專利名稱：配制的坯件的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于生產成形的金屬部件的配制坯件之形成方法。
復雜形狀的薄板金屬部件一般由平面坯件制造，該平面坯件經一系列成形或模壓工序制成成品形狀。在要制造較復雜的部件的場合，通常由若干單個元件制造部件，每個單個元件由一坯件模壓成形。由于成品的復雜性和由于在部件的不同部位要求的材料特性的不同都可能需要采用多個部件。例如，如果該部件是汽車的門框，門框的大部分可由較薄的金屬薄板形成但車門鉸鏈的安裝部位則需要附加強度。采用多個元件以制造成品件增加了制造的復雜性。
為了緩解這種復雜性，已建議制造一配制的坯件，其中將經適當成形的材料薄板通過激光焊接工藝邊對邊地連接以制造一整體的坯件。當成形時，該坯件生成一個在整個結構上具有不同的材料特性的部件。這種工藝使得能夠最佳地利用材料，同時減少以后對成品件的多個元件的組裝。
配制坯件的制造需要精確切割的薄板金屬組成部分以便可以有效地完成激光焊接并保持足夠的焊接質量。這需要組成部分的精確切割并且在我們共同待批的1996年11月19日提交的申請No.9624039.5和1996年11月27日提交的申請No.9624652.5中以及1997年1月8日提交的題為“包括管子的金屬之激光焊接用的搭接”的申請中，描述了為減輕由各組成部分獲得需要的精確度所遇到的困難的各種方法。然而，在某些情況下，希望制造具有很高品質表面光潔度的成形部件以便后續處理如涂漆能夠在焊接以后以表面的最小整修量來完成。雖然激光焊接一般提供較高品質的焊接表面并且在上述申請中所考慮的方法也便于制造光滑的外表面，仍然需要一配制的坯件使其可直接用于制造成品表面。
因此本發明的一個目的是避免或減小上述缺點。
概括地說，本發明提供一具有一對薄板金屬組成部分的配制坯件，每一組成部分都具有一對反向的主表面。一個部分的一個主表面置于另一個部分的主表面上并將兩部分相互焊接以制造一整體坯件。然后可將該坯件制成具有不同材料特性的部件。
優選地，各組成部分的焊接用激光焊接來完成并且作為進一步的優選措施，激光焊接并不穿透另一組成部分的另一主表面。
對本發明的諸實施方案以下將參照附圖作僅為例示性的描述，附圖中

圖1為一對組成部分在加工前的剖視圖；圖2為各部分在加工后的剖視圖；圖3為各部分在加工后的頂視透視圖；圖4為由圖3的各部分形成一零件的示意圖；圖5為配制的坯件的另一實施方案；圖6為配制的坯件又一實施方案；圖7為配制的坯件的又一加工方案的剖視圖；圖8為示出各管狀部分加工的剖視圖；圖9為由圖8的坯件形成的成品件的透視圖；圖10為類似于圖9的坯件的另一實施方案的側視圖；圖11為類似于圖10的又一實施方案的側視圖；圖12為含有一輔助部分的坯件的另一設置的剖面；圖13為用于形成汽車部件的坯件的平面圖；圖14為沿圖13的線14-14的剖面；圖15為類似于圖14的剖面，示出成形中后續的步驟；圖16為成品件的剖視圖；圖17為圖13-16中完成的各步順序的流程圖；圖18為坯件另一實施方案的各部分的分解圖；圖19為圖18的組裝的坯件的側視圖；圖20為圖19的平面圖；圖21為圖19所示坯件另一實施方案的剖面；以及圖22為采用圖18～21的實施方案形成的各坯件的一系列示意圖。
現參照圖1，一對組成部分10、20都是平面的并由可焊接的薄板金屬形成，該兩部分可具有不同的特性，在此為具有不同的厚度。因此，每個都具有一對反向的主表面12、14和22、24，分別以邊緣16、26在周邊相互連接。
組成部分10、20并置設置，以組成部分10的一個主表面14覆蓋和貼靠在組成部分20的一個主表面22上。面積比組成部分20小的組成部分10設置在部分20的周邊以內，以便在成形以后在成品件的需要區域將可實現材料的增厚。
組成部分10、20用適當形式的夾具32以貼靠的關系夾緊，若各部分本身是磁性的，夾具32可為磁性夾具。激光器34直射一光束36到組成部分10的露出的主表面12上并局部熔化組成部分10和主表面22。光束36是受控的以便獲得部分20的部分穿透而液態區38并不延伸至下表面24。輻射區可用惰性氣體以通常的方式適當地加以保護。
使光束36相對于組成部分10、20沿一預定的路線轉移以便當光束移動時組成部分10和組成部分20的一部分在標號38所指示的區域局部熔化。光束36的連續移動使組成部分10、20的區域38在離開光束以后凝固并相互連接在一起，如焊縫40所示。
如圖3中所示，橫向改變光束36的位置以設置間隔開的焊縫并借此將一組成部分10固定到另一組成部分20上。或者，可采用多個光束以同時產生多個焊縫。
焊接后，組成部分10、20形成一整體的配制坯件，然后可將其制成一具有所要求形狀的部件，如圖4示意所示。一對互補模具44、46接合坯件42的相反面12、24以便將其制成由模具所限定的形狀。部分10、20的每一個都被成形，最終形成具有所希望的復雜形狀的成品件。
通過控制光束36使熔化區只部分地進入組成部分20，主表面24不受焊接過程的不利影響并因此保持著連續的光滑表面使得在涂漆以前不需要附加的加工。同時，該坯件在成品件中提供不同的材料特性。應當理解在成品表面光潔度不重要的場合可允許組成部分20的完全穿透。
在以圖3所示的組合坯件42進行的試驗中，利用了下列參數激光束與組成部分間的相對速度6.2m/min；激光束功率6kW，利用CO2連續激光器；
激光束模式TEM01(橫向電磁波)激光束直徑0.028英寸保護氣體上部氦，下部氬；組成部分20的厚度t1＝0.034英寸；組成部分10的厚度t2＝0.074英寸；組成部分材料鍍鋅金屬(鍍鋅的熱軋低碳鋼)當然各組成部分可以相互類似具有同樣的厚度和組合物，或者可以選擇為具有不同的特性例如厚度、成分、鍍層等。通過選擇適當特性的組成部分10，整體坯件42形成有均一的表面但有局部的加強以便在成形的部件中提供不同的特性。在一特別有利的實施方案中，組成部分20是鍍鋅的和組成部分10是冷軋鋼。部分20的表面24因而不受焊接的影響而提供連續的鍍鋅表面使其可以用作外表涂漆表面和/或用于耐腐蝕。
各組成部分和焊接的另一些設置可以用來制造需要的配制坯件。例如，如圖5所示，組成部分10a通過所示相交焊縫40a固定于組成部分20a以使組成部分10a繞其整個周邊固定于組成部分20a。
如圖6所示，組成部分10b不需要矩形以至規則的形狀，且激光束36b可沿與組成部分10b的周邊相一致的路線移動以將其固定于形狀不同的組成部分20b上。
上述各實施方案考慮組成部分的焊接在與組成部分10a的周邊間隔開的位置進行。但是，如圖7所示，組成部分10c可沿其邊緣焊接于組成部分20c并形成沿組成部分10c的周邊的填角焊縫40c。而且在主表面24c要用作成品表面的場合，光束36c被控制成有限地穿透組成部分20c。
上述各實施方案表示配制的坯件由總體上為平面的組成部分構成。然而，如圖8～11所示，管狀組成部分10d、20d可以用來在管狀坯件的管壁中提供局部加強。如圖8所示，組成部分10d是管狀的并且置于管狀部分20d的外部。激光束36d發射到徑向向著外面的主表面12d并透入貼靠的主表面14d、22d以將兩表面焊接在一起。管狀組成部分20d可繞其縱軸線相對于光束36d轉動以產生圓周焊縫。
組成部分10d、20d當然可以在縱向間隔開的位置連接以按后續成形的需要連接各組成部分。
這種設置在管狀坯件42d要用于液壓成形操作的場合是特別實用的，在這種場合下高壓流體用來將管狀坯件42d擴張成一模具腔形。一個例子示于圖9，其中管狀坯件42d的徑向擴張形成具有不同壁厚的球根狀構件。由部分20d形成的局部加強使能夠沿成品件的長度獲得不同的特性。
如圖10所示，組成部分20e可設置在管10e的外部并處于多個縱向間隔開的位置。這便于部分20e的設置并使管狀坯件42e能夠配制。當用于汽車車架時，由組成部分10e、20e提供的壁厚的變化能夠為成品件獲得漸進的擠壓抗力。同樣，如圖11所示，多個組成部分可在相互的頂面疊加以提供壁厚的進一步變化。當然，類似的疊加可以用圖1～7所示的各平面部分來實現。
配制坯件42的疊層也能夠將輔助材料包含于坯件42內。如圖12所示，將一非金屬層48，例如塑料或紙包含在組成部分10g、20g之間可改善聲傳播特性。一般，中間層48可為0.004英寸厚并處于較小的組成部分10g內部以隔開主表面14g、22g并且提供一周邊區域50，其中不妨礙表面14g、22g之間的接觸。各組成部分可繞周邊區域50縫焊以防止潮濕侵蝕或者間斷焊以保持住層48。得到的配制坯件42g然后可在沖床上成形為需要的形狀并在成形過程中保持中間層48處于原位置。
由配制的坯件制成的部件的另一實例示于圖13～16，其中示出采用圖17所示工藝步驟形成用于汽車車身的減震支座。一減震支座用于支承汽車中的懸架部件因而受嚴重的局部剪切載荷。然而，減震支座通常是狹長的以適應懸架部件的垂直位移并因此具有顯著的壁面積。
坯件42h由組成部分20h和一對第一組成部分10h形成。第二組成部分20h由冷軋鋼平面薄板形成并在位于局部凹陷部53處具有一對D形切口52。切口52和凹陷部53在一預成形步驟中通過以通常的方式模沖壓一薄板材料來形成。
第一組成部分10h由較厚的和較高強度的薄板材料切割而成以作為一安裝部位并蓋住切口52定位。部分10h在凹陷部內搭接在切口52的邊緣以為并置的各部分提供一周邊區域54。凹陷部的深度相當于部分10h的厚度以便主表面24h和14h是共面的。從而提供一平坦表面以便于后續的成形操作。
然后組成部分10h、20h在區域54以連續焊縫40h激光焊接在一起，如上所述。
得到的坯件42h包括兩個用于形成減震支座的單個坯件，從而沿對稱線56分離為各單個的坯件。每一單個坯件然后在沖床上制成一如圖16所示的減震支座，它具有較薄材料的壁但具有通過組成部分10h設有雙厚度的安裝板。
上述技術也可用于制作含有非可焊部分或對相互焊接不相容的部分的坯件。例如，低碳鋼和鋁都是可焊的但當相互焊接時則形成脆的金屬間化合物。
一個這樣的設置示于圖18～20，其中一對組成部分10j、20j由焊縫40j相互連接并機械式地連接于附加部分60。部分60為塑料并且沿其側邊緣64具有一系列矩形凹陷部62。在組成部分10j的邊緣形成一切槽66，其底表面68與主表面24j的間距為附加部分60的厚度。凸出部70由底表面68下垂并與各凹陷部62互補以便貼合于它們之中。
組成部分10j、20j以并置方式設置而部分60位于它們中間。凸出部70接合凹陷部62以便將部分60機械式地鎖定于部分10j。然后將部分10j、20j在焊縫40j處焊接連接在一起并固定部分60。從而最終的坯件可利用保持部分10j與部分60的整體性的機械連接來形成。應當理解部分60可以是一種塑料復合材料、玻璃或其他通常不可焊的材料或者可能是不同的金屬材料如鋁。
作為矩形凹陷部62的替代物，可以采用圖21所示的部分球形凹槽。在該實施方案中，凹槽或“凹窩”72形成于部分10k、20k的每一個上，部分60k帶一部分球形凹槽，將部分10k、20k焊接在一起就形成一整體坯件42k。
部分60與部分10、20的機械相互連接可以采用許多方式，如圖22中所示。部分60可用于覆蓋部分20中的開口如圖22a所示，或可沿部分20的一部分形成一襯板如圖22b所示。
部分60可以如圖22c所示是圓形的或者可以如圖22d所示形成有一周邊榫頭以便形成一齊平表面。
在某些情況下，形鎖合機械連接是不必要的，在這種情況下通過一部分或兩部分的彎曲得到摩擦式定位，如圖22e～22h中所示。在這樣的設置中，部分60由各組成部分機械式地夾住以使能夠進行后續的成形操作。
可以看出以并置的各組成部分制備配制的坯件，使形成的坯件能夠具有不同的材料特性而不需要對各部分的邊緣作精確的制備。
實用上述實施方案的其他一些典型的應用是汽車車門外板中加強部分的制備以便安裝門鎖裝置或者汽車底板上安全帶連接用的安裝基座的制備。
雖然激光焊接是優選的，也可采用其他的焊接技術例如滾壓電阻焊(MASH welding)，它使坯件能夠組裝和后續成形。焊接型式將選定為符合成形工藝的結構要求，包括坯件的壓延性能和部件的以后應用。
通過在成形以前將各組成部分固定于坯件中，減輕了為縫焊成整體坯件對各組成部分的精確配合的需要。并且，因為由坯件可獲得需要的材料特性，所以避免了成形工藝以后焊接附加部分的需要，這在當成形后復雜形狀的精確配合是困難而耗時的時是特別重要的。還可獲得一均一的密實表面而不依靠焊接的完善性。
在每一上述實施方案中，已說明了在各組成部分之間的連續焊。在結構要求允許的場合，當然有可能在沿各組成部分的分散位置設置局部焊以便在成形過程中將各組成部分固定在一起而不需要連續焊。
權利要求
1.一種用于以后制成成品件的配制坯件，該坯件具有一對金屬組成部分，每一組成部分具有一對反向的主表面，以其一個部分的一個主表面與另一部分的一個主表面并置，將該兩組成部分相互焊接以形成一整體坯件。
2.如權利要求1所述的配制坯件，其特征在于所述一個組成部分的另一主表面提供向著該坯件外面的連續表面。
3.如權利要求1或2所述的配制坯件，其特征在于所述各組成部分相互激光焊接。
4.如權利要求3所述的配制坯件，其特征在于所述激光焊縫終止于所述一個組成部分的另一主表面之前。
5.如權利要求1～4之一所述的配制坯件，其特征在于所述各組成部分在間隔開的位置相互焊接。
6.如前述權利要求任一項所述的配制坯件，其特征在于所述一個組成部分被預成形為容納另一組成部分。
7.如權利要求6所述的配制坯件，其特征在于在所述預成形的組成部分中設置一開口，另一組成部分覆蓋該開口。
8.如權利要求1所述的配制坯件，其特征在于所述各組成部分都是平面的。
9.如權利要求8所述的配制坯件，其特征在于所述各組成部分都是管狀的。
10.如權利要求1所述的配制坯件，其特征在于一中間層插在所述各組成部分的主表面之間。
11.如權利要求10所述的配制坯件，其特征在于所述中間層為非金屬。
12.如上述權利要求任一項所述的配制坯件，其特征在于所述一個組成部分位于另一組成部分的周邊以內。
13.如上述權利要求之一所述的配制坯件，其特征在于一附加部分機械式地連接于一個所述組成部分。
14.由金屬坯件的組成部分制作成品件的方法，該方法包括以下步驟并置所述各組成部分的反向主表面，相互焊接各組成部分以提供具有不同的物理特性的配制坯件，以及接著形成該配制坯件以提供成形的成品件。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于所述各組成部分在間隔開的位置相互焊接。
16.如權利要求15所述的方法，其特征在于一個所述組成部分完全位于另一個的周邊以內。
17.如權利要求14所述的方法，其特征在于，它包括在并置所述各組成部分以前預成形其中一個組成部分的步驟。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于所述預成形步驟包括在一個所述組成部分中形成一開口。
19.如權利要求18所述的方法，其特征在于在焊接以前將另一所述組成部分設置成覆蓋所述開口。
20.如權利要求17所述的方法，其特征在于所述預成形步驟包括在所述一個組成部分上設置一局部凹陷部，該凹陷部容納另一組成部分。
21.如權利要求20所述的方法，其特征在于所述另一組成部分的一個主表面與所述一個組成部分的一個主表面是共面的。
全文摘要
通過相互焊接一對并置的組成部分(10,20)提供一配制的坯件。將各部分(10,20)激光焊接在一起以形成一整體坯件(42),接著將其制成一成形的成品件。
文檔編號B23K26/20GK1244823SQ97181390
公開日2000年2月16日 申請日期1997年11月13日 優先權日1997年1月14日
發明者沃爾特·杜利, 梅爾·奧格門, 戴維·休斯 申請人:科斯碼強激光有限公司