專利名稱：由熱擠壓原材料制造金屬零件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造金屬零件的方法，其中，準備原材料，對原材料進行擠壓，以及在擠壓之后繼續(xù)加工成零件，其中，零件具有至少局部受擠壓區(qū)域。另外本發(fā)明還涉及以這種方法制造的金屬零件的優(yōu)選應用。
背景技術(shù)：
本發(fā)明范圍內(nèi)提到的原材料可理解為毛胚、半成品或金屬帶。在金屬零件的制造中，特別是車身零件的制造中，通過這種制造方法能夠滿足不同的要求。因此車身零件的制造特別重要，一方面通過盡可能輕的零件重量滿足所要求的強度特性，另一方面使制造費用最小化。為了達到這個要求，在現(xiàn)有技術(shù)的金屬零件或車身零件的制造方法中采用了不同的對策。一種在保持強度不變的情況下減少零件重量的技術(shù)方案是使零件內(nèi)部具有不同的壁強度。例如在DE 10 2007 030 388 Al中，公開了一種用于制造硬化板材零件的方法和裝置，其中使用了靈活的輥壓材料，所謂的“拼接輥壓板(Tailored Rolled Blanks)”。 作為替代，也可以使用相互焊接的不同壁厚的毛胚，所謂的“拼焊板(Tailored Welded Blanks) ”，用以制造金屬零件。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，用于優(yōu)化車身零件重量的另一技術(shù)方案可以通過使用擠壓板材來實現(xiàn)。在這種方法中，毛胚于冷狀態(tài)下在兩個輥軸之間進行冷輥壓。 至少一個輥軸在表面具有擠壓所需要的結(jié)構(gòu)。使用的材料可以作為卷材或足夠作為單件毛胚而傳送至輥軸。通常情況下將擠壓后的材料包裝并運往加工地點。為了制造耐碰撞的零件，首先必須在加工地點改變冷輥壓毛胚的組織結(jié)構(gòu)。這一點例如通過局部的熱導入來實現(xiàn)。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，這種方法的缺點在于增加了耐碰撞零件的制造費用。另外對于冷輥壓方式，由于較高的輥壓力而對輥軸產(chǎn)生較大的磨損。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的技術(shù)目的在于提供一種加工方法，該方法能夠減少耐碰撞零件的制造費用，并且同時減少對輥軸的磨損。根據(jù)本發(fā)明，上述目的在這種方法中如此實現(xiàn)，即，對原材料進行熱擠壓?？梢粤私獾?，通過對原材料的熱擠壓主要能夠減少擠壓過程中的受力。熱擠壓中， 首先將毛胚加熱到高于AC1的溫度，即高于723°C，然后再進行擠壓。這樣可以實現(xiàn)在擠壓之前使毛胚的組織結(jié)構(gòu)至少部分轉(zhuǎn)換成奧氏體結(jié)構(gòu)。奧氏體結(jié)構(gòu)需要較小的變形力。壓床或輥壓軸的擠壓力因此減少，從而壓床或輥壓軸以及相應的驅(qū)動裝置只需要根據(jù)小的受力情況來設計，而且還能減少磨損。相對于現(xiàn)有技術(shù)的擠壓方法，本發(fā)明的這種方法能夠減少費用。本發(fā)明方法的一個優(yōu)選實施例中，原材料通過輥軸進行熱擠壓。應用輥軸進行熱擠壓的優(yōu)點在于能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)的擠壓，并且制造方法的這一步驟能夠更好地集成在一個流程中。
事實表明，當對高于AC3溫度的原材料進行熱擠壓時，需要特別小的力就能實現(xiàn)良好的擠壓結(jié)果。在這種情況下，原材料完全變?yōu)閵W氏體結(jié)構(gòu)，從而在進行熱擠壓時能夠?qū)崿F(xiàn)完全變成馬氏體的結(jié)構(gòu)變化。由此使熱擠壓之后的毛胚具有特別高的強度。本發(fā)明方法的另一優(yōu)選實施例中，原材料在受擠壓區(qū)域至少局部進行硬化處理。 輥軸和原材料在受擠壓區(qū)域接觸，當輥軸或沖頭與原材料之間的溫差足夠大時，會導致熱金屬的冷卻。由此會引起組織結(jié)構(gòu)的變化，從而特別在擠壓部的底部上會出現(xiàn)硬化過程。由此實現(xiàn)了，以簡單的方式制造出具有局部硬度差的金屬零件，例如該金屬零件具有耐碰撞的強度結(jié)構(gòu)。本方法的又一優(yōu)選實施例中，通過使擠壓工具、即輥壓軸或擠壓沖頭在輥壓過程中主動冷卻，可以有針對性地優(yōu)化冷卻過程。由此特別可以對冷卻率和相應的淬火率進行調(diào)節(jié)。本發(fā)明方法的再一優(yōu)選實施例中，原材料由合金鋼，特別是錳硼鋼構(gòu)成。這種材料能夠很好的滿足載重汽車制造中對車身零件的要求。而且，錳硼鋼具有特別高的強度。在還一優(yōu)選實施例中，金屬零件的特性、特別是耐腐蝕性可以有針對性地這樣進行調(diào)節(jié)，即，對原材料進行金屬鍍層，或進行有機/無機鍍層處理。在又一實施例中，制造費用的降低可以這樣來實現(xiàn)，S卩，使原材料在擠壓之后加熱到后續(xù)加工所需的加工溫度。由此，用于使金屬零件加熱至熱擠壓過程所需的熱能可以至少部分用于后續(xù)加工。用于后續(xù)加工的金屬零件并不需要從例如室溫加熱到加工溫度，而只需要從擠壓之后的溫度加熱到加工溫度。這樣可以達到明顯的節(jié)能效果。本發(fā)明方法的又一優(yōu)選實施例中，原材料在擠壓之后進行熱變形和/或擠壓硬化。熱變形或擠壓硬化所需要的加工溫度與之前的擠壓溫度處于類似的范圍。因此擠壓之后需要很少的能量即可使經(jīng)擠壓的半成品達到所需要的加工溫度。此外，通過熱變形能夠達到高的變形率，并且使零件能夠靈活自如地變形。通過對經(jīng)擠壓的金屬零件進行擠壓硬化，能夠使金屬零件內(nèi)部由此產(chǎn)生不同硬度的分布，即，不受擠壓區(qū)域直接與擠壓工具的表面相接觸，由此使不受擠壓區(qū)域比受擠壓區(qū)域能夠更快地冷卻。據(jù)此，一方面可以實現(xiàn)不受擠壓區(qū)域具有比受擠壓區(qū)域更高的硬度，另一方面通過與擠壓過程中受擠壓區(qū)域的局部硬化相結(jié)合，能夠在受擠壓區(qū)域和不受擠壓區(qū)域上產(chǎn)生不同的或相同的淬透效果。在本發(fā)明方法的又一優(yōu)選實施例中，使原材料以微觀結(jié)構(gòu)進行擠壓。以這種方式實現(xiàn)了金屬零件特別均勻的性能，特別是強度和硬度特性。此外，擠壓部以微觀結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)高強度和大幅度減少重量的良好結(jié)合。微觀結(jié)構(gòu)可以分別進行考慮，實際應用中微觀結(jié)構(gòu)具有待轉(zhuǎn)化的形式/結(jié)構(gòu)。例如可以建議，使微觀結(jié)構(gòu)的表面光潔度Ra在50 μ m至 500 μ m之間。在又一實施例中這樣實現(xiàn)一種非常靈活的組合零件，S卩，用毛胚作為原材料，該毛胚在擠壓之后與另外的毛胚優(yōu)選在受擠壓一側(cè)形成平面式連接。然后，使這兩個毛胚優(yōu)選通過電鍍輥壓和/或通過共同的熱變形相互連接。采用電鍍輥壓可以使毛胚彼此形成材料配合連接，而不形成形狀配合連接。采用共同的熱變形來實現(xiàn)形狀配合連接，該形狀配合連接把兩個毛胚連接成一個零件。作為選項，可以在經(jīng)擠壓的毛胚之間形成空隙，通過這樣的空隙能夠改善零件的延展性。連接也可以通過已知的方法來實現(xiàn)，例如使用軟焊。在制造上文所述的零件時，利用兩種由不同材料構(gòu)成的毛胚可以實現(xiàn)很高的靈活性。本發(fā)明方法的又一優(yōu)選實施例中，使原材料有針對性地在用于使重量減輕的區(qū)域受到擠壓。以這種方式制造的零件在具有幾乎相同的強度的條件下還具有較小的重量。在本發(fā)明方法的又一優(yōu)選實施例中，使原材料有針對性地為了能夠承受負載、特別考慮到耐碰撞性而受到擠壓。通過擠壓使原材料變薄，和/或通過在擠壓過程中或經(jīng)由后續(xù)的方法步驟實現(xiàn)的零件中的硬度分布，由此實現(xiàn)了，使零件的硬度和/或強度特性可以根據(jù)不同地點所受負載(特別是在碰撞時)不同而進行調(diào)整。上述技術(shù)目的在第二技術(shù)方案中這樣實現(xiàn)，即，熱擠壓的金屬零件、特別是通過本發(fā)明的制造方法制造的熱擠壓的金屬零件，用于載重汽車車身，特別作為加強部件用于B 型柱、門檻或縱梁。通過熱擠壓，能夠使零件的耐碰撞性以簡單的方式有針對性地進行調(diào)離
iF. ο


通過接下來對實施例的說明對本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點進行介紹。同時通過附圖進行說明。圖中示出了圖1示出了本發(fā)明方法的第一實施例；圖2示出了本發(fā)明方法的第二實施例；圖3示出了本發(fā)明方法的第三實施例；圖4示出了本發(fā)明方法的第四實施例；圖5示出了本發(fā)明方法的第五實施例；圖6示出了本發(fā)明方法的第六實施例；以及圖7示出了本發(fā)明應用的第一實施例。
具體實施例方式圖1示出了本發(fā)明方法的第一實施例。方法2中的原材料首先是毛胚4。這里的毛胚在通常的實施例中還可以用半成品作為代替，例如使用“拼接板”或帶鋼。在實現(xiàn)熱擠壓，對毛胚4進行加熱，對此優(yōu)選具有超過AC3的溫度。毛胚4在前述實施例中由錳硼鋼構(gòu)成，并且被加熱到900到950°C之間。加熱后，毛胚4在壓延機6中進行熱擠壓。壓延機具有上輥軸8和下輥軸10，其中上輥軸8具有用于擠壓而結(jié)構(gòu)化的表面。 圖1中示出了凸起部12。熱擠壓后，經(jīng)擠壓的毛胚14通過凸起部12而具有擠壓部16。壓延機6只是示意性示出，也就是說不一定局限于兩個輥軸。其也可以具有四個或六個輥軸。毛胚14中的擠壓部16也可以通過多個擠壓輥軸或一個擠壓沖頭而形成。例如當下輥軸10也具有凸起部時，毛胚14中的擠壓部16也可以是雙面的。熱擠壓后，經(jīng)擠壓的毛胚14或者經(jīng)擠壓的半成品在后續(xù)的加工步驟18中進一步加工成零件。后續(xù)的加工步驟18特別可以包括變形過程、硬化過程，還可以包括車削過程和連接過程。圖2示出了用于將原材料進行熱擠壓的壓延機沈的另一實施例。壓延機沈具有上輥軸28和下輥軸30，上輥軸28的表面設有平行的凸起部32，利用這些凸起部使毛胚34 在熱輥壓時收到擠壓。由此，經(jīng)擠壓的毛胚34在熱輥壓過程之后而具有條狀擠壓部36。然而，這種方法原則上不被受擠壓的形狀所限。
圖3示出了這種熱擠壓過程的截面圖。毛胚42通過圖3中局部示出的上輥軸44、 利用該上輥軸表面所具有的凸起部46而受擠壓。下輥軸由于視圖原因沒有展示。擠壓過程中輥軸44的凸起部46在毛胚42上壓出擠壓部48。毛胚42在擠壓前可以具有超過AC3 的溫度，然后該毛坯通過凸起部46與擠壓部48的底部50相接觸而被冷卻。以這種方式， 可以在擠壓部底部50的區(qū)域中產(chǎn)生毛胚的部分硬化或完全硬化。這種效用可以通過主動冷卻上輥軸44而得到強化。例如輥軸44的內(nèi)部可以具有水冷系統(tǒng)。擠壓部48的深度在圖3中可以這樣確定，即，使輥軸44的中間區(qū)域52在凸起部46之間與毛胚42沒有直接接觸。由此避免在毛胚42的位于擠壓部48之間的區(qū)域M 產(chǎn)生劇烈冷卻，從而使毛胚在這個區(qū)域基本上沒有組織結(jié)構(gòu)改變，特別是不會產(chǎn)生硬化。以這種方式在毛胚42的擠壓和不受擠壓區(qū)域能夠產(chǎn)生不同的硬度分布。毛胚42的特別均勻的結(jié)構(gòu)能夠可選擇地這樣實現(xiàn)，即，以微觀結(jié)構(gòu)來擠壓毛胚42。圖4示出了本發(fā)明方法的又一實施例的流程圖。方法60在第一步驟62中，提供原材料、即毛胚、半成品或帶鋼，并加熱到熱輥壓的溫度。這個溫度優(yōu)選要高于原材料的AC3 溫度。在接下來的步驟64中，對原材料進行熱擠壓，特別是采用輥軸或沖頭。在擠壓過程中原材料的局部可能發(fā)生硬化，例如在經(jīng)擠壓的區(qū)域上通過和輥軸或沖頭的接觸而發(fā)生硬化。擠壓過程之后，原材料通常具有遠高于室溫的溫度。在接下來的步驟66中，對經(jīng)擠壓的原材料進行加熱，以便用于在下一步驟68中的后續(xù)處理。在此，由于充分利用原材料在熱擠壓后已經(jīng)產(chǎn)生的高溫，所以相對于冷擠壓毛胚本發(fā)明僅需要較少的能量就能夠使原材料達到加工溫度。特別是原材料能夠在擠壓之后至少部分具有超過AC1的溫度。因此，對于接下來的步驟68中所需要的高于AC1的后續(xù)加工溫度，只需要對原材料進行少量的加熱。特別是熱變形和擠壓硬化需要高于AC1的加工溫度。因此原材料在步驟68中優(yōu)先進行熱變形和擠壓硬化處理。當經(jīng)擠壓的原材料作為毛胚時，作為選項，該毛胚可以與另外的冷毛胚或熱毛胚、 優(yōu)先在擠壓側(cè)進行連接。圖如示出了經(jīng)擠壓的毛胚74表面具有擠壓部76的示意圖。在這個經(jīng)擠壓的毛胚上放有另一個毛胚78，其與毛胚74在沒有受到擠壓的區(qū)域80上相接觸。如果冷毛胚78 與經(jīng)擠壓的毛胚74相連接，那么這樣的冷卻會導致經(jīng)擠壓的毛胚74的沒有受到擠壓的區(qū)域80的硬化。毛胚74和78例如可以形成材料配合連接，特別是通過焊接而相互連接。以這種方式就形成了靈活的連接零件82。毛胚74和78之間在擠壓部76的區(qū)域上形成的空隙可以有針對性地改善零件82的延展性。毛胚74和78通過選擇不同的材料，特別是在強度和硬度方面具有不同性能的不同合金鋼，能夠以非常靈活的方式制成各種各樣的零件82。作為毛胚74和78之間的材料配合連接的替代方案，毛胚還可以通過輥壓過程或者通過共同變形而彼此形成形狀配合連接。圖恥示出了經(jīng)擠壓的毛胚74和另一個毛胚78 在共同變形過程之后的示意圖。兩個毛胚74和78通過變形過程在它們共同的接觸范圍內(nèi)形成形狀配合連接和/或力配合連接。以這種方式，復雜的變形連接零件90可以不通過額外的焊接而形成。
圖6a到6c示出了經(jīng)熱擠壓的、形成為毛坯的原材料的加工步驟的另一示例。經(jīng)熱擠壓的毛胚96具有受擠壓區(qū)域98和不受擠壓區(qū)域100。在此，經(jīng)擠壓的毛胚96的溫度高于ACJ^度，優(yōu)選高于AC3溫度。毛胚放入工具102中，該工具由上半部工具104和下半部工具106組成，毛坯在該工具中熱變形和擠壓硬化成零件108。在此，于擠壓硬化過程中， 零件108在受擠壓區(qū)域98上和上半部工具104沒有發(fā)生直接接觸。因此，區(qū)域98的冷卻率比受擠壓區(qū)域100的冷卻率要小。這樣導致了零件108在區(qū)域98沒有發(fā)生組織結(jié)構(gòu)變化，由此使零件108只在不受擠壓區(qū)域100發(fā)生硬化。這種制造方法具有優(yōu)勢地結(jié)合了熱擠壓過程中經(jīng)擠壓的毛胚的局部硬化。利用毛胚通過在擠壓過程中與輥軸或沖頭的接觸而在受擠壓區(qū)域的局部硬化、以及在擠壓工具 102的不受擠壓區(qū)域的硬化，能夠使受擠壓區(qū)域和不受擠壓區(qū)域或者均勻、或者通過不同的冷卻速度產(chǎn)生不同硬化，這樣可以制造出各種各樣的局部硬度特性不同的零件。圖7最后示出了熱擠壓金屬零件作為B型柱114的優(yōu)先應用的一個實施例。B型柱114具有柱體區(qū)域116以及上連接區(qū)域118和下連接區(qū)域120。在諸如B型柱的車身零件的制造中，要求在具有輕重量的同時還要具備零件的高強度。通過引入本發(fā)明方法的擠壓，一方面能夠減輕重量，因為在受擠壓區(qū)域材料厚度變薄，另一方面強度或硬度能夠有針對性地滿足負載要求，特別是指相關(guān)零件的耐碰撞性能，因為通過擠壓或后續(xù)加工步驟引起組織結(jié)構(gòu)的改變，可以使零件局部特性得到調(diào)整，例如在連接區(qū)域120上的性能。
權(quán)利要求
1.一種制造金屬零件的方法，其中，準備原材料(4，34，42，74)，對原材料(4,34,42, 74)進行擠壓，以及在擠壓之后繼續(xù)加工成零件(90，108，114)，其中，零件(90，108，114)具有至少局部受擠壓區(qū)域(16，36，48，98)，其特征在于，對所述原材料0，34，42，74)進行熱擠壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過輥軸(8，觀，44)對原材料(4，34，42， 74)進行熱擠壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，對高于AC3溫度的原材料(4，34，42， 74)進行熱擠壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的方法，其特征在于，使原材料0，34，42，74) 在受擠壓區(qū)域(16，36，48，98)至少局部硬化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項所述的方法，其特征在于，使擠壓工具(8二8，44)在輥壓過程中主動冷卻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項所述的方法，其特征在于，原材料0，34，42，74)由鋼材、特別是錳硼鋼或合金鋼構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項所述的方法，其特征在于，對原材料0，34，42，74) 進行金屬鍍層，或進行有機鍍層，或進行無機鍍層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項所述的方法，其特征在于，使原材料0，34，42，74) 在擠壓之后加熱到后續(xù)加工所需的加工溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項所述的方法，其特征在于，使原材料0，34，42，74) 在擠壓之后進行熱變形和/或擠壓硬化。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項所述的方法，其特征在于，使原材料0，34，42，74) 以微觀結(jié)構(gòu)進行擠壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項所述的方法，其特征在于，使用毛胚(74)作為原材料，該毛胚(74)在擠壓之后與另外的毛胚(78)優(yōu)選在受擠壓一側(cè)形成平面式連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，使毛胚(74，78)通過電鍍輥壓和/或通過共同的熱變形相互連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，使兩個毛胚(74，78)由不同的材料構(gòu)成。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任意一項所述的方法，其特征在于，使原材料(4，34，42， 74)有針對性地在用于使重量減輕的區(qū)域受到擠壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任意一項所述的方法，其特征在于，使原材料(4，34，42， 74)有針對性地為了能夠承受負載、特別考慮到耐碰撞性而受到擠壓。
16.熱擠壓的金屬零件的應用，該熱擠壓的金屬零件特別根據(jù)權(quán)利要求1至15中任意一項而制造，所述熱擠壓的金屬零件用于載重汽車車身，特別作為加強部件用于B型柱 (114)、門檻或縱梁。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造金屬零件的方法，其中，準備原材料(4，34，42，74)，對原材料(4，34，42，74)進行擠壓，以及在擠壓之后繼續(xù)加工成零件(90，108，114)，其中，零件(90，108，114)具有至少局部受擠壓區(qū)域(16，36，48，98)，并且其中，對原材料(4，34，42，74)進行熱擠壓。另外本發(fā)明還涉及熱擠壓的金屬零件的應用，該熱擠壓的金屬零件特別根據(jù)本發(fā)明的方法制造，該熱擠壓的金屬零件用于載重汽車車身，特別作為加強部件用于B型柱(114)、門檻或縱梁。
文檔編號B21D13/04GK102427898SQ201080021821
公開日2012年4月25日 申請日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月18日
發(fā)明者安德列亞斯·烏爾里希斯, 弗朗茨-約瑟夫·倫策, 洛塔爾·帕特博格, 薩沙·西科拉 申請人:蒂森克虜伯鋼鐵歐洲股份公司