本申請要求享有2014年12月18日提交的歐洲專利申請ep14382534.7的權(quán)益。

本公開內(nèi)容涉及用于制造具有局部不同的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械屬性的熱成型結(jié)構(gòu)部件的工具以及其方法。

背景技術(shù)：

在汽車工業(yè)中對減少重量的需求已經(jīng)導(dǎo)致對輕質(zhì)材料以及相關(guān)的制造工藝和工具的開發(fā)和實施。對乘員安全的日益增長的關(guān)注也導(dǎo)致采用在碰撞期間改善車輛的整體性同時還改善能量吸收的材料。

一種方法，已知為熱成型模淬火(hotformingdiequenching，hfdq)，使用硼鋼片來產(chǎn)生具有超高強(qiáng)度鋼(uhss)屬性的沖壓部件，所述超高強(qiáng)度鋼具有高達(dá)1500mpa或甚至更高的拉伸強(qiáng)度。強(qiáng)度的增加允許使用更薄規(guī)格的材料，這導(dǎo)致節(jié)省的重量超過傳統(tǒng)冷沖壓低碳鋼部件。

可以使用hfdq方法制造的典型車輛部件包括：門橫梁、保險桿橫梁、橫向/側(cè)向構(gòu)件、a/b柱加強(qiáng)件和腰梁加強(qiáng)件。

由于硼鋼的優(yōu)異的強(qiáng)度和可成型性，硼鋼的熱成型在汽車工業(yè)中越來越流行。由低碳鋼傳統(tǒng)冷成型的許多結(jié)構(gòu)部件因此被替換為強(qiáng)度顯著增加的熱成型等同物。這允許在維持相同強(qiáng)度的同時減少材料厚度(且因此減少重量)。然而，熱成型的部件在已成型條件(as-formedcondition)下提供非常低的延展性水平和能量吸收水平。

為了改善部件(諸如橫梁)的特定區(qū)域中的延展性和能量吸收，已知的是，在同一部件內(nèi)引入較軟區(qū)域。這可以在維持總體所需的高強(qiáng)度的同時局部改善延展性。通過局部定制某些結(jié)構(gòu)部件的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械屬性使得它們包括具有非常高的強(qiáng)度(非常硬)的區(qū)域和具有增加的延展性(較軟)的區(qū)域，可以在碰撞情形期間改善它們的總體能量吸收并且可以維持它們的結(jié)構(gòu)整體性，并且還可以減少它們的總體重量。在受撞擊使部件坍塌的情況下，這樣的軟區(qū)域也可以有利地改變運(yùn)動行為。

在車輛結(jié)構(gòu)部件中產(chǎn)生具有增加的延展性的區(qū)域(“軟的區(qū)域”或“軟區(qū)域”)的已知方法涉及提供包括一對互補(bǔ)的上模單元和下模單元的工具，每個單元都具有單獨(dú)的模元件(鋼塊)。所述模元件可以被設(shè)計成在不同的溫度下工作，以在淬火工藝期間在正被成型的部件的不同區(qū)域中具有不同的冷卻速率，并且從而在最終產(chǎn)品中導(dǎo)致不同的材料屬性，例如軟區(qū)域。例如，一個模元件可以被冷卻以便以高冷卻速率以及通過使部件的溫度迅速降低來對正被制造的該部件的對應(yīng)區(qū)域淬火。另一個相鄰的模元件可以被加熱以確保正被制造的部件的對應(yīng)部分以較低的冷卻速率冷卻，并且因此在該對應(yīng)的部分離開模時維持在比該部件的其余部分更高的溫度。

為了加熱模元件，可以使用位于模元件內(nèi)部的電加熱器和/或具有熱液體(例如油)的通道。

與這種加熱有關(guān)的一個問題可能是，有必要對模元件進(jìn)行機(jī)械加工以分配電加熱器和/或具有熱液體的通道。對模元件進(jìn)行機(jī)械加工可能是昂貴的并且有時難以執(zhí)行，特別是如果模元件的幾何形狀是復(fù)雜的?？煽啃砸彩且粋€重要因素。在具有熱液體的通道中，可能發(fā)生熱液體泄漏，并且修理會花費(fèi)時間。在電加熱器中，出故障的加熱器可能難以檢測和修理。

此外，模的溫度優(yōu)選地應(yīng)盡可能均勻，以產(chǎn)生精確的軟區(qū)域。在上述解決方案中，可能會在一個點處或沿著一條線發(fā)生熱量集中，并且因此模元件表面不被均勻地加熱。這可能在結(jié)構(gòu)部件的同一部分中導(dǎo)致不同的材料屬性。

此外，在具有熱液體溶液的通道中，可能發(fā)生熱液體泄漏。這會導(dǎo)致操作者的危險增加，特別是如果操作員可能站在泄漏處附近。此外，修理會花費(fèi)時間，并且在一些情況下，可能需要具有機(jī)械加工的通道的新的模元件。

de102005032113公開了一種用于在具有至少兩個部分的模具(mold)中使部件熱變形和部分硬化的設(shè)備，在所述至少兩個部分之間，所述部件——在其硬化溫度處或在其硬化溫度以上——通過壓制機(jī)(press)被壓縮到模具輪廓，每個模具部分通過熱絕緣被細(xì)分成單獨(dú)的節(jié)段。所述節(jié)段可調(diào)整到不同的控制溫度，以用于在壓制期間將部件調(diào)整到不同的溫度。

us2014260493涉及一種熱沖壓模具設(shè)備。此設(shè)備可以包括裝備在承枕上的底部分和裝備在滑動器上的頂部分，其中所述底部分和所述頂部分每個包括一個冷卻模具，所述冷卻模具包括成型在其中的多個冷卻劑室，加熱模具被安裝在所述冷卻模具的一側(cè)處以與所述冷卻模具一起形成成型表面并且被設(shè)置有一個安裝在所述加熱模具的一側(cè)處的加熱棒。

de102004026762公開了一種用于金屬片材的壓制工具，其包括具有用于大的壓制改變的區(qū)域的整體電加熱元件的加熱部段。所述加熱部段通過集成到所述工具內(nèi)的陶瓷層來與工具系統(tǒng)的其余部分熱絕緣。加熱的工具部段可以由導(dǎo)熱陶瓷制成。

fr2927828公開了一種用于由坯料成型并且冷卻鋼部件的熱成型模具，工具包括：至少一個沖頭和至少一個模，所述沖頭和所述模每個包括：至少一個第一部分(21，31)，對應(yīng)于沖壓工具的熱區(qū)域(11)；以及至少一個第二部分(22，32)，對應(yīng)于沖壓工具的冷區(qū)域(12)，在所述冷區(qū)域中，當(dāng)所述工具關(guān)閉時，所述沖頭的第二部分和所述模的第二部分與坯料接觸。

本公開內(nèi)容的目的是提供改善的用于制造具有高強(qiáng)度區(qū)域和增加的延展性的其它區(qū)域(軟區(qū)域)的熱成型車輛結(jié)構(gòu)部件的工具。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在第一方面，提供了一種用于制造具有局部不同的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械屬性的熱成型結(jié)構(gòu)部件的工具。所述工具包括匹配的上模和下模，并且每個模由兩個或更多個模塊(dieblock)形成，所述模塊包括在使用中面向待被成型的結(jié)構(gòu)部件的一個或多個工作表面。所述上模和所述下模包括適于在對應(yīng)于待被成型為具有局部不同的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械屬性的結(jié)構(gòu)部件的區(qū)域的不同溫度下操作的至少兩個模塊。所述模塊包括適于在較高溫度下操作的一個或多個暖模塊以及適于在較低溫度下操作的一個或多個冷模塊。所述暖模塊中的至少一個是電連接到電流源的導(dǎo)電的模塊，所述電流源被配置為提供通過所述模塊的dc電流以控制所述模塊的溫度。

根據(jù)此方面，一個導(dǎo)電的模塊被電連接到電流源，因此可以產(chǎn)生通過所述模塊的電流流動。通過此布置，所述導(dǎo)電的模塊由于其抵抗電流流動的內(nèi)部電阻而被加熱。此外，在工作表面——其在使用中面向結(jié)構(gòu)部件——中溫度可以是均勻的，因此可以改善溫度分布。

在第二方面，可以提供一種用于制造熱成型結(jié)構(gòu)部件的方法。所述方法包括：提供根據(jù)第一方面的工具。所述方法還包括提供坯料?？梢栽谄ヅ涞纳夏：拖履Ｖg壓縮所述坯料?？梢詫⒁粋€模塊的連接器連接到被配置為提供dc電流的電流源。然后，可以通過施加dc電流使至少兩個模塊在對應(yīng)于待被成型為具有局部不同的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械屬性的坯料的區(qū)域的不同溫度下操作。

附圖說明

在下文中將參考附圖描述本公開內(nèi)容的非限制性實施例，其中：

圖1示出了根據(jù)一個實施例的用于制造熱成型結(jié)構(gòu)部件的工具的一部分；

圖2示出了根據(jù)另一個實施例的用于制造熱成型結(jié)構(gòu)部件的工具的一部分；

圖3示出了具有軟區(qū)域的部件的一個實施例；

圖4示出了具有軟區(qū)域的部件的另一個實施例。

具體實施方式

圖1示出了根據(jù)一個實施例的用于制造熱成型結(jié)構(gòu)部件的工具的一部分。該工具可以包括匹配的上模和下模。每個模可以由兩個或更多個模塊形成，所述模塊適于在對應(yīng)于待被成型為具有局部不同的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械屬性的結(jié)構(gòu)部件的多個區(qū)域的不同溫度下操作。在圖1中，僅示出了上模的一個模塊10。下模將具有一個具有互補(bǔ)形狀的模塊。

加熱的坯料可以被放置在下模的頂上。當(dāng)上模向下移動時，加熱的坯料將被成型，并且將獲得大體上對應(yīng)于u形的形狀(在此特定情況下)。該坯料可以由例如帶涂層或不帶涂層的硼鋼(諸如，usibor)制成。在變形期間，可以將部分的坯料淬火，例如通過使冷水流過設(shè)置在一些模塊中的通道。因此，坯料被淬火，并且獲得預(yù)定的微觀結(jié)構(gòu)。

模塊10可以是電連接到電流源(未示出)的導(dǎo)電的模塊，所述電流源被配置為提供dc電流以控制模塊10的溫度。所述模塊10可以包括兩個相對的側(cè)向連接器31和32，例如使用附接在連接器31和32處的銅條。所述電流源(未示出)可以被連接到相對的側(cè)向連接器31和32。這樣，可以產(chǎn)生通過模塊10的電流流動。此電流可以將模塊加熱，并且因此坯料不會沿著這些部分被淬火。因此，這些部分可以獲得不同的微觀結(jié)構(gòu)和不同的機(jī)械屬性。

可以基于在電連接到電流源的模塊10處測量的溫度來調(diào)節(jié)dc電流，因此可以獲得對模塊10的均勻加熱。可以使用一個或多個熱電偶來測量該溫度。此外，該電流源可以以脈沖模式被操作。該電流源可以適于遞送一個或幾個微秒的持續(xù)時間的dc電流脈沖。該電流源還可以以時間控制的方式遞送脈沖，以響應(yīng)于來自例如傳感器的需求信號。在一些實施例中，可以通過對在1000和10000hz之間的ac電流進(jìn)行整流來獲得所述dc電流。

模塊10可以包括在使用中可以與待被成型的坯料接觸的一個或多個工作表面以及一個或多個支撐塊。在此具體實施例中，所述模塊10可以包括工作表面34以及八個支撐件20、21、22、23、24、25、26和27，如上所述，該工作表面在使用中可以與一個待被成型的坯料(未示出)接觸。在所示出的實施例中，示出所述支撐件與模塊將被整體成型。然而，所述支撐件可以是單獨(dú)的部件。

電流可以從側(cè)向連接器31橫跨模塊10的u形部分33(并且因此在工作表面34處或在工作表面34附近)流動到相對的側(cè)向連接器32。為了確保此電流流動，所述模塊必須適于這樣的方式：電流流動的最短路徑接近工作表面。此外，可以使用絕緣材料(例如陶瓷材料)使支撐件20、21、22、23、24、25、26和27的與工作表面34相對的面隔離，以避免任何電流泄漏到模/工具的其余部分。支撐件20、21、22、23、24、25、26和27的面可以被涂覆有絕緣材料，盡管一些其他選擇可以是可能的，例如絕緣材料的外部層或其它外部元件。

在此實施例中，模塊10可以包括兩個內(nèi)部面30和35。所述兩個內(nèi)部面30和35可以被布置成通過一個凹處彼此間隔開。通風(fēng)器可以被布置成沿著暖模塊的內(nèi)部面?zhèn)鬟f冷卻空氣，以在需要時提供一些冷卻。

此外，上模還可以包括未連接到電流源的熱模塊(未示出)。例如，可以設(shè)置又一個模塊(未示出)。所述又一個模塊可以包括加熱源，以適于實現(xiàn)較高溫度(“熱塊”)。此外，上模和下?？梢园ㄒ粋€或幾個冷塊。這些冷塊可以用通過設(shè)置在塊中的通道的冷水來冷卻。

在整個本說明書和權(quán)利要求書中，較高溫度通常可以被理解為落入范圍350-600℃內(nèi)的溫度，并且較低溫度可以被理解為落到250℃以下至室溫的溫度。

未連接到電流源并且適于實現(xiàn)較高溫度的“熱塊”的模塊可以包括一個或多個電加熱器和溫度傳感器來控制“熱塊”的溫度。所述傳感器可以是熱電偶。每個熱電偶可以限定所述工具的在預(yù)定溫度下操作的一個區(qū)域。此外，每個熱電偶可以與一個加熱器或一組加熱器相關(guān)聯(lián)，以設(shè)定那個區(qū)域的溫度。每個區(qū)域(塊)的功率總量可以限制將加熱器分組在一起的能力。

所述熱電偶可與控制面板相關(guān)聯(lián)。因此，每個加熱器或每組加熱器可以獨(dú)立于甚至在同一塊內(nèi)的其它加熱器或其他組加熱器而被激活。因此，使用合適的軟件，用戶將能夠設(shè)定同一塊內(nèi)的每個區(qū)域的關(guān)鍵參數(shù)(功率、溫度、設(shè)定溫度限制、水流開/關(guān))。

還可以設(shè)置用于使模塊適于在較高溫度(在350-600℃內(nèi))下操作的其它替代物，例如填充有適合于被加熱不同溫度的流體的多個通道、嵌入式筒形加熱器。

此外，此圖的導(dǎo)電的模塊10可以被設(shè)置有冷卻板，該冷卻板位于支撐件20、21、22、23、24、25、26和27的與工作表面34相對的表面處，該冷卻板包括一個被布置成與所述模塊10對應(yīng)的冷卻系統(tǒng)。在又一些實施例中，該冷卻板也可以位于與一些其它塊(例如“熱塊”和/或“冷塊”)的工作表面相對的表面處。該冷卻系統(tǒng)可以包括用于使冷水或任何其它冷卻流體循環(huán)以避免或至少減少對模支撐塊的加熱的冷卻通道。

導(dǎo)電的模塊10優(yōu)選地可以與相鄰的模塊電絕緣。例如，可以在相鄰的模塊之間布置間隙。當(dāng)所述塊被加熱時，此間隙可以允許所述塊的膨脹。在一些實施例中，該間隙可以被部分地填充絕緣材料，但是也可以是“空的”，即填充有空氣。

圖2示出了根據(jù)另一個實施例的用于制造熱成型結(jié)構(gòu)部件的工具的一部分。圖2的實施例在支撐件的數(shù)量上不同于圖1的實施例。

模塊50可以包括一個在使用中與待被成型的坯料(未示出)接觸的工作表面。在此具體實施例中，模塊50可以包括工作表面56，如上所述，該工作表面在使用中可以與待被成型的坯料(未示出)接觸。該模塊還包括兩個整體成型的支撐件51和52。此外，所述支撐件51和52的與工作表面56相對的面可以至少部分地涂覆有電絕緣材料，例如陶瓷材料，盡管一些其他選擇是可能的，例如絕緣材料的外部層或其它外部元件。類似地，如結(jié)合圖1所解釋的，模塊50可以包括兩個相對的側(cè)向連接器55和57。電流可以從側(cè)向連接器55橫跨模塊50的u形部分(并且因此橫跨工作表面56)流動到相對的側(cè)向連接器57。

兩個支撐件51和52可以包括兩個內(nèi)部面30和31。兩個內(nèi)部面53和54可以被布置成通過一個凹處彼此間隔開。此配置可以有助于恰當(dāng)?shù)貙?dǎo)引dc電流通過模塊50的u形部分(和工作表面56)，因此加熱在使用中與結(jié)構(gòu)部件(例如坯料)接觸的工作表面56。同時，由內(nèi)部面53和54之間的空間創(chuàng)建冷卻通道。

這樣，可以產(chǎn)生通過模塊50的電流流動，因此導(dǎo)電的模塊50可以被加熱。通過此布置，可以修改結(jié)構(gòu)部件的在與導(dǎo)電加熱塊50接觸的區(qū)域中的不同微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械屬性。此外，支撐塊的特定配置可以導(dǎo)致相對于圖1的模塊的特定熱量生成和熱量分布。

圖3示出了具有軟區(qū)域的部件的一個實施例。在此實施例中，示意性地例示了b柱41。該b柱41可以例如通過hfdq方法成型。在一些實施例中，部件41可以由鋼制成，盡管一些其它材料可以是可能的，優(yōu)選地，為超高強(qiáng)度鋼。

軟區(qū)域44可以被設(shè)置有例如具有增加的延展性的不同的微觀結(jié)構(gòu)。該軟區(qū)域的選擇可以是基于碰撞測試或模擬測試，盡管選擇該軟區(qū)域的一些其他方法可以是可能的。可以通過模擬來限定軟區(qū)域，以便在簡單的部件(例如b柱)中確定最有利的碰撞行為或更好的吸收。

可以提供如圖1-圖2中的任一個中所描述的工具。使用這樣的工具，可以將導(dǎo)電的模塊加熱，因此可以改變b柱41的在與加熱的塊接觸的區(qū)域44(“軟區(qū)域”)中的不同的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械屬性。

以此方式，軟區(qū)域可以具有增強(qiáng)的延展性，同時可以維持靠近軟區(qū)域的部分的強(qiáng)度?？梢孕薷能泤^(qū)域44的微觀結(jié)構(gòu)，并且可以增加軟區(qū)域44中的伸長率。

b柱可以包括不止一個軟區(qū)域。所述軟區(qū)域中的一個可以通過如在之前所描述的方法中使用dc電流加熱模塊來成型。這對于具有相對恒定的橫截面和/或相對簡單的橫截面(例如相對接近于帽形或u形橫截面)的軟區(qū)域是特別合適的。

更復(fù)雜的軟區(qū)域可以在hfdq方法中使用不同技術(shù)來成型，例如，具有電加熱器的暖模塊。替代地，優(yōu)選地某些軟區(qū)域可以在hfdq方法之后使用例如激光器來成型。

圖4示出了具有軟區(qū)域的部件的另一個實施例。在此實施例中，示意性地例示了側(cè)梁70。該部件且特別是具有u形橫截面的零件可以是使用例如hfdq成型。區(qū)域71可以被選擇以改變結(jié)構(gòu)，例如，增加延展性。軟區(qū)域71的選擇和模塊的操作可以與相對于圖3所描述的相同?？梢栽诿總€部分71a和71b中單獨(dú)地執(zhí)行微觀結(jié)構(gòu)的改變，例如增加延展性。一旦制造了在兩個部分71a和71b中的軟區(qū)域，所述部分可以例如通過焊接被連結(jié)在一起，以便形成側(cè)梁70。

盡管本文僅公開了數(shù)個實施例，這些實施例的其他替代、修改、用途和/或等同物也是可能的。此外，所描述的實施例的所有可能的組合被涵蓋。因此，本公開內(nèi)容的范圍不應(yīng)由具體實施例限制，而應(yīng)僅通過對所附權(quán)利要求的合理解讀來確定。