形成定制鑄造坯料的方法
【專利摘要】一種形成定制鑄造坯料的方法，包括確定坯料（15）的厚度樣式或輪廓樣式中的至少一個；生成具有所確定的厚度或輪廓樣式的一系列坯料的設(shè)計；以及根據(jù)所述設(shè)計鑄造條材（16），包括在條材的鑄造期間改變鑄造裝置寬度（1）。
【專利說明】形成定制鑄造還料的方法
[0001 ]本發(fā)明涉及形成定制鑄造坯料的方法，尤其是用輕金屬合金形成定制鑄造坯料。
[0002]在汽車工業(yè)中，許多部件都是由坯料壓制的。坯料是一個金屬件，其已被切成正確的形狀并且準(zhǔn)備用于壓制。最近，已經(jīng)使用了被稱為定制坯料的一種特殊類型的坯料。定制坯料通常通過將不同厚度的金屬和/或不同等級的金屬焊接在一起而制成。定制坯料的主要優(yōu)點是它能夠在不同的區(qū)域具有不同的特性一一例如在一個區(qū)域中具有高強(qiáng)度，而在另一個區(qū)域中具有深拉特性和/或更低的強(qiáng)度。定制坯料能夠節(jié)省重量并且還能比傳統(tǒng)的坯料更便宜。
[0003]汽車工業(yè)中的另一趨勢是越來越多地使用鋁合金和其它輕金屬，比如鎂合金。由鋁合金制成的定制焊接坯料已被用于汽車工業(yè)中，但是在焊接的完整性和性能方面還有不足，因此汽車工業(yè)正在研究不采用焊接而生產(chǎn)定制坯料的其它方法。
[0004]不采用焊接而生產(chǎn)定制坯料的方法中的其中一種被稱為定制乳制坯料。在乳制過程中，輥間隙以與條材的速度同步的受控方式被調(diào)節(jié)，使得被乳制的條材具有與所要求坯料的大小同步的厚度變化。當(dāng)此后從乳制條材切出坯料時，坯料在不同的區(qū)域具有不同的厚度。
[0005]原始的定制乳制坯料概念的局限之一是厚度變化僅沿著被乳制條材的長度，因而坯料的厚度變化僅沿著一個軸線。在許多情況下這是足夠的，但是為了甚至更大的可彎曲性，汽車工業(yè)也正在考慮在寬度上改變厚度。這被稱為條材輪廓乳制。例如，平坦產(chǎn)品的厚度變化和條材輪廓乳制是亞琛工業(yè)大學(xué)金屬成形研究所的研究項目。課題包括結(jié)合定制乳制和條材輪廓乳制以同時在縱向方向和寬度方向上改變條材的厚度。另一活躍研究領(lǐng)域是在鑄造裝置處生產(chǎn)厚度變化和輪廓變化。例如，如在“Twin-roll casting of strip withtailored thickness variat1n”，Hirt等人，生產(chǎn)工程，研究與發(fā)展(2006) ,Bd.13, Nr.2,S.91-94，中所描述的。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，形成定制鑄造坯料的方法包括確定坯料的厚度樣式或輪廓樣式的至少一個;生成具有所確定的厚度樣式或輪廓樣式的一系列坯料的設(shè)計；以及根據(jù)所述設(shè)計鑄造條材，包括在所述條材的鑄造期間改變鑄造裝置的寬度。
[0007]所述方法改變所述鑄造裝置中熔融金屬的寬度方向邊緣限制，并因此改變了所得到的條材的寬度，根據(jù)選擇的坯料設(shè)計，由此減少了浪費。
[0008]優(yōu)選地，改變鑄造裝置寬度包括在所述條材的至少一個邊緣上改變邊緣限制設(shè)備的有效位置以遵循所述設(shè)計的外形。
[0009]根據(jù)所要求的外形形狀，位置改變可以是同時在全部兩個邊緣上，不同時地在一個邊緣上、然后在另一個邊緣上，或者一起改變?nèi)績蓚€側(cè)面屏障的位置和每次僅改變一個側(cè)面屏障的組合。
[0010]優(yōu)選地，改變鑄造裝置寬度包括獨立地在所述條材的全部兩個邊緣上改變邊緣限制設(shè)備的有效位置以遵循所述設(shè)計的外形。
[0011]優(yōu)選地，所述邊緣限制設(shè)備包括機(jī)械邊緣壩或者電磁限制機(jī)件中的其中一個。
[0012]優(yōu)選地，所述方法還包括改變鑄造裝置輥間隙以改變坯料的多個部分的厚度。
[0013]優(yōu)選地，所述方法還包括乳制所述鑄造條材以改變坯料的多個部分的厚度。
[0014]優(yōu)選地，沿著所述條材的長度改變厚度，或者橫跨所述條材的寬度改變厚度，以改變輪廓。
[0015]優(yōu)選地，所述方法還包括確定另一坯料的另一樣式并且將所述另一樣式和所述設(shè)計中的樣式合并以進(jìn)行鑄造。
[0016]優(yōu)選地，所述鑄造和乳制是連續(xù)的過程。
[0017]優(yōu)選地，鑄造并乳制的條材被形成為盤卷。
[0018]優(yōu)選地，所述方法還包括將所述條材切成離散的部分，每個部分都包括至少一個定制鑄造坯料。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，條材包括至少一個定制鑄造坯料，所述條材的外形在其邊緣上按照邊緣限制設(shè)備的位置在鑄造期間橫跨鑄造裝置寬度的變化而變化。
[0020]現(xiàn)在參照附圖描述形成定制鑄造坯料的方法的示例，其中:
圖1說明了形成定制焊接坯料的過程；
圖2說明了形成定制乳制坯料的過程；
圖3說明了用于形成根據(jù)本發(fā)明的定制鑄造坯料的裝置；
圖4示出了使用本發(fā)明的方法所形成的鑄造條材的第一示例；
圖5示出了使用本發(fā)明的方法所形成的鑄造條材的第二示例；以及圖6示出了用于形成根據(jù)本發(fā)明的定制鑄造坯料的裝置的另一實施例。
[0021]鋁和其它輕金屬條材通常由厚達(dá)約600mm的厚鑄造平板或錠生產(chǎn)，例如通過直冷(DC)鑄造裝置生產(chǎn)，或者在雙輥鑄造裝置中生產(chǎn)。一般來說，DC鑄造裝置不能在鑄造期間改變鑄造寬度，因此整個平板或錠以同一寬度生產(chǎn)，因此乳制條材在盤卷的整個長度上具有相同寬度。一些雙輥鑄造裝置能在鑄造期間改變鑄造寬度，但是這通常是用來由先前的盤卷生產(chǎn)具有不同寬度的盤卷。在每個盤卷內(nèi)，寬度基本上是恒定的。其它的鑄造方法也是如此，比如帶鑄造;鑄造平板或鑄造條材在盤卷的長度上具有基本上恒定的寬度。
[0022]在定制焊接過程中，如圖1中所示，用于汽車用途的完整車門面板可被分成由不同等級和厚度的材料制成的區(qū)段，從而最優(yōu)化車門面板的強(qiáng)度和重量。像這樣分割車門面板的另一益處是各個區(qū)段可被布置在乳制條材上，從而最大化乳制條材的利用。由不同等級鋼的盤卷20、21、22、23，切出特定區(qū)段的多個復(fù)制區(qū)段。在這個示例中，不同的區(qū)段擺放開，厚度分別是Imm、2mm、1.5mm和2mm。這些區(qū)段相對于它們在車門面板中的最終布置被旋轉(zhuǎn)并且以最大可能地使用材料24、25、26、27的樣式被擺放，然后從這些條材切出區(qū)段A、B、C、D、E。在一些情況下，從同一條材中切出多于一個的區(qū)段，如部分C和D所示。這種材料高效使用帶來的成本節(jié)約經(jīng)常是大于焊接過程的成本，使得完整的定制坯料實際上比傳統(tǒng)的坯料更便宜。構(gòu)成完整的車門坯料28所要求的全部部分被放置就位并且然后沿著焊接線29被激光焊接在一起，之后被運送到消費者。
[0023]但是，如在【背景技術(shù)】部分討論的，在鋁和其它輕合金的情況下，在定制焊接坯料中焊接的完整性和性能方面存在不足，所以業(yè)界正在替代地研究定制乳制坯料和定制異型坯料。圖2說明了這種類型的坯料的一個示例。先前形成的盤繞的條材32被乳制，從而在該條材上建立坯料30的部分A、B、C、D、E，每個部分都具有要求的厚度，但是當(dāng)它們被從連續(xù)的條材乳制時，它們已經(jīng)連接在一起，所以不需要焊接步驟就形成了坯料30。對于定制乳制坯料，雖然可以在坯料的不同區(qū)域獲得不同的厚度，但是不能以和定制焊接坯料相同的方式最大化對乳制條材的利用，這是因為所述坯料作為單一件被乳制。結(jié)果，對于定制乳制或3-D異型坯料來說，浪費材料31可能很多。
[0024]為了減少這種浪費，但仍然能夠獲得無焊接的益處，本發(fā)明提供了一種形成坯料的方法，借此方法通過改變用來形成條材的過程來獲得對條材的更加高效的使用。
[0025]形成用于乳制的金屬條材的當(dāng)前實踐包括鑄造離散的多個金屬平板，這些平板在被乳制成正確厚度之前必須被再加熱；鑄造金屬股線，所述金屬股線離開鑄造機(jī)器之后就被直接乳制而不進(jìn)行長度切割;或者鑄造具有恒定寬度和厚度的條材，所述條材必須由終端用戶切割和壓制成形，從而導(dǎo)致產(chǎn)量損失和能量損失，這是由于乳制產(chǎn)品在大小和形狀方面僅模糊地類似于最終產(chǎn)品。使用雙輥鑄造裝置鑄造金屬的正常實踐是從鑄造的開始到鑄造的結(jié)尾以相同的寬度進(jìn)行鑄造。
[0026]圖3說明了執(zhí)行本發(fā)明的方法的裝置。來自鑄造裝置中間包10的熔融金屬通過鑄造裝置給料尖端2進(jìn)入到鑄造裝置輥4以形成條材16。在鑄造裝置給料尖端2的每一側(cè)都有電磁體I，電磁體用來在寬度方向上限制恪融金屬。在條材的鑄造期間，通過橫向于鑄造方向地移動位于鑄造裝置給料尖端2的一側(cè)或全部兩側(cè)上的電磁體I中的一者或全部兩者，如箭頭3所示，可以改變液體金屬向鑄造裝置輥4內(nèi)的流動并且因此改變鑄造條材在某些區(qū)域7中的最終寬度。在熔融金屬離開鑄造裝置之前改變?nèi)廴诮饘僭趯挾确较蛏媳患s束的程度，導(dǎo)致了如此形成的鑄造條材的寬度沿著其長度變化。鑄造條材16可沿著長度具有變化的寬度，該變化的寬度直接與最終產(chǎn)品的輪廓的變化相關(guān)。鑄造期間鑄造裝置寬度的這種變化減少了浪費。鑄造裝置寬度可被改變以遵循要在條材中被形成的坯料的外形。
[0027]而且，厚度改變可通過鑄造不同條材厚度或者通過緊密連接乳機(jī)支架和所述鑄造裝置來實現(xiàn)。條材穿過鑄造裝置輥之間的輥間隙，或者乳機(jī)支架輥之間的輥間隙。在垂直于鑄造方向的方向6上移動鑄造裝置輥4或者乳機(jī)支架輥5以增加或減少輥間隙，允許改變條材厚度8。因此，通過按要求控制橫向和垂直移動和約束，鑄造和乳制條材的大小和形狀可被制造成盡可能地接近最終產(chǎn)品。這尤其與汽車工業(yè)中的產(chǎn)品相關(guān)，但是在其它工業(yè)中也是有用的，比如航天。
[0028]圖4說明了根據(jù)本發(fā)明被制造的定制鑄造坯料的示例，其中在坯料15的初始部分已經(jīng)被形成之后且對于條材的長度的僅一部分對應(yīng)每個坯料來說，通過將僅在一側(cè)上的電磁體I重新定位在沿著長度的位置12來僅在鑄造條材33的邊緣11、14中的僅一個上改變寬度。在第一坯料的端部處，電磁體被移回到其開始位置13并持續(xù)一段時間，在這段時間中條材的邊緣再次平行。
[0029]圖4中所示的坯料的布置從鑄造裝置寬度的改變速率觀點來看不是理想的。全部的寬度改變都發(fā)生在一側(cè)，而優(yōu)選的是將被乳制的條材的中心保持為盡可能地接近乳機(jī)的中心線，從而最小化轉(zhuǎn)向問題。取決于所要求的坯料的大小以及最大條材寬度，可以重新布置坯料以實現(xiàn)低得多的鑄造裝置寬度改變速率并保持條材的中心更接近鑄造裝置和乳機(jī)的中心線。圖5中示出了一個可能的布置。對于這些可能已被定制鑄造/定制乳制/3-D異型的坯料來說，區(qū)域A、B、C、D、E是一個坯料15內(nèi)的不同厚度的區(qū)域。在這個示例中，電磁體被彼此獨立地移動以遵循坯料的輪廓并且也保持條材盡可能地被在鑄造裝置和乳機(jī)中心線附近居中定位。因此，變化可以是同時在兩個邊緣上、不同時地在一個邊緣上然后在另一個邊緣上、或者一起改變?nèi)績蓚€電磁體的位置和每次僅改變一個電磁體的位置的組合，由此改變了由熔融金屬的限制所建立的有效邊緣。條材的邊緣17、18可在一些地方基本上是彼此平行的，但是它們不再基本上平行于條材乳機(jī)的中心線。但是，整個鑄造乳制條材與圖4的示例相比相對于鑄造裝置和乳機(jī)中心線被更加接近地居中定位。
[0030]在鑄造和乳制之后，條材可被盤卷，之后被發(fā)運到終端用戶;或者條材可被按照最終產(chǎn)品的要求切成離散的長度。鑄造和乳制過程可被聯(lián)系起來以改善能量節(jié)約并且改善盤卷的生產(chǎn)率，盤卷隨后在進(jìn)一步的乳制、沖壓和裁剪中間步驟之前被發(fā)送給消費者以被切成更短的長度。寬度和厚度的變化以及切成產(chǎn)品的長度可由自動化系統(tǒng)精確地控制和同步。在初始鑄造和熱乳階段直接改變鑄造條材中的鑄造寬度和厚度使條材尺寸更接近地匹配最終產(chǎn)品的尺寸，因此減少了浪費。寬度改變是迅速的并且可被頻繁地執(zhí)行以實現(xiàn)所要求的寬度變化，因此在生產(chǎn)最終產(chǎn)品時顯著地減少了被浪費的材料的量，或者被再循環(huán)的材料的量。在條材被形成時改變條材的寬度和或厚度減少了為完成條材到最終產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換而需要在條材上進(jìn)行的再加工的量。
[0031]通過在過程期間改變條材寬度和厚度而將金屬條材連續(xù)地鑄造和乳制成定制鑄造坯料消除了在乳制到正確厚度之前再加熱產(chǎn)品的要求，同時通過將產(chǎn)品建立成盡可能地接近最終尺寸而減少了產(chǎn)量損失。
[0032]本發(fā)明的另一個特征是，在條材的原本不被使用的部分中包含了用于不同部件的坯料，這取決于所要求的大小或者厚度或者等級是足夠地類似。另一種選擇是在鑄造裝置和乳機(jī)中使用異型輥以橫跨條材的寬度以及沿著其長度改變條材的厚度。
[0033]在另一實施例中，在圖6中所示，代替單個異型輥，可使用多個輥，這些輥橫跨條材寬度地被錯開。為了清楚起見，多對輥被圖示為在鑄件的行進(jìn)方向上錯開，但它們不必如此。利用合適的支撐件，多對輥可在與鑄造裝置輥軸線平行的同一直線上被定位成彼此鄰近，或者在平行于鑄造裝置輥軸線的兩條直線上交替排列。為每對輥設(shè)置的輥間隙根據(jù)在該橫向位置所要求的跨過該條材的厚度來選擇。鑄造條材16離開鑄造裝置輥4并且穿過乳機(jī)支架的所述輥對、或每對輥，這取決于所述輥對是否在鑄造方向上被錯開。朝著所述條材的一個邊緣定位的第一對輥34具有不同的輥間隙并且因此在乳制產(chǎn)品中產(chǎn)生了與鄰近一對輥不同的厚度，雖然橫跨寬度，但如果終端產(chǎn)品如此要求的話，還可以有多于一組的非鄰近輥被設(shè)置成相同的輥間隙。示出的示例具有另外三對輥35、36、37，每一對都在橫向方向上相對于第一對輥34彼此錯開，但是實際使用的輥對的數(shù)量將取決于終端產(chǎn)品的要求。在穿過全部滾對之后，最終條材38具有的寬度按照由鑄造過程所應(yīng)用的變化而變化并且具有的厚度輪廓由后續(xù)的乳制過程所改進(jìn)。條材的寬度、條材的厚度和橫截面輪廓可沿著長度被無限改變以適應(yīng)成品坯料要求。
[0034]已經(jīng)參照使用電磁體來約束熔融金屬并如此改變沿著鑄造條材長度的不同位置處的條材寬度描述了多個示例，因為這是最靈活的自動化本方法的方式。不過，對于相對來說小量的寬度改變，或者不是特別迅速的改變來說，機(jī)械端壩可在被根據(jù)所要求的外形編程的控制器的控制下，與鑄造裝置一起使用并且被致動器移動。
【主權(quán)項】
1.一種形成定制鑄造坯料的方法，所述方法包括確定坯料的厚度樣式或輪廓樣式中的至少一個;生成具有所確定的厚度和/或輪廓樣式的一系列坯料的設(shè)計;和根據(jù)所述設(shè)計鑄造條材，包括在所述條材的鑄造期間改變鑄造裝置的寬度。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，改變鑄造裝置寬度包括在所述條材的至少一個邊緣上改變邊緣限制設(shè)備的有效位置以遵循所述設(shè)計的外形。3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，改變鑄造裝置寬度包括在所述條材的全部兩個邊緣上獨立地改變邊緣限制設(shè)備的有效位置以遵循所述設(shè)計的外形。4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其中所述邊緣限制設(shè)備包括機(jī)械邊緣壩或電磁限制機(jī)件中的其中一者。5.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，所述方法還包括改變鑄造裝置輥間隙以改變所述坯料的多個部分的厚度。6.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，所述方法還包括乳制鑄造條材以改變所述坯料的多個部分的厚度。7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其中，沿著所述條材的長度改變所述厚度，或者橫跨所述條材的寬度改變所述厚度，以改變所述輪廓。8.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，所述方法還包括確定另一坯料的另一樣式并且將所述另一樣式和所述設(shè)計中的樣式合并以進(jìn)行鑄造。9.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述鑄造和乳制是連續(xù)的過程。10.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述鑄造和乳制條材被形成為盤卷。11.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，所述方法還包括將所述條材切成離散的部分，每個部分都包括至少一個定制鑄造坯料。12.—種條材，所述條材包括至少一個定制鑄造坯料，所述條材的外形在其邊緣上按照邊緣限制設(shè)備的位置在鑄造期間橫跨鑄造裝置寬度的變化而變化。
【文檔編號】B22D11/115GK105939800SQ201480075033
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2014年12月8日
【發(fā)明人】N.錢皮恩, M.查特頓, A.哈維, M.斯蒂珀
【申請人】首要金屬科技奧地利有限責(zé)任公司