CN102039349A - 制造经淬火、热成型的工件的方法和热成型装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造经淬火、热成型的工件(2)的方法，该工件由钢板制成，在该方法中，工件坯件(2’)在至少一个炉(5)中被至少局部加热至成型温度，在该方法中，经加热的工件坯件(2’)被带入至少一个深拉压力机(7)，在该方法中，经加热的工件坯件(2’)在至少一个深拉压力机(7)中成型为工件(2)。为便宜地制造高数额的经淬火、热成型的工件提供了，经成型的工件(2)被带入至少一个淬火装置(10)，经成型的工件(2)被固定在淬火装置(10)的一个适应于经成型工件(2)几何形状的收纳口(11)中而且经成型的工件(2)在收纳口(11)中通过与冷却介质直接热交换而被至少局部淬火。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造经淬火、热成型的工件的方法，该工件由钢板制成，在该方法中，工件坯件在至少一个炉中被至少局部加热至热成型温度，在该方法中，经加热的工件坯件被带入至少一个深拉压力机中而且在该方法中，经加热的工具坯件在至少一个深拉压力机中成型为工件。本发明进一步涉及一种用于制造经淬火、成型工件的热成型装置，该工件由钢板制成，该热成型装置具有：将工具坯件至少局部加热至成型温度的炉；使工件坯件成型的深拉压力机；以及将经加热的工具坯件从炉转送至深拉压力机的转送装置。
背景技术
这类装置例如用于制造高强度的由钢板制成的车体部件。热成型装置通常具有用于加热工件坯件的炉装置以及用于使工件坯件成型和淬火的压制装置。在将工件坯件加热至预定的成型温度之后，它被从炉装置中取出，并置于深拉压力机。深拉压力机的工具通过冷却介质冷却，以便使该工件快速冷却并因而淬火。在文中这里也被称为工件的加压淬火。
例如由文献DE 100 49 660 A1已知一个制造经热成型、淬火工件的方法和这样的热成型装置。工件在深拉压力机中通过快速冷却在预定的温度条件下淬火。对于直接继续处理或者顺利操纵工件，工件的温度在离开深拉压力机之后还是太高。工件因而在压硬之后被转送至一个固定工具上或者逐步转送至多个串联的固定工具。在固定工具上，经成型的工件被固定并继续冷却。为此可以使用用于冷却固定工具或者直接冷却工件的冷却介质。如果工件温度下降得足够，可以将其引至进一步处理。
用已知的方法，深拉压力机的周期时间可以通过至少一个与深 拉压力机串联的固定工具限定。然而对于降低经热成型和淬火的工件(其例如为车身零件)的制造费用有进一步的优化需要。
发明内容
本发明的目的在于，提出并改进出一种方法和一种热成型装置，以便能够便宜地制造大量的经淬火、热成型的工件。
根据权利要求1通过一种方法实现了该目的，在该方法中，经成型的工件被带入至少一个淬火装置，在该方法中，成型的工件被固定在适应于经成型工件几何形状的淬火装置的收纳口中并在必要时被校正，而且在该方法中，经成型的工件在收纳口中通过与冷却介质直接热交换被至少局部淬火。
此外通过一个根据权利要求11前述部分的热成型装置实现了该目的，即该热成型装置设有使工件淬火的淬火装置，设有用于将经成型的工具从深拉压力机转送至淬火装置的转送装置，该淬火装置为固定经成型的工件具有适应于经成型工具几何形状的收纳口，而且该收纳口设置用于通过直接与冷却介质热交换将经成型的工件至少局部淬火。
为制造经热成型和淬火的工件，工件首先要在至少一个炉中达到必要的成型温度。待达到的成型温度取决于工件在淬火前后的预期的结构成分。作为工件坯件首先考虑钢板截段。这样的一个截段也称作坯件。坯件或者毛坯可以设置为整块的或者剪裁的坯件(TailoredBlank)，该坯件联合了不同厚度和钢质的钢。
在将工件坯件加热至成型温度之后，它被通过为此设置的转送装置转送至深拉压力机。在深拉压力机中工件坯件以已知方式成型。形成了一个所谓的拉伸部分或者成型部分。此外优选将工件坯件带入两个拉伸工具之间，该工具在高压力下从两侧压向工件坯件。拉伸工具涉及例如阴模和阳模。
经热成型的工件可以在深拉压力机中冷却至一定程度。经热成型的工件然而在深拉压力机中不被淬火。在成型后从深拉压力机中取出该工件并通过另外的转送装置转送至淬火装置。在此经成型的工件 被收纳入淬火装置的收纳口，该收纳口的几何形状适应于经成型的工件的几何形状，以便经成型工具在淬火期间被固定在收纳口中。另外待成型工具不能持续贴在收纳口上。
工件在收纳口中被至少局部淬火，具体而言实际上通过与冷却介质直接热交换。如此设置收纳口：该冷却介质能直接接触待成型工件。收纳口因此比工件冷却得少。
根据本发明因而提出了从时间和空间上分隔热工件坯件的成型和经成型工件的淬火。这两个过程步骤在不同的装置部分中用不同的工具进行。由此提高了设备的和过程技术的耗费。然而可以以这种方式为制造经热成型和淬火工件实现更短的周期时间，通过这种手段，制造经热成型和淬火的工件的经济性得到了改善。
工件在深拉压力机内的滞留时间不必太长。也就是说，深拉压力机可以以更高的周期时间更经济地运行。作为补偿，经成型的工件为淬火被转送至淬火装置。由于在淬火装置中不再进行工件的成型，淬火装置可以设计得比深拉压力机更简单、更廉价。此外，鉴于淬火并在必要时鉴于至一定温度的继续冷却(该温度不会进一步处理工件)，在冷却介质和经成型的工件之间直接的热交换优选可以节约时间。
根据需要可以为将工件坯件加热至成型温度设置一个炉或者多个炉，工件坯件依次在这些炉中穿过。通过多个炉可以更好地调整加热过程中工件坯件的温度上升。
可替代地或者额外地可以将整个工件坯件带至一个预期的成型温度，由此而降低了设备和过程技术的耗费。但是也可以只将工件坯件的待淬火区域带至成型温度。这一点对于下列工件处理步骤是适宜的。因此可以只将工件的迟些时候应被淬火的区域带至成型温度。工件的不需要淬火的区域是例如这些区域：该区域在工件的局部淬火之后，例如要打孔或者裁切工具打孔和/或分离。
为达到工件坯件有效而均匀的加热，工件坯件可以根据需要在炉中根据需要实际上通过热传导、热辐射和感应加热。可替代地或者额外地可以设置，工件坯件在至少一个滚动灶炉中加热至成型温度。 工件坯件的加热可以连续进行。也可以考虑导热的加热装置，该装置通过接触和进气流加热待调质的板坯，例如通过“华夫饼式铁模(Waffeleisen)”的形式。
深拉压力机的拉伸工具可以例如通过冷却介质冷却，该介质通过设置在拉伸工具中的通道与工件无接触而流过。由此在成型时从工件中将热吸出，以便缩短对整个过程所必要的时间段。通过在深拉压力机中冷却，工件并没有被淬火。
对适宜冷却介质的选择取决于不同因素。此外，在深拉压力机中和在淬火装置中可以采用不同的冷却介质。特别是鉴于淬火装置优选这样的冷却介质，该介质在每个时间单位可以吸取很多热量。可替代地或者额外地还优选：该冷却介质适于清洗工件表面附着的物质。最终冷却介质例如为水、油、水/油混合物、水/石墨混合物、冰、空气、蒸汽和/或肥皂溶液。
在本方法的第一优选的设计方案中提供了，工件被加热至成型温度，该温度位于该工件或该材料的奥氏体温度以上。这一点实现了经成型和淬火工件的高强度值。
在本方法另外的设计方案中通过这种手段改善了原料的质量，即在离开炉之后，带入深拉压力机之间，使工件坯件在空气中预冷却。在空气中预冷却优选持续约4至10秒，特别是5至7秒。这个以前述界限在空气中的预冷却对于预期待调整的成品零件的特性没有负面影响。
根据需要热成型装置可以具有多个深拉压力机，其中工件坯件在深拉压力机中逐步成型。以这种方式可以制造带有复杂几何结构的工件。然而，在此提供了，工件被快速地从深拉压力机转送至深拉压力机并仅在深拉压力机停留短暂的周期时间。经成型的工件的温度足够高，以便在淬火装置中通过快速冷却淬火。优选待淬火工件的温度≥Ms+10K(Ms＝马氏体起始)，该工件实际上应当具有马氏体结构。当冷却至低于250℃，优选Mf(Mf＝马氏体结束)，高于临界冷却速率的快速冷却导致了零件的高强度。
根据本方法特别优选的设计方案，经成型的工件在淬火装置的 收纳口至少局部地被冷却介质流过。冷却介质优选逐段地沿着位于收纳口中的工件输送。以这种方式在短时间内从工件中吸出大量热量。
根据装置在本文中特别优选：淬火装置的收纳口具有通道和/或钻孔，冷却介质流过该通道或钻孔。这个通道和/或钻孔在此如此设置，以至于通过与冷却介质直接热交换实现了经成型工件的局部淬火。冷却介质优选一方面通过通道和钻孔被引至工件或工件的一定截段。另一方面冷却介质在与工件接触后优选再通过另一通道和/或钻孔输送走。
使用通道和/或钻孔允许了冷却介质的有目的的流动，其中仅工件的一定区域与冷却介质相接触。因此可以例如仅淬火工件的一定区域，而同时其它区域由于小的和/或缓慢的冷却不被淬火。
以结构上简单的方式如此设置通道和/或钻孔，即位于收纳口的工件至少在一侧封闭通道和/或钻孔。
在另外优选的热成型装置的设计方案中如此设置收纳口，即至少在工件一侧，在工件和收纳口之间一直设有支承面。由此该工件在收纳口中持续地-或多或少一侧地-被固定。
可替代地或者额外地可以提供，在收纳口中一直至少在工件的一侧提供通道和/或钻孔。工件因而以类似的方式持续地-或多或少一侧地-被冷却。
联系上下文，当收纳口的通道和/或钻孔基本上相对于，也就是说相对工件的另一侧而分别对应于收纳口的另一侧时，则是尤其适宜的。
可替代地或者额外地收纳口包括两个具有通道和/或钻孔的半部。因而可以设置在工件每一侧交替的通道和/或钻孔以及在工件和收纳口之间支承面。这一点用于均匀的冷却和/或均匀地固定工件。
对于工件非均匀冷却的情况，可以提供，仅一定的，优选待淬火的区域通过与冷却介质直接热交换快速冷却。其余的，非待淬火的区域优选不与冷却介质直接接触，通过这种方式工件在那里冷却得更慢。
在这种情况下，仅在待快速冷却的或者待淬火的区域中，在收 纳口中至少在工件一侧设置有通道和/或钻孔。在这个区域中，可以进一步优选地收纳口的每个通道和/或每个钻孔相对于收纳口的支承面设置，也就是在工件另一侧。在其它区域，即在非待快速冷却的工件截段，工件优选从两侧通过收纳口和工件之间的支承面固定。
如果经成型和淬火的工件在从淬火装置取出之后立即被带入裁切装置并在那里被至少部分裁切，可以根据需要为制造经热成型和淬火的工件的方法实现进一步的时间和费用上的优化。因此，这个额外的过程步骤可以优选整合入方法进行实施，这是因为通过加速优先的裁切步骤，节约了时间。不再需要空间和时间上分离的工件的裁切方法。概念“裁切”可以例如看作是作为分离操作的边缘-、部分-和/或孔裁切。
可替代地或者额外地提供了，工件在成型期间在至少一个深拉压力机中至少部分地被裁切。以这种方式可以同步完成或使用。以这种方式可以在一个时间点至少部分地进行裁切，在该时间点上，工件还未被淬火。
待裁切的工件的截段可以相对于其它工件截段在淬火装置中不被淬火。因而简化了经成型工件淬火后的工件裁切并可以在裁切装置中达到更高的工件保温时间。
对此，待裁切截段或者区域(其不应当淬火)可以在淬火装置中远离冷却介质。在所述的截段不发生与冷却介质的直接热交换。
额外或者可替代地为在成型期间避免待裁切截段和/或非待淬火区域的更大程度的冷却，该截段或区域不能或者最多轻微地与拉伸工具接触。换言之，待裁切截段和/或非待淬火区域在深拉压力机中不能或仅轻微地，即优选局部地在拉伸工具之间受压。
本发明的目的在于工件的淬火，以便在成品零件中调整高强度。至少部分待淬火区域或待调质区域并不一定具有马氏体结构，而是可以调整为其他结构，例如贝氏体结构和混合结构，该结构在降低的强度下实现了韧性的提高。有目的地调整结构可以通过淬火装置的参数进行，例如通过温度和冷却介质的速度。
附图说明
用描述实施例的附图进一步阐明了本发明，附图中示出：
图1示出了根据本发明的热成型装置的实施例，
图2示出了根据本发明的方法的第一实施例的温度-时间-图，
图3示出了现有技术的温度-时间-图，
图4a-4d用图示示出根据图1的热成型装置的工具，
图5a-5b示出了由图1的淬火装置的收纳口的细节图示。
具体实施方式
图1用图示示出了为实施制造经热成型和淬火的工件2的方法的热成型装置1。这个工件2可以是车体零件，如车盘方向盘、侧撞承载体、折弯承载体、B柱、A柱或者顶框架。
热成型装置1包括用于轧断钢板带的钢板截段，即所谓板坯的冲压机3。钢板带S由钢卷C展开并由锰-硼钢构成，优选AlSi-22MnB5。然而也可以考虑其它钢板，其它的有机和/或金属的(锌基础)的表面涂层。
成批过渡缓冲的工件坯件2’以板坯的形式被在示出的热成型装置1作为机械臂设置的转送装置4依次带入炉5中，该炉是滚筒灶炉。在炉5中工件坯件2’被加热至成型温度，该温度大于工件坯件2’的材料的奥氏体化温度。在示出的方法中奥氏体化温度至少为约730℃。锰-硼钢板从铁素体至奥氏体的转化在约730℃至约830℃之间进行。为确保工件坯件2’可靠的奥氏体化和成型的工件2的可靠淬火，工件坯件2’在炉5中被加热至880℃-950℃的成型温度。
在加热工件坯件2’时可以将它在奥氏体化温度保持一段时间(保持时间)，以确保能均匀地转化至奥氏体。这一点可以根据需要通过使用多个炉达到，工件坯件依次穿过该炉。
加热到成型温度的工件坯件2’通过另外的转送工具6转送至深拉压力机7。在示出的热成型装置1中转送装置6也是机械臂。但是同样可以考虑其它的转送装置。在从炉5转送至深拉压力机7时工件坯件2’在空气中预冷约6秒，其中工件坯件2’的温度降至约820℃。
平整的工件坯件2’优选在液压驱动的深拉压力机7中成型，在此期间在深拉压力机中，在拉伸工具8、9，即在阳模和阴模之间压制工件坯件2’。在工件2成型时它的温度可以通过拉伸工具8、9的热传出或多或少明确下降。在示出的热成型装置1中拉伸工具8、9没有通过冷却介质强制冷却。
成型之后工件2被转送装置(未示出)继续送至淬火装置10。这个转送装置可以再次设置为机械臂或者其它装置。在淬火装置10中工件2被收纳口11收纳，该收纳口由两个半部12、13构成。两半部12、13如此相互作用，使工件2固定在闭合的收纳口11上，以便经成型的工件2在淬火时不会成型。
工件2在收纳口11通过直接接触并由此通过与冷却介质(未示出)直接热交换而淬火。在收纳口11的上半部和下半部12、13中都设有通道14和钻孔15/15’，以便将冷却介质引至工件2的表面并在进行热交换后引出。在淬火装置10中以示出的方法，工件在约4秒中从约520℃冷却至200℃以下。
经淬火、成型的工件2在示出的热成型装置1继续被送至裁切装置16。工件2在那里被切下部分。在裁切装置16中工件2的温度继续通过热传出至空气和裁切装置16而下降。
图2示出了工件2的温度曲线作为在几个前面所述过程步骤期间的温度-时间图示。这个温度曲线用于更好的图示说明。有可能，该温度曲线鉴于时间和鉴于单个处理步骤中工件2的温度都存在偏差。
在图2所示的温度曲线中，工件坯件2’首先加热至约900℃的温度。温度-时间图示没有示出这个加热阶段。该加热阶段可以根据需要以逐渐降低的温度梯度或者以恒定的温度梯度进行。也可以考虑，工件坯件2’的温度在加热过程中保持在730℃至820℃的奥氏体过渡范围一定时间。
紧跟着加热阶段是预冷阶段I，在该阶段，在工件坯件2’在深拉压力机7中成型前，工件坯件2’在空气中用6秒从900℃冷却至约820℃。在成型阶段II期间，温度经2秒降至约520℃。在将工件 2转送至淬火装置10的转送阶段Ⅲ，经成型的工具2仅轻微继续冷却，该阶段持续约3秒。在紧接着的淬火阶段Ⅳ，工件2快速冷却至约180℃，该阶段在约4秒内结束。最后还提供了阶段Ⅴ，在该阶段工件2被转送至裁切装置16并在那里被裁切。这个阶段持续约4秒。工件2的温度在此几乎不变化。工件2在从炉5中取出约19秒后被裁切完毕并被送至继续处理装置。
图3以温度-时间图示出了工件的温度曲线，该工件以传统方法处理。在这个方法中工件坯件被加温至约900℃的温度，从炉中取出后用7秒成型。工件的成型和淬火在带有拉伸工具的压硬装置中同时进行，通过冷却介质使该工件表面冷却并从其中将热吸出。这个过程步骤持续约12秒并因此在将工件从炉中取出约19秒后结束。在这个时间段没有进行裁切。对此需要一个独立的方法。
图4a至4d示出了图1所示热成型装置1的单个工具。图4a示出了炉5，平工件坯件2’被带入炉内空间17，以便加热至成型温度。这里涉及钢板的板坯。图4b示出了深拉压力机7的拉伸工具8、9。拉伸工具8、9处于打开位置。阳模围绕阴模使工件坯件2’成型并以成型件或拉伸部分的形式制成工件2。图4c示出了收纳口11的两半12、13，其在下面得到进一步描述。图4d示出了裁切装置16，在该裁切装置中经成型而且淬火的工件2的两个外端被切下。
图5a和5b示出了在打开和关闭位置的淬火装置10的收纳口11。收纳口11由上半部和下半部12、13构成。收纳口可以由多个部件构成或者设置为单部分。在收纳口11的两半部12、13设置了向外开放的通道14。这个通道14在闭合位置通过收纳在其中的工件2闭合，以便冷却介质在通道14中循环。冷却介质通过图中所示的钻孔15、15’引入并引出，该钻孔与通道14相连。工件2的截段紧靠收纳口11或收纳口11的两半12、13之一的支承面18，该截段不封闭在收纳口11存在的通道14。
通道只在工件2的待淬火区域19分布设置。工件2的边缘20不被淬火。在那里工件2不接触冷却介质。在待淬火区域19，工件2在收纳口11的闭合位置用充满冷却介质的通道14从一侧，即从上面 或下面，与冷却介质接触。在待淬火区域9，工件2因而到处从上面或从下面通过与冷却介质直接热交换被冷却。
收纳口11的一半部12、13的通道14与在收纳口11的另一半部13、12的通道相互构成多个支承面18。在待淬火区域19中，工件2或者从上或者从下通过收纳口11的支承面18固定。在边缘20，即在工件2的非淬火区域，工件2连续地紧靠收纳口11的两半部12、13的支承面18。
也可以考虑与前文详细描述的收纳口(图5a和5b示出的)有所区别的设计方案。
Claims (14)
1.一种用于制造经淬火、热成型的工件(2)的方法，所述工件由钢板制成，
-在所述方法中，工件坯件(2’)在至少一个炉(5)中至少局部被加热至成型温度，
-在所述方法中，经加热的工件坯件(2’)被带入至少一个深拉压力机(7)，
-在所述方法中，经加热的工件坯件(2’)在所述至少一个深拉压力机(7)中成型为工件(2)，
-在所述方法中，经成型的工件(2)被带入至少一个淬火装置(10)，
-在所述方法中，经成型的工件(2)被固定在所述淬火装置(10)的一个适应于所述经成型工件(2)几何形状的收纳口(11)中而且
-在所述方法中，经成型的工件(2)在所述收纳口(11)中通过与冷却介质直接热交换而至少被局部淬火。
2.根据权利要求1所述的方法，在所述方法中，工件坯件(2’)被加热至超过工件坯件(2’)的奥氏体化温度的成型温度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，在所述方法中，经加热的工件坯件(2’)在带入炉(5)之前在空气中预冷却。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，在所述方法中，工件坯件(2’)逐级地在多个深拉压力机(7)中成型为工件(2)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，在所述方法中，经成型工件(2)在淬火装置(10)的收纳口(11)中至少局部地被冷却介质流过。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，在所述方法中，经成型工件(2)在从淬火装置(10)取出后立即被带入裁切装置(16)并在那里被至少部分裁切。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，在所述方法中，所述工件(2)至少部分地在成型期间被裁切。
8.根据权利要求6或7所述的方法，在所述方法中，所述工件(2)的待裁切截段不在淬火装置(10)中被淬火。
9.根据权利要求8所述的方法，在所述方法中，所述工件(2)的待裁切截段在淬火装置(10)中远离冷却介质。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，在所述方法中，所述工件(2)的待裁切截段与所述至少一个深拉压力机(7)的拉伸工具(8、9)最多轻微地接触。
11.一种优选根据权利要求1至10中任一项所述的方法用于制造经淬火、成型的工件(2)的热成型装置，所述工件由钢板制成，所述热成型装置
-带有用于使工件坯件(2’)局部加热至成型温度的炉(5)，
-带有用于使工件坯件(2’)成型的深拉压力机(7)，
-带有用于将经加热的工件坯件从炉(5)转送至深拉压力机(7)的转送装置(6)，其特征在于，
-设有为使工件(2)淬火的淬火装置(10)，
-设有为将经成型的工件(2)从深拉压力机(7)转送至淬火装置(10)的转送装置，
-所述淬火装置具有用于固定经成型工件(2)的、适应于经成型工件(2)几何形状的收纳口(11)，并且
-收纳口(11)设置用于使经成型工件(2)通过与冷却介质直接热交换而被至少局部淬火。
12.根据权利要求11所述的热成型装置，其特征在于，为经成型工件(2)通过与冷却介质直接热交换而至少局部淬火，所述收纳口具有通道(14)和/或钻孔(15、15’)。
13.根据权利要求11或12所述的热成型装置，其特征在于，如此设置所述收纳口(11)，即所述收纳口(11)至少在经成型工件(2)的一侧具有用于经成型工件(2)的支承面(18)。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的热成型装置，其特征在于，所述收纳口(11)包括两个具有通道(14)和/或钻孔(15、15’)的半部，所述两个半部相对设置，其中在工件(2)设为淬火的区域(19)中相对着一半部(12、13)的通道(14)和/或钻孔(15、15’)和另一半部(12、13)的用于经成型的工件(2)的支承面(18)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110504 |