本申請要求2014年9月22日提交的歐洲專利申請ep14382354.0的權(quán)益。

本公開內(nèi)容涉及用于制造熱壓印部件的方法和通過這些方法得到的部件。

背景技術：

在車輛建造領域中，為了滿足輕質(zhì)建造的標準，輕質(zhì)材料的開發(fā)和實現(xiàn)正變得越來越重要。對乘客安全越來越關注還造成要采用提高碰撞期間車輛的完整性同時還改進能量吸收的材料。

已知作為熱成形模壓淬火(hfdq)(也被稱為熱壓印或壓制硬化)的工藝使用硼鋼板來形成具有超高強度鋼(uhss)性質(zhì)的壓印部件，該壓印部件的抗拉強度高達1,500mpa。相比于其他材料的強度增大允許使用較薄的材料，這導致比傳統(tǒng)的冷壓印低碳鋼部件重量減輕。

可使用hfdq工藝制造的典型車輛部件包括：車門防撞梁、保險杠梁、橫/側(cè)梁、a/b柱加強件和腰梁加強件。

為了改進關鍵區(qū)域中的延性和能量吸收，已知在所述部件內(nèi)引入較軟的區(qū)域。這樣在保持所需的整體高強度的同時，局部改進了延性。通過局部調(diào)整某些結(jié)構(gòu)部件的微結(jié)構(gòu)和機械性質(zhì)使得它們包括具有非常高強度(非常硬)的區(qū)域和具有增大的延性(較軟)的區(qū)域，有可能可以改進它們的整體能量吸收并且在碰撞情形期間保持它們結(jié)構(gòu)的完整性并且還減小了它們的整體重量。這些軟區(qū)域還可以在部件遭遇沖擊時塌縮的情況下有利地改變運動行為。

可以在考慮沖擊的運動和部件的形狀的情況下制造軟區(qū)域。由于這個事實，導致軟區(qū)的形狀正變得越來越復雜。

已知的解決方案可以是文獻wo2012156084，它公開了通過利用激光束方法對金屬塊部件的預定子區(qū)域進行局部回火來形成金屬板部件的局部限定的軟區(qū)域，根據(jù)激光束方法，預定子區(qū)域被暴露于激光束。

這種解決方案的不足會在于，一些特定復雜形狀(例如，拐角或臺階)可能難以在沒有與需要改變激光器的零件有關的停工時間的情況下應用激光束。此外，可能需要將部件多次連續(xù)暴露于激光束，因此用于限定軟區(qū)域的時間會增加。

ep2561946涉及一種制造車輛的結(jié)構(gòu)部件的一部分的方法，該部分往往會通過點焊連接到從涂覆鋼板開始并且厚度為1-3mm的第二部分，該方法包括：使板經(jīng)受熱壓印；隨后使第一部分的至少一個局部的且之前選擇的區(qū)域經(jīng)受熱處理；用功率介于500w和6kw之間的二極管激光束來照射它，直到達到介于400-900攝氏度之間的溫度；然后任其冷卻以改變其微結(jié)構(gòu)，從而將所述區(qū)域設置成相比于其沒有被熱處理的其相鄰區(qū)域，具有有意較低的馬氏體含量，因此具有較低強度和較大延伸率。

baumannmarkus等人的“l(fā)ocalheattreatmentofhighstrengthsteelwithzoom-opticsand10kw-diodelaser”(用變焦光學器件和10kw二極管激光器對高強度鋼進行局部熱處理)(第8239卷，2012年第1期，第1-9頁)描述了基于二極管激光技術的光纖聯(lián)接的10kw激光源和形成可變尺寸的并具有均質(zhì)功率密度的矩形光斑的均質(zhì)變焦光學系統(tǒng)。

本公開內(nèi)容的目的是提供一種制造熱壓印部件的改進方法。

技術實現(xiàn)要素：

在第一方面，提供了一種制造熱壓印部件的方法。該方法包括以下步驟：通過熱成形模壓淬火來提供熱壓印部件。該方法還包括選擇所述熱壓印部件的第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分的微結(jié)構(gòu)將要被改變，其中，所述第一部分具有與所述第二部分不同的寬度。提供激光系統(tǒng)，其中，所述激光系統(tǒng)包括一個或多個光學元件和用于產(chǎn)生激光束的激光源。然后，可沿著所述部件的長度移動所述激光系統(tǒng)，同時在單次掃描中使用所述激光系統(tǒng)將激光束施加到所選擇的所述第一部分和所述第二部分上以改變所述熱壓印部件的所述第一部分和所述第二部分的微結(jié)構(gòu)。在施加所述激光束期間調(diào)整激光束光斑的大小并且該激光束光斑的大小適合所述第一部分和所述第二部分的寬度，并且其中，基于在所述熱壓印部件的確定的所述第一部分和所述第二部分中測得的溫度來調(diào)節(jié)所述激光束的功率。所述第一部分是用于在碰撞中吸收能量的軟區(qū)，并且所述第二部分是后續(xù)操作中使用的部分。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在施加激光束期間的可調(diào)整激光束光斑會是有利的。在這方面，可以設置激光束光斑的各種大小和比率，因此，可實現(xiàn)具有各式各樣形狀的非常特定且精確的幾何形狀的形成。因此，可避免需要處理頭的耗時改變和關聯(lián)的重新對準，因此可減少制造時間以及對多次暴露于激光束的需要。此外，在具有復雜形狀的軟區(qū)中，可施加所述激光，因此可改進制造工藝的標準化。另外，由于只會需要一次暴露于可調(diào)整激光束光斑的事實，導致位于具有非常高強度(非常硬)的區(qū)域和具有增大的延性(較軟)的區(qū)域之間的過渡區(qū)會減小。以此方式，可提高確定軟區(qū)的準確性。當用hfdq處理和超高強度材料進行處理時，后續(xù)操作會需要改變局部微結(jié)構(gòu)。需要增加延性，以能夠使凸緣彎曲，通過鉚接來附接多個部分等。

另外，可基于溫度來調(diào)整激光束的功率，因此可得到一致的熱處理。

本文中描述的激光技術允許將這些種類的后續(xù)操作與軟區(qū)的形成相結(jié)合。因此，熱壓印處理中使用的模具可被簡化，因為不需要設置單獨的溫度區(qū)。

優(yōu)選地，由激光器在單次掃描中沿著部件的長度來加熱將被改變微結(jié)構(gòu)的第一部分和第二部分(和有可能其他部分)。

在其他方面，本公開內(nèi)容提供了通過與以上描述基本上相同的方法中的任一種得到或可得到的部件。

附圖說明

將參照附圖在下文中描述本公開內(nèi)容的非限制實施例，在附圖中：

圖1a至圖1b示出具有用基本上如以上描述的任何方法制造的軟區(qū)的部件的實施例；

圖2a和圖2b示出激光系統(tǒng)中的每個和實施例；以及

圖3a和圖3b示出激光束光斑的不同特定形狀的實施例。

具體實施方式

圖1a至圖1d示出具有用基本上如以上描述的方法制造的軟區(qū)的部件的實施例。在圖1a的實施例中，示意性示出b柱21。以相同方式，在圖1b的實施例中，示意性示出b柱26。可例如通過hfdq工藝來形成部件21和26二者。在一些實施例中，部件21和26可由鋼制成。

在圖1a中，可選擇軟區(qū)24來改變微結(jié)構(gòu)，例如，增加延性。選擇軟區(qū)可以基于碰撞測試或模擬測試，盡管可以有用于選擇軟區(qū)的其他一些方法。為了確定部件(諸如，例如，b柱)中最有利的碰撞行為或更好的能量吸收，可通過模擬來限定軟區(qū)區(qū)域。可使用激光系統(tǒng)將激光束(未示出)施加到所選擇的軟區(qū)24上。可在施加激光束期間調(diào)整激光光斑的大小并且該激光光斑的大小可適合軟區(qū)24的高度和/或?qū)挾龋虼丝杀苊庠诿看问┘蛹す庵髮す庀到y(tǒng)的光學器件進行耗時的改變。以相同方式，可如以上評論地選擇第二軟區(qū)23，激光束(未示出)可移向第二軟區(qū)23并且可使用激光系統(tǒng)將激光束施加到所選擇的部分23上。可在將激光束施加到第二軟區(qū)23的形狀期間調(diào)整激光光斑的大小。類似地，依舊，激光束(未示出)可移向第三軟區(qū)22并且可將激光束施加到所選擇的第三軟區(qū)22上。以相同方式，可在將激光束施加到第三軟區(qū)22的形狀期間調(diào)整激光光斑的大小。激光的操作可如上所述類似于軟區(qū)24。

以此方式，軟區(qū)24、23、22可具有增強的延性，同時可保持軟區(qū)旁邊的部分的強度。可改變軟區(qū)24、23、22的微結(jié)構(gòu)，例如，軟區(qū)24、23、22的抗拉強度可小于600mp并且軟區(qū)24、23、22中的延伸率可增至高達20％。可在調(diào)整激光光斑的大小的同時，只用激光系統(tǒng)(未示出)的一個光學器件來得到軟區(qū)22、23、24。因此，工具投資以及維修成本可降低。制造時間也可減少。此外，光斑的變化可使軟區(qū)24、23、22的開始點和最終點處的過渡區(qū)減小。

可基于某些參數(shù)(例如，利用用于測量高溫的溫度計(例如，高溫計或相機)在部件8的確定的軟區(qū)中測得的溫度)來調(diào)整的激光束，從而保持激光束光斑的溫度。可使軟區(qū)24、23、22具有不同的形狀并且具有不同的應用，例如，凸緣、小或大的斑點、復雜的幾何形狀。使用如本文中描述的方法和激光應用的實施例，在單次掃描或非常少的“激光掃描”中，在例如鉚接區(qū)域周圍、凸緣周圍、較大軟區(qū)等的局部微結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變。這些類別的后續(xù)操作可與單次掃描中的軟區(qū)的形成相結(jié)合，從而減少制造時間。熱壓印工藝中使用的模具此外可被簡化，因為不需要設置分離的溫度區(qū)。

圖1b的實施例示出其中已經(jīng)完成了具有特定形狀的軟區(qū)27的b柱26的實施例的俯視圖。選擇軟區(qū)、b柱的結(jié)構(gòu)以及操作可與圖1a中描述的類似。

圖2a示意性示出激光系統(tǒng)的實施例，激光系統(tǒng)可具有光纖連接器3。光纖連接器3的一個遠端可連接到光纖1。

光纖連接器3可使得能夠與光纖1快速且可靠地連接和斷開。光纖1可充當粒子束和波束的引導件。

可設置準直單元5。準直單元5可致使激光束的運動方向變成更對準特定方向。

激光系統(tǒng)可具有單色高溫計8，雖然某些其他替代方式有可能是可以的，例如，雙色高溫計7。單色高溫計8可通過測量從表面以一個波長發(fā)射的輻射來確定溫度。以此方式，可在考慮溫度的情況下調(diào)節(jié)激光束的功率。

還示意性示出變焦勻化器10。變焦勻化器可適合如隨后描述的激光光斑的形狀。

在替代實施例中，變焦勻化器10可被配置成其第二端連接到聯(lián)接單元20。聯(lián)接單元20可附接到聚焦元件11。聯(lián)接元件20可被配置成設置有轉(zhuǎn)接器9。轉(zhuǎn)接器9可附接到相機15，例如，emaqs相機。emaqs相機是基于相機的溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，雖然某些其他替代方式(例如，ccd相機14)是可能的。

在某些其他替代實施例中，變焦勻化器10可被配置成連接到單色高溫計60，雖然某些其他替代方式可以是可能的，例如，雙色高溫計61。單色高溫計60可通過測量從表面以一個波長發(fā)射的輻射來確定溫度。以此方式，可在考慮溫度的情況下調(diào)節(jié)激光束的功率。

激光系統(tǒng)可被安裝在機器人(未示出)上。機器人可被安裝在地板上，但某些其他構(gòu)造有可能是可以的，例如，安裝于頂棚。可由控制裝置(未示出)來控制機器人。可采用的機器人的實施例是購自abb的機器人irb6660或irb760，還有其他。

激光系統(tǒng)的激光功率可限于20000w。

圖2b示意性示出變焦勻化器10。變焦勻化器10可將光束變換成例如矩形、圓形的形狀。變焦勻化器10可以是圖2a中示出的激光系統(tǒng)的一部分。變焦勻化器10可包括至少部分包圍激光系統(tǒng)的外殼38。

外殼38可包括透鏡陣列30a、30b和30c。透鏡陣列30a、30b和30c可將激光束的光斑調(diào)整成在施加激光期間被掃描的元件的不同部分的寬度或長度。透鏡陣列可實現(xiàn)具有高達180mm的邊緣長度或?qū)挾鹊母鞣N聚焦線或區(qū)域。在整個設置范圍內(nèi)，激光焦點中的高頂帽形能量分布可以是均勻的，因此可確保整個設置范圍內(nèi)的能量輸入一致。透鏡陣列30a、30b和30c可被設計用于高達20000w的激光功率輸出。

齒輪電機34可調(diào)整作用于透鏡陣列30a、30b和30c的激光束光斑的大小。激光束光斑可以是能在兩個軸上由電機進行調(diào)整的。可使用透鏡陣列30a、30b和30c來實現(xiàn)多個焦點大小和比率。使用齒輪電機34使透鏡陣列30a、30b和30c的移動機動化，這可使得激光束寬度或高度能被動態(tài)調(diào)整。齒輪電機34的致動可使得能夠集成在任何機器控制系統(tǒng)中。

齒輪電機34可附接于螺紋主軸33。螺紋主軸33可傳輸由齒輪電機34產(chǎn)生的運動。螺紋主軸33的一個遠端可附接于軸螺母32。可設置運動控制單元36來控制變焦勻化器10的元件中的一些(例如，齒輪電機34)的運動。可使用諸如伺服系統(tǒng)的某種類型的裝置來控制齒輪電機34的位置或速率，雖然某些其他選擇(例如，液壓泵、線性致動器或電動機)是可能的。

圖3a和圖3b示出激光束光斑的不同特定形狀的實施例。如以上提到的，可設置各種大小的激光束光斑和比率，因此，可實現(xiàn)具有各式各樣形狀的非常特定且精確幾何形狀的形成。因此，可提供具有例如不同曲率、不同大小(長度、寬度和高度)的幾乎任何所期望的幾何形狀。

例如，圖3a示出不同的已知形狀(矩形、圓形和四邊形)。x方向和y方向可以是獨立且連續(xù)可變的。x方向和y方向二者上的光斑變化可在8mm和200mm之間。可由電機(例如，無刷dc伺服電機)來執(zhí)行x方向和y方向二者上的變化。激光束可包括使用溫度計(例如，高溫計)來測量高溫，以估計熱壓印部件的軟區(qū)所需的溫度，因此溫度可保持在所期望的范圍內(nèi)。

隨著激光沿著部件并且在待處理部件的各個部分之間移動，可將光斑調(diào)整成具有形成軟區(qū)所需的形狀和大小。

圖3b示出通過組合圖3a的形狀而可在單次掃描中得到的更復雜形狀。即，在一些實施例中，在施加激光束期間，可改變激光光斑的形狀和大小二者。通過按照溫度測量值來控制激光器的功率，盡管激光光斑的變化大，也可得到一致的熱處理。

發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，在x方向和y方向二者上改變激光束的光斑的同時，在5mm/s和100mm/s之間的前進的供給激光速率和功率在1kw和10kw之間(可選地，在2.3kw和5.5kw之間)的激光束得到特別好的結(jié)果。

雖然本文中只公開了多個實施例，但其他替代、修改、使用和/或其等同物是可能的。此外，也涵蓋了所描述的實施例的所有可能組合。因此，本公開內(nèi)容的范圍不應該受特定實施例限制，而是應該只由完全閱讀權(quán)利要求書來確定。