热成形和加压淬火模具以及深冲模具 |
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| 申请号 | CN201410548281.4 | 申请日 | 2014-09-17 | 公开(公告)号 | CN104438599A | 公开(公告)日 | 2015-03-25 |
| 申请人 | 本特勒尔汽车技术有限公司; | 发明人 | J·德尔; C·尼奇克; F·博纳; C·希尔舍; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于热成形和加压淬火 钢 构件的模具，其具有上模(2)和下模(3)，上模和/或下模包括高导热性材料的具有冷却通道(8)的基体(4、5)，并且在基体上设置防磨板(6、7)，基体包括至少两个分段(9a、9b、9c、10a、10b、10c)。本发明还涉及一种用于热成形和优选用于加压淬火钢构件的深冲模具，其具有上模、下模和压紧装置，上模和/或下模分别包括轻金属 合金 材料的基体并且在基体上设置防磨板，和/或基体包括至少两个分段，在所述分段上设置防磨板，基体在至少一个分段中具有冷却通道和由高导热性材料形成。 | ||||||
| 权利要求 | 1.用于热成形和加压淬火钢构件的模具，其具有上模(2)和下模(3)，上模(2)和/或下模(3)包括高导热性材料的具有冷却通道(8)的基体(4、5)，并且在基体(4、5)上设置防磨板(6、7)，其特征在于，基体(4、5)包括至少两个分段(9a、9b、9c、10a、10b、10c)。 |
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| 说明书全文 | 热成形和加压淬火模具以及深冲模具技术领域背景技术[0002] 从现有技术中已知，通过加工成型方法使金属板坯、尤其是钢板坯成型，以便制造三维金属板部件。所述金属板部件尤其在汽车制造业用于制造车身部件。但是金属板部件也可以应用在其它应用场合，尤其应用在汽车中，例如在汽车转向装置或壳体部件中。 [0003] 在更求减小汽车消耗，但是同时又要求车身具有提高的刚度的过程中，已经开发出高强度以及超高强度的钢材料。在这里涉及钢合金，所述钢合金能够加热到高于AC3点的温度，在热状态下加工成型并然后快速地冷却，从而制造基本上马氏体的组织并且与此在钢构件内产生高强度的或超高强度的特性。这个过程也以热成形和加压淬火为人所知。 [0004] 大多时候加热是在炉内、尤其是直通式加热炉内进行，但是也可以在调温站上进行，然后将加热的板坯转移到热成形模具内并且在热状态下加工成型。现在热成形和加压淬火组合模具使得能够将在热状态下加工成型的并且保持在热成形模具的上模和下模之间的板坯冷却。为此在大多情况下在热成形模具中设置冷却通道，引导相应的冷却介质通过所述冷却通道，以便达到期望的冷却速率。 [0005] 通常用于制造上模和下模的工具钢由于其材料特性在购置方面较为昂贵并且由于其强度高也很难加工。 [0006] 例如从DE102009058657A1中已知一种热成形模具和加压淬火模具，在其中基体是由轻金属形成并且用防磨板覆盖，由此可以低成本地制造热成形和加压淬火模具。 发明内容[0007] 本发明的任务是，从现有技术出发，提供一种热成形模具，其优选也是加压淬火模具，其制造成本低，模具磨损低，优选同时提供有效的冷却能力并且提供在要被加压淬火的部件中界限清晰地设定局部彼此不同的强度区域的可能性。 [0008] 按照本发明所述任务通过具有按照权利要求1中所述特征的用于热成形和加压淬火钢构件的热成形模具解决。 [0009] 按照本发明所述任务也可通过具有权利要求2中所述特征的用于热成形和优选用于加压淬火钢构件的深冲模具解决。 [0011] 用于热成形和加压淬火钢构件的热成形模具具有上模和下模，其中上模和/或下模包括具有冷却通道的基体，其中基体本身又是由高导热性的材料制成和在基体上设置防磨板。按照本发明热成形模具的特征在于，基体包括至少两个分段。 [0012] 由此优选将热成形模具用于通过加工成型方法制造汽车部件，例如A柱、B柱、C柱或D柱，但是也可用来制造传动轴通道或车辆外壳部件像发动机罩或车门。为此优选上模是可以下降到下模上的，其中当热成形模具闭合时在上模和下模之间留下型腔。型腔具有厚度，所述厚度基本上与更被加工成型的金属板部件的厚度对应。尤其优选无论是上模还是下模都包括高导热性材料的基体，其中所述基体分别在被加工成型的工件处用防磨板覆盖。但是在本发明范围内也可以如上所述只制造上模或下模。其中高导热性的材料是由轻金属合金、尤其是铝合金形成。 [0013] 本发明的一个可替选的结构变型是用于热成形和优选用于加压淬火钢构件的深冲模具，其中所述深冲模具具有上模、下模和压紧装置，其特征在于，上模和/或下模分别包括轻金属合金材料的基体并且在基体上设置防磨板，和/或基体包括至少两个分段，基体在至少一个分段上具有冷却通道并且由高导热性材料形成，并且在分段上分别设置防磨板。 [0014] 由此产生下述优点，不仅可以执行纯挤压成形而且也可以通过制造成本有利的模具执行深冲。基体首先可以由特别易于切削加工的材料、优选轻金属合金形成。然后在所述基体上设置防磨板，所述防磨板由比基体的材料更加坚固的材料、尤其是工具钢形成。优选防磨板是可更换地形成。由此在本发明范围内能够制造低成本的深冲模具，此外所述深冲模具在使用上也只需要很低的维护费用，这是因为在达到磨损极限的时候有时只须更换防磨板。所述防磨板优选与基体螺纹连接和/或粘接。 [0015] 可选择深冲模具具有基体，所述基体是分段地形成，其中尤其优选在至少一个分段上设有冷却通道并且基体是由高导热性的材料形成。由此生成这样一种可能性，即尤其能够通过在热成形之后执行的加压淬火制造具有不同的强度区域的深冲部件。不同的强度区域是通过不同的冷却速率和/或冷却温度对应各个分段形成。通过分段尤其彼此在物理上和因此在热学上是分隔开的，能够界限清晰地有针对性地设置强度区域。由于基体材料的高导热性与冷却通道相结合同样能够实现高放热。这也是基于以下考虑，冷却通道尤其形成为直线通孔并且有时相对位于冷却通道和防磨板模制表面之间的要被冷却的工件存在较大的距离。通过尤其形成为直线通孔的冷却通道孔又能够降低模具的制造成本、尤其是各个基体的制造成本，这是因为能够放弃复杂地分支的通道系统。 [0016] 详细说明的特性不仅适用于热成形模具也适用于深冲模具，因为在权利要求书中不仅将热成形模具而且也将深冲模具称为模具。由此在以下所描述的热成形模具的特征，也适用于深冲模具。 [0017] 按照本发明目前规定，基体至少被分成两部分地形成。基体由此分成分段，各个分段尤其优选通过分界缝相互分开。分界缝可以形成缝隙形式，此外可以例如在所述分界缝中设置隔绝材料，或分界缝也可以是将近无缝隙地形成，但是尤其在各分段之间大幅降低或避免导热。由此能够相互彼此不同地调温两个分段，从而能够通过对部件进行冷却在界限清晰的过渡区的情况下实现不同的强度特性。其中尤其能够在部件中设定小于100mm、优选小于80mm、尤其小于50mm和更优选小于30mm的过渡区。 [0018] 基体的各个分段具有冷却通道，其中按照本发明冷却通道形成为通孔。这提供优点，首选基体作为轻金属合金是利用铸造技术或通过切削加工制造工艺制造。材料成本以及加工和制造成本与工具钢材料的基体相比相对较低，其中同样能够低成本地设置冷却通道。为此能够使用切削加工工艺，例如钻或铣工艺，其中可以放弃复杂地导向的通道系统。冷却通道尤其可以设计为通孔，从基体的一侧开始贯穿基体直达另一侧，因为基于基体或相应分段的材料的高导热性会实现足够散热。同时基于两个分段之间的分界缝保证，每个分段达到其特定的额定温度，尤其在加压淬火过程中在淬火特性方面。由此能够特别低成本地设置冷却通道，进而导致与由传统工具钢制造的热成形模具相比，整个模具制造费用明显下降。 [0019] 尤其使用流体介质、优选冷却液作为冷却剂，在最简单实施变型中所述冷却液也可由水形成，这是因为在使用轻金属合金情况下与钢材料相比具有较低的易腐蚀性。但也可使用空气或压缩空气或其它气态介质作为冷却剂。此外在本发明范围内也可以通过冷却通道的横截面的尺寸和/或冷却剂的压力和/或冷却剂经过各分段的流速设定部件区域所需要的特定的冷却速率。尤其可以与合金相关地局部地将抗拉强度设定在1500～2000MPa之间和与之相比局部地设定在750～1050MPa之间。因此按照本发明能够分别在上模和/或下模的两个相邻的分段内设置彼此不同的冷却速率并由此在部件中设置彼此不同的强度特性。 [0020] 防磨板本身也优选是由高强度的或超高强度的钢材料形成。防磨板尤其是以这样的方式设置在热成形模具的基体上：它们在一定的生产时间之后是可以更换的，以便能够保证所制造的部件的尺寸精度，但是不必更换或完整地检查整个的上模或下模或整个的热成形模具。 [0021] 为此尤其优选防磨板是可更换地或可松开地与基体或基体的分段相联接。防磨板尤其是与基体粘合在一起和/或形锁合地相连接，尤其通过铆钉连接或螺纹栓连接。此外优选在防磨板与基体之间设置导热膏，以便通过导热发生强的热传导并且能够目标明确地对热成形的部件淬火。 [0022] 在本发明另一优选实施变型中不仅基体可被分段并具有连续的防磨板，而且防磨板同样也可分段。由此一方面能够在基于彼此不同地调温的淬火制造的部件的过渡区中边界更加清晰，另一方面也能够恰恰也结合板坯的厚度突变和通过分段的防磨板执行的加工成型和淬火拼焊材料中考虑金属板坯件的厚度，因此制造相应的型腔。因此优选也在各个防磨板分段之间也形成分界缝，所述分界缝可以具有缝隙，或接近无缝地形成，也可以在分界缝内放置隔绝材料。 [0023] 尤其优选防磨板是在边缘区域上将基体至少部分地包围并且尤其在边缘区域内弯曲，以便基体在边缘侧通过防磨板搭接。该变型不仅可以理解为在边缘侧至少部分地环绕，但是也可以是例如将边缘侧完全包围。通过边缘侧的包围一方面实现可靠地将防磨板尤其沿水平方向形锁合地定位在基体上。但是此外尤其对于深冲模具保证，从侧面退下或套装要被加工成型的板坯不会在防磨板与基体之间的边沿区域内造成损伤，因此不会由于歪斜或类似情况而造成非所愿的将防磨板从基体上取下。 [0024] 此外尤其选在深冲模具上在至少两个相对的侧面设置压紧装置。其中所述压紧装置可以在两侧形成，以至于其完全地位于上模或下模的旁边并且优选可独立于上模或下模运动。替选地压紧装置也可以以这样的方式形成，其只在一侧，例如从下模而来地或从上模而来地形成，于是夹紧要被加工成型的板坯地贴靠在上模或下模上。在这里也优选压紧装置也是可独立于上模或下模运动。附图说明 [0025] 本发明的其它优点、特征、性能和方面是下述说明的主题，优选的实施变型在示意图中示出。所述示意图有助于容易地理解本发明。附图如下： [0026] 图1a和1b按照本发明的热成形模具的横截面图和纵截面图， [0027] 图2a和2b按照本发明的热成形模具的一个可替选的实施变型的横截面图和纵截面图， [0028] 图3a和3b按照本发明的用于加工成型拼焊板的热成形模具的一个可替选的实施变型的横截面图和纵截面图， [0029] 图4a和4b包括分段的防磨板的一个可替选的实施变型， [0030] 图5a和5b用于制造拼焊板的一个可替选的实施变型， [0031] 图6a和6b防磨板中具有通孔的一个可替选的实施变型， [0032] 图7a和7b具有被动冷却的基体的一个可替选的实施变型， [0033] 图8a和8b具有被动冷却的基体的一个可替选的实施变型， [0034] 图9a和9b具有被动冷却的基体的一个可替选的实施变型， [0035] 图10图9的纵截面图， [0036] 图11a和11b按本发明的具有单侧压紧装置的深冲模具的第一实施变型，[0037] 图12a和12b按本发明的具有双侧压紧装置的深冲模具的第二实施变型，[0038] 图13a和13b按本发明的深冲模具第三实施变型的横截面图和纵截面图。 具体实施方式[0039] 在附图中为相同的或相似的部件使用相同的附图标记，为了简单起见不重复说明。 [0040] 图1a和1b显示的是按照本发明的热成形模具1，其中图1a所示为横截面图和1b所示为纵截面图。热成形模具1具有上模2和下模3，其中上模2和下模3分别包括基体4、5和在基体上设置的防磨板6、7。在按照图1a的横截面图可以看出，无论是在下模3还是在上模2内都设置冷却通道8，所述冷却通道靠近防磨板6的下方，贯穿基体4。 [0041] 在图1b中可以看见本发明的核心。无论是下模3还是上模2都分别被分成三个分段9a、9b、9c、10a、10b、10c。在这里在各个分段9a、9b、9c、10a、10b、10c之间形成缝隙形式的分界缝11。甚至在分界缝11内也可以设置有隔绝材料。由此避免，在分段9a、9b、9c、10a、10b、10c下面发生传热。此外可以看出，在本实施例中冷却通道8仅穿过各中间分段 9b，10b伸展。由此在本实施例中关键的是无论上模2还是下模3中的中间分段9b，10b都可以冷却，以至于仅在待加工成型的未加详细显示的部件的位于所述中间分段的区域内发生上模2和下模3的相应均匀的散热。位于分段9a、9c、10a、10c内的相邻的区域在本例中未受到冷却。防磨板6、7在这里是连续式，其中基于分段9a、9b、9c、10a、10b、10c之间的分界缝11相应地禁止导热。因此在部件上形成没有详述的界限清晰的过渡区。 [0042] 图2a和2b显示一个可替选的实施变型，其中在这里冷却剂的输入和排出是通过以通孔12形式的冷却通道8形成。由此本发明的重要的优点在于，例如通过切削式的钻孔工艺简单地在基体的坯件上制作通孔12。也可以替选地将管道浇铸到基体中。通孔12由此不再在直接靠近防磨板6、7伸展，但是基于基体材料的高导热性这是以忽略的方式可被观察到的。节省部件的制造费用这一优点占主要地位。 [0043] 图3所示为按照本发明的热成形模具1的另一个可替选的实施变型。在这里在上模2和下模3上分别形成具有厚区13和薄区14的防磨板6、7。由此能够在热成形模具1闭合的状态下在厚区13中对将被加工成型的部件生成加高的表面压力，由此也相应地保证高的散热。在薄区14内在将被加工成型的部件与防磨板之间有目的地留下间隙，以至于在这里发生较小散热。 [0044] 图4所示为按照本发明的另一个可替选的实施变型。在这里防磨板6、7对应位于其下的基体进行分段，以至于形成各个防磨板分段6a、6b、6c、7a、7b、7c。在防磨板分段6a、6b、6c、7a、7b、7c之间形成分界缝15，所述分界缝禁止从一个防磨板分段向另一个防磨板分段传热。作为替选和/或补充，除了在图1中已知的冷却通道8还在9a、9c、10a、10c设置例如加热管筒形式的加热元件16，以便有目的地将局部区域保持温度。同时还显示各分段之间的隔绝层17。 [0045] 前述的本发明的各单个特征以及任一附图的仍继续说明的其它特征可以在本发明范围内任意组合，而不脱离本发明范围。 [0046] 图5a和5b所示为本发明的另一个可替选的实施变型，其中在这里利用按照本发明的热成形模具1加工成型拼焊板18。为此上防磨板6以及下防磨板7相应地具有对应的突起部19，以便在热成形模具1闭合时所生成的型腔的轮廓与拼焊板18的轮廓紧邻。此外在图5b中显示，防磨板6、7具有多个彼此不同的厚度D1、D2。其中厚度D1小于厚度D2。 [0047] 图6所示为来自图4的实施变型，其中在防磨板6、7中设置有孔20，通过所述孔可以例如随后或在热成形模具中对加工成型的部件冲孔。 [0048] 在随后进行冲孔的情况下，孔会造成降低散热、冷却速率以及在该分段中的强度，由此能够花费相对较小的力气及模具磨损和在没有微裂纹危险的情况下进行冲孔。 [0049] 图7a和7b所示为本发明的另一个可替选的实施变型，在其中基体的分段不是直接地和主动地冷却，而是各自地连接于底板21，其中在底板21中形成大量的冷却通道8。由此热量是经防磨板6、7、通过基体4、5和底板21被散走。基于基体4、5的高导热性在这里也能够实现相应的散热。 [0050] 图8a和8b所示为按照本发明的热成形模具1的另一个可替选的实施变型。在这里上模2和下模3的各个分段9a、9b、9c、10a、10b、10c分别位于底板21上，其中为了散热，分段9a、9b、9c、10a、10b、10c相对底板21具有接近相同的或甚至缩小的体积关系。由此按照本发明规定，各个分段9a、9b、9c、10a、10b、10c的主要功能在于，保证防磨板6、7的散热，因此这些分段优选由具有良好高导热性的材料形成。此外在分段9a、9b、9c、10a、10b、10c上可以特别简单地生成轮廓和然后与防磨板相联合提供相应低成本地制造的热成形模具1。通过各底板21可以再次给模具1提供必要的刚性用于施加变形力。特别是再次显示了在中间分段9b、10b内的以直线式通孔形式的冷却通道8。作为替选也可以在制造过程中将管道浇铸到分段9b、10b中。 [0051] 图9a和9b所示为按照本发明的热成形模具1的另一个可替选的实施变型。在这里又在几个分段9a、9c、10a、10c中设置加热元件16以及在上模2和下模3上设置对应地坚固地形成的底板21。作为对之前各所述的实施变型的补充，在按照图9的实施变型中尤其所示的位于中间分段内的冷却通道8与中央冷却通道22相连接，因此分别通过中央冷却通道22向底板21输送冷却剂，其中上模2的分段9a、9b、9c或下模3的分段从中央冷却通道22获取冷却剂。 [0052] 图10所示为下模3的底板21和设置于其上的分段10a、10b、10c的俯视图。加热区和冷却区分别通过分界缝11隔开。防磨板6未显示。分段可以形锁合地和/或力锁合地和/或材料锁合地连接在底板21上。 [0053] 图11a和11b所示为按照本发明的深冲模具23的第一实施变型的横截面图和纵截面图。在这里上模2和下模3也构造有额外地与下模3联接的和可以与之相对运动地设置的压紧装置24或压板器。其中压紧装置24可以在夹紧没有详细显示的板坯的情况下贴靠在上模2上贴。在上模2的基体4和下模3的基体5上分别设置防磨板6、7。此外在上模2和下模3内形成通孔12形式的冷却通道，以至于加工成型的部件在深冲过程结束之后完成。此外在图11b中描述深冲模具23的纵截面图。在这里可以看出，上模2基体4和下模3的基体5分别划分成三个分段9a、9b、9c、10a、10b、10c。分段9a、9b、9c、10a、10b、10c之间通过分界缝11隔开。上模2的分段9b和9c以及下模3的分段10b和10c具有通孔12，上模2的分段9a以及下模3的分段10a没有冷却通道。 [0054] 此外在图12a和12b中显示深冲模具的一个可替选的实施变型，在其中可以看出，按照图12a，需要加工成型的金属板坯25夹在压紧装置24之间，所述压紧装置包括压紧装置上部24a和压紧装置下部24b。在这里压紧装置24也可以单独地朝着上模2和下模3运动。此外还显示，无论是上模2的防磨板6还是下模3的防磨板7都是在相对的侧面上在边缘侧将基体4、5部分包围。由此尤其涉及到水平方向H实现额外的侧面固定和在压制行程方向或者说竖直方向V使板坯在防磨板6、7的在边缘侧包围的区域上不会滑动。防磨板6、7由此在两个相对的侧面上在边缘侧包围对应的基体4、5。 [0055] 图12b显示一个纵剖面图，从该图中可以很清楚地看出，只有分段9b和10b具有通孔12形式的冷却通道，而分段9a、9c和10a、10c则是由与分段10b的材料不同的材料形成。例如在这里分段9a、9c、10a、10c的材料与分段9b和10b的材料相比具有较低的导热性。由此尤其鉴于基于各个分段9a、9b、9c、10a、10b、10c的彼此之间的分界缝造成的热隔离使得在分段9a、9c、10a、10c中发生明显较低的散热成为可能。按照图12b的纵剖面图，防磨板6、7没有将基体4、5包围。但是在本发明范围内着也是可以想象的，使得在边缘侧的完整的包围成为可能。 [0056] 图13a和13b所示为按照本发明的深冲模具23的第三实施变型的横截面图和纵截面图。在这里上模2和下模3也构造有额外地与下模3联接的和可以与之相对运动的压紧装置24或压板器。其中压紧装置24可以在夹紧没有详细显示的板坯的情况下贴靠在上模2的防磨板6上。在上模2的基体4和下模3的基体5上分别设置防磨板6、7。此外在上模2和下模3内形成通孔12形式的冷却通道，以至于加工成型的部件也在深冲过程结束之后结束。此外在图13b中所示为深冲模具23的纵截面图。在这里可以看出，上模2的基体4和下模3的基体5分别划分成三个分段9a、9b、9c、10a、10b、10c。与图11a和11b的实施变型相反，分段9a、9b、9c、10a、10b、10c本身是无缝地隔开。上模2的分段9a、9b和9c以及下模3的分段10a、10b和10c具有通孔12用于冷却深冲模具23和由此没有显示的钢板部件。 [0057] 附图标记列表 [0058] 1 热成形模具 [0059] 2 上模 [0060] 3 下模 [0061] 4 上模的基体 [0062] 5 下模的基体 [0063] 6 上模的基体的防磨板 [0064] 6a 防磨板分段 [0065] 6b 防磨板分段 [0066] 6c 防磨板分段 [0067] 7 下模的基体的防磨板 [0068] 7a 防磨板分段 [0069] 7b 防磨板分段 [0070] 7c 防磨板分段 [0071] 8 冷却通道 [0072] 9a 上模的分段 [0073] 9b 上模的分段 [0074] 9c 上模的分段 [0075] 10a 下模的分段 [0076] 10b 下模的分段 [0077] 10c 下模的分段 [0078] 11 分界缝 [0079] 12 通孔 [0080] 13 厚区 [0081] 14 薄区 [0082] 15 分界缝 [0083] 16 加热元件 [0084] 17 隔绝层 [0085] 18 拼焊板 [0086] 19 凸起部 [0087] 20 孔 [0088] 21 底板 [0089] 22 中央冷却通道 [0090] 23 深冲模具 [0091] 24 压紧装置 [0092] 24a 压紧装置上部 [0093] 24b 压紧装置下部 [0094] 25 金属板坯 [0095] D1 厚度 [0096] D2 厚度 [0097] H 水平方向 [0098] V 竖直方向 |
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