一种用于轧制带有可变厚度的金属板的方法

摘要

本发明涉及一种用于轧制带有可变厚度的金属板的方法。具体而言，本文描述了一种用于轧制可变厚度的金属板的方法。该方法使得可能在压制操作之前，在轧制期间在对应于机动车辆构件的平面展开的图形内压印增加厚度的区域的任何分布。增加厚度的区域的期望分布的压印设想在轧制期间对增加厚度的进一步分布区域或"补偿"区域的同时压印。

说明书

技术领域

本发明涉及用于轧制带有可变厚度的金属板的方法，特别是用于机动车辆构件(车身和框架)的压制的后续操作。

背景技术

现有技术中已知用于轧制带有可变厚度的金属板以获得金属板料(通称为"裁轧板")的多种方法。

这些通常是具有带状区别厚度的金属板。通过用语"带状区别厚度"，其意在表示其中厚度的梯度沿金属板大致单向的构造。换句话说，厚度在金属板自身上仅沿一个方向(通常横向于带的方向)变化，其特征为轧制成标称厚度的横向带与轧制成增加厚度的横向带交替。每个横向带贯穿金属板的宽度且在与轧制的方向正交的方向上展开。

现有技术中同样已知的是需要在用于机动车辆的框架或车身的金属板构件上提供带有增加厚度的局部区域，以便改进受到更密集应力的区域中的结构强度。这通常使得采取两种选择：

i)使用带有可变厚度的焊接起始金属板(所谓的"裁焊板")；和

ii)使用通过带状轧制其获得的带有可变厚度的起始金属板。

关于第一种解决方案，尽管目前其相当广泛地被采用，但其特征在于焊道中固有的不可消除的缺点，焊道从长期看易遭受退化的现象，这不影响以单件制成的可变厚度的金属板。此外，可变厚度的金属板通过将两个邻近部分的面对准参照平面来焊接，不可避免地在金属板的表面上提供明显地"阶梯状"外观。这在随后必须在可变厚度的金属板上贴边完成金属板(例如，机动车辆的门的表皮金属板)的情况下可形成问题。

除此之外，尽管获得所讨论的金属板的焊接过程可设想为脱离厚度带方面的变量的传统分布，但在实践中在金属板的生产的过程的水平引入的复杂性使该选项远不可行。

关于第二种解决方案，尽管只要金属板以单件制成就不呈现前述缺点，但其特征在于带状轧制中固有的内在约束。换句话说，在需要供应增加厚度的限定的和局部的区域的情况下，由于起始金属板不允许其它方面(带有重量和成本的明显增加)，其需要提供覆盖所讨论的区域的增加厚度的整个带。

在任一情况下，可进一步发生的是，增加厚度的带呈现位于在完成的车辆中仍可见的区域的边界/焊接线(对于裁焊板)或厚度过渡的区域(对于裁轧板)。这样的区域的示例可由与机动车辆的门的"骨架"(结构)金属板整体获得的窗的框架形成。"骨架"金属板在铰链区域中通常具有增加厚度的增强的区域，将门联接至车辆的车身的铰链固定在那里。

增加厚度的区域将自身仅在铰链区域严格需要，而不涉及例如窗的框架。然而，轧制(或焊接)以获得带有带方面的区别厚度的板实际上导致在窗框架的根部处也具有增加厚度的区域，其通常也在完成的车辆上仍可见。在其它事情之中应当注意的是，机动车辆的门正好是经历金属板的贴边的构件中的一个，使得接受焊接接头或过渡的区域的定位的折衷根据上文已经阐述的那样形成明显不期望的条件。

本发明的目的是克服前文提到的技术问题。具体而言，本发明的目的是提供一种用于轧制带有可变厚度的金属板的方法，其中增加厚度的区域可具有脱离传统的带方面的轧制过程的任何几何形状、延伸和定向。

发明内容

本发明的目的通过具有形成所附权利要求的主题的特征的方法而实现，其形成本文关于本发明提供的技术公开内容的组成部分。

特别而言，本发明的目的通过用于轧制带有可变厚度的金属板的方法实现，该方法包括：

-确定相对于板的标称轧制厚度具有增加厚度的区域的第一分布，区域的所述第一分布包括一个或多个区域，

-对于所述第一分布的各个区域，确定对应于带有基于所述第一分布分配的厚度的各个区域下面的材料的体积与带有标称轧制厚度的对应区域下面的材料的体积之间的差异的材料的体积的增加；

-确定相对于标称轧制厚度具有增加厚度的区域的第二分布，其中区域的所述第二分布包括一个或多个区域，

-对所述第二分布的各个区域分配对应于带有基于所述第二分布分配的厚度的各个区域下面的材料的体积与带有标称轧制厚度的对应区域下面的材料的体积之间的差异的材料的体积的增加，其中所述第二分布的一个或多个区域的体积的总体增加等于或大于所述第一分布的一个或多个区域的体积的总体增加，

-将所述第一分布的一个或多个区域沿所述板定位在对应于将经历压制操作的机动车辆的构件的平面展开的图形内的期望位置；

-将所述第二分布的一个或多个区域定位在所述图形外，

-提供具有平面上展开对应于带有增加厚度的区域的第一分布和第二分布的组合的表面起伏的一对轧辊，且借助于所述一对轧辊轧制所述金属板。

附图说明

现在将参照仅作为非限制性示例提供的附图来描述本发明，在附图中：

-图1是金属板的示意图，其示出了对应于机动车辆构件的平面展开以及分布在构件上的增加厚度的区域的图形；

-图2是根据本发明的方法的第一实施例的示意图，这里示为在图1的构件上实施；

-图2A是用于实施图2的方法的轧辊的示意性透视图；

-图3是根据本发明的方法的第二实施例的示意图，再一次示为在图1的构件上实施；

-图4是根据本发明的方法的第三实施例的示意图，再一次示为在图1的构件上实施；

-图5是根据本发明的方法的第四实施例的示意图，再一次示为在图1的构件上实施；以及

-图6是根据本发明的方法的另一实施例的示意图，这一次示为应用于不同的机动车辆构件。

具体实施方式

图1以俯视图示出了金属板SH，出现在金属板SH上的是对应于机动车辆构件的平面展开的两个图形F的周边，构件通过沿其周边压制由剪切获得的金属板SH的一部分而获得，在此情况下图形F对应于机动车辆的发动机罩H。

为了满足结构强度和刚度的要求，发动机罩H必须制造得使增强的区域位于受到最重的结构负载的区域。这些区域可利用用于打开发动机罩的铰链的固定区域(其由A1指示)和发动机罩自身的锁位于的区域(此区域由A2指示)标识。

图形F之间包括的区域由字母W表示且对应于废料区域，其根据定义定位在图形外，即，图形F的周边外。

区域A1和A2是相对于金属板的标称轧制厚度具有增加的厚度的区域。作为示例，在图1中所示的实施例中，区域A1和A2具有1mm的轧制厚度，而图形F的其余部分具有0.55mm的(标称)轧制厚度。

借助于根据本发明的轧制方法形成区域A1和A2首先要求一些初步考虑。

i)供应增加厚度的区域的分布首先设想具有可用的轧辊，轧辊在平面中展开的表面起伏对应于区域A1和A2的分布。基本上，轧辊必须具有对应于区域A1和A2的那些以及诸如在金属板SH上提供要求的厚度的深度的大小和形状的凹入部分。

ii)除了前述之外，应当注意重要的因素：相对于标称轧制厚度增加的厚度的区域(或"片")的产生等同于引入被轧制的材料的流率的局部梯度。特别而言，材料流在增加厚度的区域经历减速，可产生金属板的扭曲(或甚至失效)的严重问题的因素。明显地，该问题在每个区域A1、A2与图形F的其余部分之间的分界面的区域中尤其感觉得到。

iii)接下来的是，i)点中指出的单独措施本身不足以实施根据本发明的方法。应当设想增加厚度的区域的进一步分布，其大致对应于材料流具有高于来自增加厚度的区域可引出的速率的区域，因此使其自身的前进速率减慢且实际上等于邻近的材料流的前进速率。第二分布的增加厚度的区域布置在位于图形F外的位置中，只要它们不形成完成的构件的部分。它们简单地消除废料且具有在轧制期间防止金属板的任何扭曲或失效的单一目的。

iv)带有可变厚度的区域的进一步分布基于材料的体积的相等性的标准来确定。具体而言，如果V'_i是带有增加厚度的区域A1和A2中的每一个下面的材料的体积，且V0'_i是相同区域中的每一个下面但考虑成带有标称厚度(即，如果轧制将以标称厚度执行，将在它们下面的体积)的体积，与各个第i区域相关联的材料的体积的增加ΔV_i可表示成：

ΔV'_i=V'_i–V0'_i

因此，体积的总体增加等于所有增加ΔV_i的总合，其中下标i范围从1至带有增加厚度的区域的数目。

进一步分布的区域的大小的标准设想与它们相关联的体积的总体增加等于或大于第一分布的增加厚度的区域的体积的总体增加。特别而言，如果V''_j是带有相应增加厚度的第二分布的各个区域下面的材料的体积，且如果V0''_j是相同区域中的每一个下面但考虑为带有标称厚度的体积，则与各个第j区域相关联的材料的体积的增加ΔV''_j可表示成：

ΔV''_j=V''_j–V0''_j

其中

ΔV''_TOT≥ΔV'_TOT

上面的标准基于守恒逻辑而选择：第二分布的区域的体积的增加的余量选择成使得确保允许较快流中的材料减慢且在尽可能最有利的条件下扩展的安全裕度。

总之，根据本发明的方法包括以下步骤：

-确定相对于金属板的标称轧制厚度增加厚度的区域的第一分布，其中区域的分布包括一个或多个区域；

-对于第一分布的各个区域，确定对应于带有根据所述第一分布分配的厚度的各个区域下面的材料的体积与带有标称轧制厚度的对应区域下面的材料的体积之间的差异的材料的体积的增加；

-确定相对于标称轧制厚度增加厚度的区域的第二分布，其中第二分布包括一个或多个区域；

-对所述第二分布的各个区域分配对应于带有根据所述第二分布分配的厚度的各个区域下面的材料的体积与带有标称轧制厚度的对应区域下面的材料的体积之间的差异的材料的体积的增加，其中第二分布的一个或多个区域的体积的总体增加等于或大于第一分布的一个或多个区域的体积的总体增加；

-将第一分布的一个或多个区域沿金属板SH定位在对应于将经历压制操作的机动车辆构件的平面展开的图形F内的期望位置；

-将第二分布的一个或多个区域定位在图形F外；以及

-提供具有在平面中展开对应于第一分布和第二分布的组合的表面起伏的一对轧辊，且借助于前述一对轧辊轧制金属板SH。

第一分布区域可符合或不符合前述区域A1、A2的分布(其为理论分布)。

参照图2，在根据本发明的方法的第一实施例中，增加厚度的区域的第一分布和第二分布形成增加厚度且形状像C或像飞镖且由参照BD指示的单个区域的部分。应当注意的是，区域BD不是如已知轧制方法的情况中的简单横向带，而是具有引起非简单连接的范围(即，一个范围，其中存在连接该范围的两个点的不在范围本身内的至少一条线)的形状。在此实施例中，可注意：

-区域A1和A2由垂直阴影线表示；

-第一分布的区域由参照M1(对于对应于发动机罩铰链H的附接的范围的区域，即，在区域A1)和M2(对于对应于锁的区域，即，在区域A2中)表示；所讨论的区域由倾斜阴影线表示，且某些点与对应于区域A1和A2的阴影线重叠；且

-第二分布的区域根据它们沿金属板SH的位置由参照N1和N2表示，其由水平阴影线表示。

可注意到，此实施例对应于该方法的简化版本，其中区域A1和A2近似于较简单几何形状(区域BD)的部分，且其中在第一分布和第二分布的区域之间不存在干扰。

相反，包括在连续区域BD之间的区域具有等于标称轧制厚度(作为示例，之前的参考值可假设：对于标称厚度0.55mm，对于增加厚度1mm)的厚度。

在轧制期间，带有包括在区域N2之间的较快流率的材料可流出到区域N1中，类似地产生对于区域M2的后续产生的最优条件。

所讨论的实施例允许轧辊的构造的相当大的简化。在这点上，可对后续图2A进行参照，其中参照LR指示用于轧制金属板SH的成对的轧辊。轧辊简单地具有对应于区域BD的平面展开的表面凹入部分(为此原因，使用相同参考标号)，而轧辊LR的其余部分(全部在从轧辊LR自身的轴线的较大径向距离处)执行带有标称厚度的金属板SH的其余部分的轧制。对应于金属板SH上的区域BD的压印的顺序(明显地)是由于轧辊将其自身表面呈现到金属板的周期。其类似地在以下情况下是优选解决方案：区域A1、A2的数目太高使得带有执行区域的相应的第一分布和第二分布的表面起伏的轧辊的生产在技术上太昂贵和复杂。

区域BD的形状允许位于图形F内的期望的位置的两个周边区域(对应于区域M1)和非常适合于落在两个相邻图形F之间的中间区域(对应于区域N1)的识别，类似地限定与后续图形F的重叠以获得区域M2。

以下公式在任何情况下适用：

ΔV''_TOT=(V''_N1–V0''_N1)+(V''_N2–V0''_N2)≥ΔV'_TOT=(V'_M1–V0'_M1)+(V'_M2–V0'_M2)

其中：

ΔV'_TOT是第一分布的体积的总体增加；且

ΔV''_TOT是第二分布的体积的总体增加。

下标i跨越区域M1、M2，且

下标j跨越区域N1、N2。

参照图3，现在将描述根据本发明的方法的第二实施例。在图3的实施例中，增加厚度的区域M1、M2的第一分布和增加厚度的区域N1、N3的第二分布是分开的且彼此不同。

此外，将注意的是，区域M1、M2在这里示为相比理论区域A1、A2略微较大，但应当记住的是，有可能使它们相等，当然带有根据上文指出的标准对区域N1、N3进行的对应的补偿。区域M1、M2相对于理论区域A1和A2的放大可变得必要，例如，由于技术原因，诸如可在轧制过程中对每单位区域放置的尽可能大量的材料(挤压梯度)。

执行根据图3的过程的成对的轧辊中的每一个的表面起伏对应于镜像于图3的中心处的区域(M1、M2、N1、N3)的分布的凹入的分布。在轧制期间，假设区域M1是将获得的第一个(这不一定对应于实际；这里，此假设仅具有说明目的)，在轧制期间金属板SH的材料的流率在周边区域(对应于区域M1)较慢，而在中心区域(其具有标称厚度)较快。

中心区域中的材料可然后流出到区域N1中，减慢其速率，区域N1通过在两个轧辊上呈现的两个互补半腔之间匹配而限定。紧接着之后，区域M2在中心位置中产生，且实际上由于区域N3而以同时的方式在周边位置中获得流的减速，区域N3再一次通过在两个轧辊上呈现的两个互补半腔之间匹配而限定。该过程然后以周期方式重复。

如在之前的情况下，以下公式适用：

ΔV''_TOT=(V''_N1–V0''_N1)+(V'_N3–V0'_N3)≥ΔV'_TOT=(V'_M1–V0'_M1)+(V'_M2–V0'_M2)

其中：

ΔV'_TOT是第一分布的体积的总体增加；且

ΔV''_TOT是第二分布的体积的总体增加。

下标i跨越区域M1、M2，且

下标j跨越区域N1、N3。

参照图4，现在将描述根据本发明的方法的第三实施例。图4的实施例对应于第一实施例和第二实施例之间的混合解决方案的类别。第一分布和第二分布重叠(区域N1和M2)的合并形式以及第一分布和第二分布不同(区域M1和N3)的分开形式共存。在此情况下，将注意的是，区域M2示为符合理论区域A2，而对于区域M1，之前进行的观察适用。

实施根据图4的方法的成对的轧辊中的每一个的表面起伏对应于镜像于图3的中心处的区域(M1、M2、N1、N3)的分布的凹入部分的分布。

在轧制期间，假设区域M1是将获得的第一个(不一定这对应于实际；这里，此假设仅具有说明目的)，在轧制期间金属板SH的流动材料的速率在周边区域(对应于区域M1)较慢，而在中心区域(其具有标称厚度)较快。

中心区域中的材料可因此流出到区域N1中，减慢其速率，区域N1通过在两个轧辊上呈现的两个互补半腔之间匹配而限定。紧接着之后，区域M2在中心位置中产生，且实际上由于区域N3而以同时的方式在周边位置中获得流的减速，区域N3再一次通过在两个轧辊上呈现的两个互补半腔之间匹配而限定。没有连续性的解决方案，且在区域N3的完成期间，区域M2产生。

该过程然后以周期方式重复。

如之前，以下关系适用：

ΔV''_TOT=(V''_N1–V0''_N1)+(V''_N3–V0''_N3)≥ΔV'_TOT=(V'_M1–V0'_M1)+(V'_M2–V0'_M2)

其中：

ΔV'_TOT是第一分布的体积的总体增加；且

ΔV''_TOT是第二分布的体积的总体增加。

下标i跨越区域M1、M2，且下标j跨越区域N1、N3。

参照图5，现在将描述根据本发明的方法的第四实施例。图5的实施例大致包括图2的实施例的变型，然而，其中带BD由虚线形成的复杂周边的多边形图形替代。形状总体上类似于C，且再一次不存在第一分布和第二分布之间的干扰。然而，应注意的是，不像图2，覆盖两个分布的压印的延伸小于金属板SH的宽度。

增加厚度的区域的第一分布在此情况下包括在发动机罩铰链H的固定的区域中的两个区域M1(这里大致示为具有与对应的理论区域A1相同的区域)和对应于发动机罩H的锁的区域M2，区域M2大于理论区域A2。

两个区域的体积的增加由形成第二分布的部分的单个区域N1(自身限定此分布)补偿，且位于两个连续图形F之间的废料W的区域(像图2的区域N1)中。图5中的阴影示出的每一个压印表示成对的轧辊上的表面起伏的包络。压印由导致一对半腔(且不是凸出，其对产生厚度增加是必需的)的匹配而明显地限定。

在此情况下，以下关系适用：

ΔV''_TOT=(V''_N1–V0''_N1)≥ΔV'_TOT=(V'_M1–V0'_M1)+(V'_M2–V0'_M2)

其中：

ΔV'_TOT是第一分布的体积的总体增加；且

ΔV''_TOT是第二分布的体积的总体增加。

下标i跨越区域M1、M2，且

下标j跨越区域N1。

最终，参照图6，根据本发明的方法的进一步的实施例在这里示为适用于第二机动车辆构件，特别是门D。门D(这里先于其剪切和压制以其平面展开可见)对应于图形F，布置在图形F中的是增加厚度的第一区域A1和增加厚度的第二区域A2，它们限定第一分布。区域A1位于图形F的区域中，在完成的门中位于铰链的固定点处。区域A2替代地位于对应于门的锁的图形F的区域中。考虑的轧制的厚度(仅作为示例)对于此应用对于轧制为标称厚度的区域为1mm，且对于增加厚度的区域为2mm。

关于第二分布，其包括三个增加厚度的区域N1、N2、N3，其中(相对于轧制RD的方向)区域N2和N3大致位于区域A2中，而区域N1大致位于区域A1中。

在此情况下，以下关系适用：

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是第一分布的体积的总体增加；且

ΔV''_TOT是第二分布的体积的总体增加。

下标i跨越区域A1、A2，且下标j跨越区域N1、N2、N3。

本领域的技术人员将了解的是，根据本发明的方法使得可能获得对应于机动车辆构件的平面展开的图形F内的增加厚度的区域的任何分布，而不束缚于任何具体几何形状。因此可能在必要时或在必要的地方随结构增强而变地分布增加厚度的区域，而不用采取从式样角度或关于材料的废料远不可接受的折衷，而其对于传统的裁轧板实际上不可避免。这仅仅通过注意预先布置带有补偿函数的增加厚度的区域的第二分布而实现。

简单地通过考虑标准，由此第二分布的体积的总体增加大于或等于第一分布的体积的总体增加，可能在金属板SH上(特别是在图形F内)压印增加厚度的区域的任何分布。分布均可包括一个或多个区域，且增加厚度从一个分布至另一个可不同，或甚至在一个和同样的分布内可不同。然而，应当注意的是，第一分布区域的形状、大小、位置和厚度原理上由待生产的构件的结构负载指出(根据设计)，而第二分布区域的形状、大小、位置和厚度基本上选择为随满足第一分布和第二分布的体积的总体增加之间的前述关系和将区域放置在图形外的双重需要而变。

此外，应当注意的是，在图2和图5的实施例中，对于增加厚度的区域的分布优选的是大小的额外标准，其形成跨过金属板的轧制材料的流率的恒定性。

换句话说，在这些实施例中，两个分布区域在恒定的增加厚度(带BD或在图5中出现的多边形带)的单个图形中无缝地展开。只要金属板利用带有对应于增加厚度的前述图形的形状的表面起伏的轧辊轧制，将总是存在对应于所讨论的图形F的周边的分界面的两个区域。

增加厚度的图形F的形状和相对于金属板的其余部分的轧制厚度的梯度(即，增加轧制厚度和标称轧制厚度之间的差异)可以某种方式选择以实现跨过金属板的轧制材料的流率跨越恒定的增加厚度的图形F和其余金属板之间的分界面的区域的大致恒定性。

事实上，从轧辊的恒定旋转速率的假设开始，轧制材料的流率等于材料的流率与轧制厚度之间的乘积(这适用于带BD的周边的每个点)。特别而言，如果S1和S2是分别对应于标称厚度和增加厚度的流的截面，且v0和v1分别是带有标称厚度和增加厚度的区域的材料的对应的流率，使得带BD的大小考虑条件：

S0·v0=S1·v1

基本上沿整个周边以便使材料的任何扭曲尽可能小。应当注意的是，这主要在图2和图5的实施例中可能，因为它们自身已经倾向于与上述条件对准的行为。

在图1、图3、图4和图6的实施例中，此条件难以实现，考虑增加厚度的区域的分布的不连续本质。因此，有时优选采用进一步的标准来对第一分布的增加厚度的区域M1、M2以及第二分布的增加厚度的区域N1、N2，或N1、N3，或N1、N2、N3确定大小，其定位和确定大小(形状和尺寸)以便满足跨过金属板的轧制材料(横向方向)的平均流率的恒定性的标准。

当然，构造和实施例的细节可相对于本文已经描述和示出的内容广泛地改变，而不由此脱离如由所附权利要求限定的本发明的保护范围。