СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ Российский патент 2023 года по МПК B23K26/38 B23P15/00 B62D65/06 B21D22/02 B26F1/26 B23K31/00 B23K101/18 

Настоящая заявка заявляет преимущество и приоритет предварительной заявки на патент США № 62/671,781, поданной 15 мая 2018 года.

Настоящее изобретение относится к системам лазерной резки для резки конструктивных элементов для транспортных средств и способам изготовления конструктивных элементов для транспортных средств.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Транспортные средства, такие как автомобили, содержат несущий каркас, выполненный с возможностью выдерживания всех нагрузок, которым может подвергаться транспортное средство в течение его срока службы. Несущий каркас дополнительно выполнен с возможностью выдерживания и поглощения динамических воздействий, например в случае столкновений с другими автомобилями или препятствиями.

Несущий каркас транспортного средства, например, автомобиля, в этом смысле может содержать, например, бамперы, стойки (переднюю стойку кузова, среднюю стойку кузова, заднюю стойку кузова, заднюю стойку кузова-универсала), балки, защищающие от боковых столкновений, пороги кузова или пороги двери, дверные стойки и амортизаторы. Боковая панель для рамы двери в основном содержит панель порога кузова, дверную стойку, переднюю стойку кузова и среднюю стойку кузова. Боковая панель может дополнительно содержать заднюю стойку кузова и заднюю стойку кузова-универсала.

В некоторых примерах боковая панель может быть образована соединением нижней части предварительно штампованной средней стойки кузова с предварительно штампованным стержнем фермы в нижней части кузова и ее верхней части с предварительно штампованной передней стойкой кузова; и нижней части предварительно штампованной дверной стойкой с порогом кузова и ее верхней части с передней стойкой кузова.

Такие конструктивные элементы могут быть образованы путем соединения одной или более пластин. Например, средняя стойка кузова может быть образована центральной усиливающей средней стойкой кузова, внутренней пластиной и некоторыми примерами внешней пластины. Центральная усиливающая, внутренняя пластина и внешняя пластина могут быть соединены на их боковых фланцах. Средняя стойка кузова, передняя стойка кузова и другие конструктивные элементы могут поставляться производителю транспортного средства, например, одним или разными поставщиками для их соединения с образованием боковой панели.

В других примерах боковая панель или другие относительно большие конструктивные элементы могут быть выполнены в виде цельной конструкции, а затем поставляться производителю транспортного средства. В соответствии с этим аспектом боковая панель или большие конструктивные элементы могут быть образованы путем соединения различных заготовок, например посредством сварки, для образования составной заготовки и дальнейшего придания формы составной заготовке, например посредством горячей штамповки или холодной штамповки. Различные сварные заготовки для образования составной заготовки и дальнейшего придания формы этой составной заготовке обычно называют специализированной сварной заготовкой (TWB). Заготовки разной толщины, размера и с разными свойствами могут быть соединены с образованием составной заготовки для минимального уменьшения массы компонентов, при этом обеспечивая конструктивные требования. Эти заготовки сваривают «встык» («стыковое соединение»). Другой возможностью является использование прокатанной по размеру заготовки (TRB). Однако, технология TRB подразумевает повышенный расход материала.

Эти так называемые тонколистные сварные составные заготовки в основном разработаны для горячей штамповки и последующего изготовления для образования компонентов автомобилей, например боковых панелей или других конструктивных элементов. При горячем формовании с закалкой в холодном штампе (HFDQ) используют листы борсодержащей стали для создания штампованных компонентов со свойствами сверхвысокопрочной стали (UHSS), с пределом прочности на разрыв по меньшей мере 1000 МПа, предпочтительно приблизительно 1500 МПа или до 2000 МПа или более.

Примером стали, используемой в технологических процессах горячей штамповки, является сталь 22MnB5. Сталь 22MnB5 поставляют в феррито-перлитной фазе. Механические свойства связаны с этой микроструктурой. После нагревания заготовку подвергают горячей штамповке, затем ее можно закаливать. Данный процесс известен как закалка под прессом. С помощью данного процесса может быть получена в основном мартенситная микроструктура. Вследствие этого значительно повышается предельная прочность на разрыв и предел текучести.

Примером стали 22MnB5 является Usibor® 1500P. Состав Usibor приводится ниже в массовых долях (остальное представляет собой железо (Fe) и неизбежные примеси):

C Si Mn P S Cr Ti B N 0,24 0,27 1,14 0,015 0,001 0,17 0,036 0,003 0,004

Usibor® 1500P может иметь предел текучести, например, 1100 МПа и предельную прочность на разрыв 1500 МПа.

Usibor® 2000 является другой борсодержащей сталью с еще более высокой прочностью. Предел текучести Usibor® 2000 может быть 1400 МПа или более, а предельная прочность на разрыв может быть выше 1800 МПа. Состав Usibor® 2000 содержит максимум 0,37%, максимум 1,4% марганца, максимум 0,7% кремния и максимум 0,005% бора.

В автомобильной промышленности могут также использоваться различные другие составы стали UHSS. В частности, составы стали, описанные в документе EP2735620A1, можно считать подходящими. Может быть сделана конкретная ссылка на таблицу 1 и абзацы 0016–0021 документа EP2735620A1, а также на идеи в абзацах 0067–0079.

В некоторых примерах заготовки UHSS могут содержать приблизительно 0,22% C, 1,2% Si и 2,2% Mn.

Другим материалом, используемым при горячей штамповке, является Ductibor® 500P. Ductibor® является сталью с гораздо большей пластичностью, которая может эффективно поглощать энергию во время динамического воздействия. Предел текучести Ductibor® 500 может быть 350 МПа или более, а предельная прочность на разрыв может быть 460 МПа или более.

Состав Ductibor® 500 содержит максимум 0,11% углерода, максимум 1,1% марганца, максимум 0,06% кремния и максимум 0,001% бора. Аналогично Usibor® Ductibor® может также содержать защитное покрытие.

После деформирования составной заготовки с образованием цельного конструктивного элемента, например цельной боковой панели, возможно потребуется обрезать или вырезать некоторые области цельного конструктивного элемента и/или просверлить некоторые отверстия. Поскольку цельный конструктивный элемент имеет высокую прочность, для большей точности размеров для обрезки боковых кромок может использоваться лазерная резка. Лазерную резку можно также использовать для вырезания множества отверстий, которые могут быть предназначены для различных целей.

Горячештампованные компоненты в основном вырезают и/или обрезают в лазерных ячейках. Лазерные ячейки обычно содержат лазерную режущую головку, установленную на многоосном роботе, и крепежную систему для крепления горячештампованного компонента во время его резки. Лазерные ячейки могут дополнительно содержать кожух для размещения в нем робота и крепежного стола и защиты рабочей области. Лазерная резка части компонента является относительно продолжительным процессом. Чтобы гарантировать высокое качество продукции, используется относительно низкая скорость резки.

Чтобы немного ускорить процесс, может быть предусмотрена вращающаяся крепежная система, содержащая два крепежных стола. В то время как первая крепежная система может удерживать первый компонент, подлежащий резке с помощью лазера в положении резки, второй крепежный стол может быть расположен в положении загрузки для приема второго компонента. Компоненты могут загружаться и выгружаться вручную.

После резки первого компонента крепежная система может вращаться, при этом первый крепежный стол может вращаться в положение загрузки для выгрузки первого компонента, в то время как второй компонент находится в положении резки для резки с помощью лазерной резки. В то время как лазер режет второй компонент, удерживаемый во втором крепежном столе, первый компонент выгружается, например, размещается в транспортировочный стеллаж, а следующий компонент загружается в первый вращающийся крепежный стол. Однако такая крепежная система может только сократить время загрузки и выгрузки, но время лазерной обработки по-прежнему не сокращается.

Примером такой системы лазерных ячеек является TruLasercell 8030, поставляемая на рынок компанией Trumpf®.

За последние годы увеличилась производительность процессов горячей штамповки. Многопереходные прессы и/или прессы с параллельными штампами для штамповки по меньшей мере двух компонентов одновременно способствовали увеличению количества компонентов, которые могут штамповать в течение часа. Однако, используемые в настоящее время лазерные ячейки требуют длительного времени для резки и/или обрезки всех этих штампованных элементов. Производительность горячей штамповки выше производительности используемых в настоящее время лазеров. В некоторых случаях производительность горячештампованных компонентов может быть снижена для соответствия двум скоростям производства. В других случаях могут потребоваться дополнительные лазерные ячейки. Однако, для этих дополнительных лазерных ячеек необходима относительно большая площадь производственного предприятия, которая не всегда может быть доступна. Кроме того, наличие нескольких лазерных ячеек для резки штампованных компонентов увеличивает требования к материально-техническому обеспечению внутри производственного предприятия. По этим причинам может потребоваться большее количество персонала и больше площадей для хранения.

Кроме того, в тех случаях, когда штампованный компонент является относительно большим, например боковая панель для рамы двери или кольца, с длинными линиями резки, время резки увеличивается. Поэтому соотношение между временем штамповки и временем резки компонента увеличивается, так что дополнительно необходимо больше лазерных ячеек, больше персонала и площадей для хранения. Кроме того, чтобы охватить все линии резки крупных компонентов, манипуляторы робота должны быть длиннее, а крепежный стол должен быть больше. Следовательно, лазерные ячейки должны быть больше, и, следовательно, необходима большая площадь производственного предприятия.

В настоящем описании и формуле изобретения термин «резка» следует понимать как любую операцию для удаления части стального компонента или для выполнения отверстия или прорези в этом стальном компоненте. Обрезка представляет собой пример резки при удалении из стального компонента излишка материала, при этом излишек материала может представлять собой контур или часть контура. Выполнение отверстий, таких как прямоугольные отверстия или продолговатые отверстия, или круговые отверстия также представляют собой примеры резки.

В настоящем изобретении предложены примеры систем и способов, которые по меньшей мере частично устраняют некоторые из вышеупомянутых недостатков.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В первом аспекте предложен способ резки компонента транспортного средства. Способ включает: загрузку компонента из зоны загрузки в первую лазерную установку, содержащую первое зажимное приспособление и первое множество многоосных роботов с лазерной режущей головкой; резку первого множества областей компонента с помощью множества лазерных режущих головок, в то время как компонент расположен на первом зажимном приспособлении первой лазерной установки; транспортировку компонента от первой лазерной установки ко второй лазерной установке, содержащей второе зажимное приспособление и множество многоосных роботов, содержащих лазерную режущую головку; резку второго множества областей стального компонента с помощью множества вторых лазерных режущих головок, в то время как стальной компонент расположен на втором зажимном приспособлении; и выгрузку компонента из второй лазерной установки в зону выгрузки.

В соответствии с этим аспектом время резки, например обрезки и/или выполнения прорезей, компонента может быть сокращено, поскольку в каждой из лазерных установок множество лазерных режущих головок могут работать одновременно. Следовательно, увеличивается производительность. Кроме того, поскольку на каждой из установок установлены многоосные роботы, площадь производственного предприятия, необходимая для выполнения операций резки, резко сокращается по сравнению с решениями, предполагающими использование нескольких известных лазерных ячеек.

В настоящем документе компонент может представлять собой стальной компонент и/или может представлять собой компонент транспортного средства, в частности, компонент рамы кузова транспортного средства.

В некоторых примерах резка первого и/или второго множества областей компонента может включать обрезку компонента или выполнение прорезей, например отверстий. В некоторых из этих примеров, в которых резка первого множества областей компонента включает выполнение по меньшей мере одной прорези, способ может дополнительно включать кольцевое сверление по меньшей мере одной прорези. Следовательно, поверхность выреза прорези может быть обработана более точно. В некоторых примерах кольцевое сверление по меньшей мере одной прорези могут выполнять во время транспортировки компонента от первой установки ко второй установке. Инструмент для лазерного кольцевого сверления, установленный на роботе, можно использовать для кольцевого сверления по меньшей мере одной прорези.

В некоторых примерах способ может включать проверку компонента, например областей компонента, которые были вырезаны ранее, после резки первого и/или второго множества областей стального компонента. Таким образом, может быть улучшено качество компонента. В некоторых примерах выгрузка компонента из второй лазерной установки в зону выгрузки может включать проверку компонента. В качестве дополнительного или альтернативного варианта проверка компонента может быть выполнена во время транспортировки компонента от первой ко второй установке лазерной резки. В некоторых из этих примеров проверка компонента может включать визуальный осмотр. Например, для определения, соблюдаются ли все допустимые отклонения размеров, может использоваться камера с соответствующим программным обеспечением для обработки изображений. В качестве альтернативного варианта могут использоваться другие способы проверки, например на основании ультразвука.

Загрузка стального компонента, т. е. транспортировка компонента к лазерной установке из зоны загрузки к первой лазерной установке может включать использование захватного устройства, установленного на многоосном роботе для захватывания компонента. Компоненты могут подаваться в зону загрузки в стеллажах, при этом захватное устройство может поднимать и удерживать компонент в разных положениях. Захватное устройство может содержать захватывающие элементы, расположенные на раме. Захватывающие элементы могут представлять собой, например, чашечные присосы или зажимные приспособления. Многоосные роботы обеспечивают перемещение захватного устройства в разных направлениях.

В качестве дополнительного или альтернативного варианта, транспортировка стального компонента от первой ко второй установке лазерной резки и/или выгрузка компонента из второй лазерной установки в зону выгрузки может включать использование захватного устройства, установленного на многоосном роботе. Захватное устройство может быть выполнено в соответствии с любым из раскрытых в настоящем документе примеров. Может быть сокращено материально-техническое обеспечение и количество персонала, необходимые для управления процессом и для загрузки и/или выгрузки компонентов в случае, когда вместо ручной загрузки и выгрузки можно использовать захватные устройства, установленные на роботах. Следовательно, могут быть снижены производственные затраты.

В некоторых примерах многоосные роботы первой лазерной установки могут быть расположены на противоположных сторонах зажимного приспособления. В альтернативных или дополнительных вариантах осуществления многоосные роботы второй лазерной установки могут быть расположены на противоположных сторонах крепежной системы. Например, противоположные роботы могут быть расположены перпендикулярно рабочему направлению, т. е. от зоны загрузки к зоне выгрузки. В соответствии с этими аспектами может быть уменьшена потенциальная площадь компонента, покрываемая лазерной режущей головкой, установленной на каждом из расположенных противоположно роботов. Следовательно, можно сократить число перемещений манипуляторов роботов. В результате может быть увеличена точность резки и сокращено время позиционирования режущей головки. Более того, поскольку манипуляторы могут быть короче, может быть уменьшено пространство, необходимое для этих роботов.

В некоторых примерах первая лазерная установка и/или вторая лазерная установка могут содержать четыре лазерных режущих головки, установленных на четырех многоосных роботах. Такие многоосные роботы могут быть, по существу, расположены на углах зажимного приспособления каждой установки. Использование четырех лазерных режущих головок, установленных на четырех роботах, позволяет сократить время, необходимое для осуществления операций резки стального компонента. Таким образом, производительность резки может быть увеличена. Следовательно, производственная скорость выпуска стальных компонентов штамповочным инструментом, например горячештамповочным инструментом, может быть такой же, что и скорость доставки стальных компонентов в первую установку резки. Соответственно, могут быть снижены производственные затраты.

В соответствии с этими аспектами может быть уменьшена и площадь, покрываемая каждой из лазерных головок, а также может быть уменьшена длина манипуляторов. Перемещения манипуляторов могут быть более короткими и повторяющимися. По этой причине может быть уменьшена необходимая площадь производственного предприятия.

В некоторых примерах зажимное приспособление лазерных установок может содержать основание и зажимные устройства для удержания компонента на месте во время резки некоторых частей. Основание может иметь форму, соответствующую стальному компоненту.

В некоторых примерах компонент может представлять собой стальной компонент, в частности горячештампованный компонент. Горячештампованный компонент может быть изготовлен из борсодержащей стали и более необязательно изготовлен из 22MnB5. Данный компонент может содержать алюминиево-кремниевое покрытие или цинковое покрытие.

В качестве альтернативного варианта стальной компонент может представлять собой холодноштампованный компонент. Для штампования компонента путем холодной штамповки могут использовать марки высокопрочной стали или марки сверхвысокопрочной стали.

В некоторых примерах компонент может представлять собой конструктивный стальной элемент транспортного средства. Например, данный компонент может представлять собой среднюю стойку кузова, переднюю стойку кузова, порог кузова, дверную стойку или боковую балку. В других примерах компонент может представлять собой боковую панель для рамы двери транспортного средства.

В дополнительном аспекте предложен способ изготовления цельной панели для рамы двери транспортного средства. Способ включает предоставление множества заготовок; соединение заготовок друг с другом для образования составной заготовки; деформирование составной заготовки для образования цельной боковой панели; размещение цельной боковой панели в первой лазерной установке, содержащей первое зажимное приспособление и множество лазерных режущих головок, установленных на множестве многоосных роботов; резку первого множества областей цельной боковой панели с помощью множества лазерных режущих головок, в то время как цельная боковая панель удерживается в зажимном приспособлении первой лазерной установки; транспортировку цельной боковой панели от первой лазерной установки ко второй лазерной установке, содержащей второе зажимное приспособление и множество лазерных режущих головок, установленных на множестве многоосных роботов; резку второго множества областей цельной боковой панели с помощью множества лазерных режущих головок, в то время как стальной компонент удерживается во втором зажимном приспособлении второй лазерной установки.

В соответствии с этим аспектом можно более эффективно изготавливать большие конструктивные элементы, такие как цельная боковая панель для рамы двери. Кроме того, поскольку цельная панель для рамы двери представляет собой большой компонент, уменьшается производственная площадь по сравнению с известными ячейками лазерной резки, поскольку для манипуляторов роботов в этих вариантах применения в известных решениях необходимо большое свободное пространство для доступа ко всей боковой панели. Поскольку в каждой установке находится множество роботов, площадь, занимаемая каждым из них, является относительно небольшой, и, следовательно, необходимая площадь для перемещений манипуляторов робота может быть уменьшена.

В некоторых примерах резка первого и/или второго множества областей цельной боковой панели может включать обрезку цельной боковой панели или выполнение прорезей, например отверстий. В некоторых из этих примеров, в которых резка первого множества областей боковой панели включает выполнение по меньшей мере одной прорези, способ может дополнительно включать кольцевое сверление по меньшей мере одной прорези. Следовательно, поверхность выреза прорези может быть обработана более точно. В некоторых примерах кольцевое сверление по меньшей мере одной прорези могут выполнять во время транспортировки боковой панели от первой установки ко второй установке. Инструмент для лазерного кольцевого сверления, установленный на роботе, можно использовать для кольцевого сверления по меньшей мере одной прорези.

В некоторых примерах способ изготовления цельной боковой панели может дополнительно включать выгрузку цельной боковой панели из второй лазерной установки в зону выгрузки.

В качестве дополнительного или альтернативного варианта, транспортировку цельного бокового компонента от первой ко второй установке лазерной резки и/или выгрузку стального компонента из второй лазерной установки в зону выгрузки могут осуществлять в соответствии с любым из раскрытых в настоящем документе примеров.

Что касается способа резки стального компонента, по меньшей мере два из множества многоосных роботов первой лазерной установки и/или второй лазерной установки могут быть расположены на противоположных сторонах зажимного приспособления.

В некоторых примерах первая лазерная установка и/или вторая лазерная установка могут содержать четыре лазерных режущих головки, установленных на четырех многоосных роботах. В результате многоосные роботы могут быть расположены на углах зажимного приспособления каждой установки.

В настоящем изобретении под порогом кузова, средней стойкой кузова, передней стойкой кузова и дверной стойкой следует понимать следующее. Порог кузова или порог двери представляет собой компонент, расположенный, по существу, в горизонтальном направлении и проходящий под дверным проемом (дверными проемами) от задней части к передней части транспортного средства. Средняя стойка кузова представляет собой вертикально расположенный компонент, который проходит от пола до крыши транспортного средства. Средние стойки кузова расположены в центральной части транспортного средства и в основном разделяют проем передней двери и проем задней двери. Дверная стойка представляет собой вертикальный корпус, который, по существу, проходит от пола до капота двигателя или лобового стекла транспортного средства. Петли передних дверей обычно устанавливают на дверных стойках. Передняя стойка кузова представляет собой дугообразный корпус, который проходит, по существу, параллельно части панели крыши и части переднего лобового стекла в верхней области дверного проема. Передняя стойка кузова проходит от верхней части средней стойки кузова до верхней части дверной стойки. Средняя стойка кузова, передняя стойка кузова, дверная стойка и порог кузова определяют раму двери.

Когда боковую панель формируют как цельную конструкцию, границы между различными стойками менее четкие именно потому, что это цельная конструкция. Поэтому упоминаются «части» средней стойки кузова, «части» передней стойки кузова и т. д.

Переходный участок между частью средней стойки кузова и частью порога кузова представляет собой область, в которой часть средней стойки кузова встречается с частью порога кузова, или, другими словами, область, переходящую от, по существу, горизонтально расположенного корпуса к по существу вертикальному корпусу. Аналогично могут быть определены переходный участок между частями передней стойки кузова и средней стойки кузова, переходный участок между частями передней стойки кузова и дверной стойки и переходный участок между частями дверной стойки и порога кузова.

В некоторых примерах цельная боковая панель может содержать часть порога кузова, часть передней стойки кузова, часть дверной стойки, соединяющую часть порога кузова с частью передней стойки кузова; и часть средней стойки кузова, соединяющую часть порога кузова с частью передней стойки кузова. В этих примерах каждая из четырех лазерных режущих головок может быть выполнена с возможностью выполнения операций резки на одном из переходных участков между частью порога кузова и частью стойки и между частями стойки цельной панели, то есть на переходных участках между частью порога кузова и частью средней стойки кузова, между частью средней стойки кузова и частью передней стойки кузова, между частью передней стойки кузова и частью дверной стойки и между частью дверной стойки и частью порога кузова.

В некоторых из этих примеров каждый из многоосных роботов, содержащих лазерную режущую головку, может быть по существу расположен на одном из переходных участков между частью порога кузова и частью стойки и между частями стойки цельной боковой панели в случае, когда цельная боковая панель удерживается опорной системой первой лазерной установки и/или второй лазерной установки.

В соответствии с этими аспектами каждая лазерная режущая головка может иметь относительно небольшую площадь для выполнения операций резки. Таким образом, можно уменьшить общую длину резки, проходимую каждой из лазерных режущих головок. В результате эффективность резки может быть увеличена, а горячая штамповка и резка могут быть соответственно синхронизированы (в том смысле, что их выполняют с одинаковой эффективностью), даже в тех случаях, когда две боковые панели могут быть подвергнуты горячей штамповке одновременно на одном прессе.

В некоторых случаях деформирование составной заготовки для образования цельной боковой панели может включать горячую штамповку составной заготовки. Штамповку могут проходить одновременно две составные заготовки, например одна заготовка для штамповки левой боковой цельной панели и одна заготовка для штамповки правой боковой цельной панели. В некоторых примерах прессовые системы могут содержать два формообразующих штампа. Следовательно, эффективность горячей штамповки увеличивается вдвое. Эти две составные заготовки можно штамповать за один проход, так что цельную боковую панель для правой боковой двери и для левой боковой двери штампуют одновременно на одном горячештамповочном прессе.

По меньшей мере некоторые из заготовок, образующих составную заготовку, могут быть изготовлены из борсодержащей стали, например 22MnB5. По меньшей мере одна из заготовок из борсодержащей стали может содержать покрытие из алюминиевого сплава или покрытие из цинкового сплава.

В качестве альтернативного варианта составная заготовка может быть деформирована методом холодной штамповки. Для штамповки цельной боковой панели методом холодной штамповки можно использовать марки высокопрочной стали или марки сверхвысокопрочной стали.

Множество заготовок, которые образуют составной компонент, могут содержать разные материалы и/или иметь разную толщину. Например, можно использовать заготовки от компании Usibor® и заготовки или части заготовок от компании Ductibor®. В результате использования этих типов материалов в процессах горячей штамповки получают в основном мартенситную структуру в частях Usibor® и в основном феррито-перлитную структуру в частях Ductibor®. В соответствии с этими аспектами могут быть специально заданы характеристики цельной боковой панели.

Соединение заготовок друг с другом для образования составной заготовки может включать лазерную сварку заготовок друг с другом. Лазерная сварка заготовок может включать абляцию покрытия, то есть удаление покрытия, со свариваемой области и последующую лазерную сварку. В других примерах лазерная сварка заготовок может включать добавление в зону сварки наплавочного материала, например в виде порошка или проволоки. Такой наплавочный материал может иметь состав, подходящий для противодействия неблагоприятному воздействию покрытия.

В дополнительном аспекте предусмотрена цельная панель, получаемая способом согласно любому из описанных в настоящем документе примеров.

В некоторых примерах цельная панель может содержать области с разным пределом прочности на разрыв в соответствии с любым из описанных в настоящем документе примеров. В некоторых из этих примеров области с разным пределом прочности на разрыв могут иметь разную микроструктуру.

В некоторых примерах по меньшей мере одна из заготовок может содержать области с разным пределом прочности на разрыв. Заготовка может состоять из двух разных материалов, имеющих разный предел прочности на разрыв. Соответственно, пластичность областей с более низким пределом прочности на разрыв выше, и, следовательно, может быть увеличено поглощение энергии при столкновении.

В качестве альтернативного варианта эти области с разным пределом прочности на разрыв могут иметь разную микроструктуру. В цельных боковых панелях горячей штамповки можно создать другую микроструктуру, регулируя охлаждение предварительно нагретой составной заготовки до температуры выше температуры аустенизации в прессе во время штамповки составной заготовки для образования боковой панели. Охлаждение различных областей составной заготовки можно регулировать, обеспечив зоны штамповочного инструмента нагревателями.

Соответственно, цельная боковая панель содержит зоны с в основном мартенситной структурой и зоны, содержащие феррит, перлит или бейнит или их смесь. В качестве альтернативного варианта другая микроструктура может быть создана путем частичного нагревания части цельной боковой панели, которая была закалена под прессом для изменения в основном мартенситной структуры на структуру, содержащую феррит и/или перлит, и/или бейнит, и/или отпущенный мартенсит и их смесь. Предел прочности на разрыв в основном мартенситной структуры может составлять более 1400 МПа и предпочтительно более 1500 МПа, а предел прочности на разрыв областей с более низким пределом прочности на разрыв может составлять менее 1000 МПа, предпочтительно менее 800 МПа, например от 800 МПа до 500 МПа.

В дополнительном аспекте предусмотрена система лазерной резки для резки компонента, которая содержит первую лазерную установку, содержащую первое зажимное приспособление и множество многоосных роботов с лазерными режущими головками. Многоосные роботы выполнены с возможностью одновременной лазерной резки компонента, в то время как компонент расположен на первом зажимном приспособлении.

В еще одном аспекте предусмотрена система лазерной резки для резки компонента, например цельной боковой панели. Система лазерной резки содержит первую лазерную установку, содержащую множество лазерных режущих головок, установленных на множестве многоосных роботов, и зажимное приспособление для удержания компонента; вторую лазерную установку, содержащую множество лазерных режущих головок, установленных на множестве многоосных роботов, и зажимное приспособление, удерживающее компонент; и систему транспортировки для транспортировки компонента от первой лазерной установки ко второй лазерной установке.

В некоторых примерах система лазерной резки может содержать кожух для размещения в нем первой лазерной установки, второй лазерной установки и системы транспортировки.

Система лазерной резки может содержать зону загрузки для хранения компонентов, подлежащих лазерной резке в первой установке лазерной резки, и зону выгрузки для хранения компонентов после лазерной резки во второй установке лазерной резки. В некоторых примерах зона загрузки и зона выгрузки могут быть расположены вне кожуха. В качестве альтернативного варианта зона загрузки и/или зона выгрузки могут быть расположены внутри кожуха.

В некоторых примерах система лазерной резки может содержать установку кольцевого сверления, расположенную между первой и второй установками лазерной резки.

Система лазерной резки может содержать систему для удаления металлического лома из первой и/или второй установки лазерной резки. Система удаления металлического лома может автоматически собирать металлический лом, образующийся в каждой из установок лазерной резки. В некоторых из этих примеров система удаления металлического лома может содержать контейнер для металлического лома и конвейерную систему для транспортировки металлического лома первой и/или второй установки лазерной резки. Соответственно, может быть сокращен персонал.

Система лазерной резки может содержать установку проверки, расположенную между первой и второй установками лазерной резки и/или между второй установкой лазерной резки и зоной выгрузки. Установка выгрузки может содержать отдельные штабели для изделий, прошедших проверку качества, и изделий, не прошедших проверку качества. После того как лазером вырезано заданное количество компонентов, вилочный погрузчик может взять штабель для дальнейшего перемещения.

В некоторых примерах система транспортировки может содержать захватное устройство для захватывания стального компонента, установленное на многоосном роботе.

Система лазерной резки может содержать систему загрузки для транспортировки компонента из зоны загрузки к первой установке лазерной резки. Кроме того, система загрузки может содержать захватное устройство для захватывания стального компонента, установленное на многоосном роботе.

Система лазерной резки может содержать систему выгрузки для транспортировки компонента от второй установки лазерной резки к зоне выгрузки. Система выгрузки может содержать захватное устройство для захватывания стального компонента, установленное на многоосном роботе.

Захватное устройство системы транспортировки, и/или системы загрузки, и/или системы выгрузки может быть выполнено в соответствии с любым из приведенных в настоящем документе примеров.

В некоторых примерах система лазерной резки может содержать по меньшей мере два из множества многоосных роботов первой лазерной установки и/или второй лазерной установки, расположенных на противоположных сторонах зажимного приспособления.

В некоторых примерах первая лазерная установка и/или вторая лазерная установка могут содержать четыре лазерных режущих головки, установленных на четырех многоосных роботах. В результате многоосные роботы могут быть расположены на углах зажимного приспособления каждой установки.

В соответствии с этими аспектами каждая лазерная режущая головка может иметь относительно небольшую площадь для выполнения операций резки. Таким образом, можно уменьшить общую длину резки, проходимую каждой из лазерных режущих головок. В результате эффективность резки системы лазерной резки может быть увеличена для уменьшенной площади области лазерной резки. Соотношение между количеством вырезанных компонентов, например цельной боковой панели, и площадью, занимаемой лазерным оборудованием, в любой из систем лазерной резки согласно настоящему изобретению больше, чем в известных ячейках лазерной резки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Неограничивающие примеры настоящего изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых:

на фиг. 1 схематически представлен пример системы лазерной резки;

на фиг. 2 и 3 схематически представлены различные этапы примера способа лазерной резки в системе, показанной на фиг. 1;

на фиг. 4a схематически представлен пример способа, включающего горячую штамповку и лазерную резку;

на фиг. 4b представлена блок-схема способа, показанного на фиг. 4a; и

на фиг. 5 схематически представлен пример системы лазерной резки.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ

На этих фигурах для обозначения совпадающих элементов используют одинаковые ссылочные позиции.

На фиг. 1 схематически представлен пример системы лазерной резки. Система лазерной резки, согласно этому примеру, содержит установку 100 загрузки, первую установку 200 лазерной резки, установку 300 кольцевого сверления, вторую установку 400 лазерной резки, установку 500 проверки качества и зону 600 выгрузки.

Компоненты могут поступать на стеллаж 105. На каждом стеллаже может быть размещено несколько компонентов. Компонент 10 в этом примере представляет собой цельную боковую панель, полученную в результате горячей штамповки специализированной сварной заготовки из борсодержащей стали. Робот 110 может забрать компонент 10 со стеллажа 105. С этой целью робот может содержать одно или более захватных устройств для захватывания и перемещения компонента 10. Например, робот может содержать чашечные присосы, захватные устройства или магниты. Робот 110 может удерживать компонент, в то время как операции лазерной резки выполняются в первой установке 200 лазерной резки на предыдущем компоненте 10A.

Первая установка 200 лазерной резки может содержать множество многоосных роботов и первое зажимное приспособление 250. В этом конкретном примере показаны четыре робота 210, 220, 230 и 240. Каждый из роботов 210–240 содержит лазерную режущую головку, и они могут быть запрограммированы на, по существу, одновременное выполнение нескольких операций лазерной резки на компоненте (в показанный момент времени на компоненте 10A). Эти операции лазерной резки могут включать обрезку боковых кромок и выполнение отверстий.

Поскольку несколько роботов выполняют операции лазерной резки, каждый из роботов выполняет операции только в приблизительном квадранте компонента 10А. Следовательно, робот 210 преимущественно сфокусирован на верхней части средней стойки кузова и передней стойки кузова, робот 220 преимущественно сфокусирован на передней стойке кузова и переходном участке к дверной стойке, робот 230 преимущественно сфокусирован на дверной стойке и части порога кузова, а робот 240 преимущественно работает над нижней частью средней стойки кузова и частью порога кузова.

Ни один из роботов 210, 220, 230, 240 не должен линейно перемещаться в рабочем направлении (то есть направлении потока компонентов от зоны загрузки к зоне выгрузки).

Установка 300 кольцевого сверления в этом примере может содержать многоосный робот 310, например, с чашечными присосами для захвата компонента после того, как все операции резки выполнены в первой установке 200 лазерной резки. Робот 310 может перемещать компонент и удерживать одно или более ранее вырезанных отверстий перед неподвижным лазером для кольцевого сверления. Робот 310 может быть дополнительно запрограммирован на удержание компонента (в данном случае компонента 10B) до тех пор, пока все необходимые операции лазерной резки не будут выполнены на другом компоненте (в данном случае компоненте 10C).

После кольцевого сверления компонент может быть расположен на втором зажимном приспособлении 450 второй установки 400 лазерной резки. Вторая установка 400 лазерной резки может содержать несколько роботов с лазерной режущей головкой. В этом конкретном примере вторая установка 400 лазерной резки содержит четыре многоосных робота 410, 420, 430 и 440. Каждый из этих многоосных роботов может выполнять операции лазерной резки, по существу, одновременно на разных частях компонента 10C, как было ранее объяснено со ссылкой на первую установку 200 лазерной резки.

Впоследствии компонент может быть захвачен многоосным роботом, подходящим для перемещения, и проверка качества может выполняться в установке 500. Проверка качества может включать различные методы проверки, в частности методы визуального осмотра. Следовательно, в одном примере камеру с подходящим программным обеспечением для обработки изображений могут использовать для автоматического визуального осмотра.

И наконец, компонент (в данном случае компонент 10D) может находиться на стеллаже 610 в зоне 600 выгрузки. Вилочный погрузчик могут использовать для захвата одного или более компонентов для дальнейшего перемещения и транспортировки.

На фиг. 2 и 3 схематически представлены различные этапы примера выполнения способа лазерной резки в системе, показанной на фиг. 1.

На фиг. 2 компонент 10C был забран из второй установки 400 лазерной резки и подвергается визуальному осмотру. После удаления компонента 10C из второй установки 400 лазерной резки робот 310 размещает компонент 10B во второй установке лазерной резки. В момент времени, показанный на фиг. 2, операции лазерной резки заканчиваются на компоненте 10A в первой установке лазерной резки.

На фиг. 3 компонент 10А захвачен для кольцевого сверления и (в некоторых случаях) визуального осмотра в установке 300. По существу одновременно компонент 100 размещают на первом зажимном приспособлении 250 для лазерной резки в первой установке 200 лазерной резки.

Путем включения нескольких установок лазерной резки и включения нескольких роботов с лазерными головками в каждую из установок скорость перемещения может быть увеличена, чтобы не отставать от скорости выполнения процесса горячей штамповки. Несмотря на наличие нескольких роботов, затраты могут быть намного меньше, чем при использовании традиционных лазерных ячеек. Более того, благодаря эффективному расположению на противоположных сторонах зажимных приспособлений и благодаря тому, что каждый из роботов покрывает только относительно небольшую площадь, площадь выполнения операции может оставаться небольшой.

В промышленных условиях с левыми и правыми компонентами можно работать параллельно. Например, одна лазерная линия в соответствии с примером, показанным на фиг. 1, может быть выполнена с возможностью работы с панелями левой боковой двери и может проходить параллельно другой лазерной линии, выполненной с возможностью работы с панелями правой боковой двери.

На фиг. 4a и фиг. 4b схематически показан пример технологической цепочки. Технологическая цепочка может начинаться с рулона 1000 из стали. Сверхвысокопрочную сталь могут использовать для изготовления высокопрочных компонентов, таких как, например, средняя стойка кузова, порог кузова или цельная боковая панель. Одним из примеров подходящей стали является 22MnB5, например Usibor™. Эта сталь может иметь защитное покрытие, например алюминиево-кремниевое покрытие или цинковое покрытие.

Заготовки подходящих размеров можно вырезать на этапе 1010. Специализированная сварная заготовка может быть сформирована сваркой встык нескольких заготовок на этапе 1030. В случае использования стали с алюминиево-кремниевым покрытием это покрытие можно удалить на этапе 1020 в подходящих местах, чтобы избежать наличия алюминия в зоне сварки, поскольку это может отрицательно сказаться на прочности. В этом конкретном примере TWB формируют для изготовления цельной боковой панели.

В печи 1040 специализированную сварную заготовку могут нагреть до температуры выше температуры аустенизации, в частности до температуры выше Ас3. После достаточного нагревания может быть выполнен процесс 1050 горячей штамповки, необязательно включающий специализированную закалку/нагревание, чтобы получить требуемые микроструктуры в выбранных областях боковой панели. В качестве дополнительного или альтернативного варианта может происходить локальное нагревание выбранных областей для специального создания микроструктуры и механических свойств по желанию.

В установках 1060 и 1070 лазерной резки несколько лазерных головок могут по существу одновременно выполнять операции обрезки и резки компонента. Количество роботов с лазерными головками, например, в установках может варьироваться от одного до шести и, более конкретно, от двух до четырех. Подходящее количество роботов может зависеть от размеров компонента, подлежащего лазерной резке, и от количества операций, которые необходимо выполнить. Путем изменения количества установок лазерной резки и изменения количества роботов на установку скорость обработки может быть согласована с производительностью процесса горячей штамповки.

На фиг. 5 схематически представлен пример системы лазерной резки, который по существу соответствует примерам, описанным в настоящем документе выше. Несколько установок резки могут быть размещены в кожухе 900. Вспомогательные системы для регулирования температуры, вентиляции, подачи электроэнергии и т. д. могут быть расположены на верхней части кожуха 900.

В линию лазерной резки также может быть интегрирована система удаления металлического лома. В этом конкретном примере система 800 удаления металлического лома содержит конвейерную ленту 820 для металлического лома, которая собирает металлический лом с обеих установок 200 и 400 лазерной резки и движется в направлении, противоположном направлению движения компонентов. Металлический лом могут сбрасывать в контейнер 810 для металлического лома.

В этом примере в зоне 600 выгрузки могут быть обеспечены стеллажи для штабелирования изделий в разные штабели 620 и 640. Можно использовать множество стеллажей и штабелей.

Используемый в настоящем документе робот означает автоматически управляемый, перепрограммируемый, многоцелевой манипулятор, программируемый по трем или более осям, для использования в областях применения промышленной автоматизации. Под многоосным роботом предпочтительно подразумевают пяти- или шестиосного робота.

Каждый из роботов на линии лазерной резки может быть запрограммирован на выполнение определенных задач. Во избежание несчастных случаев может требоваться координация движений роботов при выполнении ими различных задач, и площадь поверхности линии лазерной резки может оставаться относительно небольшой.

Хотя выше упомянуты, в частности, цельные боковые панели, следует понимать, что другие компоненты, в частности, другие конструктивные элементы транспортного средства, могут быть преимущественно изготовлены с использованием примеров способов и систем, описанных в настоящем документе. В частности, относительно большие конструктивные элементы, длина или ширина которых превышает 75 см или 1 метр, и, в частности, длина и ширина которых превышает эти размеры, могут быть преимущественно изготовлены с использованием примеров способов и систем, описанных в настоящем документе.

Хотя в настоящем документе раскрыто только несколько примеров, возможны другие альтернативы, модификации, варианты использования и/или их эквиваленты. Кроме того, также охвачены все возможные комбинации описанных примеров. Таким образом, объем настоящего изобретения не должен ограничиваться конкретными примерами, а должен определяться только путем внимательного ознакомления со следующей формулой изобретения.

Группа изобретений относится к способу и системе для лазерной резки компонента и способу изготовления цельной боковой панели для рамы двери транспортного средства. Система для лазерной резки содержит первую лазерную установку, вторую лазерную установку, систему транспортировки и кожух для размещения в нем первой лазерной установки, второй лазерной установки и системы транспортировки. Способ лазерной резки заключается в загрузке компонента из зоны загрузки в первую лазерную установку. Первая лазерная установка содержит первое зажимное приспособление и первое множество многоосных роботов, содержащих лазерную режущую головку. Резку первого множества областей компонента выполняют с помощью лазерных режущих головок первого множества многоосных роботов, в то время как компонент удерживается в первом зажимном приспособлении. Осуществляют транспортировку компонента от первой лазерной установки ко второй лазерной установке. Вторая лазерная установка содержит второе зажимное приспособление и второе множество многоосных роботов, содержащих лазерную режущую головку. Резку второго множества областей компонента выполняют с помощью лазерных режущих головок второго множества многоосных роботов, в то время как компонент расположен на втором зажимном приспособлении. Выгружают компонент из второй лазерной установки в зону выгрузки. Изготовление цельной боковой панели для рамы двери транспортного средства включает горячую штамповку или холодную штамповку компонента. Достигается сокращение времени резки компонента, уменьшение соотношения между временем штамповки и временем резки компонента, а также обеспечение возможности сокращения производственных площадей для размещения установок для лазерной резки и площадей для хранения. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ резки компонента в системе лазерной резки, содержащей первую лазерную установку, вторую лазерную установку, систему транспортировки и кожух для размещения в нем первой лазерной установки, второй лазерной установки и системы транспортировки, отличающийся тем, что способ включает:

загрузку компонента из зоны загрузки в первую лазерную установку, причем первая лазерная установка содержит первое зажимное приспособление и первое множество многоосных роботов, содержащих лазерную режущую головку, причем многоосные роботы первой лазерной установки расположены на противоположных сторонах первого зажимного приспособления;

одновременную резку первого множества областей компонента с помощью лазерных режущих головок первого множества многоосных роботов, в то время как компонент удерживается в первом зажимном приспособлении;

транспортировку компонента от первой лазерной установки ко второй лазерной установке, причем вторая лазерная установка содержит второе зажимное приспособление и второе множество многоосных роботов, содержащих лазерную режущую головку, причем многоосные роботы второй лазерной установки расположены на противоположных сторонах второго зажимного приспособления, и при этом

транспортировка компонента от первой лазерной установки ко второй лазерной установке включает использование захватного устройства, установленного на многоосном роботе для захватывания компонента;

одновременную резку второго множества областей компонента с помощью лазерных режущих головок второго множества многоосных роботов, в то время как компонент (10) расположен на втором зажимном приспособлении;

выгрузку компонента из второй лазерной установки в зону выгрузки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что резка первого множества областей компонента включает выполнение по меньшей мере одной прорези, и причем способ дополнительно включает кольцевое сверление по меньшей мере одной прорези.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что транспортировка компонента от первой лазерной установки ко второй лазерной установке включает кольцевое сверление по меньшей мере одной прорези.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что способ включает проверку компонента после резки первого и/или второго множества областей компонента.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что выгрузка компонента из второй лазерной установки в зону выгрузки включает проверку компонента.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что первая лазерная установка и/или вторая лазерная установка содержит четыре лазерных режущих головки, установленные на четырех многоосных роботах.

7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что компонент является горячештампованным компонентом, в частности выполненным из борсодержащей стали, и более конкретно - из 22MnВ5.

8. Способ изготовления цельной боковой панели для рамы двери транспортного средства, отличающийся тем, что способ включает:

предоставление множества заготовок;

соединение заготовок друг с другом для образования составной заготовки;

деформирование составной заготовки для образования цельной боковой панели; и

выполнение способа по любому из пп. 1-7 для резки цельной боковой панели.

9. Способ изготовления цельной боковой панели по п. 8, отличающийся тем, что цельная боковая панель содержит часть порога кузова, часть передней стойки кузова, часть дверной стойки, соединяющую часть порога кузова с частью передней стойки кузова, и часть средней стойки кузова, соединяющую часть порога кузова с частью передней стойки кузова;

каждая из четырех лазерных режущих головок выполнена с возможностью осуществления операций резки в одном из переходных участков между частью порога кузова и частью стойки и между частями стойки цельной панели.

10. Способ изготовления цельной боковой панели по п. 9, отличающийся тем, что каждый из многоосных роботов, содержащих лазерную режущую головку, по существу расположен на одном из переходных участков между частью порога кузова и частью стойки и между частями стойки цельной боковой панели в случае, когда цельная боковая панель удерживается опорной системой первой лазерной установки и/или второй лазерной установки.

11. Способ изготовления цельной боковой панели по любому из пп. 8-10, отличающийся тем, что деформирование составной заготовки включает горячую штамповку, и горячая штамповка составной заготовки включает горячую штамповку левой цельной боковой панели и правой цельной боковой панели одновременно в двух формообразующих штампах одного горячештамповочного пресса.

12. Система лазерной резки для резки компонента, отличающаяся тем, что система содержит:

первую лазерную установку, содержащую первое зажимное приспособление и первое множество многоосных роботов с лазерной режущей головкой, причем многоосные роботы первой лазерной установки расположены на противоположных сторонах первого зажимного приспособления, и при этом многоосные роботы выполнены с возможностью одновременной лазерной резки компонента, в то время как компонент расположен на первом зажимном приспособлении;

вторую лазерную установку, содержащую второе зажимное приспособление и второе множество многоосных роботов с лазерной режущей головкой, причем многоосные роботы второй лазерной установки расположены на противоположных сторонах второго зажимного приспособления, и при этом второе множество многоосных роботов выполнено с возможностью по существу одновременной лазерной резки компонента;

систему транспортировки, содержащую захватное устройство, установленное на многоосном роботе, для транспортировки компонента от первой лазерной установки ко второй лазерной установке, и при этом система лазерной резки содержит кожух для размещения в нем первой лазерной установки, второй лазерной установки и системы транспортировки.