專利名稱：用于測試金屬涂層的質(zhì)量的方法和裝置的制作方法
用于測試金屬涂層的質(zhì)量的方法和裝置
本發(fā)明涉及一種用于確定金屬基體特別是鋼或鋼合金基體的金屬 表面的質(zhì)量的方法，以及一種用于確定金屬基體的金屬表面的質(zhì)量的 裝置，此裝置包括模具、板架和沖模，用該沖模使基體變形，以便產(chǎn) 生一拉延的測試面。
在汽車制造中經(jīng)常要用到板材，所述板材被涂層，以實(shí)現(xiàn)某種特 性，例如達(dá)到盡可能好的耐腐蝕性。在變形過程之前，經(jīng)常將涂層以 帶或板的方式應(yīng)用于基體，因而不僅金屬本身而且其涂層必須具有較 好的變形特性。這種涂層的典型例子是鋼件的熱鍍鋅，例如用于小汽 車的車身殼體。其中，涂層的質(zhì)量取決于許多不同的參數(shù)，因而在初 步階段即例如在基體進(jìn)入車身部件的后續(xù)處理之前，就希望對表面質(zhì) 量進(jìn)行檢測。然而，由于常常直到將板材成型為產(chǎn)品時(shí)才出現(xiàn)例如軋 制缺陷，因而類似的問題還涉及未涂層的板材，例如薄板。在這種情 況下，也希望在進(jìn)一步考慮板材變形的基礎(chǔ)上對表面質(zhì)量進(jìn)行檢測。
由現(xiàn)有技術(shù)已知多種用于測試金屬基體的表面狀況的方法。例如，
從DE10111296A1已知通過評價(jià)平面制品的表面的電子圖像來檢查平 面制品的表面質(zhì)量。用已知的方法不能得到變形過程是否適于表面和/ 或涂層的信息。
基于此，本發(fā)明的目的是提供一種用于確定金屬基體上的金屬涂 層的質(zhì)量的此類方法以及此類裝置，通過該方法和裝置，可以依據(jù)特 定用途，特別是考慮隨后的變形，來檢測金屬涂層的質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)教導(dǎo)，上述目的是通過這樣的方法實(shí)現(xiàn)的， 即，至少在一個(gè)測試面的區(qū)域中使所述基體變形，其中，所述基體在 所述測試面區(qū)域中的主要及額外形變采用與基體后來的用途有關(guān)的、 預(yù)先確定的值，以及，在變形之后檢測所述測試面的金屬表面的質(zhì)量。
業(yè)已表明，例如在車輛的不同區(qū)域中使用的板件在生產(chǎn)過程中要經(jīng)受不同程度的變形。例如，汽車車頂結(jié)構(gòu)的金屬基體遭受相對較小
的、大約1-2%的主要形變。而當(dāng)生產(chǎn)汽車的側(cè)板的板件時(shí)，典型地 出現(xiàn)約5%的主要形變。當(dāng)生產(chǎn)汽車的發(fā)動機(jī)罩部件時(shí)，例如，經(jīng)常 是約3%的主要形變?，F(xiàn)在，通過根據(jù)本發(fā)明的方法，以可控的方式 模擬在后續(xù)加工過程中出現(xiàn)的主要及額外形變，然后，關(guān)于金屬表面 的質(zhì)量，對包括相應(yīng)的主要及額外形變的測試面進(jìn)行檢測。以光學(xué)方 式特別是使用顯微鏡或其它光學(xué)和/或光電裝置來檢測測試面的金屬 表面。與由現(xiàn)有技術(shù)已知的方法不同，根據(jù)特定用途來確定表面的質(zhì) 量，即例如金屬基體是否可以經(jīng)受一定的變形而在金屬表面中未出現(xiàn) 缺陷。因而，原則上，可以使金屬基體指定配置于不同的變形要求， 并且最小化在生產(chǎn)車輛的結(jié)構(gòu)部件時(shí)的廢品率。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的方法的第一個(gè)實(shí)施方式，例如在具有沖模 的材料變形工具中拉延基體，并且通過深沖深度調(diào)整主要形變，因而 可以以簡單的方式將主要形變可復(fù)制地引入到金屬基體中。
可以通過下述方式來確定用于汽車的車身殼體部件的金屬基體的 金屬表面的質(zhì)量在測試面的區(qū)域中，基體的主要形變最大為7%, 因?yàn)檫@是生產(chǎn)期間汽車的車身殼體部件的主要形變的、典型的最大值。
如果測試面區(qū)域中基體的額外形變在-2 %至+2 %之間，則額外形
變也位于典型地用于特定用途的范圍內(nèi)。在確定金屬表面的質(zhì)量時(shí)， 將額外形變設(shè)定為大約0%,以便在確定金屬基體的表面質(zhì)量時(shí)獲得 特別接近于實(shí)際的測試結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明的方法的進(jìn)一步改進(jìn)的實(shí)施方式，由于測試面在變形 之后被磨光的事實(shí)，因而可以更容易地識別金屬基體表面上的可能的 缺陷。特別是，通過磨光測試面，可以使得由生產(chǎn)過程所造成的金屬 表面上的缺陷能被看見。
優(yōu)選地，作為基體，使用具有1.5mm最大厚度、優(yōu)選0.3mm至 lmm厚度的以及最大500MPa強(qiáng)度、優(yōu)選140至500MPa的板，這是 由于當(dāng)它們用作車輛結(jié)構(gòu)中的車身殼體部件時(shí)具有特別好的特性。
根據(jù)本發(fā)明的方法特別適于檢測金屬涂層特別是電流(電解)鍍鋅的或熱鍍鋅的涂層。因此，如上所述，經(jīng)涂層的基體優(yōu)選用在車輛 結(jié)構(gòu)中的車身殼體部件。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)教導(dǎo)，上述目的是通過這樣的裝置實(shí)現(xiàn)的， 即，沖模形成為，在變形的基體的測試面的區(qū)域中，主要形變最大為
7%,額外形變在-2%至+2%之間，優(yōu)選接近0%。通過根據(jù)本發(fā)明設(shè) 計(jì)的沖模，在考慮用途的情況下，例如作為汽車的車身殼體部件，在 測試面中產(chǎn)生特定的主要形變，其允許接近于實(shí)際地確定金屬涂層的 質(zhì)量，特別是考慮到對基體的進(jìn)一步加工處理。
優(yōu)選地，沖才莫具有至少400mm的長度和至少250mm的寬度，以 便產(chǎn)生盡可能大的測試面。測試面要適配于金屬基體在其應(yīng)用于車輛 結(jié)構(gòu)中時(shí)的具體使用尺寸，從而，確定測試面的金屬涂層質(zhì)量就能代 表性地說明整個(gè)金屬基體的涂層質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明的裝置的進(jìn)一步改進(jìn)的實(shí)施方式，通過下述措施準(zhǔn)確 地預(yù)先確定主要形變的方向，即，沖模具有一個(gè)朝主要形變的方向有 曲率的正面，該曲率有500至2000mm優(yōu)選1000mm的曲率半徑。在 變形期間，特別是在拉延過程期間，通過沖模正面的曲率準(zhǔn)確地確定 了主要形變。由于有大的曲率半徑，主要形變在整個(gè)測試面上非常均 勻地作用。
如果在沖模的正面和沖模的兩個(gè)橫向于主要形變方向延伸的側(cè)面 之間的邊緣半徑為20至80mm，優(yōu)選40mm,則附加地有助于基體材 料在主要形變方向上流動。因此，測試面在其相應(yīng)的邊界區(qū)域也具有 通過深沖深度調(diào)整的主要形變。
而額外形變則通過下述措施受到限制，即，在沖模的正面和沖模 的兩個(gè)平行于主要形變方向延伸的側(cè)面之間的邊緣半徑在2至10mm 之間，優(yōu)選為5mm。尖銳的邊緣半徑基本上能阻止在額外形變方向上 亦即橫向于主要形變方向的流動。因此，以簡單的方式永久地預(yù)先確 定了主要形變以及額外形變。
為了減少矩形形式的沖模對測試面的影響，在沖模側(cè)面之間的邊 緣具有從50至100mm、優(yōu)選70mm的邊緣半徑。在拉延過程期間參與變形的金屬基體的區(qū)域優(yōu)選通過下面的措施
進(jìn)行限定模具具有兩個(gè)折筋，所述折筋垂直于主要形變的方向延伸 并且布置在模具凹槽的兩側(cè)，該折筋也稱作拉延筋。折筋抑制了基體 在折筋外側(cè)對于形變可能存在的貢獻(xiàn)(影響)，因而能使主要形變在整 個(gè)測試面上幾乎恒定。
最后，如果可以永久地調(diào)定不同的深沖深度，則是有利的。通過 可永久調(diào)定的深沖深度，能夠針對特定應(yīng)用來控制變形，并且將其可 復(fù)制地引入金屬基體，從而，例如對于車輛結(jié)構(gòu)中的不同使用區(qū)域， 可以分別永久地預(yù)置 一種深沖深度。
對于本發(fā)明方法以及本發(fā)明裝置的改進(jìn)和開發(fā)，存在著多種可能 性。就此而言， 一方面參照從屬于權(quán)利要求1和8的各項(xiàng)權(quán)利要求， 另一方面結(jié)合附圖參照針對本發(fā)明裝置的示范性實(shí)施方式的描述，其 中
附圖la)表示根據(jù)本發(fā)明裝置的示范性實(shí)施方式的沖模的俯視
附圖lb)表示附

圖1的示范性實(shí)施方式的沖模的透視圖，
附圖2表示附圖1的根據(jù)本發(fā)明裝置的示范性實(shí)施方式的模具，
以及
附圖3表示附圖1的根據(jù)本發(fā)明裝置的示范性實(shí)施方式的板架。 附圖la)示出根據(jù)本發(fā)明的用于確定金屬基體的金屬涂層的質(zhì)量 的裝置的示范性實(shí)施方式的沖模l的俯視圖。其中，該沖模l以下述 方式設(shè)計(jì)，即，當(dāng)拉延金屬基體時(shí)，沖模的正面2產(chǎn)生一個(gè)具有最大 7%的主要形變的測試面。 一方面，沖模1的側(cè)邊3、 4具有不同的曲 率半徑，以便影響材料實(shí)質(zhì)上在主要形變方向上的流動特性。另一方 面，在本實(shí)施方式中，側(cè)邊4的半徑為5mm，因而，基體的材料實(shí)質(zhì) 上被阻止流過邊緣半徑而產(chǎn)生額外形變。而沖模l的側(cè)邊3的邊緣半 徑則要大得多，這里例如是40mm，以便允許基體的材料流過側(cè)邊3。 這樣，測試面的主要形變方向特別是連同正面2的曲率半徑R3是預(yù)先 確定的。因此，在拉延過程期間，在測試面的整個(gè)區(qū)域上材料的延伸小于7%。
這里，沖模的長度和寬度分別是540或320mm，以便獲得關(guān)于金 屬涂層表面檢測的有代表性的結(jié)果。在沖模側(cè)面之間的角部半徑R4 優(yōu)選為70mm，以便最小化由沖模l的角部產(chǎn)生的在測試面區(qū)域內(nèi)的 應(yīng)變。
在附圖lb)的沖模1的透視圖中，顯然，沖模1的曲率半徑R3 (它優(yōu)選在500至2000mm之間，在當(dāng)前的情況下是1000mm )以較 大的邊緣半徑向沖模l的側(cè)面3過渡。這種過渡確實(shí)地影響了金屬基 體的拉伸特性，因而，從沖模l的側(cè)邊3到測試面2本身幾乎沒有對 主要形變的影響或改變。最終的結(jié)果是測試面2 (其對應(yīng)于沖模1 的正面)在一個(gè)方向上在幾乎整個(gè)區(qū)域上具有恒定的主要形變。
現(xiàn)在，附圖2表示了與沖模1相配的模具5的俯視圖。可以清楚 地看到，有兩個(gè)折筋6平行于模具的凹槽，其在拉延過程期間可防止 過多的材料從更遠(yuǎn)的區(qū)域流入拉延區(qū)域中。折筋6改善了測試面上主 要形變的均勻性，這是因?yàn)槠淇刂屏瞬牧蠌慕饘倩w的更遠(yuǎn)的區(qū)域回 流。類似于沖模的角部半徑R4，模具5具有同樣優(yōu)選為70mm的角部 半徑Rs。為了能確定地調(diào)整在測試面區(qū)域中的主要形變，模具5在凹 槽7的縱側(cè)具有例如15mm的邊緣半徑R6。 一方面，該邊緣半徑能夠 支持折筋的作用效果，但還允許金屬基體的材料流動，特別是在金屬 基體具有從0.3至1.5mm的厚度的情況下。凹槽橫邊的邊緣半徑R7 可以選擇得更大，例如為25mm，因?yàn)閼?yīng)該充分防止金屬基體在凹槽 橫邊處的撕裂。
現(xiàn)在，附圖3示出了板架8，其具有凹槽9，該凹槽具有匹配于沖 模幾何結(jié)構(gòu)的尺寸。凹槽9的角部半徑Rs也適配于沖模l的幾何形狀 并且例如同樣是70mm。
權(quán)利要求
1. 用于確定金屬基體特別是鋼或鋼合金基體的金屬表面的質(zhì)量的方法，其特征在于，至少在一個(gè)測試面的區(qū)域中使所述基體變形，其中，所述基體在所述測試面區(qū)域中的主要及額外形變采用與基體后來的用途有關(guān)的、預(yù)先確定的值，以及，在變形之后檢測所述測試面的金屬表面的質(zhì)量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，在一種具有沖模的 材料變形工具中拉延所述基體，并且通過深沖深度調(diào)整所述主要形變。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述基體在所 述測試面區(qū)域中的主要形變最大為7%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述 基體在所述測試面區(qū)域中的額外形變在-2 %至+2 %之間，優(yōu)選接近0 % 。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在變 形之后磨光所述測試面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，作為 基體，使用具有1.5mm最大厚度、優(yōu)選0.3mm至lmm厚度以及最大 500Mpa強(qiáng)度、優(yōu)選140至500MPa強(qiáng)度的板。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對一 金屬涂層特別是電流鍍鋅的或熱鍍鋅的涂層的表面進(jìn)行測試。
8. 用于確定金屬基體的金屬表面的質(zhì)量的裝置，特別用于實(shí)施根 據(jù)權(quán)利要求1至7所述的方法，所述裝置包括模具、板架和沖模，用 所述沖模使基體變形，以便產(chǎn)生一拉延的測試面，其特征在于，所述 沖模(l)形成為，在變形的基體的測試面區(qū)域中，主要形變最大為7 %，并且額外形變在-2%至+2%之間，優(yōu)選接近0%。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所迷沖模(l)具 有至少400mm的長度和至少250mm的寬度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的裝置，其特征在于，所述沖模(l) 具有一個(gè)朝主要形變的方向有曲率的正面(2)，所述曲率有500至2000mm優(yōu)選1000mm的曲率半徑(R3 )。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8至IO之任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，在 所述沖模(1)的正面(2)和所述沖模的兩個(gè)橫向于主要形變方向延 伸的側(cè)面(3)之間的邊緣半徑(R2)為20至80mm，優(yōu)選40mm。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8至ll之任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，在 所述沖模(1)的正面(2)和所述沖模的兩個(gè)平行于主要形變方向延 伸的側(cè)面(4)之間的邊緣半徑(Rj在2至10mm之間，優(yōu)選為5mm。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8至12之任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，在 所述沖模(1)的側(cè)面(3， 4 )之間的邊緣具有50至100mm優(yōu)選70mm 的角部半徑(R4)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8至13之任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所 述模具(5)具有兩個(gè)折筋(6)，所述折筋橫向于所述主要形變的方向 延伸并且布置在所述模具的凹槽(7)的兩側(cè)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求8至14之任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，可 以永久地調(diào)定不同的深沖深度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定金屬基體特別是鋼或鋼合金基體的金屬表面的質(zhì)量的方法，以及一種用于確定金屬基體的金屬表面的質(zhì)量的裝置，所述裝置模具(5)、板架(8)和沖模(1)，用所述沖模使基體變形，以便產(chǎn)生一拉延的測試面。本發(fā)明的目的是提供用于確定金屬基體上的金屬涂層的質(zhì)量的此類方法和此類裝置，借其可以依據(jù)特定用途特別是考慮隨后的變形來檢測金屬涂層的質(zhì)量，針對這種方法，上述目的是通過下述方式實(shí)現(xiàn)的，至少在一個(gè)測試面的區(qū)域中使所述基體變形，其中，所述基體在所述測試面區(qū)域中的主要及額外形變采用與基體后來的用途有關(guān)的、預(yù)先確定的值，以及，在變形之后檢測所述測試面的金屬表面的質(zhì)量。
文檔編號B21D22/26GK101421614SQ200780013202
公開日2009年4月29日 申請日期2007年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月3日
發(fā)明者A·比肯施托克, M·林內(nèi)佩, P·海德比切爾 申請人:蒂森克虜伯鋼鐵股份公司