CN103143627B - 用于热冲压的模具以及制造该模具的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于热冲压的模具。该模具可包括：配置成接收和排出冷却剂的基板，至少一个下模和至少一个上模。该至少一个下模可安装在基板的表面，并配置成接收来自基板的冷却剂。下模还可具有与产品的下部形状相同的形状，以便在热冲压期间形成产品的下部形状。上模由与下模不同的材料制成，连结至下模的上部，具有与产品的上部形状相同的形状以便形成产品的上部形状，并且配置成接收来自下模的冷却剂使得冷却剂在上模中流动。

Description

用于热冲压的模具以及制造该模具的方法

技术领域

本发明涉及用于热冲压的模具以及制造该模具的方法。更具体地，本发明涉及一种用于热冲压的模具以及制造该模具的方法，通过在高温制造超高强度产品的热冲压期间使冷却剂平稳地流动，能够提高冷却速度和冷却性能。

背景技术

一般而言，模具分为用于制造塑料产品的注塑模具，用于使用钢板制造产品的压模，以及用于通过使金属熔化并将熔融金属注入压铸模具而制造产品的压铸模具。通常，这些模具包括动模和定模，以便制造产品而不需要栓套(hitch)。特别是，随着用于制造车用产品的模具使用的增加，模具以及产品必须随新的设计需求在技术上进步。

近来，提高碰撞性能并确保安全已成为汽车制造业的主要关注之一。因此 ，汽车制造公司已开始使用相变诱发塑性(TRIP)钢，双相(DP)钢，铝合金钢，和镁合金钢，或者对例如拼焊板(TWB)，液压成形，热冲压等新技术进行研究，以减轻和增强车身。

这里，热冲压是在制造过程中在高温下形成板件，以减轻车身重量并保持强度的工艺。根据热冲压工艺，在材料被加热至高温后，对材料冲压并且模具自身被冷却，以制造出高强度产品。

热冲压工艺包括将坯料加热至高于Ac3转变点的温度，以便使坯料完全奥氏体化。使坯料在模具中成形并快速冷却，以使坯料转变成高强度马氏体。

通过热冲压制造的车身部件具有大于或等于1500MPa的抗拉强度。因此，可提高车辆的碰撞性能并可对乘客提供高度的安全性。

为了将冷却剂供应至常规的热冲压工艺中使用的模具内，在模具中直接形成构造成接收冷却剂流的冷却剂孔。然而在该构造中，很难在用于制造复杂形状产品的模具中形成冷却剂孔，因此需要大量时间在模具中形成这些冷却剂孔。

在常规的热冲压方法中，当在模具中形成多个冷却剂孔以快速冷却模具时，模具的强度会下降。因此，当模具的温度快速变化时，由于模具的收缩或变形，在模具中可产生裂缝或损坏。因而，可导致在模具中流动的冷却剂泄漏。

由于模具中的冷却剂流动管线的设计、制造和验证是基于实际车型实现的，所以用于开发产品的初始投资和时间会增加。因此，应当在新产品的设计阶段开发模具的最佳冷却方法。

在本背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于加强对本发明背景的理解，因此其可能包含不构成本国内本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

本发明已致力于提供一种用于热冲压的模具以及制造该模具的方法，其具有在通过热冲压制造板件时促进冷却剂流动并增强传热，以便快速冷却板件的优点。

根据本发明的示例性实施方式的用于热冲压的模具可包括：基板，配置成接收和排出冷却剂；安装在基板表面的至少一个下模，配置成接收来自基板的冷却剂，并具有与产品的下部形状相同的形状，以便形成产品的下部形状，冷却剂在下模中流动。上模由与下模不同的材料制成，并连结于下模的上部，且具有与产品的上部形状相同的形状，以便形成产品的上部形状。上模被配置成接收来自下模的冷却剂以使冷却剂在上模中流动。

下模和上模可通过扩散接合连结。下模可具有流体连通其上表面与其下表面的流入孔和排出孔，并且下模可通过流入孔接收来自基板的冷却剂，并可通过排出孔将冷却剂排出至基板。

下模可包括至少一个存储槽，形成在下模的上表面并连接于流入孔和/或排出孔，用以在其中储存冷却剂。上模可包括至少一个冷却剂流动槽，沿上模的宽度方向形成在上模的下表面。

多个冷却剂流动槽可沿上模的长度方向相互隔开预定距离(如预定间隔)设置。下模可由热作模具钢制成。上模可由具有高传热系数的模具钢制成。在相互组装的状态下，下模和上模可被加工成具有与产品的形状相同的形状。

根据本发明的另一示例性实施方式的制造用于热冲压的模具的方法可包括：用不同的材料制备下模和上模；加工下模和上模的内侧；在将上模放置在下模上之后，进行下模与上模的扩散接合；粗磨组装的下模与上模的外观；热处理组装的下模与上模；将热处理后的下模与上模组装到基板上；以及精加工组装到基板上的下模与上模的外观。下模与上模的扩散接合可在真空中进行。

加工下模和上模的内侧可包括在下模中形成流体连通下模的上下表面的流入孔和排出孔。加工下模和上模的内侧还可包括在下模的上表面形成连接于流入孔和/或排出孔的至少一个存储槽，以及在上模的下表面沿上模的宽度方向形成至少一个冷却剂流动槽。

附图说明

图1是根据本发明的示例性实施方式的用于热冲压的模具的透视图。

图2是图1中的“A”部分的放大透视图。

图3是根据本发明的示例性实施方式的用于热冲压的模具的分解透视图。

图4是应用于根据本发明的示例性实施方式的用于热冲压的模具的上模的底部透视图。

图5是根据本发明的示例性实施方式的制造用于热冲压的模具的方法的流程图。

〈附图标记说明〉

10：基板

12：接头

20：下模

22：流入孔

24：排出孔

26：存储槽

30：上模

32：冷却剂流动槽

具体实施方式

以下将参照附图详细说明本发明的示例性实施方式。

在本说明书和附图中描述的示例性实施方式仅为本发明的示例性实施方式。应当理解的是，在提出本申请时可存在包括在本发明的精神和范围内的多种改型和等同形式。

图1是根据本发明的示例性实施方式的用于热冲压的模具的透视图；图2是图1中的“A”部分的放大透视图；图3是根据本发明的示例性实施方式的用于热冲压的模具的分解透视图；并且图4是应用于根据本发明的示例性实施方式的用于热冲压的模具的上模的底部透视图。

参照附图，根据本发明的示例性实施方式的用于热冲压的模具1被配置成，在通过热冲压制造板件时引导冷却剂的流动并增强传热，以便快速冷却板件。为此目的，如图1至图3中所示，根据本发明的示例性实施方式的用于热冲压的模具1包括基板10、下模20和上模30，并且将详细说明各个部件。

接头12安装在基板10的至少一侧。接头12被配置成将冷却剂供应至基板10并从基板10排出冷却剂。在基板10中形成连接至接头12的冷却剂管线(未示出)。因此，通过接头12流入基板10的冷却剂按照冷却剂流动路径，沿着并通过冷却剂管线循环。之后，冷却剂通过接头12排出。

根据本示例性实施方式，至少一个下模20安装在基板10的表面上。冷却剂被供应进下模20中，并且下模20具有与产品的下部形状相同的形状，以便在热冲压期间形成产品的下部形状。也就是，根据产品的形状，至少一个下模20沿着基板10的长度方向X安装。

这里，在下模20上分别形成至少一个流入孔22和一个排出孔24。流入孔22和排出孔24流体连通下模20的上表面与下模20的下表面。冷却剂通过流入孔22从基板10流动至下模20并且通过排出孔24从下模20排出至基板10。

另外，下模20的上表面连结至上模30的下表面。在下模20的上表面形成至少一个存储槽26。该存储槽26连接至流入孔22和/或排出孔24，以便在其中储存冷却剂。也就是，存储槽26临时储存通过流入孔22从基板10流入其中或通过排出孔24排出至基板10的冷却剂。

流入下模20内的冷却剂储存在存储槽26当中的连接至流入孔22的存储槽26中，并且将通过基板10排出的冷却剂储存在存储槽26当中的连接至排出孔24的存储槽26中。因此，存储槽26防止流入上模30内的冷却剂流被切断。

此外，上模30的材料优选地可不同于下模20的材料，并且上模30可连结至下模20的上部。上模30优选地具有与产品的上部形状相同的形状，以便形成产品的上部形状。冷却剂可通过基板10和下模20供应至上模30内，以快速冷却进行热冲压的产品。

这里，如图4中所示，在上模30的下表面沿宽度方向Z形成至少一个冷却剂流动槽32，使得冷却剂沿着冷却剂流动槽32流动。相邻的冷却剂流动槽32沿上模30的长度方向X以预定的均匀或不均匀间隔相互隔开布置。在本示例性实施方式中公开了以均等距离形成多个冷却剂流动槽32，但不限于此。

从下模10供应至冷却剂流动槽32的冷却剂在冷却剂流动槽32中流动并冷却上模30。因此，进行热冲压的产品被快速冷却。

在一个或多个示例性实施方式中，下模20的材料可以是热作模具钢。更具体地，在一个或多个示例性实施方式中，下模20的材料可以是SKD61(日本热作压铸模具钢61)模具钢。另外，上模30的材料可以是具有高传热系数的模具钢，其传热系数高于下模20材料具有的传热系数。

下模20和上模30可配置成响应于热冲压期间产品的不同部分的温差。也就是，由例如具有高传热系数的模具钢制成的上模30被放置在具有较高温度的产品的上部，而由热作模具钢制成的下模20被放置在具有较低温度的产品的下部。

之后，由于冷却剂在组装的下模20与上模30中流动，所以具有较高传热系数的上模30能够通过热交换快速冷却具有高温的产品的上部。因此，能够更有效地冷却产品并可缩短冷却时间。

这里，下模20与上模30通过扩散接合连结。根据扩散接合，使不同材料的模具(或母材)紧密接触，并在模具的熔点以下对模具施加不会导致塑性变形的压力，使得原子在模具的接合面之间扩散并将模具组装在一起。

由于附加的焊接金属或嵌入材料对于通过扩散接合组装的模具的两个表面的连接是不必要的，并且接合部分均匀地形成，因此可避免裂纹和孔隙这样的组装模具的缺陷。此外，可保持模具的物理和化学性质，并可根据扩散接合组装熔点显著不同的材料。因此，能够组装按照常规焊接不能组装起来的不同材料。最终，当下模20与上模30通过扩散接合组装在一起时，它们具有更强的结合强度，并且可靠性可得到提高。扩散接合是本领域技术人员公知的技术，因此将省略其详细说明。

根据本示例性实施方式，当下模20与上模30相互组装在一起时，下模20和上模30被加工成具有与产品相同的形状。

参照图5，将详细说明制造用于热冲压的模具1的方法。

图5是根据本发明的示例性实施方式的制造用于热冲压的模具的方法的流程图。在制备下模20(例如，由热作模具钢制成)和上模30(例如，由具有比下模的材料高的传热系数的模具钢制成)后，在步骤S1加工下模20和上模30的内侧。这里，下模20由热作模具钢制成，并且在下模20中形成用于使冷却剂流入的流入孔22和用于排出冷却剂的排出孔24。然而，本发明不限于此。

之后，在下模20的上表面形成连接至流入孔22和/或排出孔24的存储槽26。流入下模20内的冷却剂临时储存在存储槽26中。

此外，在上模30的下表面沿长度方向按预定距离形成多个冷却剂流动槽32。冷却剂在上模30中通过多个冷却剂流动槽32流动。通过在下模20中形成流入孔22、排出孔24和存储槽26以及在上模30中形成冷却剂流动槽32而完成加工模具内侧的步骤S1。

当步骤S1完成时，可将上模30放置在下模20上。然后，在步骤S2中，可在模具20和30的熔点以下对下模20和上模30施加压力以进行扩散接合。

这里，下模20与上模30的扩散接合S2可在真空中进行。在模具20和30相互接触的状态下，可通过在熔点以下对模具20和30施加不会导致塑性变形的压力而进行扩散接合。

作为结果在下模20与上模30的接触面之间形成扩散层，并且作为结果下模20与上模30相互结合。当下模20与上模30的扩散接合S2完成时，在步骤S3中，对下模20和上模30的外观进行粗磨，使得下模20和上模30的形状与通过热冲压制造的产品的形状密切相似。当在步骤S3中粗磨下模20和上模30的外观后，在步骤S4中热处理下模20和上模30。当在步骤S4中完成热处理时，在步骤S5中，将下模20和上模30组装到基板10上。然后，在步骤S6中，对下模20和上模30的外观进行精加工，使得下模20和上模30的形状与产品的形状相同。

根据本发明的示例性实施方式的用于热冲压的模具1可通过步骤S1至S6制造。也就是，下模20和上模30可使用具有不同传热系数的材料制造，并且冷却剂管线可分别形成在下模20和上模30中。然后，下模20和上模30可通过扩散接合组装在一起，以制造用于热冲压的模具1。因此，可改善设计中的结合力和自由度，并可提高作为热冲压的主要因素的模具的冷却性能。

根据本发明的示例性实施方式的用于热冲压的模具1在通过热冲压制造产品(如板件)时，有利地促进冷却剂的有效流动并加强传热，从而快速地冷却产品。

另外，预先防止了当冷却模具时在模具中发生变形和开裂。因此，可提高耐久性。此外，通过经多个冷却剂流动槽32实现板件的均匀冷却，可制造出无缺陷产品，并可提高生产力。另外，可增加冷却速度。

由于在下模20和上模30中分别形成冷却剂管线后，将下模20与上模30组装在一起，因此可改善工艺性。而且，由于用不同材料制成的下模20和上模30通过扩散接合结合，因此模具20和30之间的结合力以及可靠性可得以提高，并可降低制造成本。

尽管已结合目前被认为可行的示例性实施方式说明了本发明，然而应该理解的是，本发明并不限于所公开的实施方式，而是相反，其意在涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种改型和等同配置。

Claims (13)

1.一种用于热冲压的模具，包括：

基板，配置成接收和排出冷却剂；

至少一个下模，安装在所述基板的表面上，并且配置成接收来自所述基板的冷却剂，所述至少一个下模具有与产品的下部形状相同的形状，以便形成所述产品的下部形状，其中冷却剂在所述下模内部流动；以及

由与所述下模不同的材料制成的上模，连结至所述下模的上部，具有与所述产品的上部形状相同的形状，以便形成所述产品的上部形状，并且所述上模配置成接收来自所述下模的冷却剂，以便冷却剂在所述上模内部流动，

其中所述下模具有流体连通其上表面与其下表面的流入孔和排出孔，并且所述下模通过所述流入孔接收来自所述基板的冷却剂，并通过所述排出孔将冷却剂排出至所述基板。

2.根据权利要求1所述的模具，其中所述下模与所述上模通过扩散接合连结。

3.根据权利要求1所述的模具，其中所述下模包括至少一个存储槽，形成在所述下模的上表面并连接至所述流入孔和/或所述排出孔，以便在其中储存冷却剂。

4.根据权利要求1所述的模具，其中所述上模包括至少一个冷却剂流动槽，沿所述上模的宽度方向形成在所述上模的下表面。

5.根据权利要求4所述的模具，其中多个冷却剂流动槽沿所述上模的长度方向相互隔开预定距离布置。

6.根据权利要求1所述的模具，其中所述下模由热作模具钢制成。

7.根据权利要求1所述的模具，其中所述上模由具有高传热系数的模具钢制成。

8.根据权利要求1所述的模具，其中所述下模与所述上模在被相互组装时，被加工成具有与所述产品的形状相同的形状。

9.根据权利要求1所述的模具，其中通过在所述基板的至少一侧的接头从所述基板接收或排出冷却剂。

10.一种制造权利要求1所述的用于热冲压的模具的方法，包括：

用不同的材料制备下模和上模；

加工所述下模和所述上模的内侧；

在将所述上模放置在所述下模上之后，进行扩散接合以将所述下模与所述上模组装在一起；

粗磨组装的下模与上模的外观以类似于被制造的产品；

热处理组装的下模与上模；

将热处理后的下模与上模组装到基板上；以及

精加工组装到所述基板上的下模与上模的外观以具有与被制造的产品相同的形状。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述下模与所述上模的扩散接合在真空中进行。

12.根据权利要求10所述的方法，其中加工所述下模和所述上模的内侧还包括在所述下模的上表面形成连接至所述流入孔和/或所述排出孔的至少一个存储槽。

13.根据权利要求12所述的方法，其中加工所述下模和所述上模的内侧还包括在所述上模的下表面沿所述上模的宽度方向形成至少一个冷却剂流动槽。