專利名稱：輥軋成形沖壓的板的連續(xù)法的制作方法
輥軋成形沖壓的板的連續(xù)法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
這是2006年2月11日遞交的序號(hào)11/330,301的共同轉(zhuǎn)讓、同時(shí) 待審的發(fā)明申請(qǐng)，標(biāo)題為"輥軋成形預(yù)沖壓不同形狀的連續(xù)法"的部 分繼續(xù)申請(qǐng)，該專利申請(qǐng)也享有2005年10月4日遞交的臨時(shí)專利申 請(qǐng)序號(hào)60/723,393，標(biāo)題為"輥軋成形預(yù)沖壓不同形狀的連續(xù)法"的 權(quán)益。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及輥軋成形預(yù)沖壓不同形狀的連續(xù)法，更具體地說，涉 及一種將沖壓/變形法與輥軋成形設(shè)備結(jié)合以便在連續(xù)法中得到二者 優(yōu)點(diǎn)的方法。
與輥軋成形法有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)已使輥軋成形成為用于許多開口結(jié)構(gòu)型 鋼和管狀結(jié)構(gòu)型鋼的優(yōu)選制造方法。汽車緩沖梁是產(chǎn)品的一個(gè)例子， 所述產(chǎn)品利用輥軋成形的好處來生產(chǎn)重量輕、成本低和基于性能的設(shè) 計(jì)，所述設(shè)計(jì)在商業(yè)上廣泛被接受和使用。輥軋成形式緩沖梁代表大 部分緩沖梁市場，并且作為從A類表面設(shè)計(jì)如沖壓和鍍鉻梁到結(jié)構(gòu)梁 的緩沖梁持續(xù)獲得普及，上述結(jié)構(gòu)梁位于塑料腰線(fascia)的后面。 緩沖器的另一種型式是開口斷面(有時(shí)叫做"C"斷面緩沖器)，通常 也用于緩沖梁設(shè)計(jì)。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(guān)鍵地方的內(nèi)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(jié)構(gòu)完整性。這些隔板和捆扎帶 改善了開口斷面的彎曲剛度，而在犧牲二次加工下達(dá)到這種增加的性 能。
輥軋成形法有許多好處，這使它成為低成本制造管梁的方法。輥 軋成形法的某些優(yōu)點(diǎn)包括成形高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)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(yù)穿孔、中間穿
孔和/或后穿孔操作。另外， 一些操作可以與輥軋成形法串聯(lián)進(jìn)行，如 串聯(lián)焊接和切斷。然而，輥軋成形法有局限性，如不能改變部件內(nèi)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(qū)域中使用過多的材 料，上述性能要求在另一些區(qū)域中需要。過多的材料還加到部件的重 量和材料成本上。準(zhǔn)確地說，試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)分析表明，限制在它兩端 處和位于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(chǎn)生的梁越堅(jiān)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恒定的慣性矩。恒定的慣性矩造成在 沿著管梁的長度的區(qū)域中過量的材料和幾何形狀對(duì)梁的總彎曲剛度不 產(chǎn)生影響。
沖壓法具有優(yōu)于輥軋成形法的優(yōu)點(diǎn)在于可以制成具有不均勻橫斷 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?yàn)楦鱾€(gè)板坯料必須在側(cè)向上移動(dòng)和在每個(gè)動(dòng)模行程之后準(zhǔn)確定位。 另外，模具不能在設(shè)有相當(dāng)大困難或復(fù)雜性的情況下制造管梁，或者 具有二次操作。此外，高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度板材料很容易對(duì)模具磨損，
磨損程度取決于賦予板材料的形狀變形量，及取決于材料的強(qiáng)度。
應(yīng)該注意的是，目前的輥軋成形法有時(shí)在輥軋成形法之前利用較 低力的快速動(dòng)作沖壓機(jī)，但這些壓機(jī)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(shí)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。在熱沖壓法中，將金屬加熱 到它的奧氏體溫度(AC3)，然后在模具中完成成形后的快速冷卻。為
質(zhì)，及所希望的最終性能。例如，已知是含碳的0.2%質(zhì)量百分比的鋼
加熱到850°C (或更高如880X:至950°C )，以便達(dá)到它們的奧氏體區(qū) 域，然后將它們轉(zhuǎn)到用于成形的沖壓機(jī)內(nèi)被冷卻的模中，而同時(shí)鋼材 仍然足夠熱。熱鋼材用沖模成形，然后通過模具的溫度和/或通過用水
驟冷而被快速冷卻。例如，材料可以在壓機(jī)處于它的滿行程位置的情 況下保持在模具中，直至鋼材達(dá)到足夠低的溫度以保持所希望的材料 強(qiáng)度時(shí)為止。然而，上述熱沖壓技術(shù)往往是一種間歇式"停止之后再 行，，的過程，這在歷史上并不認(rèn)為十分適用于在較高的線速度下操作 的連續(xù)法中使用(亦即不十分適合于用輥軋成形設(shè)備串聯(lián)使用)。另夕卜， 我，即本發(fā)明人，由于上述原因，不知道任何沖壓與輥軋成形的結(jié)合。
因此，希望一種具有上述優(yōu)點(diǎn)和解決上述問題的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一方面，適合于成形加強(qiáng)梁的設(shè)備包括一壓機(jī)和冷卻 系統(tǒng)，上述壓機(jī)具有若干模具，所述模具配置成通過拉制和移動(dòng)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(tǒng)與壓機(jī)有關(guān)，并配置成冷卻變形的帶材的經(jīng)過加熱的金屬材料。 輥軋成形機(jī)位于壓機(jī)和冷卻系統(tǒng)的下游，并具有若干軋輥，所述軋輥 配置成將變形的帶材的邊緣部分加工成連續(xù)的梁形。
在本發(fā)明的另一方面，適合于成形加強(qiáng)梁的設(shè)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(jī)包括若干模 具，所述模具配置成使熱鋼材的連續(xù)帶材變形。冷卻系統(tǒng)和壓機(jī)有相 關(guān)聯(lián)，用于驟冷和硬化熱鋼材。輥軋成形機(jī)與壓機(jī)一起串聯(lián)設(shè)置且位 于冷卻系統(tǒng)的下游，并且具有若干軋輥，所述軋輥配置和安裝成接收 朝進(jìn)給方向的帶材，并將變形的帶材的邊緣部分加工成加強(qiáng)梁形。
在本發(fā)明的另一方面，方法包括熱沖壓受熱的鋼材板的步驟，上 述板具有第一抗拉強(qiáng)度，上述步驟包括拉制和拉伸材料。方法還包括 驟冷沖壓的板，以便使材料具有更高的抗拉強(qiáng)度。方法還包括利用輥 軋成形機(jī)將沖壓的板的一些部分輥軋成形成梁。
在本發(fā)明的另一方面，成形加強(qiáng)梁的方法包括以下步驟提供加 熱器；提供壓機(jī)，所述壓機(jī)包括多個(gè)成形模具，且還提供冷卻系統(tǒng)， 上述成形模具在加熱器下游的位置處，而上述冷卻系統(tǒng)與壓機(jī)相關(guān)聯(lián)； 和提供輥軋成形機(jī)，所述輥軋成形機(jī)具有若干軋輥，禮輥成形與壓機(jī) 串聯(lián)(in-line)且在壓機(jī)的下游。方法包括加熱材料帶、操作模具以
便通過拉制熱材料和其后快速冷卻材料而使材料帶變形及操作輥軋成
加工成加強(qiáng)梁形。
本發(fā)明思想集中在管狀斷面上，但應(yīng)該注意，上述思想及其獨(dú)特 性也可以應(yīng)用于開口斷面。
本發(fā)明的這些和另一些方面、目的和特點(diǎn)將為該技術(shù)的技術(shù)人員 在研究下面說明書、權(quán)利要求書及附圖時(shí)所理解和了解。


圖l是體現(xiàn)本發(fā)明的方法的流程圖。
圖1A是包括用于圖1的方法的包括輥軋成形機(jī)、沖壓工段、焊 接工段和彎曲(sweeping)工段的設(shè)備的側(cè)視圖。 圖2是應(yīng)用本發(fā)明的汽車緩沖梁的側(cè)視圖。 圖3-6是穿過圖2所取的側(cè)視圖。
圖7是汽車緩沖梁在輥軋成形之后但在縱向上彎曲之前的側(cè)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分別是類似于圖1和1A的對(duì)應(yīng)機(jī)器的流程圖和側(cè)視圖， 但適用于在機(jī)器的輥軋成形部分之前熱沖壓薄鋼板材料。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明限定由高強(qiáng)度板材料，如超過80ksi抗拉強(qiáng)度的材料和甚 至超過140ksi抗拉強(qiáng)度的超高強(qiáng)度鋼(有時(shí)簡稱為"UHSS"或
"AUHSS"材料)，生產(chǎn)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(jīng)由沖壓法的預(yù)成型法與輥軋成型法結(jié)合達(dá)到。沖壓 法和輥軋成型操作是串聯(lián)而連續(xù)地進(jìn)行。不需要二次處理的串聯(lián)連續(xù) 法得到一種成本很低的制造法。利用沖壓機(jī)來給材料預(yù)成形及將板材 料預(yù)先沖孔，并在材料穿過輥軋成形工具之前添加一些形體
(features )。當(dāng)材料是平的時(shí)，沖壓材料產(chǎn)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后斷面。將沖壓各種形體與成形不同形狀 結(jié)合的沖壓機(jī)具有比通常把形體沖壓到材料中的預(yù)穿孔機(jī)更大的噸 位。本沖壓機(jī)還必須包括在所需的沖孔之外的沖模和沖壓形體所必須
的鈕。因?yàn)榭梢栽O(shè)想高于軟鋼的材料等級(jí)如UHSS材料用來制造管狀 緩沖器系統(tǒng)，所以假定一次沖擊沖壓操作必須足以形成形狀。更高級(jí) 的材料如UHSS經(jīng)受相當(dāng)大量的加工硬化，如果需要多次沖擊來產(chǎn)生 所希望的最終形狀，則加工硬化，使材料易于產(chǎn)生裂紋。如果沖壓法 要求大量成形，并且又使材料產(chǎn)生相當(dāng)大的加工硬化，則很可能沖壓 的形狀是在一次沖擊操作中成形，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(chǎn)生。如果注意成形的速度以保持加工 硬化最小，則可以以多沖擊做到通過沖壓主動(dòng)(aggressive forming ) 成形。當(dāng)沖壓UHSS時(shí)，應(yīng)很好理解相對(duì)彎曲半徑的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的應(yīng)用。 還應(yīng)該注意，當(dāng)用UHSS材料成形時(shí)，材料主要是通過移動(dòng)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(qiáng)度和 抗拉強(qiáng)度，且又具有低的伸長率。低伸長率直接轉(zhuǎn)變成低延性，所述 低延性禁止通過材料減薄，亦即擠壓/拉制成形。
在沖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(jī)的巻材的寬度超過一定尺寸，以便可 用于通過沖壓成形形狀，而仍提供足夠的坯料寬度用于輥軋成形操作， 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(shè)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(gè)部件的形狀之前和之后未經(jīng)過沖壓的非變形 區(qū)的坯料平整度。因?yàn)椴牧蠙M跨巻材寬度移動(dòng)，所以在壓機(jī)中的成形 操作將產(chǎn)生不規(guī)則寬度的坯料，并且在材料可以穿過輥軋成形機(jī)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(dǎo)并捕 集材料，而同時(shí)在每個(gè)軋制道次處進(jìn)行彎曲。坯料寬度的改變尺寸可 以沿著制造過程在一個(gè)或多個(gè)位置處進(jìn)行?？梢栽O(shè)想，不規(guī)則的坯料
在離開沖壓機(jī)后立即切開。切開操作可能必須偏移，此處將一個(gè)邊緣 切開，而然后用作基準(zhǔn)邊緣來切開另一個(gè)邊緣。材料也可以在輥軋成 形機(jī)操作的早期一個(gè)或多個(gè)軋制道次之后進(jìn)行切開?？梢栽O(shè)想，在不 規(guī)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(jī)中開始某些起初的成形可能有某些優(yōu)點(diǎn)。另外的選擇方案是在 多工段沖壓操作的一個(gè)工段中給不規(guī)則的坯料改變尺寸。 一種選擇方
案是沖壓機(jī)的底床(bed )是有代表性部分長度的至少二倍，或者另一 個(gè)選擇方案是利用兩臺(tái)串聯(lián)壓機(jī)?？梢栽O(shè)想，沖壓機(jī)的第一工段或者 第一壓機(jī)沖壓在部件長度的端部處所必需的放氣縫，并形成完整的形 狀。壓機(jī)的第二工段或者第二壓機(jī)將把形體(孔、縫、等……)沖壓 成成形的形狀，將不規(guī)則的材料修整到一適合于輥軋成形法的尺寸， 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。
由于部件所需的成形量，可能需要在壓機(jī)之后和輥軋成形法之前 累積材料。在典型的預(yù)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(gòu)成成與材料一起行進(jìn)(亦即移動(dòng)式預(yù)穿孔模(flying pre-pierce die ))。優(yōu)選的是，所述成形才莫在縱向上與移動(dòng)的材料一起 移動(dòng)時(shí)被構(gòu)成進(jìn)行沖壓，亦即移動(dòng)模具配制。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(dòng)，則可能必需在壓機(jī)之后和輥軋 成形法之前累積材料。用于過重模具的另 一種選擇方案是放棄在壓機(jī) 之后的材料累積，并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后再開始重復(fù)運(yùn)動(dòng)而成功且有效地運(yùn)動(dòng)，但如 果采用串聯(lián)高頻感應(yīng)焊接，則停止-開始運(yùn)動(dòng)不是很互補(bǔ)的方法。停止 -開始方法可能更適合于激光焊或接觸焊。
現(xiàn)在可以把經(jīng)過成形的形狀和未經(jīng)修整的坯料或者經(jīng)過修整的坯 料送到輥軋成型法中。輥軋成形工具將被設(shè)計(jì)成為成形的形狀提供間 隙?？梢栽O(shè)想，只用上面軋輥工具來通過輥軋成形完成恒定的部件幾 何形狀，同時(shí)支承部件沖壓成形的周邊而輥軋成形其余的周邊。可以 設(shè)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(guī)定的位置，而最優(yōu)選的是在沖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恒定不變。這個(gè)共同 寬度是重要的，因?yàn)樗峁┮粋€(gè)位置，當(dāng)其余材料在輥軋成形法中成 形時(shí)，可以在該位置處約束材料。隨著輥軋成形法繼續(xù)進(jìn)行，約束成 形的部件的能力將失效，因?yàn)樵谘刂佨埑尚畏ǖ哪承c(diǎn)處，部件的 各個(gè)支腳將涉及形成管狀形狀。這時(shí)，內(nèi)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(gè)支腳通過輥軋成形法帶到接觸點(diǎn)，此時(shí)，將兩個(gè) 單獨(dú)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(jìn)行，所用的焊接法的類型基于許 多因素，亦即幾何形狀、所希望的循環(huán)時(shí)間等…。用于焊接選擇方案 可以包括高頻感應(yīng)焊接、接觸焊接或者用于管狀斷面的激光焊接。另 一些焊接選擇方案如脈沖縫焊(旋轉(zhuǎn)式點(diǎn)焊)、等離子弧焊或激光焊接 可能更適合于不規(guī)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(chǎn)市場上可買到的具有恒定橫斷面的管狀和不規(guī)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(bǔ)充汽車的造型， 隨著造型改變和變得更主動(dòng)，具有多個(gè)半徑的緩沖梁變得很容易包裝 在可得到的外皮中。在使緩沖梁中具有多個(gè)半徑稱之為復(fù)式掃掠緩沖 器。這種串聯(lián)和在制造過程中生產(chǎn)復(fù)式掃掠緩沖器梁的能力可以用使 用伺服機(jī)構(gòu)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)，所述設(shè)備被驅(qū)動(dòng)和用計(jì)算機(jī)控制。這種類型 設(shè)備可供實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)彎曲輥，所述彎曲輥用來使梁具有曲率。由于實(shí)時(shí) 調(diào)節(jié)彎曲輥，所以可以在沿著梁的長度的規(guī)定位置處具有多個(gè)半徑。
最后的串聯(lián)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(jìn)行。最常用的將緩沖梁切斷到所需長度的方 法是移動(dòng)切斷設(shè)備。移動(dòng)切斷設(shè)備將與所述部件一起行進(jìn)，并在部件 以線速度移動(dòng)時(shí)進(jìn)行切斷操作。典型的移動(dòng)切斷設(shè)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(fā)明的獨(dú)特性是生產(chǎn)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(jié)構(gòu)梁或開口斷面輥軋成形結(jié)構(gòu)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于上游和串 聯(lián)的成形模具和沖壓機(jī)達(dá)到。輥軋工具的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)使沖壓的預(yù)成形 形狀能自由地移動(dòng)它的共平面平整邊緣段通過各個(gè)輥軋成形軋制道 次，而沒有它的現(xiàn)在沖壓成形的中心段的畸變成形狀改變。輥軋成形 法的每個(gè)禮制道次持續(xù)進(jìn)行，以便將邊緣段的材料成形成包括被沖壓 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(dòng)作的沖壓機(jī)，但這些壓機(jī)是用來將形體如孔、縫等沖孔和切 割到平整的材料中，并在輥軋成形之前用來使部件成形。本發(fā)明增加 了上游沖壓機(jī)的噸位，并將成形模具加入到?jīng)_壓機(jī)中。使用一臺(tái)或多 臺(tái)沖壓機(jī)來以一定形狀形成所述鋼，所述形狀當(dāng)用輥軋成形閉合成幾 何形狀時(shí)，產(chǎn)生沿著所述部件的長度具有不同橫斷面的管梁斷面。同 樣思想可用于開口斷面，此處沖壓操作使橫跨部件長度具有不規(guī)則形 狀，而輥軋成形操作加工所述部件形狀的其余部分。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(dá)到性能要求的機(jī)會(huì)。 結(jié)果是一種用連續(xù)低成本制造法生產(chǎn)的重量和性能優(yōu)化的結(jié)構(gòu)件。
圖1是示出應(yīng)用本發(fā)明的方法的流程圖，而圖1A示出相應(yīng)的設(shè) 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，并將退巻的帶板/板32向前送。該方法前進(jìn)到步驟33，以便通 過使用沖壓機(jī)34，并將板32進(jìn)行預(yù)穿孔和形狀成形，上述沖壓機(jī)34 驅(qū)動(dòng)模具35和36 —起頂住板32。壓機(jī)34和/或模具35和36優(yōu)選的 是可在沖壓法期間與板32 —起在側(cè)向上移動(dòng)，并且還是較快速的動(dòng) 作。可供選擇地，輥軋成形操作在沖壓操作期間可以放慢或停止。模 具35和36配置和設(shè)計(jì)成沖壓板材料，同時(shí)主要是從板32的寬度方向 而不是從縱向方向拉動(dòng)和移動(dòng)材料。應(yīng)該注意，優(yōu)選的材料是超高強(qiáng) 度鋼(UHSS)，所述UHSS可以彎曲，但不可拉制或拉伸。因此，當(dāng) 使用UHSS材料時(shí)，在側(cè)向上(而不是在縱向上)拉動(dòng)和移動(dòng)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(yùn)動(dòng)。
方法前進(jìn)到在步驟38中通過切斷機(jī)(slitter) 39，所述切斷機(jī)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(shí)板32的 邊緣部分仍處于共平面平整狀態(tài)。
然后，方法通過輥軋成形操作前進(jìn)到在步驟41，如圖所示輥軋機(jī) 42具有輥軋成形工段43-48'。具體示出的輥軋機(jī)42具有若干軋輥， 其被構(gòu)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中于對(duì)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(nèi)部芯軸可以設(shè)置在上游或 下游，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(nèi)部芯軸可以固定在位置54處，且一固定系桿或 繩可以在下游(或上游)延伸，以便提供芯軸支持。由于沖壓操作， 橫斷面的中間或下面部分在縱向上和側(cè)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)。
然后方法前進(jìn)到步驟60，在該處當(dāng)管梁61與可調(diào)的外芯軸63及 (如果需要的話)內(nèi)部芯軸64 —起移動(dòng)穿過穩(wěn)定/激發(fā)輥49和彎曲工 段62時(shí)，在縱向上彎曲連續(xù)焊接的管梁61。此外，在步驟70中通過 切斷設(shè)備71將連續(xù)的梁61切斷到應(yīng)有長度成單個(gè)的梁72，所述梁72 可用作車輛上小型增強(qiáng)緩沖梁。整個(gè)過程用控制器控制，用于最佳、
協(xié)調(diào)和同時(shí)操作。
特別是，在Sturrus申請(qǐng)的專利5092512和5454504中示出和描 述了軋制、焊接和彎曲恒定橫斷面的管梁的一個(gè)總體設(shè)備和方法，及 在Heinz申請(qǐng)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(guān)那些方法的另外詳細(xì)情況，讀者可參閱這些公開內(nèi)容。另 外，他們的說明整體包括在本文中用于充分公開和說明本發(fā)明的目的。 本發(fā)明思想可以與動(dòng)力調(diào)節(jié)式可變彎曲工段一起使用，如該技術(shù)中已 知的那些。
圖2是應(yīng)用本發(fā)明的汽車緩沖梁當(dāng)它離開切斷設(shè)備71時(shí)的側(cè)視 圖3-6是穿過圖2所取的剖視圖。特別是，這些橫斷面類似于在
彎曲梁61的步驟之前穿過連續(xù)梁61中類似位置(見圖7)所取的橫
斷'面0
閨7是汽車緩沖梁在輥軋成形之后但在縱向彎曲之前的側(cè)視圖。 特別是，梁的頂部"半"段是線性且橫斷面恒定(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(duì)照?qǐng)D3-6)?？梢栽O(shè)想，可以把不同形體加入到梁72中。 例如，當(dāng)把梁61彎曲到變成單個(gè)梁72時(shí)，斜表面73(圖2)變成共 平面，并對(duì)準(zhǔn)安裝表面74。共平面安裝表面74適合于附接到車架縱 梁的前面，如通過固定螺栓或緊固件，并可以包括用于固定螺栓和緊 固件的預(yù)穿孔。
圖8是圖7的梁穿過示例性的輥軋成形工段移動(dòng)的端視圖，同時(shí) 示出梁61，其被底部成形輥80和側(cè)面保持輥81接合。在工段53處 發(fā)現(xiàn)的焊接接頭82在對(duì)接邊緣51和52處示出。板的頂部"翼邊" (swings)或側(cè)面凸緣84的連續(xù)成形用位置85-88示出?？梢栽O(shè)想， 底部成形輥80和/或側(cè)面保持輥81也可以全部或部分地用固定的導(dǎo)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(dǎo)塊、或(非成形)軋輥、或?qū)K和軋輥的組合支撐。 可以設(shè)想，本發(fā)明可用來制造沿著它們的長度具有不均勻橫斷面
的高級(jí)梁，同時(shí)可將梁"定制"和優(yōu)化用于各種不同應(yīng)用，如用于內(nèi) 部橫向車結(jié)構(gòu)梁、車架部件、外部橫向車結(jié)構(gòu)梁、車篷弓、擋風(fēng)玻璃
框架、搖板/底梁、門梁、發(fā)動(dòng)機(jī)架和儀表板支承件?？梢栽O(shè)想，本發(fā) 明思想成本更有竟?fàn)幜Γ⒕哂斜纫簤撼尚畏ǜ行?更高的生產(chǎn)能 力，并且還提供相對(duì)于沖壓法的設(shè)計(jì)靈活性。 改進(jìn)
分別示出了類似于圖1和1A的流程圖(圖9)和設(shè)備(圖9A)， 但經(jīng)過修改并適合于機(jī)器的輥軋成形部分前面的熱沖壓。準(zhǔn)確地說， 將能用于高材料強(qiáng)度熱沖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(yōu)選的是加熱到約 880°-950°C，取決于材料的化學(xué)組成和化學(xué)性質(zhì))。加熱過程的持續(xù)時(shí)
間可以改變，這取決于加熱器的BTU能力及取決于是否方法是停止一 開始輥軋成形法還是連續(xù)法。必要時(shí)加熱器的長度可以延伸，以便匹 配機(jī)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，在沖壓機(jī)34附近和上游的位置處。模具35/36用冷卻劑系 統(tǒng)103冷卻，和/或通過驟冷系統(tǒng)103將水/冷卻劑施加到成形的板上， 而同時(shí)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(shí)間是關(guān)鍵。冷卻必須在材料溫度不令人滿意地下降之 前進(jìn)行。通常，驟冷是在成形操作的數(shù)秒種期間或之間進(jìn)行，如通過 冷卻的模具和/或冷卻劑施加到鋼上而同時(shí)在模具之間壓縮。
適合于熱沖壓法的典型的鋼是Usinor預(yù)涂裝式USIBOR 1500。 作為在壓機(jī)34中接收并成形的材料，優(yōu)選的是屈服強(qiáng)度大于370MPa， 優(yōu)選的是抗拉強(qiáng)度大于550MPa，并具有伸長率為大于14%。"作為接 收"的USIBOR1500的性能很適合于壓制成形，因?yàn)椴牧夏芾?亦 即"拉伸"或擠壓，使得減小材料的厚度)。同時(shí)，這種材料的后驟冷 性能顯著更高；具有屈服強(qiáng)度是在lOOOMPa范圍，抗拉強(qiáng)度在 1500MPa范圍，及伸長率在5%范圍。這些更高的材料性能十分適合 于能量吸收、改善了部件抗撞性能，并提供極好的強(qiáng)度與重量比。通 過使用這種材料，能在沖壓法中于板內(nèi)產(chǎn)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(jī)39中縱切步驟38之前)…， 因此減少了廢料。另外，應(yīng)該注意，超高強(qiáng)度鋼當(dāng)彎曲時(shí)加工硬化， 因此限制它們彎曲一次以上的能力。這個(gè)問題通過熱沖壓法避免，因 為材料能被拉制，且沒有與板材料的迅速加工硬化有關(guān)的同樣問題。 通過沖壓軟鋼材料，在如何于沖壓模具中移動(dòng)材料方面有更多的選擇 方案，因此有助于沖壓法并能拉制/成形更深的斷面成板材料。例如， 可以將30%到50%更深的斷面拉制成板材料。
本發(fā)明思想的獨(dú)特性包括將兩種非常不同的制造方法的好處結(jié)合 來生產(chǎn)更具竟?fàn)幜Φ牟考哪芰Α：锰幇ㄑ刂考拈L度改變橫斷 面的能力。較高的部件強(qiáng)度和減少了的部件重量是代表當(dāng)材料性能增 加和橫斷面是管狀時(shí)所得到的好處。沖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。而熱沖壓法具有像接收軟 鋼一樣增加的加工能力，所述軟鋼適合于成形，然后在處理期間使材 料轉(zhuǎn)化成具有極高性能的材料。這種轉(zhuǎn)變在加熱和成形的鋼驟冷之后 實(shí)現(xiàn)。這樣避免了與加工硬化相關(guān)聯(lián)的問題，上述加工硬化在沖壓高 強(qiáng)度材料時(shí)可能發(fā)生…，因?yàn)榘宀牧现挥挟?dāng)在沖壓操作之后驟冷時(shí)才 變成高強(qiáng)度。在本方法中，利用輥軋成形來接收經(jīng)過沖壓的板，并完 成部件的成形。與輥軋成形法相關(guān)聯(lián)的逐漸成形階段能使成形有非常 高的強(qiáng)度等級(jí)的材料，其中包括高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度鋼。這使輥軋成形 成為用于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 沖壓機(jī)中是熱成形。
熱沖壓法提供相對(duì)于冷沖壓法的更大能力，因?yàn)槌尚问怯靡环N材 料等級(jí)/強(qiáng)度進(jìn)行，而最終部件是在另外更高等級(jí)/強(qiáng)度下。作為用于 熱沖壓法接收的材料一般分類為軟鋼，并具有很適合沖壓成形的性能。
熱的鋼在模具中成形和然后驟冷(或者之后立即快速驟冷)，這樣產(chǎn)生 馬氏體晶粒結(jié)構(gòu)，及馬氏體鋼中更常見的材料性能，具有抗拉強(qiáng)度為
大于1500MPa。
應(yīng)該理解的是，在不脫離本發(fā)明的思想的情況下，可以對(duì)上述結(jié) 構(gòu)進(jìn)行變動(dòng)和修改，以及還應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的這些思想通過下 面權(quán)利要求包括在內(nèi)，除非這些權(quán)利要求以語言特意另有說明。
權(quán)利要求
1.一種適合于成形加強(qiáng)梁的設(shè)備，包括壓機(jī)，所述壓機(jī)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(dòng)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(jī)，所述切斷機(jī)調(diào)整成將變形的帶材切割到所希望的恒定尺寸的均勻?qū)挾龋缓洼佨埑尚螜C(jī)，所述輥軋成形機(jī)的若干軋輥配置成將變形的均勻?qū)挾葞Р牡木€性部分成形成連續(xù)的梁。
2. 如權(quán)利要求i所述的設(shè)備，其中，各軋輥配置成將帶材的相對(duì) 邊緣部分成形。
3. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中，各軋輥被配置和布置成使帶 材的相對(duì)的邊緣鄰接。
4. 如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，包括焊接機(jī)，所述焊接機(jī)配置成將 所述相對(duì)的邊緣部分焊接在一起以將梁成形為永久連續(xù)的管。
5. 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，包括一切斷裝置，所述切斷裝置用 于將永久連續(xù)的管切割成若干梁部分。
6. 如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，包括一控制器，所述控制器用于以 協(xié)調(diào)的方式控制壓機(jī)、輥軋成形機(jī)、焊接機(jī)和切斷裝置。
7. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)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(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中模具配置成成形平的安裝表面。
9. 如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，包括切斷裝置，所述切斷裝置用于 將連續(xù)的梁切割成若干的梁部分，其中輥軋成形機(jī)包括彎曲工段，所 述彎曲工段用于將連續(xù)的梁變形成縱向上彎曲的形狀，且其中安裝表 面在各個(gè)所述部分中是共平面的。
10. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，包括切斷裝置，所述切斷裝置用 于將連續(xù)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(qū)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/后方 向上不同，因此加強(qiáng)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(quán)利要求1所述的設(shè)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. —種適合于成形加強(qiáng)梁的設(shè)備，包括壓機(jī)，所述壓機(jī)包括模具，模具配置成通過主要是在垂直于由帶 材長度限定的進(jìn)給方向的方向上移動(dòng)材料而使連續(xù)的材料帶變形；和輥軋成形機(jī)，所述輥軋成形機(jī)與壓機(jī)串聯(lián)設(shè)置，并具有若干軋輥， 所述禮輥配置和布置成在進(jìn)給方向上接收帶材，并把變形的帶材的邊 緣部分加工成加強(qiáng)梁。
13. —種方法，包括以下步驟提供單獨(dú)的細(xì)長板，所述板限定一平面，并包括整體連接在一起 的第一、第二和第三帶材部分；通過主要是在垂直于所述平面的方向上移動(dòng)材料而沖壓第一帶材 部分以使第一帶材部分變形；和通過使用輥軋成形機(jī)將第二和第三帶材部分輥軋成形成梁。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，沖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(quán)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(duì)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(quán)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(xù)的梁。
17. 如權(quán)利要求13所述的方法，包括將連續(xù)的梁彎曲成縱向曲線 形的步驟。
18. 如權(quán)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并固定到車架縱梁上。
19. 如權(quán)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(qiáng)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(duì)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(guān)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(nèi)側(cè)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(yōu)化局部梁強(qiáng)度且將重量和廢料最少化。
21. 如權(quán)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(qiáng)梁的方法，包括以下步驟提供壓機(jī)，所述壓機(jī)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(jī)串聯(lián)且在該輥軋成形機(jī)的上游位置處；操作模具，以通過主要是在垂直于由帶材長度所限定的進(jìn)給方向的方向上移動(dòng)材料而使連續(xù)的材料帶變形；和操作輥軋成形機(jī)的軋輥以接收在進(jìn)給方向上的帶材并把變形的帶 材的邊緣部分加工成加強(qiáng)梁。
23. —種適合于成形加強(qiáng)梁的設(shè)備，包括壓機(jī)，所述壓機(jī)包括若干模具，模具配置成通過拉制和移動(dòng)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(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)與壓機(jī)相關(guān)聯(lián)，并配置成冷卻變形的帶 材的被加熱金屬材料；和輥軋成形機(jī)，所述輥軋成形機(jī)在壓機(jī)和冷卻系統(tǒng)的下游，并具有若干軋輥，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(xù) 的梁。
24. 如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，在壓機(jī)中包括若干沖壓模具，所 述壓機(jī)具有在其中的至少一部分冷卻系統(tǒng)。
25. 如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，包括切斷機(jī)，所述切斷機(jī)設(shè)定成 將變形的帶材切割成所希望的恒定尺寸的均勻?qū)挾取?br> 26. 如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中模具配置成在側(cè)向方向上拉 伸和擠壓材料。
27. 如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中冷卻系統(tǒng)連接到模具上。
28. 如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中軋輥配置和安裝成使帶材的 相對(duì)的邊緣部分鄰接。
29. 如權(quán)利要求28所述的設(shè)備，包括焊接機(jī)，所述焊接機(jī)配置成 將相對(duì)的邊緣部分焊接在一起，以便將梁成形為永久連續(xù)的管材。
30. 如權(quán)利要求29所述的設(shè)備，包括切斷裝置，所述切斷裝置用 于將永久連續(xù)的管材切割成若干梁部分。
31. 如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，包括控制器，所述控制器用于以 協(xié)調(diào)的方式控制壓才幾、輥軋成形才幾和冷卻系統(tǒng)。
32. 如權(quán)利要求23所述的設(shè)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(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中模具配置成成形平的安裝表面。
34. —種適合于成形加強(qiáng)梁的設(shè)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(jī)，所述壓機(jī)包括若干模具，所述模具配置成使熱鋼材的連續(xù) 帶材變形；冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)與壓機(jī)相關(guān)聯(lián)，用于驟冷和硬化熱鋼材；和輥軋成形機(jī)，所述輥軋成形機(jī)與壓機(jī)串聯(lián)設(shè)置并位于冷卻系統(tǒng)的 下游，且具有若干軋輥，所述軋輥配置和安裝成在進(jìn)給方向上接收所 述帶材，并將變形的帶材的邊緣部分加工成加強(qiáng)梁。
35. —種方法，包括以下步驟熱沖壓具有第一抗拉強(qiáng)度的被加熱鋼材的板，包括拉制和拉伸材料；驟冷經(jīng)過沖壓的板，以使材料具有較高的抗拉強(qiáng)度；和 通過使用輥軋成形機(jī)將被沖壓的板的部分輥軋成形成梁。
36. 如權(quán)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(jìn)行。
37. 如權(quán)利要求35所述的方法，其中材料在驟冷之后具有的屈服 強(qiáng)度為至少約1000MPa。
38. 如權(quán)利要求35所述的方法，其中材料在驟冷之后具有的抗拉 強(qiáng)度為至少約1500MPa。
39. 如權(quán)利要求35所述的方法，包括將板的邊緣鄰接和然后焊接 在一起，以便成形永久管材。
40. 如權(quán)利要求35所述的方法，包括將連續(xù)的梁彎曲成縱向曲線 形狀的步驟。
41. 如權(quán)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(qiáng)梁的方法，包括以下步驟 提供加熱器；提供壓機(jī)還有與壓機(jī)相關(guān)聯(lián)的冷卻系統(tǒng)，所述壓機(jī)包括若干成形 模具；上述成形模具在加熱器的下游位置；提供具有若干軋輥的輥軋成形機(jī)，所述輥軋成形機(jī)與壓機(jī)串聯(lián)且 在壓才幾的下游；加熱材料帶；操作模具以通過拉制熱材料并此后快速冷卻材料而使材料帶變 形；及操作輥軋成形機(jī)的軋輥以在進(jìn)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(qiáng)梁。
全文摘要
一種設(shè)備包括壓機(jī)，所述壓機(jī)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(jī)，所述切斷機(jī)調(diào)節(jié)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(jī)，所述輥軋成型機(jī)帶若干軋輥，軋輥將變形的和現(xiàn)在是均勻?qū)挾鹊膸Р募庸こ蛇B續(xù)的梁形。設(shè)備還包括焊接機(jī)，所述焊接機(jī)用于將板的對(duì)接的邊緣焊接在一起，以便形成永久的管材；彎曲工段，所述彎曲工段用于使連續(xù)的梁具有縱向形狀；和切斷機(jī)，所述切斷機(jī)用于將連續(xù)的梁切割成若干常用作汽車緩沖梁的分段?？刂破骺刂撇煌考臅r(shí)間。梁部分在特定的區(qū)域優(yōu)化用于局部強(qiáng)度，并使重量減至最小，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(hào)B21D5/06GK101374615SQ200680036575
公開日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2006年10月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月4日
發(fā)明者戴維·W·希瑟林頓 申請(qǐng)人:沙普公司