可形成在同一部件10上，如图2和图3b所示。类似地，不止一个固定装置32可用于支撑部件10。
在至少一个实施例中，附加部30的形状可以是对至少两个不同部件10的至少两个不同附加部30来说共有的形状，或者可以是对至少一个族系的部件10的全部部件来说共有的形状。附加部30可以是用于一族系部件10的每个部件的通用附加部。
与形成为在第一工艺中形成的部件10的组成部分的附加部30不同，固定装置32不形成为部件10的组成部分。可在第一工艺之后增加固定装置32。固定装置32可重复使用或仅使用一次。相同的固定装置32可用于在其族系内的各种部件。替代地，相同的固定装置32可用于生产同一族系内的多个相同的部件。
附加部30和/或固定装置32可临时地固定至或连接至部件10，使得附加部30和/或固定装置32是可移除的。附加部30可形成为部件10的组成部分。附加部30和/或固定装置可经由一个或更多个孔(例如，为了其它目的而设置在部件10中的一个或更多个孔20)与第二加工机器接触或附连到第二加工机器。替代地或此外，孔20可为了将附加部30和/或固定装置32附连到第二加工机器的目的而特别地形成到部件10(用于固定装置)和/或第二加工机器。替代地或除孔20之外，附加部30和/或固定装置32可经由一个或更多个钩、螺栓、螺钉、夹子、连接器、支架、扣子、夹具等固定至第二加工机器和/或部件10。
在部件10在第一工艺期间获得其全局几何形状期间或之后、在第一工艺和第二工艺之间、在部件10在第二工艺中成形为获得其局部几何特征期间或之后或前者的组合，附加部30和/或固定装置32可与部件10接触。例如，在第一工艺期间在部件10离开第一加工机器502之前附加部30可成型为部件10的组成部分。替代地，在部件10的特定部分的全局几何形状成型之后且在整体的全局几何形状成型之前，附加部30和/或固定装置32可附连到部件10。
附加部30和/或固定装置32可由金属、复合物、聚合物、木材、玻璃或材料的组合制成。附加部30和/或固定装置的厚度可与部件10的厚度相同或不同。例如，金属附加部30和/或固定装置32可具有比将被支撑的部件10的厚度更大或更小的厚度。例如，由于不同的材料厚度，附加部30和/或固定装置32可比部件10更不易延展和/或具有更高的强度。固定装置32可由与部件不同的金属材料制成。
可在第二工艺之后移除附加部30和/或固定装置32。例如，可通过激光修整来移除附加部30。
从第一工艺500到第二工艺600的转变可人工地进行或自动化地进行。在部件10被运输到第二加工机器602之后，成型局部几何形状。第二工艺可以是(例如)板材渐进成型，该工艺在预成型的全局几何形状中形成细节轮廓。第二工艺采用能够以一系列的渐进变形的方式对预成型的全局几何形状进行压痕加工的机器602。轮廓加工工具可将金属压痕加工到特定深度并遵循一定轮廓，另一压痕加工可跟随下一个轮廓的绘制等。附加部30和/或固定装置32可用于将部件10附连到第二加工机器。例如，部件10可沿x、y轴线被夹紧到第二加工机器，使得部件10可沿z轴线自由运动。金属部件10的总体形状或轮廓中高达大约50％、40％、30％或20％的形状或轮廓可经由第二工艺形成。第二工艺可包括在部件10的竖直表面、水平表面或这两个表面中形成凹入、变形、弯曲、凹痕和/或类似特征。
在第一工艺、第二工艺期间或者在第一工艺或第二工艺之前或之后，可在部件10和/或附加部30上执行额外的操作。例如，可通过各种技术(诸如冲孔或通过激光)在部件10中产生一个或更多个孔20。可采用激光修整来形成一个或更多个凸缘28和/或移除或重塑附加部30。
第一加工机器、第二加工机器和提供激光修整、冲孔、从第一加工站到第二加工站的运输等的额外的机器可连接到一个或更多个控制器。所述一个或更多个控制器可具有一个或更多个处理部件，诸如使控制器能够处理输入数据的一个或更多个微处理器单元。输入数据可包括关于各个部件、各个部件族系、部件的材料和尺寸、每个部件的期望全局几何形状、每个部件的期望局部几何形状、附加部的尺寸和布局、孔和/或凸缘的位置和尺寸的信息。输入数据还可包括关于第一加工机器的各个辊子、它们的尺寸、位置、角度以及每个辊子在第一工艺期间的期望位置的信息，以提供产生每个部件10的全局几何形状的一系列变形。输入数据还可包括关于变形工具在第二工艺期间的路径的信息，以提供每个单独的部件的局部几何形状。
一个或更多个控制器可被配置为识别并分类各种族系的部件，发起第一工艺和/或第二工艺，停止或临时中断任一工艺、协调各个部件的加工、形成孔、凸缘等。控制器还可被配置为基于将要成型哪一族系的哪一个部件来转换第一工艺和第二工艺的工具加工路径。例如，控制器可被配置为：生产来自族系1的特定量的部件a1，随后生产来自族系1的特定量的部件a2，生产来自族系1的特定量的部件a3，随后生产来自族系2的特定量的部件b1、来自族系2的部件b2等。
涉及这两个阶段的工艺的方法用于生产不同族系的纵长金属板材部件内的多个部件，所述方法可包括：识别和分类多个族系的各个部件。所述方法还可包括：针对每个族系的部件开发用于第一工艺的工装。第一工艺的工装随后可用于获得该族系中的每个部件的全局几何形状。所述方法还可包括：开发用于在第一工艺与第二工艺之间输送部件和用于第二工艺期间的附加部，附加部特定于一族系或族系内的特定部件。可执行验证至少第一工艺和/或第二工艺的可行性的仿真。基于一族系内的每个部件的期望的局部几何形状，可开发第二加工机器的工具路径。随后，第二工艺可用于完成每个部件的整体几何形状。还可预期激光修整和/或冲孔。
用于第一工艺的工装的开发可包括针对每一族系的每个部件执行仿真并验证生产的可行性。所述方法还可包括基于第一加工机器生产线能力而开发第一工艺的工装。可识别诸如要求开发的坯料、预冲孔、激光修整等的预加工要求。
所述方法可包括：在生产来自一族系的期望量的部件之后改变工装或第一加工机器和/或第二加工机器，从而可生产来自不同族系的部件。
在此公开的处理、方法或算法可被传送到处理装置、控制器或计算机或由处理装置、控制器或计算机来实现，处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，所述处理、方法或算法可按照许多形式被存储为可由控制器或计算机执行的数据和指令，所述形式包括但不限于：永久存储在不可写存储介质(诸如rom装置)上的信息和可变地存储在可写存储介质(诸如软盘、磁带、cd、ram装置和其它磁介质和光学介质)上的信息。所述处理、方法或算法还可以以软件可执行对象的方式实现。可选地，所述处理、方法或算法可利用适合的硬件组件(诸如，专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、状态机、控制器或其它硬件组件或装置)或硬件、软件和固件组件的组合被整体或部分地实现。
说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可作出各种改变。如之前所描述的，可组合多个实施例的特征以形成本发明的可能未被明确描述或示出的进一步的实施例。虽然多个实施例可能已被描述为提供优点或在一个或更多个期望的特性方面优于其他实施例或现有技术实施方式，但是本领域的普通技术人员应该认识到，根据具体应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可被折衷，以实现期望的整体系统属性。这些属性可包括但不限于：成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、装配容易性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其他实施例或现有技术实施方式合意的实施例并不在本公开的范围之外，并且可以期望用于特定应用。