CN121175130A - 用于金属部件的制造方法和相关联的金属部件 - Google Patents

Abstract

用于使金属部件（1）成型的冲压方法和相关联的金属部件，其中，所述金属部件的几何形状使得一些区域在冲压期间需要沿相反的方向变形。所述冲压方法包括提供柔性金属坯件（10）的步骤，柔性金属坯件包括与金属部件的子部件（11、12）相对应的至少两个子坯件（101、102），所述柔性坯件还包括重叠区域（100），坯件在该重叠区域中彼此重叠，所述重叠区域（100）与两个子部件之间的临界过渡区域11T12相对应，所述重叠区域包括预组装区域（1002）和滑动区域（1001）。用于冲压操作的冲头包括在冲头的与第一子部件（11）和第二子部件（12）相对应的区域之间的间隙。

Description

用于金属部件的制造方法和相关联的金属部件

技术领域

本发明涉及制造金属部件的过程和相关联的金属部件。特别地，本发明涉及通过冲压进行成型的复杂的金属部件的制造。

背景技术

在金属部件制造工业、特别是在汽车部件制造工业中，对生产具有更复杂的形状的部件的需求日益增长。这允许例如将若干个分开的单独的部件集成到一个单个部件中。这简化了生产过程：仅一个成型操作替代了用以生产单独的子部件的若干单独的成型操作以及用以组装所述单独的子部件的对应的接合过程的组合。这也允许改善部件性能，因为单独的子部件之间的组装点通常是在载荷下可能失效的弱点，例如当在汽车部件的情况下发生碰撞时。此外，生产过程的简化带来进一步的积极效果，比如在成型期间温室气体排放减少并且成本减少。

冲压是公知的金属片材成型技术，其包括在通常具有所成型的金属部件的形状的上部冲模与下部冲模之间压制平坦的金属片材。所述冲模沿称为冲压方向的方向相对于彼此移动。

在冲压期间，受压金属在由上部冲模和下部冲模施加的接合力下流动。如果金属流动方向突然转变，通常无法对部件进行冲压。实际上，在这些突然转变发生的区域中，金属片材需要沿两个不同方向流动，这导致非常高的变形率、过度变薄并且最终出现裂纹。在一些情况下，这也会导致部件起褶皱。

这限制了能够通过传统冲压过程获得的形状的多样性。日本专利申请JP2007029966提供了通过冲压制造复杂的金属部件的第一种解决方案。所提出的解决方案提供了作为若干子坯件的组件的金属坯件，若干子坯件彼此部分地重叠，使得子坯件可以于冲压期间在重叠区域中相对于彼此移动。因此，在金属坯件需要沿两个不同方向流动的区域中，两个重叠的子坯件中的每个子坯件沿所述不同方向自由移动，这似乎解决了过度变薄、开裂和起褶皱的问题。

然而，当试图在实践中应用JP2007029966的教示时，发明人遇到了过度变薄、开裂和折叠的严重问题，如将在下面的示例中所表明的。

发明内容

本发明的目的是提供一种允许对复杂形状进行冲压的金属部件成型过程，在该成型过程中，金属片材需要沿若干不同方向流动，而不会发生过度变薄、开裂或折叠。本发明的另一目的是提供一种根据本发明的过程制成的并且具有使用现有技术的冲压技术所不能达到的复杂形状的部件。

本发明的目的通过应用根据权利要求1的部件制造过程来实现，该部件制造过程可选地包括单独地或根据任何可能组合采用的权利要求2至14的特征。本发明还涉及根据权利要求15的金属部件，该金属部件可选地包括单独地或根据任何可能组合采用的权利要求16或17的特征。本发明还涉及根据权利要求18的机动车辆。

附图说明

本发明的其他方面和优点将在阅读通过示例的方式给出的且参照附图做出的以下描述时呈现，附图决不是限制性的，在附图中：

- 图1是本发明为其提供制造过程的金属部件的具体实施方式的立体图，

- 图2是根据本发明的柔性坯件的俯视图，

- 图3A是根据现有技术的冲压工具的冲头和压边圈（binder）的俯视图，以及图3B是根据本发明的冲压工具的冲头和压边圈的俯视图，

- 图4是根据本发明的冲压操作开始时的立体图——为了清楚起见，在该图中未表示上部冲模，

- 图5是与图4中的冲压操作相同的冲压操作的立体图，其表示此时冲压操作结束，

- 图6A是根据本发明的冲压工具的冲头和压边圈的俯视图，以及图6B是根据本发明的特定实施方式的整形工具的俯视图，

- 图7是本发明为其提供制造过程的金属部件的另一实施方式的立体图，

- 图8是本发明为其提供制造过程的金属部件的又一实施方式的立体图，

- 图9A和图9B是通过现有技术成型的金属部件的立体图，以及图9C是根据本发明成型的金属部件的立体图。

- 图10是本发明为其提供制造过程的金属部件的具体实施方式的立体图。

具体实施方式

在以下附图和描述中，取向和空间参照都使用与以下方向相关联的X、Y、Z坐标做出：

- X是在水平平面中的纵向方向，X轴定向成使得X坐标在前至后方向上增加，即位于更靠后的位置与位于更靠前的位置相比将具有更高的X坐标，

- Y是在水平平面中的横向方向，

- Z是高度方向，Z轴定向成使得Z坐标从下部位置至上部位置增加，即位于第二位置下方的第一位置将具有更低的Z坐标值。

参照在每个图中都被表示。当附图是2D平面表示时，遵循已建立的惯例，在附图之外的轴线在其指向读者时由圆中的点表示，并且在其背向读者时由圆中的叉表示。

特别地，术语“顶部”、“上”、“上部”、“上方”、“底部”、“下”、“下部”、“下方”等根据高度方向来限定。术语“前部”、“后”、“后部”、“向前”、“向后”等根据纵向方向来限定。术语“左”、“右”、“横向”等根据横向方向来限定。术语“水平”是指包括纵向方向和横向方向的平面的取向。术语“竖向”是指包括高度方向的任何取向。

所谓的“基本上平行”或“基本上垂直”意指可以偏离平行方向或垂直方向不超过15°的方向。

金属片材是指平坦钢片材。钢片材具有顶面和底面，顶面和底面也称为顶侧部和底侧部或者称为顶表面和底表面。所述面之间的距离被指定为片材的厚度。该厚度可以例如使用测微计来测量，测微计的主轴和砧部置于顶面和底面上。以类似的方式，还可以在成型部件上测量厚度。

所谓的部件的平均厚度或部件的一部分的平均厚度意指组成部件的材料在其由最初的平坦片材形成为三维部件之后该材料的总体平均厚度。

定制焊接坯件是通过下述方式制成的：将被称为子坯件的若干钢片材或切割好的钢坯件组装在一起、例如通过激光焊接组装在一起，以便优化部件在其不同区域的性能，从而减轻整体部件重量、降低整体部件成本并减少材料废料。形成定制焊接坯件的子坯件可以在有重叠或没有重叠的情况下进行组装，例如这些子坯件可以进行激光对焊（没有重叠），或者这些子坯件可以进行彼此点焊（有重叠）。

柔性坯件是若干子坯件的组合，其包括允许子坯件在成型操作期间沿不同方向移动的重叠区域。

与定制焊接坯件相反，整体坯件是指包括一个单个子坯件的坯件，而不是包括组合在一起的若干子坯件的坯件。

定制轧制坯件是在钢片材生产过程期间通过差速轧制获得的具有多个片材厚度的坯件。

根据2009年10月出版的ISO标准ISO 6892-1测量极限抗拉强度、屈服强度和延伸率。拉伸测试试样是从平坦区域切下的。如有必要，采用小尺寸拉伸测试样品以适应部件上的全部可用的平坦区域。

根据VDA-238弯曲标准来测量弯曲角度。对于同一种材料，弯曲角度取决于厚度。为了简单起见，本发明的弯曲角度值是指1.5 mm的厚度。如果厚度不同于1.5 mm，则需要通过以下计算将弯曲角度值归一化为1.5 mm，其中α1.5是归一化为1.5 mm的弯曲角度，t是厚度，以及αt是针对厚度t的弯曲角度：

α1.5 = (αt × √t) / √1.5

冷冲压为用于金属的成型技术，其涉及通过在称为冷冲压工具的上部冲模与下部冲模之间压制金属片材而将金属片材成形成为成型部件。例如，冷冲压工具具有允许将金属片材借助于其侧面进行保持的压料板（blank holder）。例如，冷冲压工具包括若干个步骤，每个步骤涉及上部冲模和下部冲模以产生复杂的形状以及/或者执行进一步的操作、比如在部件中冲孔或修整部件的侧部。

热冲压为用于钢的成型技术，其涉及将钢的坯件或者由钢的坯件制成的预成型部件加热直至钢的显微组织至少部分地转变为奥氏体的温度，通过对所述坯件或预成型部件进行冲压使其在高温下成型并且同时对成型部件进行淬火以获得具有非常高的强度的显微组织，在热处理中可能进行另外的配分或回火步骤。

多步骤热冲压过程是包括至少一个冲压步骤并且包括在高于300°C的高温下执行的至少两个过程步骤的特定类型的热冲压过程。例如，多步骤过程可以涉及第一冲压操作和随后的热修整操作，使得热冲压过程的出口处的成品部件不需要进一步修整。例如，多步骤过程可以涉及若干连续的冲压步骤，以便制造具有比可以使用单个冲压操作实现的形状更复杂的形状的部件。例如，在多步骤过程中，例如使用转移式压机将部件从一个操作自动转移至另一操作。例如，部件停留在同一工具中，该工具为可以执行不同的操作、比如第一冲压操作和随后的工具内修整操作的多功能工具。

部分硬化热冲压过程是下述热冲压过程：其中，坯件所经受的热分布被特意定制为在坯件的不同区域中是不同的，以便在热冲压过程结束时在这些不同区域中获得不同的材料特性。例如，这允许使用由单一材料制成的单个金属坯件来生产热冲压部件，该金属坯件在成品部件的不同区域中将具有不同水平的硬度和延伸率。例如，这允许生产具有软区和硬区的部件，所述软区能够在碰撞载荷下变形以便吸收能量，而所述硬区将通过抵抗变形来抵抗侵入。有若干不同的技术来实现部分硬化。例如，可以在坯件的不同区域中以不同温度加热材料，较高温度区域在奥氏体化炉的出口处将是完全奥氏体的，从而在热冲压之后产生非常硬的显微组织，而较低温度区域在奥氏体化炉的出口处将具有临界区铁素体/奥氏体显微组织，从而在热冲压之后产生较低硬度的显微组织。例如，材料可以在热冲压步骤本身期间在坯件的不同区域中以不同的淬火速度淬火，以较高淬火速度淬火的区域相比于以较低速度淬火的区域将具有更高的硬度。

参照图1和图11，本发明的目的是制造至少包括以下子部件的金属部件1：

- 第一子部件11，该第一子部件11通常沿着第一方向D1延伸。在其余的描述中，该第一方向将被常规地选择为纵向方向。所述第一方向垂直于冲压方向S，冲压方向S将在当前描述中被常规地选择为高度方向，并且包括基本上平行于所述冲压方向的至少一个第一侧壁111（在图1的情况下，存在两个侧壁111和112）以及连结至所述至少一个第一侧壁111并且通常在垂直于所述冲压方向S的平面中延伸的第一顶部部段113，

- 第二子部件12，该第二子部件12连接至所述第一子部件11并且通常沿着第二方向D2延伸，第二方向D2也垂直于所述冲压方向并且与所述第一方向形成严格大于0°的角度α，第二子部件12包括基本上平行于所述冲压方向的至少两个竖向壁121和122以及连接所述两个竖向壁121和122的、通常在垂直于所述冲压方向S的平面中延伸的第二顶部部段123。

图1中所表示的金属部件1是特定实施方式，其中子部件通常是具有直的竖向壁和直的平坦顶部部段的欧米伽形。然而，这并不限制本发明，子部件可以例如具有弯曲的倒U形横截面，即具有弯曲的竖向壁和被限制成二维线的顶部部段。这例如是图10中所表示的金属部件1的第一子部件11的情况。

在具体实施方式中，子部件11、12的两个主方向D1、D2之间的角度α包括30°至90°，更具体地包括60°至90°，甚至更具体地包括80°至90°。

当通过沿着冲压方向S对平坦的金属坯件进行冲压而使金属部件1成型时，第一竖向壁111由材料在横向于D1的方向F1上的流动形成，如图1中所表示的。在当第一子部件11还包含第二竖向壁112的情况下，第二竖向壁112由于材料沿方向F1’流动而形成。同时，材料沿均横向于D2的相反的方向F2和F2’流动，以形成第二子部件的竖向壁121和122。在子部件11与子部件12之间的过渡区域11T12中，材料需要同时沿方向F1和F2或沿方向F1和F2’流动。所述方向之间的角度将是α或其到180°的补角，并且由于α严格地大于0°，这导致材料沿不同方向同时流动，这使所述材料过度拉伸，从而导致所述材料过度变薄并且最终在过渡区域中开裂。

这由图9A图示，图9A是与上面描述相对应的金属部件的冲压模拟的示例，其中裂纹6由于上述竞争变形方向而出现在过渡区域11T12中。

根据本发明的制造金属部件的解决方案的第一部分是使用柔性坯件10，如图2中所描绘的。所述柔性坯件10至少包括：

- 两个子坯件101、102，每个子坯件基本上分别与所述第一子部件11和第二子部件12相对应，

- 至少一个重叠区域100，所述子坯件101、102在该至少一个重叠区域100中彼此重叠，

- 所述重叠区域100至少包括滑动区域1001和预组装区域1002，在滑动区域1001中，所述子坯件101、102简单地重叠在一起而无需在坯件阶段进一步组装并且在所述冲压操作期间在彼此之上自由地滑动，在预组装区域1002中，所述子坯件在其以坯件的形式被处理时不能够相对于彼此移动，但是滑动运动在冲压操作期间施加的力的作用下成为可能。

在冲压操作期间，由于重叠区域100的存在，柔性坯件的与通常出现裂纹的过渡区域11T12相对应的区域现在是双层的，并且两个层都具有在彼此之上滑动的自由度，由此防止由于相反的材料流动方向而导致的过度变薄和开裂的上述问题。例如，在图1的构型中，子坯件101的与竖向壁111相对应的材料将沿方向F1自由移动，而子坯件102的与竖向壁121和122相对应的材料将沿方向F2和F2’自由移动。

发明人已经惊奇地发现，单独提供上述柔性坯件不足以制造在过渡区域11T12中没有冲压缺陷的金属部件。图9B是如先前所描述的在柔性坯件上执行冲压操作的结果的分解图。子部件11和12已经被拆卸，以便突出所遇到的成型问题。如可以看到的，裂纹6出现在第一子部件11和第二子部件12两者上。

发明人已经发现，可以通过修改冲压过程对根据本发明的金属部件进行冲压。

冲压工具通常包括冲头和冲模。冲模可以看作是部件将在其中成型的模具，而冲头用于通过将部件沿冲压方向压入到冲模中而将部件的形状转印至坯件。冲压工具还可以可选地包括也称为压料板的压边圈，压边圈用于在冲压期间将坯件保持就位，并且因此控制材料的流动以达到良好质量形状。

图3A是根据现有技术的冲头2和压边圈3的俯视图。参照图3B，发明人已经惊奇地发现，当使用柔性坯件时，通过在冲头的与第一子部件11和第二子部件12相对应的区域之间提供具有间隙4的冲头2，可以解决过渡区域中的开裂问题。

图9C是使用根据本发明的冲压工具对根据本发明的柔性坯件进行冲压模拟的示例，即在冲头3的与第一子部件和第二子部件相对应的区域之间具有间隙4。在该最后模拟中，在过渡区域11T12中没有观察到裂纹。

在特定实施方式中，发明人已经发现，所述间隙4的必要长度（即，图3B上所指示的距离g）与对应的过渡区域11T12中的两个邻接的子部件的竖向壁的高度相关。实际上，当没有提供间隙时发生开裂的原因与形成所述竖向壁的材料的流动相关，并且材料流的量本身与所述竖向壁的高度相关。对具有更高的壁的部件进行冲压意味着更多的材料需要流动以形成所述壁。因此，竖向壁越高，所需的间隙长度就越大。另一方面，必要的间隙长度g将永远不会超过竖向壁的最大高度，因为当我们远离两个邻接的子部件之间的连接时，过渡区域对材料流的影响减小，并且当距连接区域的距离开始超过竖向壁的高度时，过渡区域对材料流的影响接近于零。

在特定实施方式中，以mm表示的间隙4的长度g大于或等于过渡区域11T12中的最高竖向壁的高度的30%、优选地大于或等于该高度的50%、优选地大于或等于该高度的70%，并且小于或等于过渡区域11T12中的最高竖向壁的所述相同高度。

总之，发明人已经发现，通过应用以下制造过程，可以制造具有上述特性的金属部件，而不会在过渡区域中出现过度变薄或裂纹：

- 提供与金属部件1的两个子部件11、12相对应的至少两个金属子坯件101、102，

- 在预组装区域中预组装所述至少两个金属子坯件以形成柔性金属坯件10，所述柔性坯件包括至少一个重叠区域100，所述子坯件在该至少一个重叠区域100中彼此重叠，所述重叠区域100至少包括滑动区域1001和预组装区域1002，在滑动区域1001中，所述子坯件101、102简单地重叠在一起而无需在坯件阶段进一步组装并且在所述冲压操作期间在彼此之上自由地滑动，在预组装区域1002中，所述子坯件在其以坯件的形式被处理时不能够相对于彼此移动，但是滑动运动在冲压操作期间施加的力的作用下成为可能，

- 通过在沿冲压方向S相对于彼此移动的冲头2与冲模之间压制所述柔性金属坯件来执行冲压操作，其中，所述冲头2在与所述第一子部件11和第二子部件12相对应的区域之间包括至少一个间隙4。

根据本发明的柔性坯件的冲压在图4和图5中表示。图4表示冲压操作的开始，在该开始点处柔性坯件10被给送至冲压工具——为了清楚起见，在图4中表示了冲头2和压边圈3，但未表示冲模。冲头和冲模沿冲压方向S彼此靠近，以在冲压操作结束时形成金属部件，如图5中所表示的。

在具体实施方式中，冲压操作是冷成型冲压。在具体实施方式中，冲压操作是热冲压，可选地是多步骤热冲压，可选地是部分硬化热冲压。

子坯件101、102在预组装区域1002中组装在一起，这允许在冲压之前容易地操纵子坯件101、102。另一方面，坯件之间的滑动运动在冲压操作期间施加的力的作用下成为可能，这允许在冲压阶段期间具有最大程度的运动灵活性。

例如，坯件在预组装区域1002中使用点焊部1003点焊在一起，如图2所示出的，点焊部1003足够强以在坯件处理阶段期间将坯件保持在一起，但是点焊部1003也足够弱以在冲压操作期间通过坯件施加于其上的力被剪切。

例如，坯件在预组装区域1002中使用粘合剂结合剂胶合在一起，该粘合剂结合剂足够强以在坯件处理阶段期间将坯件保持在一起，但是该粘合剂结合剂将允许坯件在冲压操作期间在由坯件施加于其上的力的作用下在彼此之上滑动。例如，粘合剂结合剂是压敏粘合剂，该压敏粘合剂在组件置于压力下时具有降低的粘合强度。有利地，因为冲压操作通过冲头和冲模彼此靠近的运动而在预组装区域1002上施加压力，所以压敏粘合剂在冲压操作期间将自然地具有减小的粘合力，这将允许子坯件在由冲压操作施加于其上的力的作用下更容易地在彼此之上滑动。例如，压敏粘合剂可以是丙烯酸乳液基粘合剂。例如，压敏粘合剂可以是双面胶带粘合剂。

在另一可能的实施方式中，坯件在预组装中机械地结合在一起。例如，坯件使用压紧组件组装在一起，该压紧组件足够强以在坯件处理操作期间保持就位并且足够弱以允许坯件在冲压操作期间在彼此之上滑动。

在特定实施方式中，预组装区域1002具有以MPa表示的抗剪切强度RS。预组装区域1002的所述抗剪切强度RS定义为：当沿在冲压操作期间产生的力的方向将应力在一侧施加在子坯件101上且在另一侧施加在子坯件102上时，在两个子坯件101、102之间开始滑动运动所需的所述应力，该应力以MPa测量。在特定实施方式中，所述剪切强度RS低于在冲压操作期沿所述方向产生的最大力，这有利地允许在冲压操作期间开始子坯件101、102之间的滑动运动。

可以执行冲压模拟的迭代组以成功地设计所述预组装区域1002。例如，在第一次迭代中，设置有具有第一抗剪切强度RS1的第一预组装区域1002。对冲压操作进行模拟并且从所述模拟中推导出冲压操作期间子坯件101、102之间的剪切方向上产生的力。如果所述剪切力低于剪切强度RS1，则预组装区域1002需要重新构造以降低预组装区域的剪切强度——例如，如果使用点焊部进行组装，则可以使用较少数目的焊点，或者可以使用不同的点焊参数组以降低点焊部的强度、例如通过减小其直径以降低点焊部的强度——例如，如果使用粘合剂进行组装，则可以使用较小的粘合剂表面或者每个表面可以使用更少量的粘合剂。这导致重新设计的预组装区域1002具有较低的剪切强度RS2。然后第二次执行冲压模拟并且将预组装区域中产生的剪切力与RS2进行比较。如果RS2小于冲压期间产生的剪切力，则迭代方法可以停止；如果RS2大于或等于冲压期间产生的剪切力，则执行带有具有剪切强度RS3的重新构造的预组装区域的其他步骤等，直到最终实现具有比所产生的剪切力低的剪切强度RSn的预组装区域。

例如，如果点焊部用于在预组装区域1002中组装子坯件101、102，则所述点焊部的机械行为可以通过应用Fosta 806项目中开发的方法而以以下方式模拟：“P 806——Characterization and simplified modeling of the fracture behavior of spotwelds from ultra-high strength steels for crash simulation with considerationof the effects of the joints on component behavior（考虑接合部对部件行为的影响时碰撞模拟所用的超高强度钢的点焊部的断裂行为的表征和简化建模）”（Fosta代表“Forschungsvereinigung Stahlanwendung”，即钢铁应用研究协会）。可以使用材料卡MAT123和MAT_ADD_EROSION对失效行为和相关联的删除元素计算进行模拟。关于该方法的进一步解释可以例如参见Stanislaw Klimek在2008年International Automotive BodyCongress（国际汽车车身大会）上发表的“Simulation of Spot Welds and Weld Seams ofPress-Hardened Steel (PHS) Assemblies（压制硬化钢（PHS）组件的点焊部和焊缝的模拟）”。

调节预组装区域构型的上述方法也可以使用物理冲压工具执行，在该物理冲压工具中调节设计，即使这种涉及实际物理测试和经调节的实际物理柔性坯件的迭代生产的方法可能证明比数值模拟方法更耗时且成本更高。

在成型操作之后，子部件不再固定地组装在一起，这可能是金属部件结构薄弱的原因。令人关注的是进一步组装成型的子部件以确保最终部件的结构强度。在具体实施方式中，如图2中所描绘的，子坯件的重叠区域100的滑动区域1001还包括至少一个后组装区域1004，在该后组装区域1004中，所述第一子部件11和第二子部件12在所述冲压操作之后仍然彼此重叠。在该具体实施方式中，制造过程还包括在冲压操作之后的后组装步骤，在该步骤期间，至少所述第一子部件和第二子部件在所述后组装区域1004中接合在一起。例如，通过将子部件点焊在一起以形成点焊部7而将子部件接合在一起，如图8中所描绘的。例如，子部件被激光焊接、可选地被远程激光焊接在一起。

例如，当将本发明应用于机动车辆的金属部件时，这允许将纵向结构元件和横向结构元件两者集成在一个单个金属部件中。例如，这允许将纵向前侧构件和仪表板横向构件集成在一个单个部件中。例如，这允许将侧梁和座椅横向构件集成在一个单个部件中。例如，这允许将车顶纵梁和顶部横向构件集成在一个单个部件中。例如，这允许将后侧构件和后横向构件集成在一个单个部件中。通过将各种结构元件组合在一个单个部件中，制造过程被简化并且部件被制造得更加坚固，因为该部件的纵向和横向组件与同一部件成一体并且因此以最佳的方式配合在一起。

在特定实施方式中，冲压步骤之后是在过渡区域11T12中进一步调节金属部件的形状的整形步骤。实际上，由于在冲压工具冲头2中存在间隙4，因此与冲头中的间隙相对应的过渡区域11T12中的坯件不会压靠冲模。因此，该区域中的金属部件的形状将不会完美地再现冲模的形状。在特定实施方式中，如图6A和图6B中所表示的，使用具有冲头21的整形工具，该冲头21在与所述第一子部件和第二子部件相对应的区域之间具有较小的间隙41。图6A表示根据本发明的具有间隙4的冲压冲头2并且图6B表示根据本发明的具有更小的整形冲头间隙41的整形冲头21。通过减小整形工具内的间隙41，材料被更紧密地压入到冲模中并且因此更好地符合过渡区域11T12中的期望形状。可以减小整形工具中的间隙41，因为部件已经通过冲压而成型并且相比于冲压期间，由整形操作施加在部件的其余部分上的力将低得多，使得在过渡区域中不会出现裂纹。在任何情况下，仍然需要具有大于0 mm的整形间隙41。在特定实施方式中，整形间隙41的长度包括初始冲压冲头间隙4的长度的10%至80%，优选地是该长度的10%至70%，优选地是该长度的10%至50%，优选地是该长度的20%至70%，优选地是该长度的20%至50%。

在特定实施方式中，冲压操作和整形操作作为转移式压机的两个连续阶段执行。例如，冲压操作和整形操作作为冷冲压转移式压机的两个连续阶段执行。例如，冲压操作和整形操作作为使用转移式压机的热冲压多步骤过程的两个连续阶段执行。

在特定实施方式中，冲压操作和整形操作使用可调节的冲头连续地执行，其中，例如通过使与子部件2相对应的冲头元件滑动成更靠近子部件11相对应的冲头元件，冲压阶段的间隙4可以减小至整形阶段的间隙41。

包括至少第一子部件11和第二子部件12的金属部件的上述构型应当被理解为根据本发明的金属部件的最基本的可能构型。参照图7，所述金属部件1可以例如包括通常沿着所述第一方向D1延伸的至少两个第一子部件11，每个第一子部件连接至通常沿着所述第二方向D2延伸的所述至少一个第二子部件12。在这种情况下，柔性金属坯件10包括基本上与所述子部件中的每个子部件相对应的至少三个子坯件，所述柔性坯件还包括至少两个重叠区域，沿第一方向延伸的每个子坯件与沿第二方向延伸的子坯件在该至少两个重叠区域中重叠，所述重叠区域中的每个重叠区域至少包括预组装区域和滑动区域。此外，用于制造所述金属部件的冲压工具将包括冲头2，冲头2在这种情况下具有至少两个间隙4，所述至少两个间隙4各自和第一子部件11与第二子部件12之间的区域相对应。

根据本发明，沿着方向D1和D2延伸的第一子部件与第二子部件之间的任何其他组合也是可能的。实际上，本发明的主旨是提供一种允许使坯件材料在过渡区域11T12中成型而不出现裂纹的制造过程。

事实上，本发明可以一般化到其中存在甚至超过两个主方向D1、D2的金属部件构型。实际上，由本发明解决的冲压问题局部地发生在每个过渡区域11T12中，并且每组过渡区域实际上独立于其他过渡区域。

本发明还涉及与单独地或根据任何可能的组合采用的上述列出的特征相对应的并且通过上述详细过程制造的金属部件，上述详细过程包括所述过程的可选特征的所有可能的组合。

根据所述过程制造的所述金属部件的一个显著优点是，在特定实施方式中，可以制造包括至少一组邻接的子部件的金属部件，该至少一组子部件具有至少一组两个邻接的竖向壁、例如112和121，其中，在所述两个邻接的竖向壁之间的过渡区域11T12中测量的曲率半径极低。这在没有柔性坯件的现有技术冲压技术中是不可能的，因为过渡区域中的形状需要是软的、即具有高曲率半径，以便在构成所述邻接的竖向壁的材料的流动方向上提供渐进的变化。例如，在特定实施方式中，在所述两个邻接的竖向壁之间的过渡区域11T12中测量的曲率半径等于或小于所述两个子部件的最小金属片材厚度的二十倍，更具体地小于十倍，甚至更具体地小于五倍。在具体实施方式中，所述曲率半径小于100 mm，更具体地小于50 mm，更具体地小于20 mm，更具体地小于10 mm，更具体地小于5 mm。在特定实施方式中，所述曲率半径是0 mm，这意味着所述子部件彼此形成锐角。在邻接的侧壁之间提供具有低曲率半径或甚至没有曲率半径的金属结构部件允许部件在压缩应力的情况下具有最佳的抵抗力，例如，其中沿不同方向延伸的不同子部件需要彼此配合以抵抗压缩。例如，在汽车结构部件的情况下，这有利于用相同部件抵抗横向碰撞和纵向碰撞。

在具体实施方式中，金属部件1通过对柔性坯件10进行冷冲压而制成，柔性坯件10包括呈整体坯件的形式或定制轧制坯件的形式或者以定制焊接坯件的形式组合的以下材料中的一种材料：

- 具有按重量%计包含以下各者的化学组成的钢：0.13% < C < 0.25%、2.0% < Mn< 3.0%、1.2% < Si < 2.5%、0.02% < Al < 1.0%、其中，1.22% < Si + Al < 2.5%、Nb <0.05%、Cr < 0.5%、Mo < 0.5%、Ti < 0.05%，其余部分为Fe和不可避免的杂质并且具有包括下述各者的显微组织：8%至15%的残余奥氏体，其余为铁素体、马氏体和贝氏体；其中，马氏体与贝氏体分数的总和包括从70%至92%。在该组成的情况下，钢片材具有如在轧制方向上测量的包括从600 MPa至750 MPa的屈服强度和包括从980 MPa至1300 MPa的极限抗拉强度，同时保持总延伸率大于19%。

- 具有按重量%计包含以下各者的化学组成的钢：%：0.15% < C < 0.25%、1.4% <Mn < 2.6%、0.6% < Si < 1.5%、0.02% < Al < 1.0%，其中，1.0% < Si + Al< 2.4%、Nb <0.05%、Cr < 0.5%、Mo < 0.5%，其余部分为Fe和不可避免的杂质并且具有包括下述各者的显微组织：10%至20%的残余奥氏体，其余为铁素体、马氏体和贝氏体。在该组成的情况下，钢片材具有如在轧制方向上测量的包括从850 MPa至1060 MPa的屈服强度和包括从1180 MPa至1330 MPa的极限抗拉强度，同时保持总延伸率大于13%。

- 全马氏体钢，其中，全马氏体钢的组成按重量%计包含：0.15% ≤ C ≤ 0.5%。

- 双相钢，其具有至少包含马氏体和铁素体的显微组织并且具有至少590 MPa的UTS。

- 双相钢，其具有至少包含马氏体和铁素体的显微组织并且具有至少780 MPa的UTS。

- 双相钢，其具有至少包含马氏体和铁素体的显微组织并且具有至少980 MPa的UTS。

在具体实施方式中，金属部件通过对柔性坯件10进行热冲压而制成，该柔性坯件10包括呈整体坯件或定制轧制坯件的形式或者以定制焊接坯件的形式组合的以下材料中的一种材料：

- 具有按重量%计包含以下各者的组成的钢：0.06% ≤ C ≤ 0.1%、1% ≤ Mn ≤2%、Si ≤ 0.5%、Al ≤ 0.1%、0.02% ≤ Cr ≤ 0.1%、0.02% ≤ Nb ≤ 0.1%、0.0003% ≤ B≤ 0.01%、N ≤ 0.01%、S ≤ 0.003%、P ≤ 0.020%、小于0.1%的Cu、Ni和Mo，其余为铁和由加工产生的不可避免的杂质。在该组成范围的情况下，热冲压之后的对应区域的屈服强度包括从700 MPa至950 MPa、抗拉强度从950 MPa至1200 MPa并且弯曲角度大于75°。

- 热冲压之后的极限抗拉强度包括从1300 MPa至1650 MPa以及屈服强度包括从950 MPa至1250 MPa的钢。

- 热冲压之后的极限抗拉强度包括从1300 MPa至1650 MPa、屈服强度包括从950MPa至1250 MPa以及弯曲角度大于75°的钢。

- 具有按重量%计包含以下各者的组成的钢：0.20% ≤ C ≤ 0.25%、1.1% ≤ Mn≤ 1.4%、0.15% ≤ Si ≤ 0.35%、Cr ≤ 0.30%、0.020% ≤ Ti ≤ 0.060%、0.020% ≤ Al≤ 0.060%、S ≤ 0.005%、P ≤ 0.025%、0.002% ≤ B ≤ 0.004%，其余为铁和由加工产生的不可避免的杂质。在该组成范围的情况下，部件的对应区域在热冲压之后的极限抗拉强度包括从1300 MPa至1650 MPa并且屈服强度包括从950 MPa至1250 MPa。

- 在压制硬化之后具有高于1800 MPa的抗拉强度的钢。

- 具有按重量%计包含以下各者的组成的钢：0.24% ≤ C ≤ 0.38%、0.40% ≤ Mn≤ 3%、0.10% ≤ Si ≤ 0.70%、0.015% ≤ Al ≤ 0.070%、Cr ≤ 2%、0.25% ≤ Ni≤ 2%、0.015% ≤ Ti ≤ 0.10%、Nb ≤ 0.060%、0.0005% ≤ B ≤ 0.0040%、0.003% ≤ N ≤0.010%、S ≤ 0.005%、P ≤ 0.025%、%，其余为铁和由加工产生的不可避免的杂质。在该组成范围的情况下，对应区域在热冲压之后的抗拉强度高于1800 MPa。

- 具有按重量%计包含以下各者的组成的钢：C：0.15%至0.25%、Mn：0.5%至1.8%、Si：0.1%至1.25%、Al：0.01%至0.1%、Cr：0.1%至1.0%、Ti：0.01%至0.1%、B：0.001%至0.004%、P≤ 0.020%、S ≤ 0.010%、N ≤ 0.010%，并且可选地包括按重量百分比计的以下元素中的一者或更多者：Mo ≤ 0.40%、Nb ≤ 0.08%、Ca ≤ 0.1%，组成的其余部分为铁和由冶炼产生的不可避免的杂质。

- 具有按重量%计包含以下各者的组成的钢：C：0.26%至0.40%、Mn：0.5%至1.8%、Si：0.1%至1.25%、Al：0.01%至0.1%、Cr：0.1%至1.0%、Ti：0.01%至0.1%、B：0.001%至0.004%、P≤ 0.020%、S ≤ 0.010%、N ≤ 0.010%，并且可选地包括按重量百分比计的以下元素中的一者或更多者：Ni ≤ 0.5%、Mo ≤ 0.40%、Nb ≤ 0.08%、Ca ≤ 0.1%，组成的其余部分为铁和由冶炼产生的不可避免的杂质。在该组成范围的情况下，对应区域在热冲压之后的抗拉强度高于1350 MPa，并且弯曲角度大于70°。

- 具有按重量%计包含以下各者的组成的钢： C：0.2%至0.34%、Mn：0.50%至1.24%、Si：0.5%至2%、P ≤ 0.020%、S ≤ 0.010%、N ≤ 0.010%，并且可选地包括按重量百分比计的以下元素中的一者或更多者：Al ≤ 0.2%、Cr ≤ 0.8%、Nb ≤ 0.06%、Ti ≤ 0.06%、B ≤0.005%、Mo ≤ 0.35%，组成的其余部分为铁和由冶炼产生的不可避免的杂质。在该组成范围的情况下，对应区域在热冲压之后的抗拉强度等于或高于1000 MPa，并且弯曲角度大于55°。

- 具有按重量%计包含以下各者的组成的钢：C：0.13%至0.4%、Mn：0.4%至4.2%、Si：0.1%至2.5%、Cr ≤ 2%、Mo ≤ 0.65%、Nb ≤ 0.1%、Al ≤ 3.0%、Ti ≤ 0.1%、B ≤ 0.005%、P ≤ 0.025%、S ≤ 0.01%、N ≤ 0.01%、Ni ≤ 2.0%、Ca ≤ 0.1%、W ≤ 0.30%、V ≤ 0.1%、Cu ≤ 0.2%，并且验证以下组合：114 - 68*C - 18*Mn + 20*S i- 56*Cr - 60*Ni - 36*Al + 38*Mo + 79*Nb - 17691*B < 20，组成的其余部分为铁和由冶炼产生的不可避免的杂质。例如，当使用多步骤过程对部件进行热冲压时使用该组成。

- 涂覆有铝基金属涂层的钢。所谓的铝基意味着包含以重量计至少50%的铝的涂层。例如，金属涂层是以重量计包含8%至12%的Si的铝基涂层。例如，通过将基础材料浸入熔融金属浴中来施加金属涂层。有利地，施加铝基金属涂层避免了在热冲压过程的加热步骤期间形成表面氧化皮，这进而允许通过热冲压生产部件而无需后续的喷砂操作。此外，铝基涂层还例如在机动车辆上使用时为金属部件提供防腐蚀保护。

- 涂覆有铝基金属涂层的钢，该铝基金属涂层包含按重量计2.0%至24.0%的锌、按重量计1.1%至12.0%的硅、可选地按重量计0%至8.0%的镁、以及可选地选自Pb、Ni、Zr或Hf的附加元素，每种附加元素按重量计的含量低于按重量计0.3%，余量为铝和可选的不可避免的杂质。有利地，这种类型的金属涂层对部件提供了非常好的防腐蚀保护以及在热冲压之后的良好的表面外观。

在具体实施方式中，后部结构的至少一个元件通过对激光焊接坯件进行热冲压来制造，该激光焊接坯件包括具有铝基金属涂层的至少一个子坯件，并且所述铝涂覆的子坯件通过销蚀待焊接的边缘上的金属涂层的至少一部分而预先制备。有利地，这去除了存在于涂层中的部分铝，存在于涂层中的部分铝会污染焊缝并且使其机械特性劣化。

在特定实施方式中，柔性坯件10的至少一个子坯件包括至少一个区域，该至少一个区域具有顶部带有发射率增加顶层的至少一个侧部。所述发射率增加顶层被施加在所述子坯件的最外表面上。与未涂覆所述发射率增加顶层的相同子坯件相比，所述发射率增加顶层允许所述子坯件的表面具有更高的发射率。所述发射率增加顶层可以被施加在子坯件的顶侧或底侧上。所述发射率增加顶层也可以被施加在所述子坯件的两侧上。如果所述子坯件包括金属涂层，如前所述，则发射率增加顶层被施加在所述金属涂层的顶部上。实际上，对于增加表面的发射率的发射率增加顶层而言，其需要覆盖子坯件的最外表面。有利地，所述发射率增加顶层将允许增加所述子坯件的加热速率并因此增加热冲压过程的加热步骤的生产率。当使用若干不同厚度的子坯件时，所述发射率增加顶层有利地施加至具有最大厚度的子坯件，以便减小不同子坯件之间的加热时间的差异并且因此提高生产率、增加热冲压过程窗口、并且总体上允许获得具有均匀表面特性的成品部件。

本发明还涉及机动车辆的车身上的金属部件，该金属部件与单独地或根据任何可能的组合采取的上述列出的特征相对应并且通过上述详细过程制造，上述详细过程包括所述过程的可选特征的所有可能的组合。

本发明还涉及使用这种金属部件来组装机动车辆车身。

本发明还涉及包括至少一个这样的金属部件的机动车辆。

Claims (18)

1.一种通过根据冲压方向（S）对柔性金属坯件（10）进行冲压来生产金属部件（1）的制造过程，

所述金属部件（1）至少包括：

- 第一子部件（11），所述第一子部件（11）通常沿着垂直于所述冲压方向（S）的第一方向（D1）延伸并且包括基本上平行于所述冲压方向（S）的至少一个第一侧壁（111），所述至少一个第一侧壁（111）连接至通常在垂直于所述冲压方向（S）的平面中延伸的第一顶部部段（113），

- 第二子部件（12），所述第二子部件（12）连接至所述第一子部件（11）并且通常沿着第二方向（D2）延伸，所述第二方向（D2）垂直于所述冲压方向并且与所述第一方向（D1）形成严格大于0°的角度α，所述第二子部件（12）包括基本上平行于所述冲压方向（S）的至少两个竖向壁（121、122）以及连接所述两个竖向壁（121、122）的、通常在垂直于所述冲压方向（S）的平面中延伸的第二顶部部段（123），

所述柔性金属坯件（10）至少包括：

- 两个子坯件（101、102），所述两个子坯件（101、102）各自与所述第一子部件（11）和所述第二子部件（12）基本上相对应，

- 至少一个重叠区域（100），所述子坯件（101、102）在所述至少一个重叠区域（100）中彼此重叠，

- 所述重叠区域（100）包括至少一个滑动区域（1001）和预组装区域（1002），在所述滑动区域（1001）中，所述子坯件（101、102）在彼此之上自由地滑动，在所述预组装区域（1002）中，所述子坯件（101、102）预组装区域1002，在所述预组装区域中，所述子坯件在所述子坯件以坯件的形式被处理时不能够相对于彼此移动，但是在所述预组装区域中，滑动运动在冲压操作期间施加的力的作用下成为可能，

所述制造过程至少包括以下步骤：

- 提供所述至少两个金属子坯件（101、102），

- 在所述预组装区域（1002）中预组装所述至少两个金属子坯件（101、102）以形成平坦的所述柔性金属坯件（10），

- 通过在沿所述冲压方向（S）相对于彼此移动的冲头（2）与冲模之间压制所述柔性金属坯件（10）来执行所述冲压操作，其中，所述冲头（2）在与所述第一子部件（101）和所述第二子部件（102）相对应的区域之间包括至少一个间隙（4）。

2.根据权利要求1所述的制造过程，其中，所述第一子部件和所述第二子部件延伸所沿着的所述第一方向（D1）和所述第二方向（D2）彼此形成了包括从30°至90°的角度α。

3.根据权利要求2所述的制造过程，其中，所述第一子部件和所述第二子部件延伸所沿着的所述第一方向（D1）和所述第二方向（D2）彼此形成了包括从60°至90°的角度α。

4.根据权利要求3所述的制造过程，其中，所述第一子部件和所述第二子部件延伸所沿着的所述第一方向（D1）和所述第二方向（D2）彼此形成了包括从80°至90°的角度α。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的制造过程，其中，所述子坯件（101、102）在所述预组装区域（1002）中通过点焊组装在一起。

6.根据权利要求1至4中的任一项所述的制造过程，其中，所述子坯件（101、102）在所述预组装区域（1002）中通过粘合剂结合组装在一起。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的制造过程，其中，所述冲压操作通过热冲压执行。

8.根据权利要求1至6中的任一项所述的制造过程，其中，所述冲压操作通过冷冲压执行。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的制造过程，其中，所述重叠区域（100）的所述滑动区域（1001）还包括至少一个后组装区域（1004），在所述后组装区域（1004）中，所述第一子部件（11）和所述第二子部件（12）在执行所述冲压操作之后仍然彼此重叠，并且其中，所述制造过程还包括在所述冲压操作之后的后组装步骤，在所述后组装步骤中，至少所述第一子部件（11）和所述第二子部件（12）在所述至少一个后组装区域（1004）中接合在一起。

10.根据权利要求9所述的制造过程，其中，所述后组装步骤通过点焊执行。

11.根据权利要求9所述的制造过程，其中，所述后组装步骤通过激光焊接执行。

12.根据权利要求1至11中的任一项所述的制造过程，其中，所述冲压操作之后是使用整形冲头（21）的整形操作，所述整形冲头（21）在与所述第一子部件和所述第二子部件相对应的区域之间包括整形间隙（41），所述整形间隙（41）小于初始冲压工具（2）的间隙（4）。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的制造过程，其中，所述金属部件（1）包括至少两个子部件（11），所述至少两个子部件（11）通常沿着所述第一方向（D1）延伸并且各自连接至通常沿着所述第二方向（D2）延伸的所述至少一个第二子部件（12），其中，所述柔性金属坯件（10）包括基本上与所述子部件中的每个子部件相对应的至少三个子坯件，所述柔性坯件还包括至少两个重叠区域（100），沿第一方向（D1）延伸的每个子坯件（101）与沿第二方向（D2）延伸的所述子坯件（102）在所述至少两个重叠区域（100）中重叠，所述重叠区域（100）中的每个重叠区域至少包括预组装区域（1002）和滑动区域（1001）。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的制造过程，其中，所述预组装区域（1002）具有以MPa表示的抗剪切强度RS，所述抗剪切强度RS定义为：当沿在所述冲压操作期间产生的力的方向将应力在一侧施加在所述子坯件（101）上且在另一侧施加在所述子坯件（102）上时，在两个所述子坯件（101、102）之间开始滑动运动所需的应力，所述剪切强度RS低于所述冲压操作期间在所述方向上产生的最大力。

15.一种根据权利要求1至14中的任一项制造的金属部件（1）。

16.根据权利要求15所述的金属部件（1），包括至少一组邻接的子部件（11、12），所述至少一组邻接的子部件（11、12）具有至少一组两个邻接的竖向壁（111、121），其中，在所述两个邻接的竖向壁之间的过渡区域（11T12）中测量的曲率半径等于或小于所述两个子部件的最小厚度的二十倍。

17.根据权利要求15或16所述的金属部件（1），所述金属部件（1）设计成在机动车辆的车身上使用。

18.一种包括至少一个根据权利要求17所述的金属部件（1）的机动车辆。