鋁板材的熱沖壓拼焊坯料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及金屬成形，以及更具體地涉及熱沖壓拼焊坯料。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車結(jié)構(gòu)元件(例如，板、梁、支柱等)通常由軟鋼制成。這些部件有時(shí)包括多個(gè)具有不同強(qiáng)度需求的區(qū)域或部分。例如，在沖壓車門內(nèi)部，車門內(nèi)部支撐鉸鏈的一部分可以具有比車門內(nèi)部的其它部分更高的強(qiáng)度需求。這樣，可以使用拼焊坯料或板材，其包括焊接在一起的兩個(gè)或更多具有不同性能(例如，厚度)的鋼板材，并且其可以按照慣例被沖壓成一部件。因此，可以設(shè)計(jì)該部件來滿足負(fù)荷和剛度的需求，同時(shí)效率更高并節(jié)約成本。
[0003]為了減小車輛重量，鋁合金車身面板已經(jīng)越來越受歡迎，并且使用拼焊鋁坯料或板材可以進(jìn)一步有利于節(jié)省成本和重量。然而，鋁焊接通常顯示出在沖壓時(shí)相比于母材降低的強(qiáng)度和可成形性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一實(shí)施例針對(duì)形成拼焊坯料(TWB)，其包括焊接至鋁制的第二板材的鋁制的第一板材。在一個(gè)實(shí)例中，TWB被加熱到至少第一板材的固相線溫度(solidustemperature)，并且被放置在一模具中。關(guān)閉TWB上的模具以使TWB形成部件，并同時(shí)將部件淬火。
[0005]另一實(shí)施例包括一種形成TWB的方法。通過將鋁制的第一板材焊接至鋁制的第二板材來制造TWB。由焊接形成的焊縫的可成形性通過將TWB加熱到至少第一板材的固相線溫度、將TWB放置在一模具中、并且關(guān)閉TWB上的模具以使TWB形成部件并同時(shí)將部件淬火來提尚。
[0006]在附加實(shí)施例中，一種提高將鋁制的第一板材連接至鋁制的第二板材的焊縫的可成形性的方法包括各種要素。例如，焊接在一起的第一板材和第二板材被加熱到第一板材的固相線溫度，并且被放置在一模具中。關(guān)閉板材上的模具以使板材形成部件，并同時(shí)將部件淬火。
[0007]本發(fā)明的實(shí)施例由以下權(quán)利要求來限定，而不是由
【發(fā)明內(nèi)容】
限定。這里提供了本發(fā)明各個(gè)方面的高度概括，以介紹將在下面的【具體實(shí)施方式】中進(jìn)一步描述的概念的選擇。本
【發(fā)明內(nèi)容】
并非旨在認(rèn)定所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或必要的特征，也不旨在用作單獨(dú)的輔助以確定所要求保護(hù)的主題的范圍。
【附圖說明】
[0008]下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的說明性實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，包含在此所引用的，附圖中:
[0009]圖1描述了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示例性拼焊坯料；
[0010]圖2描述了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示例性系統(tǒng)；
[0011]圖3描述了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示例性分層設(shè)備(staging apparatus);以及
[0012]圖4和5分別描述了各自具有依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例來實(shí)施的步驟的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]在此對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的主題進(jìn)行具體說明以滿足法定要求。但該描述本身并非旨在必要地限制權(quán)利要求的范圍。相反，所要求的主題可能以其它方式來體現(xiàn)，以包括不同的元件或類似本發(fā)明中所描述的元件的組合，連同其它當(dāng)前的或未來的技術(shù)。術(shù)語(yǔ)不應(yīng)被解釋為暗示在此公開的各種步驟之間的任何特定的順序，除了當(dāng)個(gè)別步驟的順序被明確聲明時(shí)。
[0014]參照?qǐng)D1，拼焊坯料(TWB) 12被描述，其包括通過焊縫17連接的鋁制的第一板材16和鋁制的第二板材18。TWB 12可以由熔焊(例如，激光焊、電弧焊、等)產(chǎn)生，或通過攪拌摩擦焊產(chǎn)生，并且通常使用對(duì)接接頭。為了以說明為目的，圖1描述了連接第一板材16和第二板材18的焊縫17。雖然圖1描述了僅具有第一板材16和第二板材的TWB 12，但是在其它實(shí)施例中，TWB 12包括多于兩個(gè)不同的板材，并且包括形成部件所需數(shù)量的板材。
[0015]TWB可以被用于各種目的，并且在一個(gè)實(shí)施例中，TWB 12被沖壓成用于機(jī)動(dòng)車輛的部件。例如，TWB可以被沖壓成A/B柱、下邊梁(rocker)、車頂縱梁(roof rail)、交叉車梁(cross-car beam)、車輛內(nèi)部以及諸如此類。在一個(gè)實(shí)施例中，希望TWB所要沖壓成的部件具有含不同特性的部分或區(qū)域。例如，期望車門內(nèi)部支撐車門鉸鏈的前部比車門內(nèi)部的其它部分更牢固。同樣地，在一個(gè)實(shí)施例中，第一板材16和第二板材18均為招制，并且在一個(gè)或更多方面不同。
[0016]第一板材16和第二板材18可以在各種方面不同，以使部件特性最優(yōu)化。例如，第一板材16和第二板材18可以擁有不同的厚度、合金、或其組合。
[0017]在一個(gè)實(shí)施例中，第一板材16包括在約0.8毫米至約4.0毫米范圍內(nèi)的第一厚度，并且第二板材18包括同樣在約0.8毫米至約4.0毫米范圍內(nèi)但不同于第一厚度的第二厚度。
[0018]在另一實(shí)施例中，第一板材16和第二板材18可以具有不同的性能(例如，合金成分或系列)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，第一板材16和第二板材18為合金2xxx、5xxx、6xxx、和7XXX的任意組合。也就是說，鋁合金通常由4位數(shù)字識(shí)別，第一位通常識(shí)別為主要合金元素。例如，在7ΧΧΧ系列鋁中主要合金元素為鋅，而5ΧΧΧ系列的主要合金元素為鎂，并且對(duì)于6ΧΧΧ系列為鎂和硅。系列命名中由字母“X”表示的額外的數(shù)字限定了確切的鋁合金。在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用7075鋁合金，其成分為5.1-6.1%鋅、2.1-2.9%鎂、1.2-2.0%銅、以及不到百分之一的硅、鐵、錳、鈦、鉻、以及其它金屬。另外，第一和第二板材可以具有各種狀態(tài)(temper)，例如 F、W、0、T4x、Τ6χ、Τ7χ、和 Τ8χ0
[0019]TWB 12可以從各種來源獲得。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，TWB 12作為預(yù)制坯料而獲得。作為選擇的，可以獲得拼焊卷，并從卷上切下TWB 12。在另一個(gè)實(shí)施例中，TWB 12被制成卷，并且TWB是來自于拼焊卷的坯料。例如，焊接設(shè)備14可以向兩個(gè)或更多鋁板材提供焊縫(例如，激光焊、電弧焊或諸如此類)，以制造拼焊卷。
[0020]本發(fā)明的一實(shí)施例是針對(duì)提尚連接招制的第一板材16和招制的第一■板材18的焊縫17的可成形性。也就是說，若沒有本發(fā)明，焊縫17包括降低可成形性的特性。同樣地，實(shí)施例在此處理一些生產(chǎn)的限制，該限制與鋁合金拼焊坯料的焊接接頭的可成形性相關(guān)。
[0021]參照?qǐng)D2，顯示了用于形成拼焊坯料12(TWB)的系統(tǒng)10。圖2的系統(tǒng)10包括加熱設(shè)備20、轉(zhuǎn)移設(shè)備22、以及模具24。系統(tǒng)10的各個(gè)部件一起運(yùn)行來制造由一個(gè)或更多鋁合金構(gòu)成的拼焊坯料，并形成所需部件。
[0022]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，加熱設(shè)備20加熱TWB 12。加熱設(shè)備20可以包括各種類型，例如工業(yè)用電爐或位于加熱設(shè)備20內(nèi)能夠產(chǎn)生足以加熱TWB 12至預(yù)定溫度的內(nèi)容溫度的烘箱。在一個(gè)實(shí)施例中，加熱設(shè)備20將TWB 12加熱至固溶溫度或TWB 12的第一板材16或第二板材18中的至少一個(gè)的固相線溫度。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，加熱設(shè)備20不會(huì)將TWB 12加熱超過其液相線(熔融)溫度。
[0023]固溶溫度可以根據(jù)第一板材16和第二板材18的系列而變化。例如，7XXX系列鋁合金的固溶溫度通常為約460°C至約490°C。固溶溫度通常是這樣的溫度，在該溫度下物質(zhì)很容易混溶?；烊苄允遣牧弦运斜壤旌?，形成均勻溶液的性質(zhì)。混溶性可以在所有的相:固相、液相、以及氣相中可能的。
[0024]固相線溫度可以是相圖上的曲線的溫度軌跡，在該軌跡下方，所給的物質(zhì)完全為固體。固相線溫度將物質(zhì)的熔融開始時(shí)的、但不是物質(zhì)完全熔融時(shí)的溫度量化。對(duì)于一些材料，在固相線和液相線溫度之間存在有相，其中該物質(zhì)同時(shí)由固相和液相構(gòu)成。材料離固相線溫度越近，越多的材料為固相，并且材料離液相線溫度越近，越多的材料為液相。同樣地，TWB 12可以被加熱到至少其中一個(gè)鋁板材的固相線溫度，但是低于液相線溫度，從而提供本質(zhì)上為固體的TWB 12，以便于搬運(yùn)和運(yùn)輸，還因其接近液相或部分為液相而更容易可成形。
[0025]轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)22配置成移動(dòng)并定位TWB 12，其被加熱到至少一個(gè)板材的固相線溫度。在至少一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)22是操縱器，例如機(jī)器人。轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)22可以配置成快速地將TWB 12從加熱設(shè)備20轉(zhuǎn)移至模具24，以減少熱量從TWB12流失的機(jī)會(huì)。例如，系統(tǒng)10和轉(zhuǎn)