CN107208172A - 金属工件的可控变形 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属工件(P)，具有按照纵向方向(A)的大致长形形状，用于制造机动车辆，所述金属工件包括：至少一个边缘(11、13、21、23)，其在工件的两个壁(10、20、22、50)的相交处按照纵向方向延伸；以及至少一个区域(100)，其具有的机械强度低于工件的主体的其余部分，其中，至少一个区域(100)通过对工件进行局部热控制形成。工件的特征在于，低机械强度区域沿着所述边缘(11、13、21、23)起伏，在形成边缘的每个壁(10、20、22、50)上至少显著交替地延伸。本发明进一步涉及用于制造金属工件的方法。

Description

金属工件的可控变形

本申请要求均提交于2014年9月22日的法国专利申请1458913和EP专利申请14382354.0的利益。

本发明涉及金属工件领域，该金属工件涉及制造金属框架、尤其框架或者汽车车身。

背景技术

本发明的目的是提供一种方法，用于精确地控制在碰撞期间该类型金属工件的强度特性以及变形模式。

已经提出了制造包括沿着其长度分布的接连区域的长形金属工件的各种方法，其中机械强度的相应可控属性低于所述金属工件的主体的强度。

根据现有技术，金属工件典型地由扁平金属板材制成，扁平金属板材随后典型地利用热成型，以根据所述用途获得合适的截面。特定非限制的，但是优选的，该类型截面的例子是大致帽状截面，其包括工件的底部，相应壁在两侧延伸并且布置成大致横向于底部，每个壁在其与工件的底部相反的端部通过凸缘延伸，该凸缘面向外侧，通常典型地平行于底部。这些工件的截面能够沿着其长度改变。这些工件大致包括紧固件以及安装接口，例如，但是不限于形成在凸缘中的紧固孔的形状。

已经具体地提出了用于以高于奥氏体化温度的温度加热熔炉中金属坯件的不同方法，用于通过具有可控冷却电路的冲压工具随后成型这样加热的坯件。冲压工具成型为限制与拉延的金属坯件的接触区域。结果，金属工件的与冷却的冲压工具接触的区域执行转换为马氏体相并且呈现高机械强度，例如拉伸强度至少等于1300MPa，典型地高于1400MPa，而金属工件的不直接接触冲压工具因而仍接触空气的区域缓慢冷却，执行在奥氏体和马氏体相之间的中间相位转换，最终具有较低机械强度，例如拉伸强度小于1000MPa。这种低机械强度区域对应于不同的成分，例如珍珠岩、铁氧体、贝氏体以及退火马氏体的混合物。

上述提到的方法的一个例子公开于文献EP2209696，其描述了一种通过工具进行的热拉延方法，该工具包括两个互补的拉延构件，拉延构件被至少局部冷却，在它们之间保持要成型的工件，直到达到期望硬化。

不同的方式能够实施以防止工件的太急速冷却，因而避免其局部硬化。冲压工具中防止工件急速冷却的这些装置中的一些能够包括凹槽或者插件，凹槽或者插件设置在所述拉延构件中或者呈拉延构件的特定部分的加热装置的形式。这种装置的例子公开于文献GB2313848和US3703093。

其他公知方法包括激光处理或者局部感应以控制工件的温度，以及根据源自温度改变的转换而分别获得高机械强度区域和低机械强度区域。

WO2009/064236描述了制造用于机动车车身的横梁，其具有：基本马氏体结构的主体，具有的强度(拉伸强度)高于1300MPa；以及靠近其下端的部分具有的强度(拉伸强度)低于800MPa，具有的宽度小于30mm并且不高于支柱的高度的三分之一，用作与具有基本马氏体形状的下紧固端部的过渡。

此外，例如，文献WO2010/126423公开了制造具有三个接连的相邻区域的工件，其具有逐渐降低的低于1000MPa的机械强度(拉伸强度)。

而且，文献WO2006/038868公开了制造具有多个低机械强度区域的工件，例如具有四个低机械强度区域，它们被中间更高强度部分成对地分隔。

其他布置描述于文献US2012/267919以及US2004/018049。

文献EP2565489、US6820924和JP07119892公开了尝试控制结构工件中的变形区域的额外方式。

WO2014087219描述了一种用于车辆主体前部的结构，其包括：前侧构件；板式构件，其包括相对于前侧构件的端部定位于车辆前侧的端部；保险杠加固件，其包括具有第一和第二联接部分的车宽方向外侧部分；联接构件，其将前侧构件的前端部以及板式构件的前端部联接；内部能量吸收部分，其在车辆的前侧布置在前侧构件的前端部处；内部能量吸收部分，其将联接构件以及第一联接部分联接；以及外能量吸收部分，其在车辆的前侧布置在板式构件的前端部处；所述外部能量吸收部分将联接构件以及第二联接部分联接。

US2004201256涉及一种设置有压碎触发器的车辆的压碎轨道或者其他结构构件。压碎触发器通过加热压碎轨道或者其他部分的局部区域而形成，允许它们缓慢冷却以提供局部区域的增加的延展性以及降低的强度。

WO2011108080描述了一种用于在碰撞期间吸收来自车辆前侧的震动的减震构件。减震构件定位于发动机以及车辆前结构之间，车辆前结构定位在发动机前侧，诸如定位在散热器前侧。因此，用于负荷的新路径形成在散热器和发动机之间。因而，能够降低施加至车辆工作框架的其他段(诸如前侧构件或者中心构件)的负荷，并且能够改善在碰撞期间的减震效率。

US5431445涉及一种包括纵向延伸侧轨道的车辆框架。每个侧轨道具有中空横梁结构，并且包括沿着拐角的一系列组的拐角片。每个拐角片沿着一侧延伸一段距离以及沿着相邻侧延伸较短距离。

发明内容

公知现有技术允许粗略控制金属工件的机械属性。但是，通常不允许多种选项或者高准确度地限定用于这种机械工件的整体以及分别每个区域的最终强度。

在该背景中，本发明的目的是提供一种新方式，用于更精确地控制在碰撞期间金属工件的机械强度的改变以及源自该类型金属工件的变形的模式。

更具体来说，本发明的目的是提供一种用于制造机动车辆的金属工件，其具有根据纵向方向的大致长形形状，其包括：

-至少一个边缘，其在工件的两个壁的相交处在纵向方向上延伸，以及

-至少一个区域，其具有的机械强度低于工件的主体的其余部分，

其特征在于，至少较低机械强度的区域沿着边缘的长度起伏，在形成边缘的每个壁中至少显著地交替延伸。

能够用本领域的技术人员公知的各种参数来测量工件的“机械强度”。优选地，在本发明的背景中，“机械强度低于工件的其余部分的区域”理解为这样的区域，在该区域中以下三个参数中(屈服极限、拉伸强度和硬度)的至少一者低于工件的主体的其余部分的相同参数。

屈服极限是材料在开始塑料变形之前能够承受的应力。

拉伸强度(最终拉伸强度)对应于材料在断裂之前能够承受的最大应力。

硬度对应于材料表面贯穿坚硬主体(例如，冲头、圆木或者硬度计末端)的强度。

能够通过对工件进行局部热控制来形成的至少一个区域能够提供更精确控制金属工件的区域的机械强度，此外能够更精确控制工件的变形行为。此外，在该情况下能够避免金属工件中的局部破裂。

根据本发明的进一步有利特征，至少具有的机械强度低于工件的主体的其余部分的所述区域具有的屈服极限比主体的其余部分低10％。

根据本发明的进一步有利特征，至少具有的机械强度低于工件的主体的其余部分的所述区域具有的拉伸强度比主体的其余部分低10％。

根据本发明的进一步有利特征，具有的机械强度低于工件的主体的其余部分的至少所述区域的硬度比主体的其余部分低10％。

上述提到的纵向方向对应于主伸长轴线或者“主连接轴线”。

根据本发明的有利特征，较低机械强度区域沿着边缘起伏并且在形成所述边缘的每个壁上显著地交替延伸，形成沿着边缘起伏的大致周期性图案。

根据上述应用，先前提到的低机械强度图案的周期可以恒定或者不恒定。

根据本发明的进一步有利特征，沿着边缘起伏的较低机械强度区域在形成边缘的每个壁上显著地交替地延伸，其由连续低机械强度带或者由一系列接连的低机械强度区域形成。更具体来说，根据期望的应用，本发明的金属工件能够包括沿着边缘的长度分布的一连串低阻力金属带，两个接连的低机械强度带被更高机械强度中间区域分隔。

根据本发明的一个实施例，工件包括在纵向方向上延伸的至少两个边缘，每个边缘位于两个相应壁的相交处，其中，共同壁位于两个边缘之间，并且分别沿着两个边缘中的每个边缘起伏的较低机械强度区域在形成所述成型边缘的每个壁上显著地交替地延伸。

根据本发明的一个实施例，在两个边缘中的每个边缘上起伏的较低机械强度区域的图案处于同相。在进一步变型中，在两个边缘中的每个边缘上起伏的图案处于反相。

根据本发明的一个有利特征，被较低机械强度区域覆盖的部分具有周期性轮廓，在该周期性轮廓中，至少一个边缘的起伏形状选自由正弦曲线、正方形、三角形或者锯齿形构成的组。

根据本发明的一个实施例，工件包括至少一个额外的较低机械强度区域，其形成在两个边缘之间的共同壁中，位于在所述共同壁中面向彼此延伸的低机械强度区域的两个图案中的每个的内部的部分之间。

根据本发明的一个实施例，工件包括至少一个额外较低机械强度区域，其形成在两个边缘之间的共同壁中并且横向地延伸，以便将在所述共同壁中面向彼此延伸的低机械强度区域的两个图案中的每个图案的内部的部分连接。

根据本发明的一个实施例，低机械强度区域的每个图案具有半周期，范围为0.2×b至1×b，典型地等于0.8×b，其中，b对应于相反两个壁之间的最大距离。根据一个变型，每个图案具有不同于0.8×b的半周期，其中，b对应于相反两个壁之间的最大距离。

根据本发明的进一步有利特征，沿着一个边缘起伏的所述较低机械强度区域在形成所述边缘的每个壁上显著地交替地延伸，在位于共同边缘的两侧的两个壁上局部地延伸，根据横向于主伸长轴线的截面具有线性分布，在与所述边缘相邻的第一壁中达至少60％、优选至少70％，在与所述边缘相邻的第二壁中达最多40％、优选最多30％，反之亦然。

在工件的两个相邻侧之间的连接是渐进的情形下，也即至少稍微导圆，术语“边缘”限定壁边界以确定至少60％以及至多40％的前述分布，此处边缘应理解为假想线，其对应于与两个相邻侧的外表面对应的两个平面的相交处。

根据本发明的进一步有利特征，低机械强度区域在横向于主伸长轴线的截面中覆盖的线性分布达壁宽度的至少10％、优选至少25％，以及至多为该宽度的80％，优选至多为该宽度的60％。

再次假设，工件的两个相邻侧之间的连接是渐进的，也即至少稍微导圆，术语“边缘”限定壁边界以确定至少10％以及至多80％的前述分布，此处边缘应理解为假想线，其对应于与两个相邻侧的外表面对应的两个平面的相交处。

本发明还涉及一种制造沿着纵向方向呈大致长形的金属工件的方法，金属工件用于制造机动车辆，该方法包括处理工件的主体的至少一个部分以形成工件的主体的至少两个区域的步骤，两个区域包括低机械强度区域和较高机械强度区域，其特征在于，通过限定较低机械强度区域执行上述提到的步骤，所述较低机械强度区域沿着在纵向方向上延伸至所述工件的两个壁的相交处的一个边缘起伏，显著地交替覆盖位于所述边缘的两侧处的每个所述壁。

附图说明

本发明的进一步特征、目的以及优势将通过以下仅示意性的非限制说明变得显而易见，并且应该参考附图来阅读，其中：

-图1a至图1i示出了能够使用在本发明内容中的工件的9个非限制几何例子的剖切立体图，

-图2a、图2b和图2c示出了工件的截面的三个可替换例子，图1C示出了工件的几何形状，

-图3、图4和图5示出了根据本发明的三个实施例的金属工件的立体图，

-图6a、图6b、图6c和图6d示出了根据本发明的四个周期性轮廓变型，其界定了沿着一个边缘延伸的较低机械强度区域的一个边缘，

-图7示出了曲线，其图示出在本领域公知的常规件中在变形期间相当大的能量吸收，常规件包括在其整个截面中的低机械强度区域，图示9a出的在变形之前，图9b示出了在变形之后，以及图示出在根据本发明的工件变形期间所吸收的能量，本发明的工件包括沿着一个边缘在周期性轮廓中分布的低机械强度区域，图10a示出了在变形之前，图10b示出了在变形之后，

-图8示出了比较曲线，其图示出根据相同工件的变形幅度而生成的力，本领域公知的常规件包括在其整个截面中的低机械强度区域，图9a示出了在变形之前，图9b示出了在变形之后，根据本发明的工件包括沿着一个边缘在周期性轮廓中分布的低机械强度区域，图10a示出了在变形之前，图10b示出了在变形之后，

-图11、图12和图13示出了根据本发明的工件的三个实施例的立体图，

-图14、图15、图16和图17示出了根据本发明的低机械强度带轮廓的四个变型，

-图18示意性示出了工件截面，图示了对应于相反两个壁之间的最大距离的幅度b，

-图19图示了本发明的工件的特定例子，而图20示出了在纵向张力下从相同工件获得的变形，

-图21和图22相对代表根据本发明的低强度带，其对应于相应的多个基本波长，

-图23图示了根据本发明分别分布在工件的两个相邻侧(也即，这两个侧之间)的低机械强度带，

-图24图示了相同布局的放大视图，

-图25图示了根据本发明的工件的一侧被低机械强度区域的覆盖程度，

-图26示出了根据本发明的可替换实施例，其中，沿着一个边缘起伏且在形成所述边缘的每个壁上显著地交替延伸的较低机械强度区域由一系列低机械强度的接连间隔形成，

-图27示意性示出了根据本发明的工件的变型，其具有沿着工件的长度变化的截面，从一端向另一端逐渐增加，也包括其他在内，

-图28示意性示出了根据本发明的工件的进一步变型，其关于非直线的主连接轴线居中，以及

图29a和图29b示出了激光器***的每个的例子。

具体实施方式

总之，本发明的工件由扁平金属坯件制成。

拉延所述工件以便垂直于主纵向轴线A-A(对应于主伸长轴线或者“主连接轴线”)获得直的截面，这取决于所选择的应用。该截面能够实施为多种构造。

正如上文指出的，工件大致包括紧固件以及安装接口，例如，除了其他之外，包括形成在凸缘中的紧固孔的形状。

另一方面，本发明的工件具有至少一个低机械强度区域，其中，相比于工件的其余部分其拉伸强度小于1000MPa，工件的其余部分具有的机械强度(拉伸强度)为至少1300MPa，优选高于1400MPa，低机械强度区域被沿着纵向边缘起伏的图案界定，在形成所述边缘的两个壁的每个上显著地交替延伸。

根据本发明的进一步有利特征，工件具有至少一个低机械强度区域，相比于工件的其余部分其屈服极限小于950MPa，工件的其余部分具有的屈服极限为至少1000MPa，优选高于1150MPa，低机械强度区域被沿着纵向边缘起伏的图案界定，在形成所述边缘的两个壁的每个上显著地交替延伸。

图示在此处随附的附图中的根据本发明的工件沿着其长度具有优选恒定截面，例如，其对应于此处随附的图1至图2的工件的示意图。但是，如图27所示，根据可替换实施例，工件的截面能够沿着工件的长度改变。

另一方面，本发明的工件能够关于主纵向轴线AA或者主连接轴线居中，该轴线可以是直线的，或者如图28所示的不是直线。

此处随附的图1a示出了根据本发明的大致帽状工件的一个例子，其包括U形主体12以及两个壁20、22，U形主体12具有形成工件的底部的型芯10，两个壁20、22大致正交于型芯10并且形成壁。侧凸缘30、32大致正交于壁20、22，因此大致平行于工件的底部10向外延伸。底部10通过它们的相应边缘11、13连接至壁20、22。壁20、22通过它们的相应边缘21、23连接至凸缘30、32。在本发明的内容中，至少一个低机械强度区域形成在图1示出的工件中，沿着至少一个边缘11、13、21或者23起伏，在形成所述边缘的壁的每个壁上显著地交替延伸。

图示于图1b的变型与图1a的不同之处仅在于提供了覆盖板40，其被凸缘30和32支撑并且附接至凸缘30和32，从而覆盖U形主体12的开口。

图1c示出了根据本发明的一个变型，其中，工件是管状工件，由于该例子是非限制性的，其包括直的截面，该截面由四个大致平面的壁10、20、22和50限定，它们分别成对平行及正交，并且通过边缘11、13、21或者23成对连接起来。再次，在本发明的内容中，至少一个低机械强度区域形成在图示于图1c的工件中，其沿着至少一个边缘11、13、21或者23起伏，在形成所述边缘的每个壁上显著地交替延伸。对应于图1c，图2a示出了正方形截面，其具有四个壁10、20、22和50，因而具有四个边缘11、13、21或者23。图2b示出了该类型管状工件的变型，其具有包括六个壁10、20、22、50、52和54的六边形段并且被六个边缘11、13、21、23、25、27成对连接，图2c示出了八边形管状工件的另一变型，其包括八个壁10、20、22、50、54、56和58，它们被八个边缘11、13、21、23、24、25、26和27成对连接。

图1d示出了一个可替换实施例，根据该可替换实施例，通过组装图1a示出的类型的两个坯件形成本发明的工件，两个坯件面向彼此安装并且通过它们的凸缘以成对相互接触的方式附接。如图1d所示，两个坯件的元件具有与图1a的附图标记相同的附图标记，但是它们分别关联于标记a或b。

图1e图示了一个可替换实施例，根据该可替换实施例，通过组装两个坯件L形成根据本发明的工件，两个坯件L分别包括两个相互正交壁10a和20a、10b和20b，壁20a、20b中的一个通过凸缘30a、30b向外延伸而平行于另一壁10a、10b，并且被工件的另一所述壁10b、10a支撑以及附接至工件的所述另一壁10b、10a。壁10a和20a、10b和20b分别被一个边缘11a、11b连接起来，凸缘30a、30b通过边缘21a、21b连接至壁20a、20b。再次，在本发明的内容中，至少一个低机械强度区域形成在图示于图1e的工件中，其沿着至少一个边缘11a、11b、21a和21b起伏，在形成所述成型边缘的每个壁上显著地交替延伸。

图示于图1f的变型与图1e的不同之处在于，壁10a、10b的主体以及其端部之间存在位移件或者移动件31a、31b，位移件或者移动件31a、31b搁置在一侧的凸缘30b、30a上，其中，该端部因而构成第二凸缘32a、32b。类似地，一个边缘13a、13b形成在壁主体10a、10b和位移件或者移动件31a、31b之间，另一边缘23a、23b形成在位移件或者移动件31a、31b与关联的凸缘32a、32b之间。再次，在本发明的内容中，至少一个低机械强度区域形成在图1f示出的工件中，其沿着至少一个边缘11a、11b、21a、21b或者13a、13b、23a、23b起伏，在形成所述边缘的每个壁上显著地交替延伸。

根据图1g示出的一个实施例，工件包括U形主体12，U形主体12包括：型芯10，其形成工件的底部；以及两个壁20、22，其大致正交于型芯10并且形成壁。工件的底部10通过它们的相应边缘11、13连接至壁20、22。在本发明的内容中，至少一个低机械强度区域形成在图1g示出的工件中，其沿着至少一个边缘11或者13起伏，在形成所述边缘的每个壁上显著地交替延伸。

图示于图1h的变型与图1g的不同之处在于，存在覆盖U形主体12的开口的覆盖板60。根据图1h，覆盖板60具有U形几何形状，其具有面向工件外侧的凹部。其被其侧壁固定在壁20、22的内侧上，靠近它们自由端部。覆盖板60和壁20、22之间的连接区域61、62类似于边缘。至少一个低机械强度区域也形成在图1h示出的工件中，其沿着至少一个边缘11或者13或者61、62起伏，在形成所述边缘的每个壁上显著地交替延伸。

图示于图1i的实施例与图示于图1f的实施例的不同之处在于，位移件或者移动件31a、31b被简单的边缘13a、13b替换，从而界定了凸缘30a、32b和30b、32a，凸缘30a、32b和30b、32a不像在图1e和图1f中那样平行于工件10a和10b的底部延伸，而是根据穿过工件的对角线的平面来延伸，该对角线穿过边缘13a、13b。

图3和图4图示了根据本发明的金属工件P的两个例子，其大致根据纵向轴线或者“主连接轴线”延伸，并包括管状截面，管状截面由四个大致平面的壁10、20、22和50限定，它们分别平行以及成对正交。每对相邻壁10、20、22和50在它们的相交处限定一个边缘11、13、21、23，大致平行于纵向轴线A延伸，正如以上结合图1c所提到的。

图示于图3和图4的每个金属工件P包括至少一个区域100，其机械强度低于主体的其余部分。更具体来说，根据图示于图3和图4的实施例，四个较低机械强度区域100形成为分别沿着每个边缘11、13、21或者23起伏，在形成边缘11、13、21或者23的每个壁10、20、22和50上显著地交替延伸。

低机械阻力区域100例如通过在拉延工件P期间的局部热控制或者通过其他等同技术形成，例如通过施加激光束或者电磁感应进行的工件的局部热控制而形成。

能够选择低机械阻力区域100以改变微结构，例如增加延展性。虽然选择低机械阻力区域100的一些其他方法是可行的，但是选择低机械阻力区域100能够基于碰撞测试或者模拟测试。低机械阻力区域100能够由模拟限定以确定最有利碰撞行为或者在简单部分例如轨道中更好的能量吸收。能够使用激光器***将激光束(未示出)施加至所选择的低机械阻力区域100。在一些例子中，激光点尺寸在应用激光束期间能够被调节并且其能够适于低机械阻力区域100的高度和/或宽度，因而在每次应用激光之后能够避免激光***的镜片的耗时变换。

这样，仅利用激光***的一个镜片能够获得低机械阻力区域100的形状，同时能够调节激光点尺寸。结果，能够减低对工具的投资以及维修成本。制造时间也能够降低。此外，激光点的变化能够在低机械阻力区域100的开始点和最终点处减小过渡区域。

能够基于一些参数来调整激光束，例如使用温度计在低机械阻力区域100中测量的温度，例如高温计或者照相机，以测量高温度，因而维持激光束点的温度。低机械阻力区域能够制成具有不同形状并且具有不同的应用，例如凸缘、小点或大点、复杂几何学形状。

在本发明的内容中，处理能够是这样的处理，其局部降低工件的区域的机械强度以形成低机械强度区域100；其除了期望的低机械强度区域100之外局部增加工件的主体的机械强度；或者这两个类型处理的组合。

因而金属工件P包括至少一个低机械强度区域100和对应于主体的其余部分的至少一个高机械强度区域150。

低机械强度区域100具有的低机械强度(拉伸强度)小于1100MPa，典型地范围为500至1000MPa，而高机械强度区域150具有的机械强度(拉伸强度)高于1100MPa，优选至少等于1300MPa，典型地高于1400MPa。

例如通过局部控制工件P的拉延温度而形成低机械强度区域100。将工件P加热至适合于获得奥氏体相位的温度范围，然后其在适于限定拉延工件的不同区域的不同温度的冲压工具中被拉延，例如通过形成在冲压工具中的局部凹槽或者通过冲压工具的局部过热。

根据图示于图3和图4的实施例，低机械强度区域100沿着一个边缘11、13、21或者23延伸，可替换地在形成所述边缘的每个壁10、20、22和50上延伸，以便沿着所述边缘形成大致周期性图案。

更具体来说，根据图示于图3和图4的实施例，区域100是周期性正弦曲线布置。因而，它们一方面被对应于相应的边缘11、13、21或者23的直线边缘界定，另一方面被在边缘11、13、21或者23的两侧起伏的正弦曲线界定。

但是，本发明并不限于该布置。其能够扩展至其他类型的周期性轮廓。例如，本发明的周期性轮廓的四个变型分别图示于图6a、图6b、图6c和图6d，分别具有正弦曲线、正方形、三角形或者锯齿形形状。

在图示于图3和图4的例子中，低机械强度区域100的图案布置成沿着边缘11、13、21或者23连续延伸。根据图13的图示实施例，图案沿着边缘11、13、21或者23非连续延伸。因而，根据图示于图13的特定实施例，低机械强度区域100的每个带覆盖正弦曲线轮廓的一个半波长，接连的区域100的两个带被半个波长分隔。

在图3和图4示出的例子中，形成在边缘11、13、21或者23下方的低机械强度区域100的所有图案具有相同周期T。

根据变型(未示出)，边缘11、13、21或者23下方的低机械强度区域100的图案能够具有不同的周期T。

图案的半周期T/2，λ/2，优选范围为0.2×b至1×b，典型地等于0.8×b，其中，正如图示于图18的，b对应于对置工件P的壁10和50之间的最大距离。图18对应于具有矩形截面的管状构件。对于具有的侧面数量大于4的管状工件，距离b对应于壁和至少大致相反壁之间的最大距离。对0.8×d的该优化允许相对于其要优化的初始构造沿着工件P规则定位变形区域。事实上，在该情况下，变形区域的定位沿着工件根据变形自然步骤分布。

但是，根据一个变型，如果根据上述提到的特定应用，期望根据不同于变形自然步骤的步骤迫使工件的变形，图案的半周期T/2能够不同于0.8×b。

根据实施例图示于图12，用于低机械强度区域100的图案具有可变波长。

在图示于图3和图4的例子中，在一个壁10、20、22或者50上延伸的图案处于反相。应理解的是，设置在例如边缘21处的布置在壁50中的区域100(具有与该边缘21不同的极性)的内部分别面向设置在边缘23中的同样放置于相同壁50上的轮廓的内部。

此处“内部”意思是较低机械强度轮廓的这样的部分：最远离关联的边缘和/或处于所述低机械强度轮廓最宽的水平。

图3示出的工件P进一步包括额外较低机械强度区域110，其在每个壁10、20、22和50上延伸，位于在相同壁10、20、22和50上面向彼此延伸的不同图案的内部的部分之间。额外较低机械强度区域110例如是大致盘状。

根据变型(未示出)，额外较低机械强度区域110相对于在相同壁10、20、22和50上面向彼此延伸的内部的部分纵向移动。

在图3示出的例子中，相同壁10、20、22和50的补充低机械强度区域110大致平行于纵向轴线A对准，并且从在相同壁上面向彼此延伸的内部的部分延伸大致一半。

在图示于图4例子中，在相同壁10、20、22和50中延伸的图案处于反相。工件P包括其他额外较低机械强度区域110，其在每个壁10、20、22和50上横向延伸，使得在相同壁10、20、22和50上面向彼此延伸、但是位于相反边缘11、13、21或者23中的不同图案的内部的部分彼此连接。

图示于图5的实施例是基于图1b示出的工件(帽状工件以及覆盖板组件)。在图5示出的该例子中，低机械强度区域100的图案在相同壁10、20、22和50上延伸，但是它们在其相反边缘11、13、21或者23处于同相。此处应理解的是，设置在例如边缘21处的布置在壁50中的轮廓的内部(具有与该边缘21不同的极性)与设置在相反边缘23的以相同方式放置在相同壁50上的轮廓的内部具有相反的相位。根据图示于图5的实施例，在沿着边缘起伏的低机械强度区域100中未提供任何额外区域150。低机械强度区域100在每个边缘11、13、21和23上延伸。

本发明涉及由钢制成的工件。

能够应用于机动车辆中包含的任何类型工件，例如，除了其他之外，包括B柱或者侧横梁，或者阻尼或者能量吸收设备。

变形过渡区域由低机械强度区域100在轴向力压缩期间形成，从而允许定向长形工件P的横向变形的方向，因而防止工件的随机变形。

例如，本发明允许车厢的侧横梁变形以面向外而不是面向内，从而最小化对车厢乘员的冲击危险。

本发明允许主要吸收在交通事故的情形下要优化的能量。

比较检查图7示出的曲线表明，根据本发明在工件的变形期间吸收的能量(曲线“A”)大于在本领域公知的常用工件的变形期间吸收的能量(曲线“B”)。正如上文指出的，曲线B代表在本领域公知的常规件的变形期间吸收的能量，包括其整个截面中的低机械强度区域，图9a示出了在变形之前，图9b示出了在变形之后，而曲线A代表在根据本发明的工件的变形期间吸收的能量，包括沿着一个边缘起伏的低机械强度区域，图10a示出了在变形之前，图10b示出了在变形之后。

更具体来说，根据图示于图7的例子，曲线A表明本发明的工件吸收的能量较大，根据现有技术的工件吸收的能量为其65％。

本发明还允许在交通事故的情形下降低车辆乘员经历的加速峰值。

正如从上文注意到的，图8图示了曲线，其相对比地示出了根据相同工件的变形幅度生成的应力，分别示出应力的曲线B，其源自本领域公知的常用工件，包括在其整个截面中的低机械强度区域，图9a示出了在变形之前，图9b示出了在变形之后，曲线A示出了源自根据本发明的工件的应力，包括沿着一个边缘起伏的低机械强度区域，图10a示出了在变形之前，图10b示出了在变形之后。

本发明当然不限于上文描述的实施例，而是其扩展至其精神内的任何变型。

例如，能够提供的是，增加位于工件P的一些壁上的组装加固件和/或加固肋。

术语“金属工件”在本发明的内容中应理解为广义上包括不具有组件的单块结构，以及包括通过组装多个初始个性化的实体但是通过组件连接所形成的结构。

图11示出了本发明的替换实施例，其特征在于，提供了起伏或者周期性轮廓区域，其具有沿着单个边缘23起伏的较低机械强度。

图14图示出低机械强度区域100的一个实施例，其在图示于图1a的帽状工件的单个边缘11中起伏。除了被平行于边缘11的准线所局部拉平，区域100的两个边界边缘具有大致正弦曲线轮廓。

图15图示出包括低机械强度区域100的进一步实施例，其在图示于图1a的一个工件的四个边缘11、13、21和23中的每个中起伏。

图16代表图14的变型，适于图示于图1b的工件，根据其，低机械强度区域100是不连续的。根据图16示出的示意图，根据本发明的金属工件包括沿着边缘11的长度分布且在两侧起伏的一连串低机械强度带100，两个接连的低机械强度带100被中间更高机械强度区域102分隔。更具体来说，根据图16示出的示意图，中间区域102位于低机械强度区域100的两个内部部分之间，分别在边缘11的两侧位于两个壁20和50之间。

图17示出了图16的变型，适用于图示于图1a的帽状工件，其中，位于两个接连的低机械强度带100之间的中间高机械强度区域102位于低机械强度轮廓的内部的水平。

图19代表管状工件P，其包括根据正弦曲线轮廓沿着每个边缘11、13、21和23起伏的低机械强度区域100，其周期等于0.8×b，而图20代表因纵向张力从相同工件获得的变形。本领域的技术人员将理解的是，当存在沿着边缘起伏的区域100时，图19和图20的比较检查，允许折叠部交替地布置在工件的每个侧面上。事实上，如图20所示，依靠该布置，折叠部向工件外突出，它们交替地位于成对的交替相反壁中。更具体来说，在图20中，外折叠部190和192放置在壁10中，而外折叠部191和193交替地定位在相邻壁22中。

对包括沿着边缘起伏的低机械强度区域100的该类型工件进行的测试已经表明，相比于包括在它们整个截面中沿着它们长度分布的低机械强度圈的现有技术的工件来说，本发明允许在与现有技术相同水平的碰撞情形下限制应力峰值，吸收的能量将增加65％，而不存在变形期间工件破裂的风险。

图21和图22示出了根据本发明的相对低机械强度带，其周期对应于基本波长λo的相应多倍。更具体来说，图22示出的低机械强度区域100的长度两倍于图21示出的低机械强度区域100的周期。典型地，但是不限于图21示出的区域100的周期，其能够等于工件的自然变形的周期λo，区域100的半周期等于工件的变形的自然半周期λo/2，而图22示出的区域100的周期两倍于图21示出的区域100的周期。

如图23和图24所示，根据本发明的另一有利特征，沿着一个边缘起伏的较低机械阻力区域100在形成所述边缘的每个壁上显著地交替延伸，在图案的内部的水平上在共同边缘的两侧的两个壁上交替地局部延伸，根据横向于主伸长轴线A的截面进行线性分布，在低强度图案的半周期的水平，在邻近边缘的第一壁中达至少60％、优选至少70％，在邻近该边缘的第二壁中达最大40％，优选至少30％，然后相反地用于下半个周期。

根据本发明的另一有利特征，如图25所示，低机械强度区域100根据横向于主伸长轴线的截面覆盖线性分布，达壁的宽度的至少10％，优选至少25％，以及至多是该宽度的80％，优选至多是该宽度的60％。该布置允许优化变形而不削弱该部分。

图26图示了根据本发明的可替换实施例，低机械强度区域100形成在每个系列的接连的低机械强度间隔100a、100b、100C等中。其总体外形对应于沿着一个边缘23起伏的轮廓。

通过阅读前述说明书以及检查附图本领域的技术人员将理解的是，沿着一个边缘起伏的低机械强度区域100的外形也即这些区域的纵向侧边缘，能够以本发明内容中的不同方式实施。因而，根据图3至图5以及图11至图13，区域100的一个边缘是正弦曲线，而区域100的第二边缘是直线并且对应于工件的一个边缘。根据图14至图17、图19、图23、图25和图26，区域100的两个边缘是大致正弦曲线并且沿着图案的长度等距，必要时被平行于边缘的准线所拉平，如图19中指示的。

依靠非限制例子，本发明尤其覆盖对应于以下值的低机械强度区域100：

例子1：

屈服极限400MPa+/-50MPa

拉伸强度600MPa+/-50MPa

例子2：

屈服极限从490MPa至600MPa

拉伸强度从700MPa至800MPa

例子3：

屈服极限从650MPa至750MPa

拉伸强度从850MPa至950MPa

对于主体的其余部分满足以下限定：

屈服极限1150MPa+/-150MPa

拉伸强度1550MPa+/-150MPa。

图29a示意地示出了激光器***的例子，激光器***能够具有纤维连接器1003。纤维连接器1003能够在一个远侧端部连接至光学纤维1001。

纤维连接器1003能够快速及可靠的连接至光学纤维1001以及从光学纤维1001断开。光学纤维1001能够充当用于粒子以及波的光束的引导。

能够提供校准单元1005。校准单元1005能够引起激光束的运动方向变得更对准具体方向。

激光器***能够具有单色高温计1008，虽然一些其他可替换物是可行的，例如双色高温计1007。单色高温计1008能够通过测量以一个波长从表面发射的辐射来确定温度。以该方式，考虑该温度能够调整激光束的功率。

还示意地示出了缩放均质器1010。正如稍后描述的，缩放均质器能够调整激光器点的形状。

在可替换例子中，缩放均质器1010能够构造为在第二端部连接至联接单元1020。联接单元1020能够附接至聚焦元件1011。联接元件1020能够构造为设置有适配器1009。适配器1009能够附接至照相机1015，例如EMAQS照相机。EMAQS照相机是一种基于温度数据获取***的照相机，虽然一些其他可替换无是可行的，例如CCD照相机1014。

在一些其他可替换例子中，缩放均质器1010能够构造为连接至单色高温计1060，虽然一些其他可替换物是可行的，例如双色高温计1061。单色高温计1060能够通过测量以一个波长从表面发射的辐射来确定温度。以该方式，考虑到该温度能够调整激光束的功率。

激光器***能够安装在机器人(未示出)上。机器人能够安装在地板上，但一些其他构造是可行的，例如顶部安装。机器人能够被控制装置(未示出)控制。能够采用的机器人的例子是机器人IRB6660或者IRB760，除了其他之外，可从ABB获得。

激光器***的激光器功率能够限制为20000W。

图29b示意地示出了缩放均质器1010。缩放均质器1010能够将光束转换为例如矩形、圆形的形状。缩放均质器1010能够是图29a示出的激光器***的部分。缩放均质器1010能够包括壳体1038，其至少局部封闭激光器***。

壳体1038能够包括透镜阵列1030A、1030B和1030C。透镜阵列1030A、1030B和1030C能够将激光束的点调节为在应用激光器期间扫描的元件的不同部分的宽度或者长度。透镜阵列能够利用高达180mm的边缘长度或者宽度执行各种聚焦线或者区域。激光器聚焦中的顶帽能量分布能够在整个设定范围内均质，因而能够确保在整个设定范围中均匀的能量输入。透镜阵列1030A、1030B和1030C能够设计成用于高达20000W的激光器功率输出。

齿轮电动机1034能够调节作用在透镜阵列1030A、1030B和1030C上的激光束点的尺寸。激光束点能够在两个轴线上被电动机调节。使用透镜阵列1030A、1030B和1030C能够实施多个聚焦尺寸以及比率。使用齿轮电动机1034使透镜阵列1030A、1030B和1030C机动化移动能够动态地调节激光束宽度或者高度。齿轮电动机1034的致动能够集成至任何机器控制***。

齿轮电动机1034能够附接至螺纹丝杠1033。螺纹丝杠1033能够传递齿轮电动机1034生成的运动。螺纹丝杠1033能够在一个远侧端部附接丝杠螺母1032。运动控制单元1036能够设置成控制缩放均质器1010的一些元件(例如齿轮电动机1034)的运动。能够使用一些类型的设备(诸如伺服电动机)控制齿轮电动机1034的位置或者速率，虽然一些其他选项是可行的，例如液压泵、线性致动器或者电动机。

虽然此处已经公开了仅多个例子，但是，其他可替换结构、修改、使用和/或其等同结构是可行的。此外，还覆盖了描述的例子的所有可能组合。因而，本发明的范围不应被特定例子限制，而应该仅通过清楚地阅读跟随其的权利要求而确定。

Claims (34)

1.一种金属工件(P)，具有沿着纵向方向(A)的大致长形形状并用于制造机动车辆，所述金属工件包括：

-至少一个边缘(11、13、21、23)，所述至少一个边缘在所述金属工件的两个壁(10、20、22、50)的相交处沿着纵向方向延伸，以及

-至少一个区域(100)，所述至少一个区域具有的机械强度低于所述金属工件的主体的其余部分，其中，所述至少一个区域(100)通过所述金属工件的局部热控制而形成，

所述金属工件的特征在于，至少一个低机械强度区域沿着所述边缘(11、13、21、23)起伏，在形成所述边缘的每个所述壁(10、20、22、50)上至少显著交替地延伸。

2.根据权利要求1所述的金属工件，其中，通过施加激光束或者通过感应执行所述金属工件的局部热控制，其中可选地，在施加所述激光束期间调节激光束点的尺寸。

3.根据权利要求1或2所述的金属工件，其中，所述金属工件的机械强度在一个区域中比在所述金属工件的主体的其余部分低，所述机械强度对应于以下三个参数中的至少一个：屈服极限、拉伸强度以及硬度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的金属工件，其中，至少具有比所述金属工件的主体的其余部分低的机械强度的所述区域具有的屈服极限比所述主体的所述其余部分低10％以上。

5.根据权利要求1至4所述的金属工件，其中，至少具有比所述金属工件的主体的其余部分低的机械强度的所述区域具有的拉伸强度比所述主体的所述其余部分低10％以上。

6.根据权利要求1至5所述的金属工件，其中，沿着所述边缘(11、13、21、23)起伏的所述较低机械强度区域(100)在形成所述边缘的每个所述壁上至少显著交替地延伸，从而形成沿着所述边缘起伏的大致周期性图案。

7.根据权利要求1至6所述的金属工件，其中，低机械强度图案(100)的周期是恒定的。

8.根据权利要求1至6所述的金属工件，其中，低机械强度图案(100)的周期沿着所述金属工件的长度是不恒定的。

9.根据权利要求1至8所述的金属工件，其中，沿着所述边缘起伏且在形成所述边缘的每个所述壁上显著交替地延伸的所述低机械强度区域(100)由沿着所述边缘具有低机械强度的连续带形成。

10.根据权利要求1至8所述的金属工件，其中，沿着所述边缘起伏且在形成所述边缘的每个所述壁上显著交替地延伸的所述低机械强度区域(100)由具有低机械强度的一系列接连的间隔形成。

11.根据权利要求1至8以及10所述的金属工件，其中，沿着所述边缘起伏且在形成所述边缘的每个所述壁上显著交替地延伸的所述低机械强度区域(100)由沿着所述边缘分布的一连串低机械强度带形成，两个接连的低机械强度带被较高机械强度中间区域所分隔。

12.根据权利要求1至11所述的金属工件，其中，所述金属工件包括：

-至少两个边缘(11、13、21、23)，所述至少两个边缘沿着所述纵向方向(A)延伸，每个边缘位于两个相应的壁(10、20、22、50)的相交处，在两个所述边缘之间设置有共同壁，以及

-低机械强度区域(100)，所述低机械强度区域沿着两个所述边缘中的每个边缘起伏，在形成所述边缘的每个所述壁上显著交替地延伸。

13.根据权利要求1至12所述的金属工件，其中，在两个相邻边缘(11、13、21、23)中起伏的所述低机械强度区域(100)的图案同相。

14.根据权利要求1至12所述的金属工件，其中，在两个相邻边缘(11、13、21、23)中起伏的所述低机械强度区域(100)的图案反相。

15.根据权利要求1至14所述的金属工件，其中，被所述低机械强度区域(100)覆盖的部分具有周期性轮廓，所述周期性轮廓的至少一个边缘选自由起伏的正弦曲线、正方形、三角形或者锯齿形形状构成的组。

16.根据权利要求1至15所述的金属工件，其中，所述金属工件包括至少一个补充性低机械强度区域(110)，所述补充性低机械强度区域形成在两个边缘(11、13、21、23)之间的共同壁(10、20、22、50)中，并且位于在所述两个边缘的相应两侧起伏且在所述共同壁上相对于彼此延伸的低机械强度区域的两个图案的内部的部分之间。

17.根据权利要求1至15所述的金属工件，其中，所述金属工件包括至少一个补充性低机械强度区域(100)，所述补充性低机械强度区域形成在两个边缘(11、13、21、23)之间的共同壁(10、20、22、50)中并且横向延伸，以便将在所述两个边缘的相应两侧起伏且在所述共同壁上相对于彼此延伸的低机械强度区域的两个图案中的每个图案的内部的部分相连接。

18.根据权利要求1至17所述的金属工件，其中，所述低机械强度区域的每个图案具有半周期(T)，所述半周期的范围为0.2×b至1×b，典型地等于0.8×b，其中，b对应于相反两个壁(10、20、22、50)之间的最大距离。

19.根据权利要求1至18所述的金属工件，其中，沿着所述边缘(11、13、21、23)起伏的所述较低机械强度区域在形成所述边缘的每个壁(10、20、22、50)上显著交替地延伸，在所述图案的内部的水平上在共同边缘的两侧的两个壁上局部地延伸，根据垂直于主伸长轴线的截面具有线性分布，可选地在邻近所述边缘的第一壁中达至少60％、优选至少70％，在邻近所述边缘的第二壁中达至多40％、优选至多30％，然后相反。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的金属工件，其中，所述低机械强度区域(100)根据横向于主伸长轴线的截面覆盖的线性分布达壁的宽度的至少10％、优选至少25％，以及至多为该宽度的80％，优选至多为该宽度的60％。

21.根据权利要求1至20中任一项所述的金属工件，其中，相比于所述金属工件的其余部分，至少一个低机械强度区域(100)具有的拉伸强度小于1000MPa，所述金属工件的其余部分具有的拉伸强度为至少1300MPa，优选高于1400MPa。

22.根据权利要求1至21中任一项所述的金属工件，其中，相比于所述金属工件的其余部分，至少一个较低机械强度区域(100)具有的屈服极限小于950MPa，所述金属工件的其余部分具有的屈服极限为至少1000MPa，优选高于1150MPa。

23.根据权利要求1至22中任一项所述的金属工件，其中，至少一个低机械强度区域(100)满足以下限定：

屈服极限为400MPa+/-50MPA，以及

拉伸强度为600MPa+/-50MPa，

或者，屈服极限从490MPa至600MPA，以及

拉伸强度从700MPa至800MPa，

或者，屈服极限从650MPa至750MPA，以及

拉伸强度从850MPa至950MPa，

所述主体的其余部分满足以下定义：

屈服极限为1150MPa+/-150MPa，

拉伸强度为1550MPa+/-150MPa。

24.根据权利要求1至23中任一项所述的金属工件，其中，沿着一个边缘(11、13、21、23)起伏且在形成所述边缘的每个所述壁(10、20、22、50)上至少显著交替地延伸的所述低机械强度区域(100)不连续，并且中间的高机械强度区域(102)位于分别定位在所述边缘(11)的两侧的两个壁(20、50)中的所述低机械强度区域(100)的两个内部之间。

25.根据权利要求1至23中任一项所述的金属工件，其中，沿着一个边缘(11、13、21、23)起伏且在形成所述边缘的每个所述壁(10、20、22、50)上至少显著交替地延伸的所述低机械强度区域(100)不连续，并且中间的高机械强度区域(102)位于低机械强度轮廓的内部的水平处。

26.根据权利要求1至25中任一项所述的金属工件，其中，沿着一个边缘起伏的所述低机械强度区域(100)的外形具有形状为正弦曲线的一个边缘，而第二边缘为直线并且优选对应于所述金属工件的一个边缘。

27.根据权利要求1至25中任一项所述的金属工件，其中，沿着一个边缘起伏的所述低机械强度区域(100)的外形具有两个大致正弦曲线的等距边缘。

28.根据权利要求26或27所述的金属工件，其中，沿着一个边缘起伏的所述低机械强度区域(100)的轮廓被平行于所述边缘的准线拉平。

29.根据权利要求1至28中任一项所述的金属工件，其中，所述金属工件包括沿着单个边缘起伏的低机械强度区域(100)。

30.据权利要求1至28中任一项所述的金属工件，其中，所述金属工件包括分别沿着两个相邻边缘起伏的至少两个低机械强度区域(100)。

31.根据权利要求1至28以及30中任一项所述的金属工件，其中，所述金属工件包括沿着该金属工件的边缘中的每个边缘起伏的一个低机械强度区域(100)。

32.一种制造具有沿着纵向方向的大致长形形状的金属工件的方法，所述金属工件用于制造机动车辆，所述方法包括处理所述金属工件的主体的至少一个部分以形成所述金属工件的主体的至少两个区域的步骤，所述两个区域包括低机械强度区域(100)和相对高机械强度区域(150)，其特征在于，

通过限定低机械强度区域(100)执行上述步骤，所述低机械强度区域(100)沿着在所述金属工件的两个壁(10、20、22、50)的相交处按照纵向方向延伸的一个边缘(11、13、21、23)起伏，显著交替地覆盖位于所述边缘(11、13、21、23)的两侧的每个所述壁。

33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述处理包括的处理是局部降低所述金属工件的区域(100)的机械强度以形成所述低机械强度区域。

34.根据权利要求32或33所述的方法，其中，所述处理包括除了至少一个期望的低机械强度区域(100)之外，局部增加所述金属工件的主体的机械强度这样的处理。