專利名稱：制造具有改進的耐腐蝕性的鎂車身板件的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造車身的金屬板件的系統(tǒng)和方法，更具體地涉及一種用于制造具有改進耐腐蝕性的鎂車身板件上拋光邊緣的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
這里提供的背景技術(shù)描述用于總體上介紹本發(fā)明的背景。當前所署名發(fā)明人的在本背景技術(shù)部分中所描述的程度上的工作，以及本描述中在申請時不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)的各方面，既非明示也非默示地被承認為與本發(fā)明相抵觸的現(xiàn)有技術(shù)。
很多汽車車身板件是利用由沖壓機執(zhí)行的沖壓過程由鍛造金屬板通常是鍛造鋼合金大量制造的。在沖壓過程中，將工件形成為所需形狀，并切割以制造金屬板部件。更具體的說，將成型模與工件形成接觸以使工件變形為所需形狀，然后沖模剪下工件。一些汽車車身板件是使用由鑄造機執(zhí)行的鑄造過程由鑄造金屬大量制造的。通常，金屬是鋁或者鎂的合金，鑄造過程是高壓力模鑄過程。在鑄造過程中，熔融的金屬倒入限定板件的半成品形狀的模具中，并被冷卻以固化。然后利用一種或者多種加壓和硬化工具，將固化的部件從模具中取出、修整和/或穿孔。在汽車車身中，鑄造板件通常作為在門附件和上翻式門上的內(nèi)板件而不是外板件。但是，用于制造汽車車身板件的一些鋼合金和鑄造鎂合金具有低的耐腐蝕性，當暴露在潮濕和環(huán)境中的各種物質(zhì)例如用于融化道路上的雪和冰的鹽時腐蝕。因此，用于生產(chǎn)板件的金屬板部件可被鋼供應(yīng)商利用鍍鋅工藝涂上薄層鋅。在經(jīng)歷成型工藝后，板件通常會被清潔并涂上表面處理材料，包括例如磷酸鹽、電沉積的環(huán)氧樹脂、以及油漆。表面處理在有害環(huán)境和金屬板部件之間提供了耐腐蝕材料阻擋。

發(fā)明內(nèi)容
在一種形式中，本發(fā)明提供一種用于大量制造鎂合金板件的制造系統(tǒng)。該制造系統(tǒng)包括成型設(shè)備和激光切割設(shè)備。成型設(shè)備形成具有三維形狀和第一微結(jié)構(gòu)的板件，所述第一微結(jié)構(gòu)具有第一耐腐蝕性。激光切割設(shè)備利用激光切割所述板件以形成邊緣。激光切割設(shè)備在形成所述邊緣的同時在所述板件中形成第二微結(jié)構(gòu)。所述第二微結(jié)構(gòu)與所述第一微結(jié)構(gòu)不同并且具有比所述第一耐腐蝕性更高的第二耐腐蝕性。在各種特征中，制造系統(tǒng)還包括進料設(shè)備，在切割所述板件的同時所述進料設(shè)備將合金元素添加到由所述激光切割設(shè)備產(chǎn)生的切割區(qū)域中的熔融材料。在一個相關(guān)的特征中，合金元素是如由所述激光切割設(shè)備接收的存在于所述板件中的合金元素。在另一個相關(guān)的特征中，合金元素不存在于在激光切割設(shè)備所接收的板件中。在再一個特征中，成型設(shè)備通過熱金屬氣體成型過程和沖壓過程中的一個來形成板件。在替代特征中，成型設(shè)備通過鑄造板件來形成板件。在又一個特征中，板件由包括由鋁、鋅、錫和錳組成的組中所選擇的至少一種合金元素的合金構(gòu)成。在另一種形式中，本發(fā)明提供一種用于車輛的鎂合金板件。板件包括第一區(qū)域和從第一區(qū)域延伸至邊緣的第二區(qū)域。第一區(qū)域具有第一微結(jié)構(gòu)，該第一微結(jié)構(gòu)具有第一耐腐蝕性。第二區(qū)域具有與第一微結(jié)構(gòu)不同的第二微結(jié)構(gòu)。第二微結(jié)構(gòu)具有高于第一耐腐蝕性的第二耐腐蝕性。在各種特征中，第一微結(jié)構(gòu)具有N個相，第二微結(jié)構(gòu)具有N+ M個相，N和M是大于0的整數(shù)。在再一個特征中，第二區(qū)域包括金屬間相，并且金屬間相的重量百分比在第二區(qū)域中比在第一區(qū)域更大。在又一個特征中，第二微結(jié)構(gòu)包括含有鋁的金屬間相。在又一個特征中，第一區(qū)域由包括招和鋅作為合金元素的三重合金構(gòu)成。在再一個形式中，本公開提供一種用于大量制造鎂合金板件的方法。該方法包括形成具有第一微結(jié)構(gòu)的板件，該第一微結(jié)構(gòu)具有第一耐腐蝕性。該方法還包括利用激光將板件切割以形成邊緣。該方法還包括在將板件切割以形成邊緣的同時在板件中形成第二微結(jié)構(gòu)。第二微結(jié)構(gòu)與第一微結(jié)構(gòu)不同，并且具有高于第一 耐腐蝕性的第二耐腐蝕性。在各種特征中，該方法還包括將合金元素加入到在切割板件以形成邊緣時所產(chǎn)生的切割區(qū)域中的熔融材料中。在一個相關(guān)的特征中，合金元素是是在成型所述板件時存在于所述板件中的合金元素。在另一個相關(guān)的特征中，合金元素在形成板件時不存在于板件中。在再一個特征中，該方法還包括利用熱金屬氣體成型過程、沖壓過程、以及鑄造過程中的一種形成板件。在再一個特征中，板件是由包括由鋁、鋅、錫和錳組成的組中所選擇的至少一種合金元素的合金構(gòu)成。本發(fā)明還提供如下方案
I. 一種用于大量制造鎂合金板件的制造系統(tǒng)，包括
成型設(shè)備，其形成具有三維形狀的板件，所述板件具有第一微結(jié)構(gòu)，所述第一微結(jié)構(gòu)具有第一耐腐蝕性；以及
激光切割設(shè)備，其利用激光切割所述板件以形成邊緣，并且其在形成所述邊緣的同時在所述板件中形成第二微結(jié)構(gòu)，所述第二微結(jié)構(gòu)與所述第一微結(jié)構(gòu)不同并且具有比所述第一耐腐蝕性更高的第二耐腐蝕性。2.如方案I所述的制造系統(tǒng)，其中所述第一微結(jié)構(gòu)具有N個相，而所述第二微結(jié)構(gòu)具有N + M個相，N和M是大于0的整數(shù)。3.如方案I所述的制造系統(tǒng)，還包括
進料設(shè)備，在切割所述板件的同時所述進料設(shè)備將合金元素添加到由所述激光切割設(shè)備產(chǎn)生的切割區(qū)域中的熔融材料。4.如方案3所述的制造系統(tǒng)，其中所述合金元素是存在于由所述激光切割設(shè)備接收的板件中的合金元素。5.如方案3所述的制造系統(tǒng)，其中所述合金元素不存在于由激光切割設(shè)備接收的板件中。6.如方案I所述的制造系統(tǒng)，其中所述成型設(shè)備利用沖壓過程和熱金屬氣體成型過程中的一種形成所述板件。7.如方案I所述的制造系統(tǒng)，其中所述成型設(shè)備通過鑄造所述板件來形成所述板件。8.如方案I所述的制造系統(tǒng)，所述板件由包括由鋁、鋅、錫和錳組成的組中所選擇的至少一種合金元素的合金構(gòu)成。
9. 一種用于車輛的鎂合金板件，包括
具有第一微結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域，所述第一微結(jié)構(gòu)具有第一耐腐蝕性；以及從所述第一區(qū)域延伸到邊緣的第二區(qū)域，所述第二區(qū)域具有第二微結(jié)構(gòu)，所述第二微結(jié)構(gòu)與所述第一微結(jié)構(gòu)不同并且具有比所述第一耐腐蝕性更高的第二耐腐蝕性。10.如方案9所述的板件，其中所述第一微結(jié)構(gòu)具有N個相，而所述第二微結(jié)構(gòu)具有N + M個相，N和M都是大于0的整數(shù)。11.如方案9所述的板件，其中所述第二區(qū)域包括金屬間相，并且所述金屬間相的重量百分比在所述第二區(qū)域中比在所述第一區(qū)域中更大。12.如方案9所述的板件，其中所述第二微結(jié)構(gòu)包括含有鋁的金屬間相。
13.如方案9所述的板件，其中所述第一區(qū)域由包括鋁和鋅作為合金元素的三元合金構(gòu)成。14. 一種用于大量制造鎂合金板件的方法，包括
成型具有第一微結(jié)構(gòu)的板件，所述第一微結(jié)構(gòu)具有第一耐腐蝕性；
利用激光切割所述板件以形成邊緣；以及
在切割所述板件以形成邊緣的同時，在所述板件中形成第二微結(jié)構(gòu)，所述第二微結(jié)構(gòu)與所述第一微結(jié)構(gòu)不同并且具有比所述第一耐腐蝕性更高的第二耐腐蝕性。15.如方案14所述的方法，還包括
將合金元素添加到在切割所述板件以形成邊緣時所產(chǎn)生的切割區(qū)域中的熔融材料。16.如方案15所述的方法，其中所述合金元素是在成型所述板件時存在于所述板件中的合金元素。17.如方案15所述的方法，其中合金元素在成型所述板件時不存在于所述板件中。18.如方案14所述的方法，還包括利用熱金屬氣體成型過程、沖壓過程和鑄造過程中的一種使板件成型。19.如方案14所述的方法，其中所述板件是由包括由鋁、鋅、錫和錳組成的組中所選擇的至少一種合金元素的合金構(gòu)成。20. 一種根據(jù)方案14的方法制造的鎂合金板件。本發(fā)明進一步的適用領(lǐng)域從以下詳細描述中將更加清楚。應(yīng)當理解，本描述和特定例子僅旨在圖示目的，并且不旨在限制本發(fā)明的范圍。


本發(fā)明將從詳細描述和附圖得到更完整理解，圖中
圖I為根據(jù)本發(fā)明的利用鍛造鎂合金大量制造金屬板板件的示例性制造系統(tǒng)的塊圖； 圖2為根據(jù)本發(fā)明的鍛造鎂合金板件的示例性微結(jié)構(gòu)的局部放大視圖；以及 圖3是根據(jù)本發(fā)明的利用鍛造鎂合金大量制造金屬板板件的示例性方法的流程圖。
具體實施例方式下面的描述本質(zhì)上僅是示范性的并且絕不是要限制本發(fā)明及其應(yīng)用或使用。清楚起見，在附圖中使用相同的附圖標記標識相似的元件。如這里所使用的，短語A、B和C中的至少一個應(yīng)當被解釋為使用非排他邏輯或的邏輯(A或B或C)。應(yīng)當理解在不改變本發(fā)明的原則時，可以以不同順序執(zhí)行方法內(nèi)的步驟。如這里所使用的，術(shù)語模塊可以指、包括、或是下面的一部分專用集成電路(ASIC);電子電路；組合邏輯電路；場可編程門陣列(FPGA);執(zhí)行代碼的處理器(共享的、專用的、或成組的)；提供所描述功能的其它適合部件；或上述的一些或全部的組合，例如以芯片上系統(tǒng)的形式。術(shù)語模塊可以包括存儲由處理器執(zhí)行的代碼的存儲器(共享的、專用的、或成組的)。如上面所使用的，術(shù)語代碼可以包括軟件、固件和/或微代碼，并可以指程序、例程、函數(shù)、類和/或?qū)ο?。如上面所使用的，術(shù)語共享意味著來自多個模塊的一些或全部代碼可以使用單個(共享的)處理器來執(zhí)行。另外，來自多個模塊的一些或全部代碼可以由單個(共享的)存儲器存儲。如上面所使用的，術(shù)語成組意味著來自單個模塊的一些或全部代碼可以使用一組處理器或一組執(zhí)行引擎來執(zhí)行。例如，處理器的多個核和/或多個線程可以視為執(zhí)行引擎。在各種實施方式中，執(zhí)行引擎可以是超越處理器、 超越多個處理器、超越多個位置中的處理器例如在并行處理設(shè)置中的多個服務(wù)器而成組。另外，來自單個模塊的一些或全部代碼可以使用一組存儲器存儲。這里描述的裝置和方法可以由通過一個或多個處理器執(zhí)行的一個或多個計算機程序來執(zhí)行。計算機程序包括存儲在非瞬時的有形計算機可讀介質(zhì)上的處理器可執(zhí)行指令。計算機程序還可以包括存儲的數(shù)據(jù)。非瞬時的有形計算機可讀介質(zhì)的非限制性示例是非易失性存儲器、磁存儲器和光存儲器。作為鋼的替代物，可以使用鎂合金來制造高強度和降低的重量的汽車車身板件。例如，可以使用包括鋁和鋅的鎂合金。雖然一些合金元素例如鋁和鋅單獨地可比鍛造形式的鎂更加耐腐蝕，但是鎂合金通常具有低的耐腐蝕性，而且必須涂上表面處理材料以抑制腐蝕。低耐腐蝕性是因為金屬板的單相微結(jié)構(gòu)所致，其中合金元素均勻溶解在鎂中。由于固化期間的相分離和合金元素的增大的重量百分比，所以鑄造鎂合金通常含有至少兩個不連續(xù)相。金屬間相例如含有鋁的相可以為鑄造板件賦予耐腐蝕性，結(jié)果，鑄造板件可以比類似組成的鍛造板件更耐腐蝕。耐腐蝕性的差異是因為用于制造鍛造金屬板的熱加工將金屬間相溶解在周圍的鎂基質(zhì)中。但是，合金元素的增大的重量百分比會降低鎂合金的可鑄造性。結(jié)果，由適當合金形成的鑄造鎂板件不會提供理想的耐腐蝕性，并可以涂上表面處理材料來抑制腐蝕。表面處理可以用于給鍛造鎂板件和鑄造鎂板件提供額外的耐腐蝕性。但是，在制造板件的過程中以及在板件在使用過程中，應(yīng)用到板件的表面處理是容易損壞的，例如碎片和劃傷。表面處理在板件的邊緣處特別容易損壞，其中，表面處理可能是薄的并且附著性不好，而且制造應(yīng)力更大，更容易損壞表面處理。本公開提供一種由鍛造和鑄造鎂合金大量制造汽車板件的制造系統(tǒng)和方法，其與傳統(tǒng)的系統(tǒng)和方法相比，提供改進的耐腐蝕性。該系統(tǒng)包括激光切割設(shè)備，在切割板件以形成邊緣的同時其改變板件的微結(jié)構(gòu)。激光切割設(shè)備加熱板件，并溶解切割區(qū)域中的薄層，其再次固化以在邊緣處產(chǎn)生多相微結(jié)構(gòu)。多相微結(jié)構(gòu)類似鎂合金的鑄造微結(jié)構(gòu)，并包括至少一個具有提高的耐腐蝕性的金屬間相。金屬間相給板件提供了在邊緣處的改進的耐腐蝕性，并降低了依賴表面處理來實現(xiàn)期望耐腐蝕保護的需要。激光切割設(shè)備可以代替用于在大量制造的板件上制造拋光邊緣的傳統(tǒng)設(shè)備，例如剪切模。盡管激光切割設(shè)備通常被認為比其他傳統(tǒng)的設(shè)備需要更多的時間來制造邊緣，但是此處披露的耐腐蝕性優(yōu)點可比在各種應(yīng)用中對制造效率的任何降低更重要。參考圖1，框圖顯示了用于由鍛造的鎂合金大量制造具有改進耐腐蝕性的金屬板板件102的示例性制造系統(tǒng)100。制造系統(tǒng)100可以用于由厚度從例如小于I毫米(Imm)到大約13毫米(13_)(包括所有子范圍)的金屬板制造板件。如此處所使用，大量制造是指例如制造大量的標準化產(chǎn)品用于消費者或者終端使用者的使用。通常，大量制造將在專門用于此目的并且被設(shè)計為以足以滿足市場需要的大數(shù)量來制造產(chǎn)品的制造工廠來進行。在汽車裝備中，制造工廠可以被設(shè)計為制造10萬個部件以上，或更具體地在20到30萬個部件之間。根據(jù)本發(fā)明非限制性的實施例，板件102由鋁-鎂-鋅三元合金制成，例如AZ31、AZ61或者AZ91。盡管本實施例的鍛造鎂合金包括鋁和鋅的合金元素 ，但是可以理解，在本公開的各個方面，可以任選其他合金元素。例如，其他合金元素包括，但是不限于錫、錳和稀土金屬。另外，合金元素包括本領(lǐng)域已知的晶粒改性劑和本領(lǐng)域已知的作為非限制性例子用于調(diào)節(jié)硬度、延展性、密度、延伸率、屈服強度等的那些。板件102形成各種結(jié)構(gòu)性和非結(jié)構(gòu)性的車身板件的全部或者其一部分，包括但是不限于下車身板件(例如底板板件和隔板板件)、車身側(cè)板件(例如后側(cè)圍外板)、頂板板件和車身封閉板件(例如門、車頂和行李箱蓋板件)。另外，在各種方面，板件102形成外車身板件和/內(nèi)車身板件的全部或者一部分。板件102包括具有單相微結(jié)構(gòu)的中央?yún)^(qū)域104和具有多相微結(jié)構(gòu)的相鄰的周邊區(qū)域106。周邊區(qū)域106從中央?yún)^(qū)域104延伸至邊緣108。周邊區(qū)域106可以圍繞板件102以如所示的連續(xù)方式延伸，或者沿著選定的部分以不連續(xù)的方式延伸。周邊區(qū)域106和邊緣108是利用激光焊接設(shè)備產(chǎn)生的，如下詳細所述。邊緣108可以是如所示的外邊緣，或者限定板件102內(nèi)的孔或者其他開口的內(nèi)邊緣。參考圖2，示例性板件的局部放大視圖顯示了中央?yún)^(qū)域104和周邊區(qū)域106的不同微結(jié)構(gòu)的各種特征。作為參考，線110表示大約40微米(iim)的尺寸。在中央?yún)^(qū)域104和周邊區(qū)域106之間的邊界可以在圖2中看到，并由附圖標記112表示。中央?yún)^(qū)域104的單相微結(jié)構(gòu)是由鍛造的鋁-鎂-鋅合金形成的軋制金屬板的典型微結(jié)構(gòu)。中央?yún)^(qū)域104的單相微結(jié)構(gòu)是物理上均質(zhì)區(qū)域，其中鋁和鋅合金元素很好地分散在鎂中。單相微結(jié)構(gòu)是與周邊區(qū)域106的相鄰多相微結(jié)構(gòu)不同。周邊區(qū)域106可以稱為再鑄造層，因為它是在激光切割過程中基材的熔融和再固化期間而產(chǎn)生。周邊區(qū)域106包括外層114和中間層116。外層114和中間層116之間的邊界可以在圖2中看到，并由附圖標記118表示。外層114包括可在再鑄造層再固化時形成的裂縫或者裂紋120。在各種實施方案中，外層114利用邊緣拋光過程來除去，以賦予邊緣108相對平滑的拋光。中間層116是相對沒有裂紋的。中間層116，單獨地或者與外層114相結(jié)合，具有在用于制造板件102的金屬板的厚度的1%和100%之間(包括所有的子范圍)的寬度122。根據(jù)本發(fā)明的非限制性實施例，周邊區(qū)域106的微結(jié)構(gòu)包括富鎂的基體相和包括鋁的金屬間相。富鎂的基體相包括物理上均質(zhì)和鎂是主要成分且鎂的重量百分比比在中央?yún)^(qū)域104中更大的不同部分。金屬間相包括物理上均質(zhì)和鋁的重量百分比比在中央?yún)^(qū)域104中更大且比在環(huán)繞的富鎂的基體相中更大的不同部分。金屬間相包括Mgl7A112顆?；蛘弑∑蛘咂渌哥R狀形狀，它們是耐腐蝕的并給周邊區(qū)域106提供增強的耐腐蝕性。金屬間相存在為被富鎂的基體相所環(huán)繞的離散部分或者島，和/或存在為不間斷的網(wǎng)絡(luò)。在各種方面，金屬間相在富鎂的基體相中分散相對均勻。在其他方面，金屬間相沿著從中央?yún)^(qū)域104至邊緣108的方向的分布(也就是出現(xiàn)的頻率)是提高的。換句話說，在金屬間相的離散部分之間的間隔沿著從中央?yún)^(qū)域104至邊緣108的方向是降低的。在再一個方面，金屬間相的部分布置在邊緣108處,并將富鎂的基體相部分與邊緣108分開。在各種實施方案中，根據(jù)合金元素的數(shù)量以及激光切割過程的各種參數(shù)，周邊區(qū)域106包括額外的金屬間相。再次參考圖1，制造系統(tǒng)100包括工件成型設(shè)備130、 形狀成型設(shè)備132以及激光切割設(shè)備134，它們合作以制造板件102。制造系統(tǒng)100還包括表面處理設(shè)備136、組裝設(shè)備138、以及最終拋光設(shè)備140。表面處理設(shè)備136、組裝設(shè)備138以及最終拋光設(shè)備140合作以向板件102應(yīng)用表面處理并將板件102組裝至另一個板件142從而形成完成的板件組件144。在各種方面，板件142是根據(jù)本發(fā)明制造的金屬板板件。合起來，板件102和142形成內(nèi)板件組件和外板件組件的全部或者一部分，例如門內(nèi)部板件組件和外部板件組件。工件成型設(shè)備130接收要用于制造板件102的原材料150，并生產(chǎn)大體平坦工件152，其被送至形狀成型設(shè)備132。原材料150是鍛造的鋁一鎂一鋅合金材料，并以軋制板或者其他適當形式提供。通常，原材料150具有適合于形成板件102的整體期望形狀的晶粒結(jié)構(gòu)和單相微結(jié)構(gòu)。在各種實施方案中，工件成型設(shè)備130將工件152從原材料150切割。形狀成型設(shè)備132接收工件152，并將工件152變形，以制造具有板件102的整體期望形狀的三維成型的板件154。在各種方面，形狀成型設(shè)備132通過適用于鍛造的鋁一鎂一鋅合金的金屬板成型方法形成成型的板件154。例如，熱金屬氣體成型、沖壓、彎曲、卷曲、去彎曲(decambering)、深拉、漸進板成型、壓彎成型、以及沖孔方法適合隨本教導使用。激光切割設(shè)備134接收成型的板件154，并利用一個或者多個激光束切割成型的板件154，以形成板件102的周邊區(qū)域106和邊緣108。在選擇的方面中，激光切割設(shè)備134是與形狀成型設(shè)備132分開的設(shè)備?；蛘撸诟鞣N方面，激光切割設(shè)備134可以與形狀成型設(shè)備132組合，以改進制造效率。根據(jù)本發(fā)明的非限制性實施例，激光切割設(shè)備134包括自動的工業(yè)激光器160，其由控制模塊162控制，它們一起可形成自動化的激光切割單元。激光器160采用各種激光，包括但是不限于二氧化碳(CO2)激光、釹(Nd)激光、以及釹釔-鋁-石榴石(Nd - YAG)激光。激光器160通過將激光束(或者多個束)沿著預(yù)定路徑引導來切割成型的板件154。在各種實施方案中，沿著預(yù)定路徑的分開部分引導的多個激光束用于提高制造效率。激光器160將激光束按照預(yù)定的線性切割速度引導，以將被激光器160沖擊的材料加熱至高于材料熔點的預(yù)定溫度。激光器160使得切割區(qū)域內(nèi)的材料熔融并落下，形成產(chǎn)生邊緣的截口。通常，激光切割設(shè)備134按照周圍的溫度在制造工廠的環(huán)境溫度下進行切割操作，例如在20攝氏度(20°C)。在各種實施例中，在壓力下將惰性氣體導入切割區(qū)域，以將熔融材料從切割區(qū)域吹走。另外，進料設(shè)備164，或者其他適當?shù)脑O(shè)備，將合金元素提供給切割區(qū)域的熔融材料，以增加在原材料150中已經(jīng)存在的合金元素(例如鋁)的濃度或者增加新的合金元素。按照這種方式，進料設(shè)備164用于增加金屬間相的存在和連續(xù)性，或者在具有增強的耐腐蝕性的周邊區(qū)域106中形成額外的金屬間相。進料設(shè)備164通過將合金元素送到切割區(qū)域的熔融材料中來提供合金元素。在各種方面，進料設(shè)備164被構(gòu)成為將合金元素以粉末提供。在其他方面，進料設(shè)備164被構(gòu)成為將合金元素以實心線提供?？刂颇K162控制激光器160的操作。更具體地，控制模塊162控制激光器160的路徑和線性切割速度?？刂颇K162還控制激光器160的能量。通過控制路徑、線性切割速度以及激光器的能量，還可以控制切割區(qū)域內(nèi)的加熱速率和熔融速率。加熱速率和熔融速率控制成實現(xiàn)周邊區(qū)域106的期望多相微結(jié)構(gòu)和寬度(也就是寬度122)。各種操作參數(shù)，包括線性切割速度以及激光能量可被預(yù)設(shè)。例如，基于測試在板件設(shè)計的開發(fā)階段和/或板件制造的驗證階段可以預(yù)設(shè)操作參數(shù)，以確保實現(xiàn)周邊區(qū)域106的期望冶金學性能。表面處理設(shè)備136接收板件102,并向板件102應(yīng)用表面處理 以產(chǎn)生經(jīng)處理的板件170。表面處理提供保護涂層并提高由最終拋光設(shè)備140應(yīng)用的拋光層的附著。根據(jù)本發(fā)明的非限制性實施例，表面處理應(yīng)用到板件102的整個表面，包括邊緣108。在替換的實施方案中，表面處理可以在周邊區(qū)域106包括邊緣108的選擇區(qū)域選擇性地省略。表面處理包括通過適合于涂布鋁一鎂一鋅合金的任何電沉積過程來施加電沉積涂層。例如，適當?shù)碾姵练e過程包括利用水基溶劑例如酸溶劑或者堿溶劑來清潔板件102，然后干燥板件102。然后在板件102和懸浮在電沉積溶液中的漆料顆粒之間建立電勢的條件下將板件102沉浸在電沉積溶液浴中。漆料顆粒被吸引至板件102，并在板件102的一部分或者整個表面上形成涂層。然后將板件102從浴中除去并加熱以固化涂層。組裝設(shè)備138接收經(jīng)處理的板件170，并且將板件142組裝至經(jīng)處理的板件170以制造板件組件180。在各個方面，利用卷邊過程將經(jīng)處理的板件170和板件142結(jié)合，在卷邊過程中卷邊形成以重疊周邊區(qū)域106。替代地或者額外地，通過結(jié)構(gòu)性粘合劑來將經(jīng)處理的板件170和板件142結(jié)合。最終拋光設(shè)備140接收板件組件180，并向板件組件180施加拋光涂層來產(chǎn)生經(jīng)拋光的板件組件144。拋光涂層是給經(jīng)拋光的板件組件144的選定區(qū)域提供期望外觀或者功能的任何涂層。作為非限制性的實施例，拋光涂層是聚合物漆料涂層，任選地包括底涂層和透明涂層。參考圖3，流程圖顯示了用于由鍛造的鎂合金大量制造具有改進耐腐蝕性的金屬板板件的示例性方法200。在各種方面，方法200通過制造系統(tǒng)例如上述的制造系統(tǒng)100來實現(xiàn)，以大量制造板件，例如板件102。因此為了簡便起見，方法200將參考制造系統(tǒng)100的各個部件以及板件102來進行描述。該方法以202作為開始。在204，工件成型設(shè)備130由原材料150的鍛造鎂合金形成工件152。在206，形狀成型設(shè)備132將工件152變形，以形成具有板件102的整體期望三維形狀的成型板件154。在208，激光切割設(shè)備134利用預(yù)定的激光切割過程切割成型的板件154，以在板件102上形成邊緣108。在激光切割過程中，激光切割設(shè)備134改變周邊區(qū)域106內(nèi)的成型板件154的單相微結(jié)構(gòu)，以形成與邊緣108相鄰的多相微結(jié)構(gòu)。在各種實施方案中，方法200還可以包括激光切割設(shè)備134向切割區(qū)域的熔融材料增加一種或者多種額外的合金元素，以促進金屬間相的形成和連續(xù)性。在210，表面處理設(shè)備136向板件102施加電沉積涂層來制造經(jīng)處理的板件170。在212，組裝設(shè)備138將板件142與經(jīng)處理的板件170結(jié)合以形成板件組件180。在214，最終拋光設(shè)備140向板件組件180施加拋光涂層來產(chǎn)生經(jīng)拋光的板件組件144。在216，該方法返回至起點202，并開始制造下一個板件102。根據(jù)本發(fā)明，可以通過激光切割毛坯鑄造(as-cast)板件或者工件來形成具有改進耐腐蝕性的包括邊緣的鑄造板件。鑄造板件可以形成各種結(jié)構(gòu)性和非結(jié)構(gòu)性板件包括但不限于車輛車身板件的全部或者一部分。毛坯鑄造板件利用適合于鑄造鎂合金的鑄造過程來形成。毛坯鑄造板件鑄造成具有鑄造板件的整體期望形狀，并且包括在鑄造過程中形成的第一多相微結(jié)構(gòu)。在用于形成邊緣的激光切割過程期間，切割區(qū)域內(nèi)的薄層熔融并再固化，產(chǎn)生第二多相微結(jié)構(gòu)。第二多相微結(jié)構(gòu)與第一微結(jié)構(gòu)不同，并且具有改進的耐腐蝕性。在各種方面，邊緣是限定鑄造板件內(nèi)的孔或者其他開口的外邊緣或者內(nèi)邊緣。根據(jù)本發(fā)明非限制性實施例，鑄造板件是由三元的鋁一 鎂一鋅合金例如AZ63、AZ81或者AZ91形成的。鋁和鋅的合金元素具有抗腐蝕特性，并且用于便于形成第二多相微結(jié)構(gòu)。在本公開的各個方面，其他合金元素任選使用或者額外使用。例如，其他合金包括但是不限于錫、錳、和稀土金屬。在一個實施例中，采用鋁一鎂一錳合金例如AM60。此外，合金元素包括晶粒改性劑和本領(lǐng)域已知的調(diào)節(jié)硬度、延展性、密度、延伸率、屈服強度等的其他合金元素。合金元素的重量百分比被選擇成給鑄造板件提供期望性能，例如包括可鑄造性以及機械性能。通過形成邊緣具有比鑄造板件的其他部分更高的耐腐蝕性，可以理解，可以使用較低重量百分比的合金元素的一種或多種來改進毛坯鑄造板件的可鑄造性。鑄造板件包括具有第一多相微結(jié)構(gòu)的中央?yún)^(qū)域和具有第二多相微結(jié)構(gòu)的周邊區(qū)域。周邊區(qū)域從中央?yún)^(qū)域向邊緣延伸。中央?yún)^(qū)域可以被稱為毛坯鑄造層，因為它是在用于形成毛坯鑄造板件的鑄造過程期間產(chǎn)生的。中央?yún)^(qū)域的第一多相微結(jié)構(gòu)包括至少一個分散在富鎂的基體相中的金屬間相。根據(jù)鑄造材料的合金元素的量和鑄造過程的各種參數(shù)，可以存在一個或者多個金屬間相。根據(jù)本發(fā)明非限制性實施例，第一多相微結(jié)構(gòu)包括分散在整個富鎂的基體相中的Mgl7A112顆粒或者薄片或者其他透鏡狀形狀的金屬間相。Mgl7A112顆粒具有基于鑄造過程的分布(也就是出現(xiàn)的頻率)。通過改變鑄造過程中的一個或者多個參數(shù)，可以增加或者降低該分布。例如，可以改變鑄造溫度和冷卻速率來實現(xiàn)期望分布。周邊區(qū)域可以被稱為再鑄造層，因為它是在用于產(chǎn)生邊緣的激光切割過程期間基材的熔融和再固化的過程中產(chǎn)生的。周邊區(qū)域的寬度在鑄造板件在周邊區(qū)域中的厚度的1%到100%之間。周邊區(qū)域的第二多相微結(jié)構(gòu)包括分散在富鎂的基體相中的至少一個耐腐蝕金屬間相。第二多相微結(jié)構(gòu)的金屬間相可以存在于第一多相微結(jié)構(gòu)中，或者，可以是在激光切割過程期間產(chǎn)生的額外的相。因此，在各個方面，第二多相微結(jié)構(gòu)包括比第一多相微結(jié)構(gòu)更大量的金屬間相?？梢援a(chǎn)生額外的金屬間相，例如通過在激光切割過程中添加在毛坯鑄造板件中不存在的額外合金元素來產(chǎn)生。根據(jù)本發(fā)明非限制性的實施例，第二多相微結(jié)構(gòu)包括分散在整個富鎂的基體相中的Mgl7A112顆粒金屬間相。第二多相微結(jié)構(gòu)的Mgl7A112顆粒以比Mgl7A112顆粒在第一多相微結(jié)構(gòu)中的第一分布更大的第二分布存在。Mgl7A112顆粒的更大分布給周邊區(qū)域提供了比中央?yún)^(qū)域的耐腐蝕性更高的耐腐蝕性。Mgl7A112顆粒的分布通過在激光切割過程期間向切割區(qū)域中添加鋁合金元素來提高。在各種方面，根據(jù)激光切割過程中的各種參數(shù)來提高Mgl7A112顆粒的分布。根據(jù)本公開，鑄造板件可以利用鑄造鎂合金板件的傳統(tǒng)鑄造方法形成的毛坯鑄造板件來大量制造。示例性的制造系統(tǒng)包括適當?shù)蔫T造設(shè)備，激光切割設(shè)備以及任選的，邊緣拋光設(shè)備。激光切割設(shè)備是類似于激光切割設(shè)備134。在各種實施方案中，邊緣拋光設(shè)備是用于將激光切割設(shè)備產(chǎn)生的邊緣變得平滑。在各種方面，制造系統(tǒng)還包括類似于表面處理設(shè)備136、組裝設(shè)備138和最終拋光設(shè)備140的表面處理設(shè)備、組裝設(shè)備以及最終拋光設(shè)備。在示例性的方法中，鑄造設(shè)備形成具有拋光板件的整體期望三維形狀的毛坯鑄造板件。毛坯鑄造板件包括第一多相微結(jié)構(gòu)，其包括分布在富鎂的基體相中的金屬間相。在各種方面，金屬間相不提供足夠的耐腐蝕性。激光切割設(shè)備利用預(yù)定的激光切割過程切割毛坯板件，以制造包括耐腐蝕邊緣的切割板件。激光切割過程改變毛坯鑄造板件的第一多相微結(jié)構(gòu),產(chǎn)生與第一多相微結(jié)構(gòu)不同的第二多相微結(jié)構(gòu)。第 二多相微結(jié)構(gòu)包括分散在富鎂的基體相中的耐腐蝕金屬間相。在各種實施方案中，金屬間相通過在激光切割過程中向切割區(qū)域的熔融材料中添加合金元素而產(chǎn)生。在各種方面，合金元素存在于毛坯鑄造板件中，或者替代地是具有耐腐蝕性的額外的合金元素。在再一個方面，金屬間相存在于第一和第二多相微結(jié)構(gòu)中，但是在第二多相微結(jié)構(gòu)中具有更大的分布。在又一個方面中，金屬間相在第二多相微結(jié)構(gòu)的區(qū)域中的分布是相對均勻的，或者任選地，沿著從鑄造板件的中央?yún)^(qū)域向著邊緣增加。本發(fā)明的廣泛教導可以以各種形式來實施。因此，盡管本公開包括具體的實施例，但是本公開的真正范圍應(yīng)當不受到如此限制，因為其他的變形在學習附圖、說明書以及所附權(quán)利要求的基礎(chǔ)上將變得清楚。
權(quán)利要求
1.一種用于大量制造鎂合金板件的制造系統(tǒng)，包括 成型設(shè)備，其形成具有三維形狀的板件，所述板件具有第一微結(jié)構(gòu)，所述第一微結(jié)構(gòu)具有第一耐腐蝕性；以及 激光切割設(shè)備，其利用激光切割所述板件以形成邊緣，并且其在形成所述邊緣的同時在所述板件中形成第二微結(jié)構(gòu)，所述第二微結(jié)構(gòu)與所述第一微結(jié)構(gòu)不同并且具有比所述第一耐腐蝕性更高的第二耐腐蝕性。
2.如權(quán)利要求I所述的制造系統(tǒng)，其中所述第一微結(jié)構(gòu)具有N個相，而所述第二微結(jié)構(gòu)具有N + M個相，N和M是大于O的整數(shù)。
3.如權(quán)利要求I所述的制造系統(tǒng)，還包括 進料設(shè)備，在切割所述板件的同時所述進料設(shè)備將合金元素添加到由所述激光切割設(shè)備產(chǎn)生的切割區(qū)域中的熔融材料。
4.如權(quán)利要求3所述的制造系統(tǒng)，其中所述合金元素是存在于由所述激光切割設(shè)備接收的板件中的合金元素。
5.如權(quán)利要求3所述的制造系統(tǒng)，其中所述合金元素不存在于由激光切割設(shè)備接收的板件中。
6.如權(quán)利要求I所述的制造系統(tǒng)，其中所述成型設(shè)備利用沖壓過程和熱金屬氣體成型過程中的一種形成所述板件。
7.如權(quán)利要求I所述的制造系統(tǒng)，其中所述成型設(shè)備通過鑄造所述板件來形成所述板件。
8.一種用于車輛的鎂合金板件，包括 具有第一微結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域，所述第一微結(jié)構(gòu)具有第一耐腐蝕性；以及從所述第一區(qū)域延伸到邊緣的第二區(qū)域，所述第二區(qū)域具有第二微結(jié)構(gòu)，所述第二微結(jié)構(gòu)與所述第一微結(jié)構(gòu)不同并且具有比所述第一耐腐蝕性更高的第二耐腐蝕性。
9.一種用于大量制造鎂合金板件的方法，包括 成型具有第一微結(jié)構(gòu)的板件，所述第一微結(jié)構(gòu)具有第一耐腐蝕性； 利用激光切割所述板件以形成邊緣；以及 在切割所述板件以形成邊緣的同時，在所述板件中形成第二微結(jié)構(gòu)，所述第二微結(jié)構(gòu)與所述第一微結(jié)構(gòu)不同并且具有比所述第一耐腐蝕性更高的第二耐腐蝕性。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求14的方法制造的鎂合金板件。
全文摘要
一種用于車輛的鎂合金板件包括第一區(qū)域和從第一區(qū)域向邊緣延伸的第二區(qū)域。第一區(qū)域具有第一微結(jié)構(gòu)，第一微結(jié)構(gòu)具有第一耐腐蝕性。第二區(qū)域具有與第一微結(jié)構(gòu)不同的第二微結(jié)構(gòu)，并且具有高于第一耐腐蝕性的第二耐腐蝕性。一種用于大量制造鎂合金板件的系統(tǒng)包括成型設(shè)備和激光切割設(shè)備。成型設(shè)備成型具有第一微結(jié)構(gòu)的板件，第一微結(jié)構(gòu)具有第一耐腐蝕性。激光切割設(shè)備利用激光將板件切割以形成邊緣，并在形成邊緣的同時形成第二微結(jié)構(gòu)。第二微結(jié)構(gòu)與第一微結(jié)構(gòu)不同，并且具有高于第一耐腐蝕性的第二耐腐蝕性。還提供一種大量制造鎂合金板件的方法。
文檔編號B62D25/00GK102764990SQ20121013577
公開日2012年11月7日 申請日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月4日
發(fā)明者A.K.薩奇德夫, J.T.卡特 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司