輥軋成形衝壓的板的連續法的製作方法

2023-05-25 21:06:46 3

專利名稱：輥軋成形衝壓的板的連續法的製作方法
輥軋成形衝壓的板的連續法
相關申請的交叉參考
這是2006年2月11日遞交的序號11/330,301的共同轉讓、同時 待審的發明申請，標題為"輥軋成形預沖壓不同形狀的連續法"的部 分繼續申請，該專利申請也享有2005年10月4日遞交的臨時專利申 請序號60/723,393，標題為"輥軋成形預衝壓不同形狀的連續法"的 權益。
背景技術：
本發明涉及輥軋成形預衝壓不同形狀的連續法，更具體地說，涉 及一種將沖壓/變形法與輥軋成形設備結合以便在連續法中得到二者 優點的方法。
與輥軋成形法有關的優點已使輥軋成形成為用於許多開口結構型 鋼和管狀結構型鋼的優選製造方法。汽車緩沖梁是產品的一個例子， 所述產品利用輥軋成形的好處來生產重量輕、成本低和基於性能的設 計，所述設計在商業上廣泛被接受和使用。輥軋成形式緩衝梁代表大 部分緩沖梁市場，並且作為從A類表面設計如沖壓和鍍鉻梁到結構梁 的緩衝梁持續獲得普及，上述結構梁位於塑料腰線(fascia)的後面。 緩衝器的另一種型式是開口斷面(有時叫做"C"斷面緩衝器)，通常 也用於緩衝梁設計。這些開口斷面通常要求另外的二次加工，以便插 入和焊接放在關鍵地方的內部隔板和捆帶條。隔板和捆帶條的使用是 在添加最少重量的情況下改善斷面的結構完整性。這些隔板和綑紮帶 改善了開口斷面的彎曲剛度，而在犧牲二次加工下達到這種增加的性 能。
輥軋成形法有許多好處，這使它成為低成本製造管梁的方法。輥 軋成形法的某些優點包括成形高強度鋼和超高強度鋼(UHSS)的能 力。在輥軋成形之前，可以在板材料的平整段上使用預穿孔、中間穿
孔和/或後穿孔操作。另外， 一些操作可以與輥軋成形法串聯進行，如 串聯焊接和切斷。然而，輥軋成形法有局限性，如不能改變部件內材 料性能和不能沿著部件的長度改變橫斷面。不能沿著部件的長度改變 橫斷面通常造成在一些不需要滿足性能要求的區域中使用過多的材 料，上述性能要求在另一些區域中需要。過多的材料還加到部件的重 量和材料成本上。準確地說，試驗和計算機分析表明，限制在它兩端 處和位於中心的管梁將顯示一自由體隔膜，此處斷面深度(亦即慣性 矩)越大，則在梁的中心處產生的梁越堅硬。不能沿著輥禮成形的管 梁改變它的橫斷面造成管梁具有恆定的慣性矩。恆定的慣性矩造成在 沿著管梁的長度的區域中過量的材料和幾何形狀對梁的總彎曲剛度不 產生影響。
沖壓法具有優於輥軋成形法的優點在於可以製成具有不均勻橫斷 面的梁。然而，沖壓操作受限制，且與輥軋成形法相比一般效率較低， 因為各個板坯料必須在側向上移動和在每個動模行程之後準確定位。 另外，模具不能在設有相當大困難或複雜性的情況下製造管梁，或者 具有二次操作。此外，高強度和超高強度板材料很容易對模具磨損，
磨損程度取決於賦予板材料的形狀變形量，及取決於材料的強度。
應該注意的是，目前的輥軋成形法有時在輥軋成形法之前利用較 低力的快速動作衝壓機，但這些壓機是在材料平整和利用輥軋成形法 將部件加工成形之前將一些形體如孔、狹槽等穿孔和切割成材料。
在冷^壓法中，材料是在模具^間成形，同時材e料和模具一般保持在 室溫下。另一種成形類型叫做熱沖壓法。在熱衝壓法中，將金屬加熱 到它的奧氏體溫度(AC3)，然後在模具中完成成形後的快速冷卻。為
質，及所希望的最終性能。例如，已知是含碳的0.2%質量百分比的鋼
加熱到850°C (或更高如880X:至950°C )，以便達到它們的奧氏體區 域，然後將它們轉到用於成形的沖壓機內被冷卻的模中，而同時鋼材 仍然足夠熱。熱鋼材用沖模成形，然後通過模具的溫度和/或通過用水
驟冷而被快速冷卻。例如，材料可以在壓機處於它的滿行程位置的情 況下保持在模具中，直至鋼材達到足夠低的溫度以保持所希望的材料 強度時為止。然而，上述熱沖壓技術往往是一種間歇式"停止之後再 行，，的過程，這在歷史上並不認為十分適用於在較高的線速度下操作 的連續法中使用(亦即不十分適合於用輥軋成形設備串聯使用)。另夕卜， 我，即本發明人，由於上述原因，不知道任何衝壓與輥軋成形的結合。
因此，希望一種具有上述優點和解決上述問題的系統。

發明內容
在本發明的一方面，適合於成形加強梁的設備包括一壓機和冷卻 系統，上述壓機具有若干模具，所述模具配置成通過拉制和移動材料 將熱金屬材料的平整帶材變形成具有三維形狀的變形帶材，而上述冷 卻系統與壓機有關，並配置成冷卻變形的帶材的經過加熱的金屬材料。 輥軋成形機位於壓機和冷卻系統的下遊，並具有若干軋輥，所述軋輥 配置成將變形的帶材的邊緣部分加工成連續的梁形。
在本發明的另一方面，適合於成形加強梁的設備包括加熱器，所
述加熱器配置成將鋼材加熱到至少約850。C的溫度。壓機包括若干模 具，所述模具配置成使熱鋼材的連續帶材變形。冷卻系統和壓機有相 關聯，用於驟冷和硬化熱鋼材。輥軋成形機與壓機一起串聯設置且位 於冷卻系統的下遊，並且具有若干軋輥，所述軋輥配置和安裝成接收 朝進給方向的帶材，並將變形的帶材的邊緣部分加工成加強梁形。
在本發明的另一方面，方法包括熱衝壓受熱的鋼材板的步驟，上 述板具有第一抗拉強度，上述步驟包括拉制和拉伸材料。方法還包括 驟冷衝壓的板，以便使材料具有更高的抗拉強度。方法還包括利用輥 軋成形機將沖壓的板的一些部分輥軋成形成梁。
在本發明的另一方面，成形加強梁的方法包括以下步驟提供加 熱器；提供壓機，所述壓機包括多個成形模具，且還提供冷卻系統， 上述成形模具在加熱器下遊的位置處，而上述冷卻系統與壓機相關聯； 和提供輥軋成形機，所述輥軋成形機具有若干軋輥，禮輥成形與壓機 串聯(in-line)且在壓機的下遊。方法包括加熱材料帶、操作模具以
便通過拉制熱材料和其後快速冷卻材料而使材料帶變形及操作輥軋成
加工成加強梁形。
本發明思想集中在管狀斷面上，但應該注意，上述思想及其獨特 性也可以應用於開口斷面。
本發明的這些和另一些方面、目的和特點將為該技術的技術人員 在研究下面說明書、權利要求書及附圖時所理解和了解。


圖l是體現本發明的方法的流程圖。
圖1A是包括用於圖1的方法的包括輥軋成形機、衝壓工段、焊 接工段和彎曲(sweeping)工段的設備的側視圖。 圖2是應用本發明的汽車緩衝梁的側視圖。 圖3-6是穿過圖2所取的側視圖。
圖7是汽車緩衝梁在輥軋成形之後但在縱向上彎曲之前的側視圖。
圖8是圖7的梁穿過示例性的輥軋成形工段的端視圖，該圖示出 梁、軋輥和焊接接頭。
圖9-9A分別是類似於圖1和1A的對應機器的流程圖和側視圖， 但適用於在機器的輥軋成形部分之前熱沖壓薄鋼板材料。
具體實施例方式
本發明限定由高強度板材料，如超過80ksi抗拉強度的材料和甚 至超過140ksi抗拉強度的超高強度鋼(有時簡稱為"UHSS"或
"AUHSS"材料)，生產具有可變的橫斷面的滾軋成形的管梁的方法。 例如，DP980 (DF140)材料已成功地使用。沿著梁的長度改變橫斷 面的能力通過將經由衝壓法的預成型法與輥軋成型法結合達到。衝壓 法和輥軋成型操作是串聯而連續地進行。不需要二次處理的串聯連續 法得到一種成本很低的製造法。利用沖壓機來給材料預成形及將板材 料預先沖孔，並在材料穿過輥軋成形工具之前添加一些形體
(features )。當材料是平的時，衝壓材料產生一種形狀，所述形狀橫
跨沖壓部件的長度具有不同的深度和幾何形狀。例如，成形的形狀可 以代表管狀緩沖器斷面的向後斷面。將衝壓各種形體與成形不同形狀 結合的衝壓機具有比通常把形體沖壓到材料中的預穿孔機更大的噸 位。本衝壓機還必須包括在所需的沖孔之外的衝模和沖壓形體所必須
的鈕。因為可以設想高於軟鋼的材料等級如UHSS材料用來製造管狀 緩沖器系統，所以假定一次衝擊沖壓操作必須足以形成形狀。更高級 的材料如UHSS經受相當大量的加工硬化，如果需要多次衝擊來產生 所希望的最終形狀，則加工硬化，使材料易於產生裂紋。如果沖壓法 要求大量成形，並且又使材料產生相當大的加工硬化，則很可能衝壓 的形狀是在一次衝擊操作中成形，以避免任何材料裂紋，所述裂紋可 能由多次沖壓加工硬化的材料產生。如果注意成形的速度以保持加工 硬化最小，則可以以多衝擊做到通過衝壓主動(aggressive forming ) 成形。當沖壓UHSS時，應很好理解相對彎曲半徑的設計準則的應用。 還應該注意，當用UHSS材料成形時，材料主要是通過移動材料而不 是通過拉伸或擠壓材料而成形。 一些材料如UHSS具有高屈服強度和 抗拉強度，且又具有低的伸長率。低伸長率直接轉變成低延性，所述 低延性禁止通過材料減薄，亦即擠壓/拉製成形。
在衝壓法期間用來成形形狀的材料從巻材的寬度拉制，且不沿著 巻材拉制。這將要求供給沖壓機的巻材的寬度超過一定尺寸，以便可 用於通過衝壓成形形狀，而仍提供足夠的坯料寬度用於輥軋成形操作， 利用所述輥軋成形操作來將形狀精加工成管狀幾何形狀。還可以設想， 在成形的形狀的兩端處必須加入放氣縫(relief slot)。這些縫幫助從坯 料寬度的邊緣給材料加壓，而不沿已成形的形狀的長度加壓。放氣縫 還保持坯料在沖壓成每個部件的形狀之前和之後未經過衝壓的非變形 區的坯料平整度。因為材料橫跨巻材寬度移動，所以在壓機中的成形 操作將產生不規則寬度的坯料，並且在材料可以穿過輥軋成形機之前 必須改變尺寸。輥軋成形利用材料的邊緣給材料逐軋制道次引導並捕 集材料，而同時在每個軋制道次處進行彎曲。坯料寬度的改變尺寸可 以沿著製造過程在一個或多個位置處進行。可以設想，不規則的坯料
在離開衝壓機後立即切開。切開操作可能必須偏移，此處將一個邊緣 切開，而然後用作基準邊緣來切開另一個邊緣。材料也可以在輥軋成 形機操作的早期一個或多個軋制道次之後進行切開。可以設想，在不 規則的坯料用切開操作改變尺寸之前和輥軋成形法完成之前，在輥軋 成形機中開始某些起初的成形可能有某些優點。另外的選擇方案是在 多工段衝壓操作的一個工段中給不規則的坯料改變尺寸。 一種選擇方
案是衝壓機的底床(bed )是有代表性部分長度的至少二倍，或者另一 個選擇方案是利用兩臺串聯壓機。可以設想，衝壓機的第一工段或者 第一壓機衝壓在部件長度的端部處所必需的放氣縫，並形成完整的形 狀。壓機的第二工段或者第二壓機將把形體(孔、縫、等……)沖壓 成成形的形狀，將不規則的材料修整到一適合於輥軋成形法的尺寸， 所述輥軋成形法將把部件精整成沿著這部分的長度具有不同橫斷面幾 何形狀的管梁斷面。
由於部件所需的成形量，可能需要在壓機之後和輥軋成形法之前 累積材料。在典型的預穿孔操作中，此處是將各種形體加到平整的材 料上，將模具構成成與材料一起行進(亦即移動式預穿孔模(flying pre-pierce die ))。優選的是，所述成形才莫在縱向上與移動的材料一起 移動時被構成進行衝壓，亦即移動模具配製。可供選擇地，如果形狀 成形模太重以致不能與材料一起移動，則可能必需在壓機之後和輥軋 成形法之前累積材料。用於過重模具的另 一種選擇方案是放棄在壓機 之後的材料累積，並在輥軋成形操作情況下使用停止-開始工序。輥軋 成型才幾可以利用停止之後再開始重複運動而成功且有效地運動，但如 果採用串聯高頻感應焊接，則停止-開始運動不是很互補的方法。停止 -開始方法可能更適合於雷射焊或接觸焊。
現在可以把經過成形的形狀和未經修整的坯料或者經過修整的坯 料送到輥軋成型法中。輥軋成形工具將被設計成為成形的形狀提供間 隙。可以設想，只用上面軋輥工具來通過輥軋成形完成恆定的部件幾 何形狀，同時支承部件沖壓成形的周邊而輥軋成形其餘的周邊。可以 設想，成形的形狀的深度和形狀本身沿著部件的長度改變。在某些規定的位置，而最優選的是在衝壓成形的斷面與輥軋成形的斷面之間過 渡部分附近的位置處的寬度沿著部件的長度保持恆定不變。這個共同 寬度是重要的，因為它提供一個位置，當其餘材料在輥軋成形法中成 形時，可以在該位置處約束材料。隨著輥軋成形法繼續進行，約束成 形的部件的能力將失效，因為在沿著輥軋成形法的某些點處，部件的 各個支腳將涉及形成管狀形狀。這時，內部芯軸可能有必須約束由沖 壓所成形的形狀，而用輥軋成形法完成管狀幾何形狀。
所述部件的各個支腳通過輥軋成形法帶到接觸點，此時，將兩個 單獨的支腳被焊接，以形成沿著所述部件的長度具有不同橫斷面的單 件管狀部件。焊接可以用各種方法進行，所用的焊接法的類型基於許 多因素，亦即幾何形狀、所希望的循環時間等…。用於焊接選擇方案 可以包括高頻感應焊接、接觸焊接或者用於管狀斷面的雷射焊接。另 一些焊接選擇方案如脈沖縫焊(旋轉式點焊)、等離子弧焊或雷射焊接 可能更適合於不規則形狀的幾何形狀。所有這些焊接方法目前都廣泛 使用，以便生產市場上可買到的具有恆定橫斷面的管狀和不規則的形 狀。
汽車緩沖梁通常要求某種程度的曲率，所述曲率補充汽車的造型， 隨著造型改變和變得更主動，具有多個半徑的緩衝梁變得很容易包裝 在可得到的外皮中。在使緩衝梁中具有多個半徑稱之為複式掃掠緩衝 器。這種串聯和在製造過程中生產複式掃掠緩衝器梁的能力可以用使 用伺服機構的設備實現，所述設備被驅動和用計算機控制。這種類型 設備可供實時調節彎曲輥，所述彎曲輥用來使梁具有曲率。由於實時 調節彎曲輥，所以可以在沿著梁的長度的規定位置處具有多個半徑。
最後的串聯操作(in-line operation )是將梁型材切斷到所需長度。切 斷操作可以用各種方式進行。最常用的將緩衝梁切斷到所需長度的方 法是移動切斷設備。移動切斷設備將與所述部件一起行進，並在部件 以線速度移動時進行切斷操作。典型的移動切斷設備包括部件夾緊鋼 模(clamping steel forms )、空氣或液壓釭以及剪切刀片。
本發明的獨特性是生產沿著所述部件的長度具有不同橫斷面的單
件體輥軋成形結構梁或開口斷面輥軋成形結構梁的能力。在輥軋成形 法情況下，沿著梁的長度改變橫斷面的能力是通過利用位於上遊和串 聯的成形模具和衝壓機達到。輥軋工具的創新性設計使衝壓的預成形 形狀能自由地移動它的共平面平整邊緣段通過各個輥軋成形軋制道 次，而沒有它的現在衝壓成形的中心段的畸變成形狀改變。輥軋成形 法的每個禮制道次持續進行，以便將邊緣段的材料成形成包括被衝壓 成形的最終形狀。目前的輥軋成形法利用較低的力，在輥軋成形法之 前快速動作的沖壓機，但這些壓機是用來將形體如孔、縫等衝孔和切 割到平整的材料中，並在輥軋成形之前用來使部件成形。本發明增加 了上遊衝壓機的噸位，並將成形模具加入到衝壓機中。使用一臺或多 臺沖壓機來以一定形狀形成所述鋼，所述形狀當用輥軋成形閉合成幾 何形狀時，產生沿著所述部件的長度具有不同橫斷面的管梁斷面。同 樣思想可用於開口斷面，此處衝壓操作使橫跨部件長度具有不規則形 狀，而輥軋成形操作加工所述部件形狀的其餘部分。沿著部件長度改 變橫斷面提供了有效地利用材料和幾何形狀來達到性能要求的機會。 結果是一種用連續低成本製造法生產的重量和性能優化的結構件。
圖1是示出應用本發明的方法的流程圖，而圖1A示出相應的設 備。圖上所述，方法從步驟30 (圖1)開始，此處將板巻31(圖1A) 退巻，並將退巻的帶板/板32向前送。該方法前進到步驟33，以便通 過使用沖壓機34，並將板32進行預穿孔和形狀成形，上述衝壓機34 驅動模具35和36 —起頂住板32。壓機34和/或模具35和36優選的 是可在沖壓法期間與板32 —起在側向上移動，並且還是較快速的動 作。可供選擇地，輥軋成形操作在衝壓操作期間可以放慢或停止。模 具35和36配置和設計成沖壓板材料，同時主要是從板32的寬度方向 而不是從縱向方向拉動和移動材料。應該注意，優選的材料是超高強 度鋼(UHSS)，所述UHSS可以彎曲，但不可拉制或拉伸。因此，當 使用UHSS材料時，在側向上(而不是在縱向上)拉動和移動材料是 重要的思想。在步驟33的三維變形法期間，可以利用在(未來的)緩 沖器斷面每一端處的板中縱切來減少板材料的縱向運動。
方法前進到在步驟38中通過切斷機(slitter) 39，所述切斷機將 成形的板32的邊緣縱切/切斷到一特定已知的寬度尺寸，同時板32的 邊緣部分仍處於共平面平整狀態。
然後，方法通過輥軋成形操作前進到在步驟41，如圖所示輥軋機 42具有輥軋成形工段43-48'。具體示出的輥軋機42具有若干軋輥， 其被構造成將板成形成管狀形狀(見圖7),所述管狀形狀在方法步驟 50中於對接的邊緣51, 52 (圖8)處焊接，和在焊接工段53 (圖1A ) 中位置82處焊接。在需要或希望的地方，內部芯軸可以設置在上遊或 下遊，以便幫助保持橫斷面形狀，或者為通過輥軋成形操作彎曲或成 形提供支持。例如，內部芯軸可以固定在位置54處，且一固定系杆或 繩可以在下遊(或上遊)延伸，以便提供芯軸支持。由於沖壓操作， 橫斷面的中間或下面部分在縱向上和側向上改變形狀，使最終梁72 的最終橫斷面沿著它的長度在深度尺寸和形狀上改變(見圖3-6)。
然後方法前進到步驟60，在該處當管梁61與可調的外芯軸63及 (如果需要的話)內部芯軸64 —起移動穿過穩定/激發輥49和彎曲工 段62時，在縱向上彎曲連續焊接的管梁61。此外，在步驟70中通過 切斷設備71將連續的梁61切斷到應有長度成單個的梁72，所述梁72 可用作車輛上小型增強緩沖梁。整個過程用控制器控制，用於最佳、
協調和同時操作。
特別是，在Sturrus申請的專利5092512和5454504中示出和描 述了軋制、焊接和彎曲恆定橫斷面的管梁的一個總體設備和方法，及 在Heinz申請的專利5305625中示出 一種示例性的切斷裝置。如果希 望了解有關那些方法的另外詳細情況，讀者可參閱這些公開內容。另 外，他們的說明整體包括在本文中用於充分公開和說明本發明的目的。 本發明思想可以與動力調節式可變彎曲工段一起使用，如該技術中已 知的那些。
圖2是應用本發明的汽車緩沖梁當它離開切斷設備71時的側視 圖3-6是穿過圖2所取的剖視圖。特別是，這些橫斷面類似於在
彎曲梁61的步驟之前穿過連續梁61中類似位置(見圖7)所取的橫
斷'面0
閨7是汽車緩衝梁在輥軋成形之後但在縱向彎曲之前的側視圖。 特別是，梁的頂部"半"段是線性且橫斷面恆定(與圖3-6的上面部 分相比且還見圖8)，而梁的底部"半"段變形成不同的三維改變的縱 向形狀(對照圖3-6)。可以設想，可以把不同形體加入到梁72中。 例如，當把梁61彎曲到變成單個梁72時，斜表面73(圖2)變成共 平面，並對準安裝表面74。共平面安裝表面74適合於附接到車架縱 梁的前面，如通過固定螺栓或緊固件，並可以包括用於固定螺栓和緊 固件的預穿孔。
圖8是圖7的梁穿過示例性的輥軋成形工段移動的端視圖，同時 示出梁61，其被底部成形輥80和側面保持輥81接合。在工段53處 發現的焊接接頭82在對接邊緣51和52處示出。板的頂部"翼邊" (swings)或側面凸緣84的連續成形用位置85-88示出。可以設想， 底部成形輥80和/或側面保持輥81也可以全部或部分地用固定的導塊 和/或禮輥代替。尤其是，我想像一種修改，此處只有頂部用輥軋成形 工具，而底部用導塊、或(非成形)軋輥、或導塊和軋輥的組合支撐。 可以設想，本發明可用來製造沿著它們的長度具有不均勻橫斷面
的高級梁，同時可將梁"定製"和優化用於各種不同應用，如用於內 部橫向車結構梁、車架部件、外部橫向車結構梁、車篷弓、擋風玻璃
框架、搖板/底梁、門梁、發動機架和儀錶板支承件。可以設想，本發 明思想成本更有竟爭力，並具有比液壓成形法更有效/更高的生產能 力，並且還提供相對於衝壓法的設計靈活性。 改進
分別示出了類似於圖1和1A的流程圖(圖9)和設備(圖9A)， 但經過修改並適合於機器的輥軋成形部分前面的熱衝壓。準確地說， 將能用於高材料強度熱衝壓和驟冷的開巻的板材料32在步驟(100 ) 通過加熱器101加熱到至少約850。C的溫度(優選的是加熱到約 880°-950°C，取決於材料的化學組成和化學性質)。加熱過程的持續時
間可以改變，這取決於加熱器的BTU能力及取決於是否方法是停止一 開始輥軋成形法還是連續法。必要時加熱器的長度可以延伸，以便匹 配機器/方法的速度。加熱器101在板32的沖孔和成形步驟33的前面 馬上定位，在衝壓機34附近和上遊的位置處。模具35/36用冷卻劑系 統103冷卻，和/或通過驟冷系統103將水/冷卻劑施加到成形的板上， 而同時成形的板仍在模具35/36之間，或者作為成形的板從模具35/36 退出。冷卻的時間是關鍵。冷卻必須在材料溫度不令人滿意地下降之 前進行。通常，驟冷是在成形操作的數秒種期間或之間進行，如通過 冷卻的模具和/或冷卻劑施加到鋼上而同時在模具之間壓縮。
適合於熱沖壓法的典型的鋼是Usinor預塗裝式USIBOR 1500。 作為在壓機34中接收並成形的材料，優選的是屈服強度大於370MPa， 優選的是抗拉強度大於550MPa，並具有伸長率為大於14%。"作為接 收"的USIBOR1500的性能很適合於壓製成形，因為材料能拉制(亦 即"拉伸"或擠壓，使得減小材料的厚度)。同時，這種材料的後驟冷 性能顯著更高；具有屈服強度是在lOOOMPa範圍，抗拉強度在 1500MPa範圍，及伸長率在5%範圍。這些更高的材料性能十分適合 於能量吸收、改善了部件抗撞性能，並提供極好的強度與重量比。通 過使用這種材料，能在衝壓法中於板內產生更深的變形，而在最終板 中不損失同樣多的寬度(亦即在切斷機39中縱切步驟38之前)…， 因此減少了廢料。另外，應該注意，超高強度鋼當彎曲時加工硬化， 因此限制它們彎曲一次以上的能力。這個問題通過熱衝壓法避免，因 為材料能被拉制，且沒有與板材料的迅速加工硬化有關的同樣問題。 通過沖壓軟鋼材料，在如何於沖壓模具中移動材料方面有更多的選擇 方案，因此有助於衝壓法並能拉制/成形更深的斷面成板材料。例如， 可以將30%到50%更深的斷面拉製成板材料。
本發明思想的獨特性包括將兩種非常不同的製造方法的好處結合 來生產更具竟爭力的部件的能力。好處包括沿著部件的長度改變橫斷 面的能力。較高的部件強度和減少了的部件重量是代表當材料性能增 加和橫斷面是管狀時所得到的好處。衝壓法無論是冷沖壓法還是熱沖
壓法都具有橫跨部件長度改變形狀的能力。而熱衝壓法具有像接收軟 鋼一樣增加的加工能力，所述軟鋼適合於成形，然後在處理期間使材 料轉化成具有極高性能的材料。這種轉變在加熱和成形的鋼驟冷之後 實現。這樣避免了與加工硬化相關聯的問題，上述加工硬化在沖壓高 強度材料時可能發生…，因為板材料只有當在衝壓操作之後驟冷時才 變成高強度。在本方法中，利用輥軋成形來接收經過衝壓的板，並完 成部件的成形。與輥軋成形法相關聯的逐漸成形階段能使成形有非常 高的強度等級的材料，其中包括高強度和超高強度鋼。這使輥軋成形 成為用於最終成形開口或管狀壓制形式的理想方法，上述壓制形式在 衝壓機中是熱成形。
熱沖壓法提供相對於冷衝壓法的更大能力，因為成形是用一種材 料等級/強度進行，而最終部件是在另外更高等級/強度下。作為用於 熱沖壓法接收的材料一般分類為軟鋼，並具有很適合沖壓成形的性能。
熱的鋼在模具中成形和然後驟冷(或者之後立即快速驟冷)，這樣產生 馬氏體晶粒結構，及馬氏體鋼中更常見的材料性能，具有抗拉強度為
大於1500MPa。
應該理解的是，在不脫離本發明的思想的情況下，可以對上述結 構進行變動和修改，以及還應該理解的是，本發明的這些思想通過下 面權利要求包括在內，除非這些權利要求以語言特意另有說明。
權利要求
1.一種適合於成形加強梁的設備，包括壓機，所述壓機包括若干模具，所述模具配置成通過主要在寬度方向上移動材料而將平的材料帶變形成具有三維形狀的被變形的帶材；切斷機，所述切斷機調整成將變形的帶材切割到所希望的恆定尺寸的均勻寬度；和輥軋成形機，所述輥軋成形機的若干軋輥配置成將變形的均勻寬度帶材的線性部分成形成連續的梁。
2. 如權利要求i所述的設備，其中，各軋輥配置成將帶材的相對 邊緣部分成形。
3. 如權利要求l所述的設備，其中，各軋輥被配置和布置成使帶 材的相對的邊緣鄰接。
4. 如權利要求3所述的設備，包括焊接機，所述焊接機配置成將 所述相對的邊緣部分焊接在一起以將梁成形為永久連續的管。
5. 如權利要求4所述的設備，包括一切斷裝置，所述切斷裝置用 於將永久連續的管切割成若干梁部分。
6. 如權利要求5所述的設備，包括一控制器，所述控制器用於以 協調的方式控制壓機、輥軋成形機、焊接機和切斷裝置。
7. 如權利要求l所述的設備，包括彎曲工段，所述彎曲工段配置 成使梁具有縱向上彎曲的形狀。
8. 如權利要求l所述的設備，其中模具配置成成形平的安裝表面。
9. 如權利要求8所述的設備，包括切斷裝置，所述切斷裝置用於 將連續的梁切割成若干的梁部分，其中輥軋成形機包括彎曲工段，所 述彎曲工段用於將連續的梁變形成縱向上彎曲的形狀，且其中安裝表 面在各個所述部分中是共平面的。
10. 如權利要求1所述的設備，包括切斷裝置，所述切斷裝置用 於將連續的梁切割成若干的梁部分，且其中穿過梁部分的端部所取的 橫向橫斷面限定第一管狀斷面，且穿過梁部分的中心區所取的橫向橫 斷面限定第二管狀斷面，所述第二管狀斷面與第一管狀斷面在前/後方 向上不同，因此加強梁沿著其長度的至少某些部分具有改變橫斷面的 幾何形狀。
11. 如權利要求1所述的設備，其中，各軋輥配置成沿著梁的長 度成形具有不同深度的開口斷面。
12. —種適合於成形加強梁的設備，包括壓機，所述壓機包括模具，模具配置成通過主要是在垂直於由帶 材長度限定的進給方向的方向上移動材料而使連續的材料帶變形；和輥軋成形機，所述輥軋成形機與壓機串聯設置，並具有若干軋輥， 所述禮輥配置和布置成在進給方向上接收帶材，並把變形的帶材的邊 緣部分加工成加強梁。
13. —種方法，包括以下步驟提供單獨的細長板，所述板限定一平面，並包括整體連接在一起 的第一、第二和第三帶材部分；通過主要是在垂直於所述平面的方向上移動材料而衝壓第一帶材 部分以使第一帶材部分變形；和通過使用輥軋成形機將第二和第三帶材部分輥軋成形成梁。
14. 如權利要求13所述的方法，其中，衝壓步驟包括主要是從帶 材的寬度方向而不是從縱向方向拉制材料。
15. 如權利要求13所述的方法，其中，第二和第三帶材部分從第 一帶材部分的相對邊延伸，及其中，輥軋成形步驟包括將第二和第三 帶材部分的邊緣成形成鄰接接觸。
16. 如權利要求15所述的方法，包括焊接邊緣的步驟以成形永久 連續的梁。
17. 如權利要求13所述的方法，包括將連續的梁彎曲成縱向曲線 形的步驟。
18. 如權利要求17所述的方法，其中沖壓步驟包括在第一帶材部 分上成形安裝表面，安裝表面配置成接合併固定到車架縱梁上。
19. 如權利要求13所述的步驟，其中輥軋成形步驟包括將梁成形 成具有帶不同深度尺寸的開口斷面。
20. —種管狀加強梁，包括材料板，所述板成形成具有一定長度的管梁，該管梁具有中間段、 相對的安裝段和若干中間段，所述中間段將中心段的外端連接到所述 安裝段的相關端上；穿過中心段取的第一橫向橫斷面，所述第一橫向橫斷面限定繞其 周邊的第一壁長度，該第一壁長度是第一長度尺寸；穿過安裝段的內側所取的第二橫向橫斷面，所述第二橫向橫斷面 限定繞其周邊的第二壁長度，所述第二壁長度是第二長度尺寸；穿過中間段中部所取的第三橫向橫斷面，所述第三橫向橫斷面限 定繞其周邊的第一壁長度，所述第三壁長度是第三長度尺寸；第二長度尺寸與第一和第三長度尺寸不同，且其中選定第一、第 二和第三長度尺寸，以優化局部梁強度且將重量和廢料最少化。
21. 如權利要求20所述的梁，其中第一、第二和第三長度尺寸各不相同。
22. —種成形加強梁的方法，包括以下步驟提供壓機，所述壓機包括若干成形模具，成形模具與具有若干軋 輥的輥軋成形機串聯且在該輥軋成形機的上遊位置處；操作模具，以通過主要是在垂直於由帶材長度所限定的進給方向的方向上移動材料而使連續的材料帶變形；和操作輥軋成形機的軋輥以接收在進給方向上的帶材並把變形的帶 材的邊緣部分加工成加強梁。
23. —種適合於成形加強梁的設備，包括壓機，所述壓機包括若干模具，模具配置成通過拉制和移動材料 將被加熱金屬材料的平的帶材變形成具有三維形狀的被變形的帶材；冷卻系統，所述冷卻系統與壓機相關聯，並配置成冷卻變形的帶 材的被加熱金屬材料；和輥軋成形機，所述輥軋成形機在壓機和冷卻系統的下遊，並具有若干軋輥，所述軋輥配置成將變形的帶材的邊緣部分加工成形為連續 的梁。
24. 如權利要求23所述的設備，在壓機中包括若干衝壓模具，所 述壓機具有在其中的至少一部分冷卻系統。
25. 如權利要求24所述的設備，包括切斷機，所述切斷機設定成 將變形的帶材切割成所希望的恆定尺寸的均勻寬度。
26. 如權利要求24所述的設備，其中模具配置成在側向方向上拉 伸和擠壓材料。
27. 如權利要求23所述的設備，其中冷卻系統連接到模具上。
28. 如權利要求23所述的設備，其中軋輥配置和安裝成使帶材的 相對的邊緣部分鄰接。
29. 如權利要求28所述的設備，包括焊接機，所述焊接機配置成 將相對的邊緣部分焊接在一起，以便將梁成形為永久連續的管材。
30. 如權利要求29所述的設備，包括切斷裝置，所述切斷裝置用 於將永久連續的管材切割成若干梁部分。
31. 如權利要求23所述的設備，包括控制器，所述控制器用於以 協調的方式控制壓才幾、輥軋成形才幾和冷卻系統。
32. 如權利要求23所述的設備，包括彎曲工段，所述彎曲工段使 梁在縱向上具有彎曲形狀。
33. 如權利要求23所述的設備，其中模具配置成成形平的安裝表面。
34. —種適合於成形加強梁的設備，包括加熱器，所述加熱器配置成將鋼材加熱到至少約850'C的溫度； 壓機，所述壓機包括若干模具，所述模具配置成使熱鋼材的連續 帶材變形；冷卻系統，所述冷卻系統與壓機相關聯，用於驟冷和硬化熱鋼材；和輥軋成形機，所述輥軋成形機與壓機串聯設置並位於冷卻系統的 下遊，且具有若干軋輥，所述軋輥配置和安裝成在進給方向上接收所 述帶材，並將變形的帶材的邊緣部分加工成加強梁。
35. —種方法，包括以下步驟熱衝壓具有第一抗拉強度的被加熱鋼材的板，包括拉制和拉伸材料；驟冷經過沖壓的板，以使材料具有較高的抗拉強度；和 通過使用輥軋成形機將被沖壓的板的部分輥軋成形成梁。
36. 如權利要求35所述的方法，其中輥軋成形的步驟一般是在板 的中心部分的外部沿著板的邊緣部分進行。
37. 如權利要求35所述的方法，其中材料在驟冷之後具有的屈服 強度為至少約1000MPa。
38. 如權利要求35所述的方法，其中材料在驟冷之後具有的抗拉 強度為至少約1500MPa。
39. 如權利要求35所述的方法，包括將板的邊緣鄰接和然後焊接 在一起，以便成形永久管材。
40. 如權利要求35所述的方法，包括將連續的梁彎曲成縱向曲線 形狀的步驟。
41. 如權利要求40所述的方法，其中沖壓步驟包括在第一帶材部 分上成形安裝表面，所述安裝表面配置成接合和固定到車架縱梁上。
42. —種成形加強梁的方法，包括以下步驟 提供加熱器；提供壓機還有與壓機相關聯的冷卻系統，所述壓機包括若干成形 模具；上述成形模具在加熱器的下遊位置；提供具有若干軋輥的輥軋成形機，所述輥軋成形機與壓機串聯且 在壓才幾的下遊；加熱材料帶；操作模具以通過拉制熱材料並此後快速冷卻材料而使材料帶變 形；及操作輥軋成形機的軋輥以在進給方向上接收帶材，且將變形的帶 材的邊緣部分加工成加強梁。
全文摘要
一種設備包括壓機，所述壓機帶若干模具，模具配置成通過主要是從寬度方向拉制材料使材料帶變形；切斷機，所述切斷機調節成將變形的帶材切割成均勻的所希望的寬度尺寸；和輥軋成型機，所述輥軋成型機帶若干軋輥，軋輥將變形的和現在是均勻寬度的帶材加工成連續的梁形。設備還包括焊接機，所述焊接機用於將板的對接的邊緣焊接在一起，以便形成永久的管材；彎曲工段，所述彎曲工段用於使連續的梁具有縱向形狀；和切斷機，所述切斷機用於將連續的梁切割成若干常用作汽車緩衝梁的分段。控制器控制不同部件的時間。梁部分在特定的區域優化用於局部強度，並使重量減至最小，及各種形體可以加到梁部分中如共平面安裝表面。
文檔編號B21D5/06GK101374615SQ200680036575
公開日2009年2月25日 申請日期2006年10月3日 優先權日2005年10月4日
發明者戴維·W·希瑟林頓 申請人:沙普公司