一種用于軋制帶有可變厚度的金屬板的方法與流程

本發明涉及用于軋制帶有可變厚度的金屬板的方法，特別是用于機動車輛構件(車身和框架)的壓制的后續操作。

背景技術：

現有技術中已知用于軋制帶有可變厚度的金屬板以獲得金屬板料(通稱為"裁軋板")的多種方法。

這些通常是具有帶狀區別厚度的金屬板。通過用語"帶狀區別厚度"，其意在表示其中厚度的梯度沿金屬板大致單向的構造。換句話說，厚度在金屬板自身上僅沿一個方向(通常橫向于帶的方向)變化，其特征為軋制成標稱厚度的橫向帶與軋制成增加厚度的橫向帶交替。每個橫向帶貫穿金屬板的寬度且在與軋制的方向正交的方向上展開。

現有技術中同樣已知的是需要在用于機動車輛的框架或車身的金屬板構件上提供帶有增加厚度的局部區域，以便改進受到更密集應力的區域中的結構強度。這通常使得采取兩種選擇：

i)使用帶有可變厚度的焊接起始金屬板(所謂的"裁焊板")；和

ii)使用通過帶狀軋制其獲得的帶有可變厚度的起始金屬板。

關于第一種解決方案，盡管目前其相當廣泛地被采用，但其特征在于焊道中固有的不可消除的缺點，焊道從長期看易遭受退化的現象，這不影響以單件制成的可變厚度的金屬板。此外，可變厚度的金屬板通過將兩個鄰近部分的面對準參照平面來焊接，不可避免地在金屬板的表面上提供明顯地"階梯狀"外觀。這在隨后必須在可變厚度的金屬板上貼邊完成金屬板(例如，機動車輛的門的表皮金屬板)的情況下可形成問題。

除此之外，盡管獲得所討論的金屬板的焊接過程可設想為脫離厚度帶方面的變量的傳統分布，但在實踐中在金屬板的生產的過程的水平引入的復雜性使該選項遠不可行。

關于第二種解決方案，盡管只要金屬板以單件制成就不呈現前述缺點，但其特征在于帶狀軋制中固有的內在約束。換句話說，在需要供應增加厚度的限定的和局部的區域的情況下，由于起始金屬板不允許其它方面(帶有重量和成本的明顯增加)，其需要提供覆蓋所討論的區域的增加厚度的整個帶。

在任一情況下，可進一步發生的是，增加厚度的帶呈現位于在完成的車輛中仍可見的區域的邊界/焊接線(對于裁焊板)或厚度過渡的區域(對于裁軋板)。這樣的區域的示例可由與機動車輛的門的"骨架"(結構)金屬板整體獲得的窗的框架形成。"骨架"金屬板在鉸鏈區域中通常具有增加厚度的增強的區域，將門聯接至車輛的車身的鉸鏈固定在那里。

增加厚度的區域將自身僅在鉸鏈區域嚴格需要，而不涉及例如窗的框架。然而，軋制(或焊接)以獲得帶有帶方面的區別厚度的板實際上導致在窗框架的根部處也具有增加厚度的區域，其通常也在完成的車輛上仍可見。在其它事情之中應當注意的是，機動車輛的門正好是經歷金屬板的貼邊的構件中的一個，使得接受焊接接頭或過渡的區域的定位的折衷根據上文已經闡述的那樣形成明顯不期望的條件。

本發明的目的是克服前文提到的技術問題。具體而言，本發明的目的是提供一種用于軋制帶有可變厚度的金屬板的方法，其中增加厚度的區域可具有脫離傳統的帶方面的軋制過程的任何幾何形狀、延伸和定向。

技術實現要素：

本發明的目的通過具有形成所附權利要求的主題的特征的方法而實現，其形成本文關于本發明提供的技術公開內容的組成部分。

特別而言，本發明的目的通過用于軋制帶有可變厚度的金屬板的方法實現，該方法包括：

-確定相對于板的標稱軋制厚度具有增加厚度的區域的第一分布，區域的所述第一分布包括一個或多個區域，

-對于所述第一分布的各個區域，確定對應于帶有基于所述第一分布分配的厚度的各個區域下面的材料的體積與帶有標稱軋制厚度的對應區域下面的材料的體積之間的差異的材料的體積的增加；

-確定相對于標稱軋制厚度具有增加厚度的區域的第二分布，其中區域的所述第二分布包括一個或多個區域，

-對所述第二分布的各個區域分配對應于帶有基于所述第二分布分配的厚度的各個區域下面的材料的體積與帶有標稱軋制厚度的對應區域下面的材料的體積之間的差異的材料的體積的增加，其中所述第二分布的一個或多個區域的體積的總體增加等于或大于所述第一分布的一個或多個區域的體積的總體增加，

-將所述第一分布的一個或多個區域沿所述板定位在對應于將經歷壓制操作的機動車輛的構件的平面展開的圖形內的期望位置；

-將所述第二分布的一個或多個區域定位在所述圖形外，

-提供具有平面上展開對應于帶有增加厚度的區域的第一分布和第二分布的組合的表面起伏的一對軋輥，且借助于所述一對軋輥軋制所述金屬板。

附圖說明

現在將參照僅作為非限制性示例提供的附圖來描述本發明，在附圖中：

-圖1是金屬板的示意圖，其示出了對應于機動車輛構件的平面展開以及分布在構件上的增加厚度的區域的圖形；

-圖2是根據本發明的方法的第一實施例的示意圖，這里示為在圖1的構件上實施；

-圖2a是用于實施圖2的方法的軋輥的示意性透視圖；

-圖3是根據本發明的方法的第二實施例的示意圖，再一次示為在圖1的構件上實施；

-圖4是根據本發明的方法的第三實施例的示意圖，再一次示為在圖1的構件上實施；

-圖5是根據本發明的方法的第四實施例的示意圖，再一次示為在圖1的構件上實施；以及

-圖6是根據本發明的方法的另一實施例的示意圖，這一次示為應用于不同的機動車輛構件。

具體實施方式

圖1以俯視圖示出了金屬板sh，出現在金屬板sh上的是對應于機動車輛構件的平面展開的兩個圖形f的周邊，構件通過沿其周邊壓制由剪切獲得的金屬板sh的一部分而獲得，在此情況下圖形f對應于機動車輛的發動機罩h。

為了滿足結構強度和剛度的要求，發動機罩h必須制造得使增強的區域位于受到最重的結構負載的區域。這些區域可利用用于打開發動機罩的鉸鏈的固定區域(其由a1指示)和發動機罩自身的鎖位于的區域(此區域由a2指示)標識。

圖形f之間包括的區域由字母w表示且對應于廢料區域，其根據定義定位在圖形外，即，圖形f的周邊外。

區域a1和a2是相對于金屬板的標稱軋制厚度具有增加的厚度的區域。作為示例，在圖1中所示的實施例中，區域a1和a2具有1mm的軋制厚度，而圖形f的其余部分具有0.55mm的(標稱)軋制厚度。

借助于根據本發明的軋制方法形成區域a1和a2首先要求一些初步考慮。

i)供應增加厚度的區域的分布首先設想具有可用的軋輥，軋輥在平面中展開的表面起伏對應于區域a1和a2的分布。基本上，軋輥必須具有對應于區域a1和a2的那些以及諸如在金屬板sh上提供要求的厚度的深度的大小和形狀的凹入部分。

ii)除了前述之外，應當注意重要的因素：相對于標稱軋制厚度增加的厚度的區域(或"片")的產生等同于引入被軋制的材料的流率的局部梯度。特別而言，材料流在增加厚度的區域經歷減速，可產生金屬板的扭曲(或甚至失效)的嚴重問題的因素。明顯地，該問題在每個區域a1、a2與圖形f的其余部分之間的分界面的區域中尤其感覺得到。

iii)接下來的是，i)點中指出的單獨措施本身不足以實施根據本發明的方法。應當設想增加厚度的區域的進一步分布，其大致對應于材料流具有高于來自增加厚度的區域可引出的速率的區域，因此使其自身的前進速率減慢且實際上等于鄰近的材料流的前進速率。第二分布的增加厚度的區域布置在位于圖形f外的位置中，只要它們不形成完成的構件的部分。它們簡單地消除廢料且具有在軋制期間防止金屬板的任何扭曲或失效的單一目的。

iv)帶有可變厚度的區域的進一步分布基于材料的體積的相等性的標準來確定。具體而言，如果v'i是帶有增加厚度的區域a1和a2中的每一個下面的材料的體積，且v0'i是相同區域中的每一個下面但考慮成帶有標稱厚度(即，如果軋制將以標稱厚度執行，將在它們下面的體積)的體積，與各個第i區域相關聯的材料的體積的增加δvi可表示成：

δv'i=v'i–v0'i

因此，體積的總體增加等于所有增加δvi的總合，其中下標i范圍從1至帶有增加厚度的區域的數目。

進一步分布的區域的大小的標準設想與它們相關聯的體積的總體增加等于或大于第一分布的增加厚度的區域的體積的總體增加。特別而言，如果v''j是帶有相應增加厚度的第二分布的各個區域下面的材料的體積，且如果v0''j是相同區域中的每一個下面但考慮為帶有標稱厚度的體積，則與各個第j區域相關聯的材料的體積的增加δv''j可表示成：

δv''j=v''j–v0''j

其中

δv''tot≥δv'tot

上面的標準基于守恒邏輯而選擇：第二分布的區域的體積的增加的余量選擇成使得確保允許較快流中的材料減慢且在盡可能最有利的條件下擴展的安全裕度。

總之，根據本發明的方法包括以下步驟：

-確定相對于金屬板的標稱軋制厚度增加厚度的區域的第一分布，其中區域的分布包括一個或多個區域；

-對于第一分布的各個區域，確定對應于帶有根據所述第一分布分配的厚度的各個區域下面的材料的體積與帶有標稱軋制厚度的對應區域下面的材料的體積之間的差異的材料的體積的增加；

-確定相對于標稱軋制厚度增加厚度的區域的第二分布，其中第二分布包括一個或多個區域；

-對所述第二分布的各個區域分配對應于帶有根據所述第二分布分配的厚度的各個區域下面的材料的體積與帶有標稱軋制厚度的對應區域下面的材料的體積之間的差異的材料的體積的增加，其中第二分布的一個或多個區域的體積的總體增加等于或大于第一分布的一個或多個區域的體積的總體增加；

-將第一分布的一個或多個區域沿金屬板sh定位在對應于將經歷壓制操作的機動車輛構件的平面展開的圖形f內的期望位置；

-將第二分布的一個或多個區域定位在圖形f外；以及

-提供具有在平面中展開對應于第一分布和第二分布的組合的表面起伏的一對軋輥，且借助于前述一對軋輥軋制金屬板sh。

第一分布區域可符合或不符合前述區域a1、a2的分布(其為理論分布)。

參照圖2，在根據本發明的方法的第一實施例中，增加厚度的區域的第一分布和第二分布形成增加厚度且形狀像c或像飛鏢且由參照bd指示的單個區域的部分。應當注意的是，區域bd不是如已知軋制方法的情況中的簡單橫向帶，而是具有引起非簡單連接的范圍(即，一個范圍，其中存在連接該范圍的兩個點的不在范圍本身內的至少一條線)的形狀。在此實施例中，可注意：

-區域a1和a2由垂直陰影線表示；

-第一分布的區域由參照m1(對于對應于發動機罩鉸鏈h的附接的范圍的區域，即，在區域a1)和m2(對于對應于鎖的區域，即，在區域a2中)表示；所討論的區域由傾斜陰影線表示，且某些點與對應于區域a1和a2的陰影線重疊；且

-第二分布的區域根據它們沿金屬板sh的位置由參照n1和n2表示，其由水平陰影線表示。

可注意到，此實施例對應于該方法的簡化版本，其中區域a1和a2近似于較簡單幾何形狀(區域bd)的部分，且其中在第一分布和第二分布的區域之間不存在干擾。

相反，包括在連續區域bd之間的區域具有等于標稱軋制厚度(作為示例，之前的參考值可假設：對于標稱厚度0.55mm，對于增加厚度1mm)的厚度。

在軋制期間，帶有包括在區域n2之間的較快流率的材料可流出到區域n1中，類似地產生對于區域m2的后續產生的最優條件。

所討論的實施例允許軋輥的構造的相當大的簡化。在這點上，可對后續圖2a進行參照，其中參照lr指示用于軋制金屬板sh的成對的軋輥。軋輥簡單地具有對應于區域bd的平面展開的表面凹入部分(為此原因，使用相同參考標號)，而軋輥lr的其余部分(全部在從軋輥lr自身的軸線的較大徑向距離處)執行帶有標稱厚度的金屬板sh的其余部分的軋制。對應于金屬板sh上的區域bd的壓印的順序(明顯地)是由于軋輥將其自身表面呈現到金屬板的周期。其類似地在以下情況下是優選解決方案：區域a1、a2的數目太高使得帶有執行區域的相應的第一分布和第二分布的表面起伏的軋輥的生產在技術上太昂貴和復雜。

區域bd的形狀允許位于圖形f內的期望的位置的兩個周邊區域(對應于區域m1)和非常適合于落在兩個相鄰圖形f之間的中間區域(對應于區域n1)的識別，類似地限定與后續圖形f的重疊以獲得區域m2。

以下公式在任何情況下適用：

δv''tot=(v''n1–v0''n1)+(v''n2–v0''n2)≥δv'tot=(v'm1–v0'm1)+(v'm2–v0'm2)

其中：

δv'tot是第一分布的體積的總體增加；且

δv''tot是第二分布的體積的總體增加。

下標i跨越區域m1、m2，且

下標j跨越區域n1、n2。

參照圖3，現在將描述根據本發明的方法的第二實施例。在圖3的實施例中，增加厚度的區域m1、m2的第一分布和增加厚度的區域n1、n3的第二分布是分開的且彼此不同。

此外，將注意的是，區域m1、m2在這里示為相比理論區域a1、a2略微較大，但應當記住的是，有可能使它們相等，當然帶有根據上文指出的標準對區域n1、n3進行的對應的補償。區域m1、m2相對于理論區域a1和a2的放大可變得必要，例如，由于技術原因，諸如可在軋制過程中對每單位區域放置的盡可能大量的材料(擠壓梯度)。

執行根據圖3的過程的成對的軋輥中的每一個的表面起伏對應于鏡像于圖3的中心處的區域(m1、m2、n1、n3)的分布的凹入的分布。在軋制期間，假設區域m1是將獲得的第一個(這不一定對應于實際；這里，此假設僅具有說明目的)，在軋制期間金屬板sh的材料的流率在周邊區域(對應于區域m1)較慢，而在中心區域(其具有標稱厚度)較快。

中心區域中的材料可然后流出到區域n1中，減慢其速率，區域n1通過在兩個軋輥上呈現的兩個互補半腔之間匹配而限定。緊接著之后，區域m2在中心位置中產生，且實際上由于區域n3而以同時的方式在周邊位置中獲得流的減速，區域n3再一次通過在兩個軋輥上呈現的兩個互補半腔之間匹配而限定。該過程然后以周期方式重復。

如在之前的情況下，以下公式適用：

δv''tot=(v''n1–v0''n1)+(v'n3–v0'n3)≥δv'tot=(v'm1–v0'm1)+(v'm2–v0'm2)

其中：

δv'tot是第一分布的體積的總體增加；且

δv''tot是第二分布的體積的總體增加。

下標i跨越區域m1、m2，且

下標j跨越區域n1、n3。

參照圖4，現在將描述根據本發明的方法的第三實施例。圖4的實施例對應于第一實施例和第二實施例之間的混合解決方案的類別。第一分布和第二分布重疊(區域n1和m2)的合并形式以及第一分布和第二分布不同(區域m1和n3)的分開形式共存。在此情況下，將注意的是，區域m2示為符合理論區域a2，而對于區域m1，之前進行的觀察適用。

實施根據圖4的方法的成對的軋輥中的每一個的表面起伏對應于鏡像于圖3的中心處的區域(m1、m2、n1、n3)的分布的凹入部分的分布。

在軋制期間，假設區域m1是將獲得的第一個(不一定這對應于實際；這里，此假設僅具有說明目的)，在軋制期間金屬板sh的流動材料的速率在周邊區域(對應于區域m1)較慢，而在中心區域(其具有標稱厚度)較快。

中心區域中的材料可因此流出到區域n1中，減慢其速率，區域n1通過在兩個軋輥上呈現的兩個互補半腔之間匹配而限定。緊接著之后，區域m2在中心位置中產生，且實際上由于區域n3而以同時的方式在周邊位置中獲得流的減速，區域n3再一次通過在兩個軋輥上呈現的兩個互補半腔之間匹配而限定。沒有連續性的解決方案，且在區域n3的完成期間，區域m2產生。

該過程然后以周期方式重復。

如之前，以下關系適用：

δv''tot=(v''n1–v0''n1)+(v''n3–v0''n3)≥δv'tot=(v'm1–v0'm1)+(v'm2–v0'm2)

其中：

δv'tot是第一分布的體積的總體增加；且

δv''tot是第二分布的體積的總體增加。

下標i跨越區域m1、m2，且下標j跨越區域n1、n3。

參照圖5，現在將描述根據本發明的方法的第四實施例。圖5的實施例大致包括圖2的實施例的變型，然而，其中帶bd由虛線形成的復雜周邊的多邊形圖形替代。形狀總體上類似于c，且再一次不存在第一分布和第二分布之間的干擾。然而，應注意的是，不像圖2，覆蓋兩個分布的壓印的延伸小于金屬板sh的寬度。

增加厚度的區域的第一分布在此情況下包括在發動機罩鉸鏈h的固定的區域中的兩個區域m1(這里大致示為具有與對應的理論區域a1相同的區域)和對應于發動機罩h的鎖的區域m2，區域m2大于理論區域a2。

兩個區域的體積的增加由形成第二分布的部分的單個區域n1(自身限定此分布)補償，且位于兩個連續圖形f之間的廢料w的區域(像圖2的區域n1)中。圖5中的陰影示出的每一個壓印表示成對的軋輥上的表面起伏的包絡。壓印由導致一對半腔(且不是凸出，其對產生厚度增加是必需的)的匹配而明顯地限定。

在此情況下，以下關系適用：

δv''tot=(v''n1–v0''n1)≥δv'tot=(v'm1–v0'm1)+(v'm2–v0'm2)

其中：

δv'tot是第一分布的體積的總體增加；且

δv''tot是第二分布的體積的總體增加。

下標i跨越區域m1、m2，且

下標j跨越區域n1。

最終，參照圖6，根據本發明的方法的進一步的實施例在這里示為適用于第二機動車輛構件，特別是門d。門d(這里先于其剪切和壓制以其平面展開可見)對應于圖形f，布置在圖形f中的是增加厚度的第一區域a1和增加厚度的第二區域a2，它們限定第一分布。區域a1位于圖形f的區域中，在完成的門中位于鉸鏈的固定點處。區域a2替代地位于對應于門的鎖的圖形f的區域中。考慮的軋制的厚度(僅作為示例)對于此應用對于軋制為標稱厚度的區域為1mm，且對于增加厚度的區域為2mm。

關于第二分布，其包括三個增加厚度的區域n1、n2、n3，其中(相對于軋制rd的方向)區域n2和n3大致位于區域a2中，而區域n1大致位于區域a1中。

在此情況下，以下關系適用：

δv''tot=(v''n1–v0''n1)+(v''n2–v0''n2)+(v''n3–v0''n3)≥δv'tot=(v'a1–v0'a1)+(v'a2–v0'a2)

其中：

δv'tot是第一分布的體積的總體增加；且

δv''tot是第二分布的體積的總體增加。

下標i跨越區域a1、a2，且下標j跨越區域n1、n2、n3。

本領域的技術人員將了解的是，根據本發明的方法使得可能獲得對應于機動車輛構件的平面展開的圖形f內的增加厚度的區域的任何分布，而不束縛于任何具體幾何形狀。因此可能在必要時或在必要的地方隨結構增強而變地分布增加厚度的區域，而不用采取從式樣角度或關于材料的廢料遠不可接受的折衷，而其對于傳統的裁軋板實際上不可避免。這僅僅通過注意預先布置帶有補償函數的增加厚度的區域的第二分布而實現。

簡單地通過考慮標準，由此第二分布的體積的總體增加大于或等于第一分布的體積的總體增加，可能在金屬板sh上(特別是在圖形f內)壓印增加厚度的區域的任何分布。分布均可包括一個或多個區域，且增加厚度從一個分布至另一個可不同，或甚至在一個和同樣的分布內可不同。然而，應當注意的是，第一分布區域的形狀、大小、位置和厚度原理上由待生產的構件的結構負載指出(根據設計)，而第二分布區域的形狀、大小、位置和厚度基本上選擇為隨滿足第一分布和第二分布的體積的總體增加之間的前述關系和將區域放置在圖形外的雙重需要而變。

此外，應當注意的是，在圖2和圖5的實施例中，對于增加厚度的區域的分布優選的是大小的額外標準，其形成跨過金屬板的軋制材料的流率的恒定性。

換句話說，在這些實施例中，兩個分布區域在恒定的增加厚度(帶bd或在圖5中出現的多邊形帶)的單個圖形中無縫地展開。只要金屬板利用帶有對應于增加厚度的前述圖形的形狀的表面起伏的軋輥軋制，將總是存在對應于所討論的圖形f的周邊的分界面的兩個區域。

增加厚度的圖形f的形狀和相對于金屬板的其余部分的軋制厚度的梯度(即，增加軋制厚度和標稱軋制厚度之間的差異)可以某種方式選擇以實現跨過金屬板的軋制材料的流率跨越恒定的增加厚度的圖形f和其余金屬板之間的分界面的區域的大致恒定性。

事實上，從軋輥的恒定旋轉速率的假設開始，軋制材料的流率等于材料的流率與軋制厚度之間的乘積(這適用于帶bd的周邊的每個點)。特別而言，如果s1和s2是分別對應于標稱厚度和增加厚度的流的截面，且v0和v1分別是帶有標稱厚度和增加厚度的區域的材料的對應的流率，使得帶bd的大小考慮條件：

s0·v0=s1·v1

基本上沿整個周邊以便使材料的任何扭曲盡可能小。應當注意的是，這主要在圖2和圖5的實施例中可能，因為它們自身已經傾向于與上述條件對準的行為。

在圖1、圖3、圖4和圖6的實施例中，此條件難以實現，考慮增加厚度的區域的分布的不連續本質。因此，有時優選采用進一步的標準來對第一分布的增加厚度的區域m1、m2以及第二分布的增加厚度的區域n1、n2，或n1、n3，或n1、n2、n3確定大小，其定位和確定大小(形狀和尺寸)以便滿足跨過金屬板的軋制材料(橫向方向)的平均流率的恒定性的標準。

當然，構造和實施例的細節可相對于本文已經描述和示出的內容廣泛地改變，而不由此脫離如由所附權利要求限定的本發明的保護范圍。