CN102139326B - 制造热成型模的方法和具有磨损保护的热成型模 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制造热成型模的方法和具有磨损保护的热成型模。用于板材构件（2）热成型加工的热成型模（1）包括至少一个受冷却的上模和一个下模（3、4）。其中，所述上模或下模（3、4）具有基体（6），该基体构造有一模具衬层（7）。基体（6）优选由铝合金构成，模具衬层（7）优选由工具钢构成。模具衬层（7）优选作为磨损保护板（9）或金属喷涂层（18）被施加到基体（6）上并且能够通过尽可能小的厚度实现板材构件（2）往上模或下模（3、4）的特别良好的热传递（W）。为了提高散热能力，上模或下模（3、4）的相应基体（8）设有冷却通道（5）。这些冷却通道（5）用于排热流体的流动导向。

Description

制造热成型模的方法和具有磨损保护的热成型模

技术领域

本发明涉及一种用于板材构件热加工的热成型模，包括上模和下模，它们具有由易于机械加工的非铁金属构成的基体和在基体上设置的模具衬层，所述基体具有冷却通道，所述模具衬层形成热成型模的模具空腔的边界。

本发明还涉及一种制造用于板材构件热成型加工的热成型模的方法，该热成型模包括上模和下模，它们具有由易于机械加工的非铁金属构成的基体和在基体上设置的模具衬层，所述基体具有冷却通道，所述模具衬层形成热成型模的模具空腔的边界。

本发明同样还涉及一种用于从热成型模的基体分离模具衬层的方法。

背景技术

由现有技术已知热成型模，它们在汽车领域内为了热加工由工具钢例如Cr7V构成的车身结构件而制造。这些模具未涂层地使用，以及为了减少磨损而加以涂层地使用。

在这种热成型模的制造中，大约足有40%的制造成本是归于机械加工。在这里，成本的绝大部分是由纯粹的切削加工时间和用于冷却通道及冷却孔的加工时间所构成。这些冷却通道/冷却孔要在模具中通过钻孔和/或铣削制作，其中，例如实施深孔钻是比较麻烦的。

由于工具钢非常硬，变形加工模通过很大部分切削加工的制造方式不仅很耗费时间，而且成本也很高。同时，用于制造实际的变形加工模的模具/工具本身也经受很大的磨损。

变形加工模（其在日常的生产作业中用于板材构件的变形加工）同样经受很大的磨损。这种变形加工模或各个部分的更换联系着高的成本和高的更换费用。必须要将整个变形加工模从其模具支架中取出。

热成型模由工具钢构成，其只具有较小的热导率。在最近时期采用了具有更好热导率的特种工具钢，但在约60W/mk便达到上限。值得追求的是还要更高的热导率，这一点利用其他材料虽然可能实现，但材料耐磨性却达到不到要求。

发明内容

本发明的目的是，降低用于制造和维护热成型模的成本，并同时保持或提高利用传统的钢制热成型模所达到的生产率。

为此，本发明提供一种用于板材构件的热成型加工和加压淬火的热成型模，包括上模和下模，它们具有由易于机械加工的非铁金属构成的基体和在所述基体上设置的模具衬层，所述基体具有冷却通道，所述模具衬层形成所述热成型模的模具空腔的边界；其特征在于，所述模具衬层构造为可拆卸地与所述基体连接的磨损保护板，所述磨损保护板机械可拆卸地与所述基体相连，其中，在磨损保护板与基体之间设有软膏状的导热剂。上述目的据此这样实现，即，模具衬层构造为可拆卸地与基体连接的磨损保护板。

本发明还提供一种制造用于板材构件热成型加工的热成型模的方法，该热成型模包括上模和下模，它们具有由易于机械加工的非铁金属构成的基体和在所述基体上设置的模具衬层，所述基体具有冷却通道，所述模具衬层形成热成型模的模具空腔的边界；其特征在于，将所述模具衬层构造为可拆卸地与所述基体连接的磨损保护板，其中，为了成型所述磨损保护板，将两个磨损保护板坯以及同时将设置在磨损保护板坯之间的一个构件板坯共同地由基体热压成型和加压淬火。由此，上述目的还利用一种按照上述特征的用于制造热成型模的方法得以实现。

此外，本发明还提供一种用于从如上所述的热成型模的基体分离磨损保护板的方法，其特征在于，将带有磨损保护板的基体装入一加热炉中，在该加热炉中熔化位于基体与磨损保护板之间的焊料或粘合剂或者使位于基体与磨损保护板之间的粘合剂由热解除粘合，随后将磨损保护板从基体分离。由此，上述目的还利用一种按照上述特征的用于从热成型模的基体分离磨损保护板坯的方法得以实现。

另外，上述目的还通过一种用于板材构件的热成型加工的热成型模得以实现。

由此便提供了下述优点：例如可以由一种工具铝合金来实现模具基体的制造。这样使用的工具铝合金能够实现与工具钢比起来显著更快速和显著更经济的基体切削加工。

一般而言，工具铝大致同钢一样贵，不过工具铝具有较小的密度，因此在相同质量时具有较大的体积，该较大的体积可供切削加工之用。因此，工具铝的较大体积对于材料成本影响不大。

磨损保护板应该保护基体免受磨损，并由耐磨性较高的材料构成。磨损保护板比基体薄得多，并且可以说只是对工件的接触层。用于为磨损而设的磨损保护板的材料耗用是很少的。成本利益相当高。磨损保护板可以容易地更换，而不损坏基体。如果磨损保护板被磨坏，它并不影响到基体，因此可以多次重复使用基体。而且，配有很薄模具衬层的较厚的基体能够实现：可以在较短时间内排出很大的热量，这一点特别是允许在变形加工模中实现加压淬火，或者一般来说有助于缩短循环时间或改进生产率。在本发明的范围内，基体具有比钢更高的热导率。

优选地，磨损保护板至少局部地通过焊接与基体相连。这样制得的材料接合式连接提供了磨损保护板往基体的良好热传递。热成型模的磨损保护板在闭合状态下形成一模具空腔。在首先嵌入薄板坯时，使该薄板坯填满整个模具空腔并且在两侧全面地贴靠在磨损保护板上，从而在任何时候都能提供一种经由磨损保护板往基体的良好散热。

在本发明的另一优选实施形式中，磨损保护板机械可拆卸地与基体相连，其中，在磨损保护板与基体之间设有软膏状的导热剂。软膏状的导热剂保证从磨损保护板向基体的特别好的热传递。所说导热剂，在本发明的范围内也可被理解为一种液态的金属，通过毛细作用而保留于缝隙中。

也有可能使磨损保护板经由粘合剂与基体相连。对于大面积的热成型模，以及特别是因为磨损保护板在成型过程中仅仅部分地受剪切力载荷，作为经济的材料接合式接合方法，粘合是适宜的，其保证磨损保护板在基体上足够牢固的配合。

在本发明的范围内，在一种优选的实施形式中，按照本发明给导热剂和/或还有粘合剂掺以热导率较高的微粒，以便改善热传导。这种添加物优选包括铝粒或铜粒或银粒、氮化硼、金刚砂、石墨、锆石或碳纳米管或者至少两种上述材料的组合。

其中特别优选的是，所使用的粘合剂是可热溶解的。因此，如果更换磨损保护板，就可以特别简单、快速和经济地从基体上去掉粘合剂，以便能施加新的粘合剂及新的磨损保护板。

本发明设定的目的还通过一种制造用于板材构件热成型加工的热成型模的方法得以实现，措施是：将模具衬层构造为可拆卸地与基体连接的磨损保护板，其中，为了成型磨损保护板，将两个磨损保护板坯以及同时将设置在磨损保护板坯之间的一个构件板坯共同地由基体加以变形成型。但在本发明的范围内也可设想：在外部制造磨损保护板。

该方法特别的优点是，可以在一个工序中制造出两个磨损保护板。其中，将一个上面的磨损保护板坯、一个构件板坯和一个下面的磨损保护板坯插入热成型模中并直接进行冷或者热变形加工。如此制成的这些磨损保护板可以直接保留于热成型模之中或之上，或者可以经由附加的措施进行固定（粘合、焊接、机械固定）。还存在优选的可能性，即，使磨损保护板通过在热成型模内的散热而淬火/硬化。

按照本发明的用于从热成型模的基体分离磨损保护板坯的方法，将带有磨损保护板坯的基体装入一加热炉中，在该加热炉中熔化位于基体与磨损保护板之间的焊料或粘合剂或者使位于基体与磨损保护板之间的粘合剂由热解除粘合，随后将磨损保护板从基体分离。

所说的由热解除粘合（thermischem Entkleben），在此可被理解为：通过加热粘合连接的方式来消除粘附力而不损坏基体，例如将整个的上模和/或下模在加热炉加热到所需要的温度。

在另一种可选实施形式中，模具衬层由一种磨损保护涂层构成。该磨损保护涂层可以直接涂覆到基体上。因此可以实现从磨损保护涂层往基体的理想的热传递。

或者可选的是，磨损保护涂层由浇铸在基体上的钢构成。由工具钢构成的磨损保护涂层同样能提供高的耐磨性（磨损保护），同时散热良好。当然，这样的磨损保护针对外形轮廓必须进行精整加工而得到。

磨损保护涂层应该由一种比基体更硬的材料构成。它可以具有小于30mm、特别优选小于10mm以及特别是小于5mm的厚度。用作为磨损保护涂层的材料比基体的材料具有更小的热导率。若磨损保护涂层的厚度保持尽可能小，则仍然能实现从待成型的板材构件经由磨损保护涂层往基体的很高的热传递。从而能够实现待制造的板材构件的良好散热。

在另一优选实施形式中，磨损保护涂层由一种金属喷涂层（火焰喷涂层）构成。金属喷涂层在这里特别的优点是，它在磨损以后可以重新加以涂覆并且可以通过对模具衬层的切削加工重新恢复到所要求的形状。

优选的是，基体具有大于60W/mk的热导率。特别优选的是，采用一种具有约130W/mk的热导率的工具铝合金。这样的工具材料能够在热成型过程中和此后不久实现特别良好的散热，这一点对于生产速度有积极的影响作用。

在按照本发明制成的热成型模中，有可能是在基体中铸入冷却通道。可以铸入铜管、精炼钢管、铝管或钢管，它们以后作为冷却通道用于冷却流体的导引管路。借此，允许将特别良好地和在制造技术上有利地构造的多种多样的流动路径适配于待制造的板材构件的相应几何形状。

附图说明

借助示意性附图，由以下说明、优选实施形式可得出本发明的其他的优点、特征、特性和方面。它们只是用于更加容易地理解本发明。其中示出：

图1处于嵌接的热成型模的横剖视图；

图2a)具有磨损保护板的上模和b)具有金属喷涂层的上模；

图3具有磨损保护板的上模的利用焊接的实施形式和利用导热软膏的实施形式，以及

图4上模，示出了铸入的冷却通道。

具体实施方式

在附图中，对于相同的或类似的部分/部件采用了同样的标记，其中，即使是出于简化之目的而未作重复描述，相应的或相当的优点也可实现。

图1表示出按照本发明的热成型模1的横剖视图。该热成型模1是以闭合状态示出的。被变形加工的板材构件2处在上模3与下模4之间。上模3和下模4在此包括具有冷却通道5的基体6。排热流体流过这些冷却通道5。在基体6上，在板材构件那侧设有一模具衬层7。模具衬层7保护基体6免受高磨损并且形成模具空腔8的边界。由于板材构件2被加热而进行制造的板材构件2经由模具衬层7往基体6的热传递W。接着该热传递W，是在基体6内部的热传导。由所制造的板材构件2放出的热量从基体6排入冷却通道5中并且最后被排入冷却介质。

图2a示出了作为磨损保护板9的模具衬层7。磨损保护板9通过力锁合、形状锁合和/或材料接合的连接固定在上模3的基体6上。同时在磨损保护板9与基体之间可以设置导热剂10或粘合剂11。但也可以在磨损保护板9与基体6之间设置焊料或液态金属。

为了在上模3和下模4上制造出磨损保护板9，将一个三重薄板（包括上面的磨损保护板坯、构件板坯和下面的磨损保护板坯）置入热成型模1中。通过热成型模1的变形加工过程，不仅由构件板坯制造出板材构件2，而且还由磨损保护板坯制造出磨损保护板9。

为了从基体6中除去磨损保护板9，可以将两构件一起装入加热炉中。这样，通过加热而解除了基体6与磨损保护板9之间的连接，两个构件便可彼此分离。

在另一优选的实施形式中，也可以通过焊料制造磨损保护板坯与基体6之间的连接。

图3示出上模3的剖视图，其中，通过一种磨损保护涂层17构成一模具衬层16。将磨损保护涂层17可以用涂层方法涂覆到上模3的基体6上并通过切削加工进行精整加工。在一种优选的实施方案中，将磨损保护涂层17构造为金属喷涂层18。图3示出了磨损保护涂层17的未加工状态。

图4示出上模3的横剖视图，它按照本发明具有一磨损保护板9，该磨损保护板在加入导热剂10的情况下被固定在上模3上。在图4中，基体6是构造为铸件。在该铸件中可铸入用于排热流体的流动导向的冷却通道5，如示意的那样，它们适配于模具的外形轮廓。

附图标记

1   热成型模

2   板材构件

3   上模

4   下模

5   冷却通道

6   基体

7   模具衬层

8   模具空腔

9   磨损保护板

10  导热剂

11  粘合剂

16  模具衬里

17  磨损保护涂层

18  金属喷涂层

W  热传递

Claims (8)

1.用于板材构件（2）的热成型加工和加压淬火的热成型模（1），包括上模（3）和下模（4），它们具有由易于机械加工的非铁金属构成的基体（6）和在所述基体（6）上设置的模具衬层（7），所述基体具有冷却通道（5），所述模具衬层（7）形成所述热成型模（1）的模具空腔（8）的边界；其特征在于，所述模具衬层（7）构造为可拆卸地与所述基体（6）连接的磨损保护板（9），所述磨损保护板（9）机械可拆卸地与所述基体（6）相连，其中，在磨损保护板（9）与基体（6）之间设有软膏状的导热剂（10）。

2.按照权利要求1所述的用于板材构件（2）的热成型加工和加压淬火的热成型模，其特征在于，所述磨损保护板（9）至少局部地通过焊接与所述基体（6）相连。

3.按照权利要求1或2所述的用于板材构件（2）的热成型加工和加压淬火的热成型模，其特征在于，所述磨损保护板（9）经由粘合剂（11）与所述基体（6）相连。

4.按照权利要求3所述的用于板材构件（2）的热成型加工和加压淬火的热成型模，其特征在于，所使用的粘合剂（11）能由热解除粘合。

5.制造用于板材构件（2）热成型加工的热成型模（1）的方法，该热成型模包括上模（3）和下模（4），它们具有由易于机械加工的非铁金属构成的基体（6）和在所述基体（6）上设置的模具衬层（7），所述基体（6）具有冷却通道（5），所述模具衬层（7）形成热成型模（1）的模具空腔（8）的边界；其特征在于，将所述模具衬层（7）构造为可拆卸地与所述基体（6）连接的磨损保护板（9），其中，为了成型所述磨损保护板（9），将两个磨损保护板坯以及同时将设置在磨损保护板坯之间的一个构件板坯共同地由基体（6）热压成型和加压淬火。

6.按照权利要求5所述的制造用于板材构件（2）热成型加工的热成型模（1）的方法，其特征在于，在成型过程中给所述磨损保护板坯配备粘合剂（11）或焊膏，从而使磨损保护板坯被同时热压成型、加压淬火并且连接于模具（1）的基体（6）以制造出所述磨损保护板（9）。

7.按照权利要求5或6所述的制造用于板材构件（2）热成型加工的热成型模（1）的方法，其特征在于，在所述基体（6）与所述磨损保护板（9）之间设置软膏状的导热剂（10）。

8.用于从按照权利要求1至4之一项所述的热成型模（1）的基体（6）分离磨损保护板（9）的方法，其特征在于，将带有磨损保护板（9）的基体（6）装入一加热炉中，在该加热炉中熔化位于基体（6）与磨损保护板（9）之间的焊料或粘合剂（11）或者使位于基体（6）与磨损保护板（9）之间的粘合剂（11）由热解除粘合，随后将磨损保护板（9）从基体（6）分离。