PL232720B1 - Sposób wytwarzania obrzeża wnęki drzwi pojazdu i obrzeże wnęki drzwi pojazdu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Niniejszy wynalazek dotyczy dziedziny produkcji elementów nadwozi samochodowych. W szczególności przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania obrzeża wnęki drzwi pojazdu i obrzeże wnęki drzwi pojazdu.

Tradycyjna produkcja obrzeży wnęki drzwi pojazdów przewiduje formowanie na zasadzie tłoczenia na zimno lub na gorąco oddzielnych elementów w postaci słupków i podłużnie w końcowym trójwymiarowym kształcie, a następnie ich łączenie przez spawanie. Metoda ta jest skomplikowana i kosztowna, zarówno z uwagi na konieczność przygotowania indywidualnych tłoczników do realizacji oddzielnych komponentów, jak i ze względu na trudność późniejszego spawania odpowiednich zakończeń łączących o trójwymiarowym kształcie. Indywidualne tłoczniki wymagają oddzielnego projektowania i wytwarzania, co przedłuża proces produkcyjny i podnosi koszty.

Inne sposoby wytwarzania, takie jak odlewanie lub kueie w eelu zrealizowania jednoelemento-wego obrzeża wnęki drzwi, jak opisano na przykład w WO-2009/077 069 i US-2015/0352933, są jeszcze bardziej skomplikowane i drogie.

Celem wynalazku było wyeliminowanie wyżej wymienionych niedogodności i udostępnienie sposobu wytwarzania obrzeża wnęki drzwi pojazdu, który byłby mniej złożony, a przez to bardziej ekonomiczny niż wyżej wspomniane sposoby znane w stanie techniki.

Kolejnym celem wynalazku było dostarczenie obrzeża wnęki drzwi pojazdu wytworzonego tym nowatorskim sposobem.

Według wynalazku opracowano sposób wytwarzania obrzeża wnęki drzwi pojazdu poprzez tłoczenie blachy stalowej na tłoczniku prasy do tłoczenia na gorąco, charakteryzujący się tym, że wykonuje się zestaw oddzielnych elementów płaskich z blachy borowej, następnie spawa się odpowiednie krawędzie wspomnianych elementów płaskich w tej samej płaszczyźnie, tworząc jednolity płaski półprodukt obrzeża wnęki drzwi, podgrzewa się półprodukt do temperatury co najmniej 900°C, powodując przejście stali borowej ze stanu martenzytyeznego do stanu austenitycznego, formuje się rozgrzany półprodukt na tłoczniku prasy do tłoczenia na gorąco uzyskując obrzeże wnęki drzwi o kształcie przestrzennym, podczas formowania chłodzi się półprodukt w sposób kontrolowany, powodując przejście stali z postaci austenitycznej do postaci martenzytyeznej.

Korzystnie, półprodukt podgrzewa się do temperatury pomiędzy około 900°C a 980°C w czasie rzędu 7-10 minut. Również korzystnie, półprodukt formuje się w temperaturze zasadniczo poniżej 760°C. Półprodukt korzystnie chłodzi się z prędkością zasadniczo rzędu 27°C/sekundę.

Korzystnie, półprodukt chłodzi się poprzez chłodzenie tłocznika.

Ochłodzone obrzeże wnęki drzwi korzystnie okrawa się, korzystnie przez cięcie laserowe, uzyskując jego kształt końcowy.

Krawędzie elementów płaskich korzystnie spawa się laserowo.

Przed formowaniem półproduktu korzystnie dodaje się dodatkowe wzmocnienia, umieszczane na półprodukcie za pomocą zgrzewu punktowego.

Korzystnie, wykonuje się zestaw oddzielnych elementów płaskich stanowiących słupek przedni, podłużnicę górną, słupek centralny i podłużnicę dolną.

Według wynalazku opracowano także obrzeże wnęki drzwi pojazdu wykonane sposobem według wynalazku, w którym zestaw oddzielnych elementów płaskich składa się na półprodukt obrzeża wnęki drzwi zawierający słupek przedni, podłużnicę górną, słupek centralny i podłużnicę dolną.

Elementy płaskie mogą mieć różne właściwości mechaniczne i/lub chemiczne.

Ewentualnie, elementy płaskie mogą także mieć różne grubości.

Sposób wytwarzania obrzeża i obrzeże według wynalazku pozwalają na znaczne uproszc zenie zarówno fazy projektowej jak i wykonawczej procesu wytwarzania obrzeża wnęki drzwi, co wiąże się z obniżeniem kosztów całej inwestycji. Istotna jest zwłaszcza możliwość zastosowania jednego narzędzia do tłoczenia (tłocznika), która eliminuje konieczność przygotowywania pojedynczych tłoczników dla poszczególnych komponentów obrzeża (słupków i podłużnie). Również łączenie komponentów przed tłoczeniem jest znacząco uproszczone, a produkt końcowy wykazuje udoskonalone cechy strukturalne w postaci zwiększonej wytrzymałości [jaka wytrzymałość] i mniejszego ciężaru.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym:

Fig. 1 przedstawia schematyczny widok z góry obrzeża wnęki drzwi pojazdu, zrealizowanego sposobem według wynalazku;

Fig. 2 przedstawia rzut formatki, czyli półproduktu obrzeża wytwarzanego sposobem według wynalazku;

Fig. 3 jest to widok przedstawiający widok z fig. 1 hipotetycznie nałożony na rzut z fig. 2;

Fig. 4-11 przedstawiają schematycznie perspektywiczne widoki formatki z fig. 2, w następujących po sobie etapach jej deformacji w trakcie procesu tłoczenia na gorąco, aż do uzyskania ostatecznego obrzeża wnęki drzwi pokazanego na fig. 1;

Fig. 12 i 13 przedstawiają przekroje poprzeczne przykładowego noża formującego M stosowanego w sposobie według wynalazku.

Obrzeże A wnęki drzwi według wynalazku pokazane schematycznie na fig. 1 zawiera słupek przedni A1, podłużnicę górną A2, słupek centralny A3 i podłużnicę dolną A4. Całe obrzeże A wykonane jest z jednej formatki, czyli półproduktu S pokazanego na fig. 2.

Jak widać na fig. 2, półprodukt S zasadniczo stanowi płaską ramę utworzoną z szeregu również płaskich elementów. W pokazanym przykładzie wykonania przewidziano pięć elementów S1, S2, S3, S4, S5, ale ich ilość może być inna. Elementy składowe obrzeża A mogą mieć różne grubości. Są one wykonane ze stali borowej. Elementy S1, S2, S3, S4, S5 mogą być wykonane np. poprzez cięcie laserem a następnie zespawanych ze sobą na odpowiednich zakończeniach, wzdłuż linii łąc zenia L1, L2, L3, L4, L5. Najkorzystniejsze jest spawanie laserem i doczołowo.

Stal borowa jest stosowana do formowania z blachy elementów konstrukcyjnych, takich jak słupki, poprzecznice, żebra, itp. karoserii samochodowych ze względu na jej wysoką wytrzymałość na rozciąganie, która może dochodzić do około 1500 MPa.

Otrzymany w ten sposób półprodukt S jest następnie ogrzewany, najlepiej w piecu z szufladami razem z innymi produktami, do temperatury wyższej niż 900°C, na przykład do 980°C. Dzięki zastosowaniu stali borowej półprodukt S przechodzi w tej temperaturze ze stanu martenzytycznego w stan austenityczny. Czas ogrzewania może korzystnie wynosić od 7 do 10 minut.

Ogrzany półprodukt S jest szybko przekazywany (zwykle w czasie 10 i 12 sekund) na prasę do tłoczenia na gorąco. Na prasie zamontowany jest tłocznik zawierający stempel, matrycę i dociskacz.

Formowanie półproduktu S przez tłoczenie na gorąco obejmuje stopniowe kształtowanie.

Na fig. 3 przedstawione jest schematyczne porównanie półproduktu S przed tłoczeniem z obrzeżem A na koniec etapu tłoczenia/formowania. Na fig. 3 wytłoczone obrzeże z fig. 1 nałożone jest na rzut formatki z fig. 2.

Na fig. od 4 do 11 pokazane są widoki półproduktu S, który podczas tłoczenia stopniowo zmienia kształt aż do osiągnięcia ostatecznego, trójwymiarowego kształtu przedstawionego na fig. 1. W ostatecznym kształcie obrzeże A wnęki drzwi zawiera słupek przedni A1, podłużnicę górną A2, słupek centralny A3 i podłużnicę dolną A4. Podczas procesu tłoczenia półproduktu S który początkowo jest płaski, słupki i podłużnice uzyskują swój trójwymiarowy kształt określony w projekcie. W trakcie procesu tłoczenia półprodukt S jest chłodzony w sposób kontrolowany, tak aby stal przeszła z postaci austenitycznej do postaci martenzytycznej. Chłodzenie półproduktu realizowane jest korzystnie poprzez kontrolowane schładzanie tłocznika podczas procesu tłoczenia. Oznacza to, że chłodzenie odbywa się w ściśle określonych warunkach temperatury względem czasu, na przykład z minimalną prędkością rzędu 27°C/s. Dzięki zapewnieniu tak określonych warunków chłodzenia tłocznika, stal borowa doprowadzona zostaje ze stanu austenitycznego do stanu martenzytycznego.

Następnie, obrzeże drzwi A jest wyciągane z tłocznika i może być poddane typowym procesom takim jak np. okrawanie poprzez cięcie laserem, a w razie potrzeby dziurowanie laserowe, aż do uzyskania końcowego i ostatecznego kształtu.

Rys. 12 i 13 pokazują schematycznie przekrój poprzeczny przykładowego noża formującego M stanowiącego fragment tłocznika stosowanego do wytłaczania na gorąco obrzeża drzwi A. Jak widać nóż formujący M zawiera dużą ilość poziomych i pionowych kanalików C, które służą do doprowadzenia płynu chłodniczego, w taki sposób, aby uzyskał on bliski kontakt z powierzchnią półproduktu podczas jego formowania na gorąco. Również dobór materiałów na noże formujące jest ważny dla kontroli zużycia i dla umożliwienia redukcji czasu formowania. Materiał na noże powinien szybko rozpraszać ciepło i powinien być hartowany na wskroś.

Kanaliki C znajdują się w poszczególnych oddzielnych nożach formujących, natomiast utrzymanie płynu chłodniczego pomiędzy jednym a drugim nożem jest zapewnione przez o-ringi. Cyrkulacja płynu i jego chłodzenie może następować poprzez system zainstalowany bezpośrednio na prasie.

Sposób według wynalazku może być realizowany w instalacji zawierającej piec, do którego wkładany jest półprodukt S, z prasy formującej oraz z robota służącego do szybkiego przemieszczania rozgrzanego półproduktu S na prasę formującą, jak również robota rozładunku służącego do pobrania wytłoczonego obrzeża z tłocznika i przekazania go do magazynu.

Naturalnie, wdrożenie sposobu według wynalazku obejmuje wstępną fazę inżynieryjną oceny wykonalności. Głównym celem oceny wykonalności jest uzyskanie odkształcalności monolitycznego półproduktu S. Oznacza to, że wymagane jest zaprojektowanie odpowiedniego kąta natarcia i płynności formy wymaganych do tłoczenia formowanego obrzeża A przy jednym uderzeniu. W celu otrzymania pełnej wykonalności konieczne jest wykonywanie różnych etapów symulacji aż do momentu zdefiniowania wyrobu możliwego do wytłoczenia bez wad estetycznych i wymiarowych. Czynności symulacyjne pozwalają zdefiniować nacisk wywierany w trakcie etapu tłoczenia i konieczne parametry chłodzenia .

Jednym z podstawowych parametrów, które należy wyznaczyć w fazie oceny wykonalności jest prędkość tłoczenia/formowania, która ma wpływ na chłodzenie wytłaczanego/formowanego wyrobu. W tej fazie jest również symulowana wewnętrzna kinematyka tłocznika, która ma istotny wpływ na proces chłodzenia. Wynik symulacji przedstawia zachowanie się materiału w różnych temperaturach za pomocą map termicznych pomiędzy blachą, matrycą i stemplem podczas procesu tłoczenia/formowania. Wyniki analizowane są na podstawie parametrów chłodzenia przewężeń i progów ciągowych blachy.

Należy zauważyć, że komponenty S1-S5 formatki S mogą mieć również różne właściwości mechaniczne, chemiczne i jak już wspomniano, różne grubości. W przypadku, gdyby projekt strukturalny tego wymagał, można dodać dodatkowe wzmocnienia, umieszczone na półprodukcie S za pomocą zgrzewu punktowego przed jego tłoczeniem/formowaniem. Na etapie symulacji można sprawdzić zachowanie (ewentualne przemieszczanie i wytrzymałość punktów zgrzewu) wzmocnień oraz wynik na koniec tłoczenia/formowania.

Zastosowanie w sposobie według wynalazku jednolitego i zasadniczo płaskiego półproduktu S zapewnia możliwość optymalizacji zapotrzebowania na materiał (surowiec) poprzez zmniejszenie go do 20%. W fazie projektowej zostają zoptymalizowane kształty pojedynczych komponentów S1-S5, które tworzą półprodukt S: działanie to podlega koncepcji „kombinacji kształtu”, w której brane jest pod uwagę zredukowanie odpadu w fazie wykrawania płaskiego komponentów S1-S5.

Projektując tłocznik na prasę do tłoczenia na gorąco należy wziąć pod uwagę następujące czyn-ności/działania inżynieryjne: - wykonalność: kalkulacja nacisku, kalkulacja chłodzenia, weryfikacja formowalności; - metodologia: zdefiniowanie cyklu pracy, formowanie i realizację, okrawanie; - projektowanie chłodzonego tłocznika (formy): zdefiniowanie materiałów jakie należy użyć oraz rodzaju obróbek, zdefiniowanie instalacji chłodzącej.

System chłodzący tłocznika musi zostać pomyślany i zwymiarowany w taki sposób, aby zapewnić szybkość obniżania temperatury pozwalającą na osiągnięcie stanu martenzytycznego materiału obrzeża A, a jednocześnie zwiększyć produktywność. Projektując tłocznik należy także wziąć pod uwagę utrzymanie warunków osiągniętych i zdefiniowanych podczas symulacji, przejścia i rozkład części formujących stempel oraz tych podtrzymujących matrycę i docisk.

Prasa, jaką można wykorzystać w sposobie według wynalazku może być prasą hydrauliczną, np. 1600/2000 T umożliwiającą formowanie półproduktu S przy max prędkości 200 mm/s. Prasa powinna być także skonfigurowana w sposób pozwalający na jej zatrzymanie po zejściu suwaka, tak aby pozostawała zamknięta na czas konieczny do schłodzenia (ang. "quenching") obrzeża A formowanego w tłoczniku (formie).

Jak wynika z powyższego opisu, sposób według wynalazku pozwala na otrzymanie znaczących korzyści w zakresie redukcji kosztów konstrukcji narzędzi, produkcji, zakupu potrzebnego materiału. Możliwe jest także ulepszenie właściwości strukturalnych wyrobu końcowego, tj. zwiększenie wytrzymałości [jaka wytrzymałość] dla takiej samej grubości lub odwrotnie, osiągnięcie takiej samej wytrzymałości przy mniejszych grubościach formatek, co przekłada się na oszczędność materiału i redukcję ciężaru.

Naturalnie części konstrukcyjne obrzeża wnęki drzwi oraz przykłady realizacji sposobu według wynalazku mogą być w dużej mierze zmienione w stosunku do tego co zostało opisane i zilustrowane, bez wychodzenia poza zakres niniejszego wynalazku określony poprzez załączone zastrzeżenia patentowe.

Claims (12)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania obrzeża wnęki drzwi pojazdu poprzez tłoczenie blachy stalowej na tłoczniku prasy do tłoczenia na gorąco, znamienny tym, że - wykonuje się zestaw oddzielnych elementów płaskich (S1, S2, ... Sn) z blachy borowej, następnie - spawa się odpowiednie krawędzie wspomnianych elementów płaskich (S1, S2, ... Sn) w tej samej płaszczyźnie, tworząc jednolity płaski półprodukt (S) obrzeża wnęki drzwi (A), - podgrzewa się półprodukt (S) do temperatury co najmniej 900°C, powodując przejście stali borowej ze stanu martenzytycznego do stanu austenitycznego, - formuje się rozgrzany półprodukt (S) na tłoczniku prasy do tłoczenia na gorąco uzyskując obrzeże wnęki drzwi (A) o kształcie przestrzennym, - podczas formowania chłodzi się półprodukt (S) w sposób kontrolowany, powodując przejście stali z postaci austenitycznej do postaci martenzytycznej.

2. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że półprodukt (S) podgrzewa się do temperatury pomiędzy około 900°C a 980°C w czasie rzędu 7-10 minut.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że półprodukt (S) formuje się w temperaturze zasadniczo poniżej 760°C.

4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że półprodukt (S) chłodzi się z prędkością zasadniczo rzędu 27°C/sekundę.

5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że półprodukt (S) chłodzi się poprzez chłodzenie tłocznika.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ochłodzone obrzeże wnęki drzwi (A) okrawa się, korzystnie przez cięcie laserowe, uzyskując jego kształt końcowy.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że krawędzie elementów płaskich (S1, S2, ... Sn) spawa się laserowo.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed formowaniem półproduktu (S) dodaje się dodatkowe wzmocnienia, umieszczane na półprodukcie za pomocą zgrzewu punktowego.

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wykonuje się zestaw oddzielnych elementów płaskich (S1, S2, S3, S4) stanowiących słupek przedni (A1), podłużnicę górną (A2), słupek centralny (A3) i podłużnicę dolną (A4).

10. Obrzeże wnęki drzwi (A) pojazdu wykonane sposobem określonym zastrzeżeniami od 1 do 9, w którym zestaw oddzielnych elementów płaskich (S1, S2, ... Sn) składa się na półprodukt (S) obrzeża wnęki drzwi (A) zawierający słupek przedni (A1), podłużnicę górną (A2), słupek centralny (A3) i podłużnicę dolną (A4).

11. Obrzeże według zastrz. 10, znamienne tym, że elementy płaskie (S1, S2, ... Sn) mają różne właściwości mechaniczne i/lub chemiczne.

12. Obrzeże według zastrz. 10 albo 11, znamienne tym, że elementy płaskie (S1, S2, ... Sn) mają różne grubości.