專利名稱：在多層復(fù)合材料中形成折邊的方法以及具有至少一個(gè)折邊的多層復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在多層復(fù)合材料中形成折邊的方法，該多層復(fù)合材料具有至少 一層由塑料構(gòu)成的核心層和至少兩層由金屬材料構(gòu)成的覆蓋層。進(jìn)一步地，本發(fā)明還涉 及一種具有至少一個(gè)折邊的多層復(fù)合材料，該多層復(fù)合材料具有至少一層由塑料構(gòu)成的 核心層和至少兩層由金屬材料構(gòu)成的覆蓋層。
背景技術(shù)：
多層復(fù)合材料在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的。例如韓國(guó)公開(kāi)文獻(xiàn)(文獻(xiàn)號(hào)為10 2005 0027702A)公開(kāi)了一種汽車車身的頂蓋元件，該頂蓋元件中設(shè)有帶有護(hù)層的三層復(fù)合材 料。該復(fù)合材料在此具有一層由合成樹(shù)脂、特別是聚丙烯構(gòu)成的核心層。通常來(lái)說(shuō)， 具有一層由塑料構(gòu)成的核心層和兩層由金屬材料構(gòu)成的覆蓋層的復(fù)合材料能夠在復(fù)合材 料的重量和硬度或強(qiáng)度之間達(dá)到有利的平衡。由于在典型的載荷下，核心層的應(yīng)力比覆 蓋層的應(yīng)力要小，所以可以選用塑料作為核心層，主要是因?yàn)槠涿芏认鄬?duì)金屬材料小得 多，由此使重量相對(duì)較輕。除此之外，這種類型的復(fù)合材料還具有熱絕緣和減震性能。德國(guó)公開(kāi)文獻(xiàn)1 527 957還公開(kāi)了一種三層復(fù)合材料，其具有兩層外鋼板層和一 層由塑料構(gòu)成的核心層，例如帶有添加物的經(jīng)過(guò)深拉的聚醋酸乙烯酯。為了減少塑料核 心層的粘度，深拉過(guò)程在120°C-160°C的溫度條件下進(jìn)行。特別是臨界拉伸率能夠通過(guò) 這種方法得到提高。然而，深拉形成的變形半徑比護(hù)層或折邊的半徑明顯大得多，因此 單層材料在變形弧區(qū)域于深拉過(guò)程中的應(yīng)力比折邊或護(hù)層的加工過(guò)程中的應(yīng)力明顯小得 多。而且因?yàn)椴煌谖墨I(xiàn)DE 1527957所描述的，塑料核心層大多具有比覆蓋層明顯更厚 的厚度，所以覆蓋層相對(duì)于變形過(guò)程所受到的載荷而不成比例地受到影響，因此能夠造 成覆蓋層的諸如斷裂，裂縫或者類似的材料損壞。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種在多層復(fù)合材料中形成折邊的方法，該方法還 能保證具有較高的過(guò)程安全性和形成的多層復(fù)合材料的理想完整度。進(jìn)一步地，本發(fā)明 的目的還在于提供一種進(jìn)行相應(yīng)變形的多層復(fù)合材料。根據(jù)本發(fā)明的第一技術(shù)方案，通過(guò)一種在多層復(fù)合材料中形成折邊的方法實(shí)現(xiàn) 了上述目的，該多層復(fù)合材料具有至少一層由塑料構(gòu)成的核心層和至少兩層由金屬材料 構(gòu)成的覆蓋層，其中，將待形成折邊區(qū)域內(nèi)的多層復(fù)合材料的核心層至少逐段地加熱至 1800C _300°C的溫度。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)熱效應(yīng)，特別是在180°C-30(TC的溫度范圍內(nèi)能夠使塑料核 心層的強(qiáng)度降低。折邊的特征在于，在彎曲區(qū)域中材料的變形具有非常小的半徑。同時(shí) 外側(cè)覆蓋層比內(nèi)側(cè)覆蓋層的周長(zhǎng)要長(zhǎng)。因此外側(cè)覆蓋層必須受到拉伸，由此產(chǎn)生高的拉 應(yīng)力，該拉應(yīng)力能夠使材料的外側(cè)覆蓋層產(chǎn)生損壞。核心層越厚和覆蓋層越薄，這種效應(yīng)就顯得越突出。通過(guò)對(duì)復(fù)合材料的加熱會(huì)使核心層的強(qiáng)度降低到這種程度，即在用折邊工具折 邊時(shí)產(chǎn)生的壓力會(huì)使核心層局部受到抑制。這會(huì)改變折邊的幾何特征，與核心層沒(méi)有 加熱的情況相比，使外側(cè)覆蓋層能夠具有更小的周長(zhǎng)。通過(guò)這種方式使覆蓋層的應(yīng)力減 小，同時(shí)減少外側(cè)和內(nèi)側(cè)覆蓋層受到損壞的風(fēng)險(xiǎn)。這樣會(huì)避免多層復(fù)合材料產(chǎn)生諸如其 覆蓋層裂縫、斷裂以及其他類似的在折邊區(qū)域上的損壞，由此特別帶來(lái)經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)點(diǎn)。在本發(fā)明中，如何在變形過(guò)程中使核心層的溫度加熱至180°C _300°C并不重 要。優(yōu)選通過(guò)熱傳導(dǎo)、感應(yīng)或者輻射把熱量傳遞給覆蓋層，然后從覆蓋層通過(guò)熱傳導(dǎo)繼 續(xù)傳遞給核心層。在此對(duì)覆蓋層的加熱對(duì)于折邊是不利的，同時(shí)也不一定是需要的。因 為加熱是不能完全避免的，所以優(yōu)選考慮這樣的溫度范圍，即在該溫度范圍內(nèi)，對(duì)金屬 覆蓋層的材料性能要求是不重要的，并且同時(shí)能夠明顯改變核心層的材料性能。對(duì)核心 層的溫度狀態(tài)在變形前后以及變形過(guò)程中進(jìn)行測(cè)量是優(yōu)選的。這種方式能夠保證安全地 進(jìn)行過(guò)程。該兩側(cè)覆蓋層可以由兩種相同或者不同的金屬材料構(gòu)成。相同金屬材料的應(yīng)用 能夠使復(fù)合材料具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)，該設(shè)置特別簡(jiǎn)化了對(duì)該復(fù)合材料的再處理。相反地，通 過(guò)使用不同金屬材料能夠使復(fù)合材料非常靈活地根據(jù)不同的要求而使兩層覆蓋層適合于 不同的再處理步驟或者使用步驟。在本發(fā)明方法的優(yōu)選的實(shí)施例中，加熱至200°C-260°c的溫度。以這種方式可 以在由于加熱導(dǎo)致的降低的塑料強(qiáng)度和塑料的耐熱性之間實(shí)現(xiàn)平衡。300°C范圍的高溫保 證了最大的強(qiáng)度降低，而不會(huì)導(dǎo)致塑料結(jié)構(gòu)本身的不可逆性，也不會(huì)導(dǎo)致不可修復(fù)。強(qiáng) 度的顯著降低有利于變形過(guò)程中對(duì)塑料材料的抑制。在本發(fā)明范圍內(nèi)所定義的至180°C的 溫和的升溫方式保證了，在總能達(dá)到由復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)小半徑的折邊的良好的變形能力條 件下、在大幅度的變形過(guò)程中使塑料的結(jié)構(gòu)以及由此使塑料的耐受性仍得以保持。通過(guò) 在200°C _260°C之間的溫度選擇，能夠使該方法滿足上述兩方面要求。優(yōu)選加熱過(guò)程在變形過(guò)程開(kāi)始之前結(jié)束。以這種方式能夠使復(fù)合材料的加熱階 段和在復(fù)合材料的加熱區(qū)域內(nèi)的折邊的變形階段分離開(kāi)。由此能夠特別有利地保證安全 的過(guò)程實(shí)施。復(fù)合材料加熱所使用的裝置例如能夠與復(fù)合材料分離開(kāi)，從而為變形工具 或折邊工具留出足夠的位置。因?yàn)榛旧献冃芜^(guò)程在很短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，所以不需要對(duì)加 熱的復(fù)合材料進(jìn)行過(guò)度冷卻。利用另一種替代方式也有可能使加熱過(guò)程至少?gòu)臅r(shí)間上在變形過(guò)程中進(jìn)行。以 這種方式能夠使形成折邊的方法以高效率來(lái)實(shí)現(xiàn)。那么，加熱階段、也就是至少用于加 熱塑料的加熱時(shí)間，以及變形過(guò)程至少在時(shí)間上同時(shí)進(jìn)行。因此例如可以把加熱裝置和 折邊裝置合并成多功能裝置來(lái)使用。同時(shí)可以在折邊工具上安裝加熱單元，該加熱單元 至少可以在時(shí)間上于變形過(guò)程中將其熱量傳遞給復(fù)合材料。這種變換形式能夠顯示出本 發(fā)明方法的靈活性。優(yōu)選覆蓋層的金屬材料是鋼、或者是具有高強(qiáng)度或者非常高強(qiáng)度的合金鋼。特 別是當(dāng)需要某種復(fù)合材料時(shí)，即，該復(fù)合材料具有確定的最小厚度，其重量當(dāng)然不能超 過(guò)所確定的最大極限值，那么通過(guò)上述選材可以對(duì)核心層和覆蓋層的不同材料的性能進(jìn) 行優(yōu)選補(bǔ)充。通過(guò)使用鋼或者具有高強(qiáng)度或者非常高強(qiáng)度的合金鋼，能夠很好的滿足這些要求。因?yàn)橛射摶蛘吆辖痄摌?gòu)成的覆蓋層具有高的強(qiáng)度或者硬度，相反地，盡管由于 塑料的很小密度導(dǎo)致其重量對(duì)復(fù)合材料總重量的貢獻(xiàn)很小，但是由塑料構(gòu)成的核心層能 夠用于調(diào)整復(fù)合材料的確定厚度。除此之外，鋼或者合金鋼還具有好的耐腐蝕性和變形 特性，特別適用于焊接。在該方法的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，可以使覆蓋層具有相同的或者相互不同的厚 度。以這種方式，復(fù)合材料能夠適應(yīng)于在兩側(cè)覆蓋層上產(chǎn)生的不同的載荷。相同厚度的 構(gòu)造使復(fù)合材料的再處理變得尤其簡(jiǎn)單，因?yàn)樵搹?fù)合材料不具有偏向性，而是基本對(duì)稱 的。優(yōu)選核心層具有最厚的覆蓋層的2-5倍的厚度。這樣能夠使復(fù)合材料的重量和 復(fù)合材料的強(qiáng)度或硬度達(dá)到特別合適的比例。由此能夠達(dá)到有利的熱絕緣和減震性能。 例如由塑料構(gòu)成的核心層具有0.75mm的厚度，而由金屬材料構(gòu)成的覆蓋層的厚度大約是 0.25mm。這相當(dāng)于大約3 1的比例。因此，復(fù)合材料總厚度在由變形產(chǎn)生的折邊位 置之外大約為1.25mm。這樣的厚度使復(fù)合材料具有的性能能夠優(yōu)選應(yīng)用在汽車制造、特 別是車身制造中，用于加工承重件或型材部件。根據(jù)本方法的另一個(gè)實(shí)施例，該核心層由發(fā)泡塑料構(gòu)成。在具有優(yōu)勢(shì)的方法 中，使塑料(聚合物)含有氣體包含物，優(yōu)選含有空氣、二氧化碳(CO2)、氮?dú)饣蛘咂渌?惰性氣體或稀有氣體。這樣的優(yōu)點(diǎn)在于，在加熱狀態(tài)下，塑料不僅僅是局部向一側(cè)受到 抑制，而且可以向其內(nèi)部壓縮。通過(guò)這種方式使折邊區(qū)域更好的變形，同時(shí)使覆蓋層的 應(yīng)力進(jìn)一步降低。根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)技術(shù)方案，還通過(guò)提供一種具有至少一個(gè)折邊的多層復(fù)合材 料來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，該多層復(fù)合材料具有至少一層由塑料構(gòu)成的核心層和至少兩層 由金屬材料構(gòu)成的覆蓋層，其中，該核心層在折邊的彎曲部區(qū)域內(nèi)相對(duì)于折邊彎曲部區(qū) 域之外而變薄。這樣會(huì)導(dǎo)致，外側(cè)覆蓋層必須具有小的周長(zhǎng)。通過(guò)該設(shè)置使覆蓋層的應(yīng)力以及 內(nèi)外覆蓋層產(chǎn)生損壞的風(fēng)險(xiǎn)降低。優(yōu)選覆蓋層的金屬材料是鋼、或者是具有高強(qiáng)度或者非常高強(qiáng)度的合金鋼。特 別是當(dāng)需要某種復(fù)合材料時(shí)，即，該復(fù)合材料具有確定的最小厚度，其重量當(dāng)然不能超 過(guò)所確定的最大極限值，那么通過(guò)上述選材可以對(duì)核心層和覆蓋層的不同材料的性能進(jìn) 行優(yōu)選補(bǔ)充。通過(guò)使用鋼或者具有高強(qiáng)度或者非常高強(qiáng)度的合金鋼，能夠很好的滿足這 些要求。因?yàn)橛射摶蛘吆辖痄摌?gòu)成的覆蓋層具有高的強(qiáng)度或者硬度，相反地，盡管由于 塑料的很小密度導(dǎo)致其重量對(duì)復(fù)合材料總重量的貢獻(xiàn)很小，但是由塑料構(gòu)成的核心層能 夠用于調(diào)整復(fù)合材料的確定厚度。除此之外，鋼或者合金鋼還具有好的耐腐蝕性和變形 特性，特別適用于焊接。。在本發(fā)明多層復(fù)合材料的另一個(gè)有利的實(shí)施例中，可以使覆蓋層具有相同的或 者相互不同的厚度。以這種方式，復(fù)合材料能夠適應(yīng)于在兩側(cè)覆蓋層上產(chǎn)生的不同的 載荷。相同厚度的構(gòu)造使復(fù)合材料的再處理變得尤其簡(jiǎn)單，因?yàn)樵搹?fù)合材料不具有偏向 性，而是基本對(duì)稱的。優(yōu)選該核心層具有最厚的覆蓋層的2-5倍的厚度。這樣能夠使復(fù)合材料的重量 和復(fù)合材料的強(qiáng)度或硬度達(dá)到特別合適的比例。由此能夠達(dá)到有利的熱絕緣和減震性能。例如由塑料構(gòu)成的核心層具有0.75mm的厚度，而由金屬材料構(gòu)成的覆蓋層的厚度 大約是0.25mm。這相當(dāng)于大約3 1的比例。因此，復(fù)合材料總厚度在由變形產(chǎn)生的 折邊位置之外大約為1.25mm。這樣的厚度使復(fù)合材料具有的性能能夠優(yōu)選應(yīng)用在汽車制 造、特別是車身制造中，用于加工承重件或型材部件。特別優(yōu)選的是，具有至少一個(gè)折邊的多層復(fù)合材料在汽車制造、特別是車身制 造中用于加工承重件和型材部件的用途。因?yàn)檫@樣可以使具有優(yōu)勢(shì)的重量輕的性能以及 由覆蓋層帶來(lái)的強(qiáng)度和硬度性能有利地結(jié)合和使用。


本發(fā)明的方法和多層復(fù)合材料的構(gòu)成及擴(kuò)展方式具有多種實(shí)施方案。對(duì)此通過(guò) 權(quán)利要求1和9的從屬權(quán)利要求進(jìn)行了說(shuō)明。接下來(lái)通過(guò)附圖所示的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn) 行詳細(xì)說(shuō)明。圖中示出了圖1為三層復(fù)合材料的截面圖；圖2為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)具有一個(gè)折邊的三層復(fù)合材料的截面圖；以及圖3為根據(jù)本發(fā)明具有一個(gè)折邊的三層復(fù)合材料的截面圖。
具體實(shí)施例方式圖1以截面圖的形式舉例示出了能夠用于形成折邊的三層復(fù)合材料2的斷面結(jié) 構(gòu)。核心層4由塑料構(gòu)成，例如具有0.75mm的厚度。核心層4的兩側(cè)分別是由鋼構(gòu)成 的覆蓋層6、8。同樣也能夠使用具有高強(qiáng)度或者非常高強(qiáng)度的合金鋼作為覆蓋層6、8的 材料。覆蓋層6、8在該實(shí)施例中的厚度同樣為大約0.25mm，也可以選用相互不同的厚 度。一般來(lái)說(shuō)優(yōu)選核心層4的厚度是最厚的覆蓋層6、8厚度的2-5倍。進(jìn)一步地，根 據(jù)不同的應(yīng)用，兩個(gè)覆蓋層6、8之間有可能設(shè)置不止一層核心層4。進(jìn)一步地，核心層 4也可以優(yōu)選由相對(duì)輕密度的材料構(gòu)成，例如塑料。圖2示出了圖1所示的三層復(fù)合材料2采用傳統(tǒng)方式進(jìn)行折邊的情況。圖2中， 與通過(guò)深拉工藝所產(chǎn)生的變形相比，其折邊彎曲部10的半徑很小。通過(guò)這種不考慮材料 結(jié)構(gòu)的方法進(jìn)行折邊，塑料核心層4的厚度在折邊彎曲部10處和折邊彎曲部10之外大體 上是相同的，并由此和三層復(fù)合材料2在折邊之前的厚度是一樣的。這樣由于相對(duì)高的 載荷會(huì)導(dǎo)致折邊彎曲部10處的由鋼構(gòu)成的覆蓋層6、8的材料出現(xiàn)損壞，由此，在該彎曲 部位置上出現(xiàn)覆蓋層6、8裂縫和斷裂的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)變高。與此相反，圖3示出了由圖1所示的三層復(fù)合材料2根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行折邊 變形的情況。通過(guò)至少對(duì)核心層4的材料加熱至180°C和300°C之間的溫度，特別是在 200°C和260°C之間的溫度范圍，塑料的強(qiáng)度會(huì)降低。在這種溫度下進(jìn)行的折邊過(guò)程能夠 使核心層4的材料在待形成折邊的彎曲部10區(qū)域內(nèi)局部受到抑制。通過(guò)這種方式，使外 側(cè)覆蓋層6相對(duì)圖2的實(shí)施例中的外側(cè)覆蓋層具有較小的周長(zhǎng)，這樣特別是在待形成折邊 的彎曲部10區(qū)域內(nèi)能夠使覆蓋層6和8的應(yīng)力減小以及產(chǎn)生損壞的風(fēng)險(xiǎn)降低。相應(yīng)地， 核心層4在形成折邊的彎曲部10區(qū)域內(nèi)相對(duì)于折邊彎曲部10區(qū)域之外而變薄。以這種 方式能夠特別使制造方法的過(guò)程安全性和多層復(fù)合材料2的完整度得到提高。
權(quán)利要求
1.一種在多層復(fù)合材料中形成折邊的方法，所述多層復(fù)合材料具有至少一層由塑料 構(gòu)成的核心層和至少兩層由金屬材料構(gòu)成的覆蓋層，其特征在于，將待形成折邊的區(qū)域 內(nèi)的多層復(fù)合材料的核心層至少逐段地加熱至180°c -300°c的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，加熱至200°C-260°C的溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述加熱過(guò)程在變形過(guò)程開(kāi)始之前 結(jié)束。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述加熱過(guò)程至少?gòu)臅r(shí)間上在變形 過(guò)程中進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述覆蓋層的金屬材 料是鋼或者合金鋼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述覆蓋層具有相同 或者相互不同的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述核心層的厚度是 最厚的覆蓋層厚度的2-5倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述核心層由發(fā)泡塑 料構(gòu)成，所述發(fā)泡塑料特別含有氣體包含物。
9.一種具有至少一個(gè)折邊的多層復(fù)合材料(2)，所述復(fù)合材料具有至少一層由塑料構(gòu) 成的核心層(4)和至少兩層由金屬材料構(gòu)成的覆蓋層(6、8)，其特征在于，所述核心層 (4)在折邊的彎曲部(10)區(qū)域內(nèi)相對(duì)于在折邊彎曲部(10)區(qū)域之外而變薄。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的復(fù)合材料(2)，其特征在于，所述覆蓋層(6、8)的金屬材 料是鋼或者合金鋼。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的復(fù)合材料(2)，其特征在于，所述覆蓋層(6、8)具有 相同或者相互不同的厚度。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中的任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料(2)，其特征在于，所述核心 層(4)的厚度是最厚的覆蓋層(6、8)厚度的2-5倍。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12中的任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料(2)，其特征在于，所述核心 層(4)由發(fā)泡塑料構(gòu)成，所述發(fā)泡塑料特別含有氣體包含物。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13中的任意一項(xiàng)所述的具有至少一個(gè)折邊的多層復(fù)合材料(2) 在汽車制造、特別是車身制造中用于加工承重件和型材部件的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在多層復(fù)合材料中形成折邊的方法，該多層復(fù)合材料具有至少一層由塑料構(gòu)成的核心層和至少兩層由金屬材料構(gòu)成的覆蓋層，而且該方法還能保證具有較高的過(guò)程安全性和形成的多層復(fù)合材料的理想完整度。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，即，將待形成折邊的區(qū)域內(nèi)的多層復(fù)合材料的核心層至少逐段地加熱至180℃-300℃的溫度。進(jìn)一步地，本發(fā)明還涉及一種具有至少一個(gè)折邊的多層復(fù)合材料(2)，該多層復(fù)合材料具有至少一層由塑料構(gòu)成的核心層(4)和至少兩層由金屬材料構(gòu)成的覆蓋層(6、8)。
文檔編號(hào)B29C53/04GK102015143SQ200980116625
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2009年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者埃里克·希爾弗里奇, 奧利弗·克萊因施密特, 托爾斯滕·伯格爾 申請(qǐng)人:蒂森克虜伯鋼鐵歐洲股份公司