CN103702781B - 分段式的模压淬火模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于由钢板材料(400)制造硬化的板形件的模压淬火模具(100)，包括至少两个模具零件，它们能够沿工作方向(D)相向地移动，并且在它们之间通过施加沿工作方向(D)作用的压力(F)使已加热的钢板材料(400)变形和冷却，并且由此被硬化。按照本发明规定，至少一个模具零件(220)设计为分段式的，并且具有至少一个附带横向于工作方向(D)延伸的成型部段的第一部段(221)，并且还具有至少一个附带倾斜于工作方向(D)延伸的成型部段的第二部段(223)，其中第一部段(221)活动地设置在相关的模具零件(220)中，并且在超过特定的压力(F)时能够逆向于所施加的压力(F)而退让(A)，用于由此实现模具零件继续的相向移动，并且能够实现由此引起的第二部段(223)加强地按压(B,C)在钢板材料(400)上。

Description

分段式的模压淬火模具

本发明涉及一种用于由可硬化的钢板材料制造被硬化的板形件的模压淬火模具。

用于制造已硬化的板形件的模压淬火模具在现有技术中是已知的。这种模压淬火模具包括至少两个模具零件，它们能够沿工作方向相互位移，并且已加热的钢板材料在它们之间通过施加压力而变形并且通常同时被冷却，由此按照已知的冶金学机理提高强度。

为了实现尽可能好的冷却和很好的形状保持度，在压硬过程中钢板材料需要全面地贴靠在模具零件的模具作用面上。通常这种全面的贴靠需要对模压淬火模具非常耗费的加工来实现。但是在实践中，即使这种加工也不能可靠地保证钢板材料全面地贴靠在模具作用面上、尤其是在倾斜的区域(也就是说相对工作方向的倾斜)，这例如会导致工件磨损的增大和/或钢板材料的不规则的厚度分布。

这种问题已经在WO2006/015849A2中阐述过。为了解决这种问题，在WO2006/015849A2中推荐一种模压淬火模具，其中钢板材料在压硬过程中仅在相关的区域中在模具零件之间局部地被夹紧，为此模具作用面由相应的夹紧条板(例如以凸缘或阶梯的形式)构成。在钢板材料的压硬过程中，在未被夹紧的区域中钢板材料与一个或两个模具作用面间隔一定的空气缝隙。

但是，在WO2006/015849A2中推荐的模压淬火模具中的缺点在于，钢板材料在未被夹紧的区域中由于较小的冷却速度没有或仅一定比例地较小地提高了强度。所制造的钢板件因此具有不同的强度属性。然而这种板形件不能适应所有的应用目的。

因此本发明所要解决的技术问题在于，提供一种模压淬火模具，其不具有上述缺点或至少仅在缩小的范围中具有上述缺点。

所述技术问题通过具有权利要求1的特征的按照本发明的模压淬火模具解决。在从属权利要求中给出的特征和特征组合涉及的是按照本发明的模压淬火模具优选的构造和扩展设计。

按照本发明的模压淬火模具包括至少两个模具零件，它们能够沿工作方向相向地移动，并且在它们之间通过施加沿工作方向作用的压力使已加热的钢板材料变形(钢板材料的成型理解为变形和/或形状保持，如以下进一步阐述)并且被冷却，并且在此以已知方式能够被硬化。按照本发明规定，至少一个模具零件至少局部设计为分段式的，并且具有至少一个具有横向于工作方向延伸的成型部段的第一部段，并且还具有至少一个具有倾斜于工作方向延伸的成型部段的第二部段，其中第一部段活动地设置在相关的模具零件中，并且在超过特定的压力时逆向于这种施加的压力而退让(nachgeben)或后退，用于由此实现模具零件继续的相向移动，并且进而实现由此引起的第二部段的在钢板材料上加强的按压。根据本发明的模压淬火模具能够被设计为同时制造多个压硬的板材件。此外，借助根据本发明的模压淬火模具还能够制造局部硬化的板材件。

为了在压硬过程中冷却钢板材料优选规定，至少一个模具零件和尤其分段式设计的模具零件也设计为可冷却的模具零件，为此这种模具零件配备至少一个用于冷却或至少部分冷却模具作用面的冷却装置。至少一个第二部段尤其也具有至少一个冷却装置(例如冷却通道)。

分段式设计的模具零件的部段分别具有成型部段。成型部段可以理解为属于模具作用面的表面部段，其在压硬过程中直接地与钢板材料相接触。这种成型部段可以是平的或具有空间的造型。对于横向于工作方向延伸的成型部段尤其理解为(模具作用面)的表面部段，其基本上垂直于工作方向延伸。对于倾斜于工作方向延伸的成型部段尤其理解为(模具作用面)的表面部段，其基本上以相对工作方向呈0°至15°的角度延伸。为了评估成型部段的延伸或定向，必要时考虑用于相关表面部段的数学上的补偿面。分段式设计的模具零件的部段优选这样设计和布置，使得它的成型部段在压硬过程的任何时刻构成基本上无缝隙的模具作用表面。

通过在压硬过程中至少一个第一部段在超过特定的或定义的压力时能够逆向于所施加的压力而退让或后退，按照本发明的模压淬火模具的模具零件(所施加的压力没有显著提高)仍能继续相向移动(以几个百分之一或十分之一毫米的数量级)，由此相对置的或相配合的模具作用面的表面部段在倾斜区域中沿工作方向相向运动。通过按照本发明的模具构造的设计方案，因此也可以在倾斜于工作方向的区域中(例如在边框区域中)利用由此产生的高的面压力(尤其相对于传统的模压淬火模具)实现待硬化的钢板材料用于成型和冷却足够地面状地贴靠在模具作用面上。

相对由WO2006/015849A2已知的模压淬火模具，按照本发明的模压淬火模具的模具零件优选这样设计，使得钢板材料能够全面地贴靠在这些模具零件的模具作用面上。在冷却装置的相应设计中，在板形件上实现整体的冷却和良好的形状保持性。尽管如此按照本发明的模压淬火模具也可以这样设计，使得待硬化的钢板材料在压硬过程中仅部分地贴靠在模具表面上。

优选规定，第一部段以及第二部段固定在属于相关模具零件的基板上，其中，第一部段(具有横向于工作方向延伸的成型部段)直接或间接地弹性地支承在所述基板上。通过第一部段弹性地支承在第一部段上，横向于工作方向延伸的成型部段持续地、也就是尤其当模具零件继续相向移动时也可以与钢板材料相接触，并且还能在钢板材料上施加定义的压力或面压力。此外局部出现的过渡的压力可以被削弱，这种压力可能导致板形件误差和/或模压淬火模具的损坏。

第一部段的弹性支承可以通过机械式弹簧，如盘形弹簧进行。特别优选地规定，第一部段通过至少一个气压弹簧装置和尤其通过至少一个氮气弹簧装置来实现弹性地支承。这种气压弹簧装置或氮气弹簧装置作为外购件是可以购买的。第一部段的相对基板的最大弹性行程可以在0.5毫米至1.5毫米之间，并且尤其大约是1毫米。最大弹性行程可以在两个方向上通过机械的止挡件限定。

特别优选规定，至少一个第二部段(具有倾斜于工作方向延伸的成型部段)设计为滑块，其中这种设计为滑块的第二部段在模具零件继续相向移动时沿横向于工作方向的方向滑移，并且在此一定程度上主动加强地被压在钢板材料上。在此钢板材料局部地在该区域中加强地被压在对置的模具零件的配合的模具作用面上，由此可以利用在此产生的最优的面压力实现待硬化的钢板材料用于成型和冷却最优地面状地贴靠在模具作用面上。在此出现的滑移行程例如在几个百分之一毫米至几个十分之一毫米之间的范围内。

为了机械地操作设计为滑块的第二部段，相关的模具零件能够具有至少一个驱动装置。该驱动装置可以设计为驱动滑块，其直接或间接地固定在相关的模具零件的模具基板上。由此规定，该驱动装置或驱动滑块和设计为滑块的第二部段具有配合的斜面，它们在模压淬火模具的模具零件继续相向移动时相向滑移，为此以已知方式实现设计为滑块的第二部段的滑动。

此外优选规定，设计为滑块的第二部段具有至少一个冷却装置。这种冷却装置例如可以是在第二部段中工作的冷却通道，该冷却通道能够由冷却介质流通。通过这种措施也可以在倾斜区域中在压硬过程中实现钢板材料理想的冷却。

按照本发明的模压淬火模具的特别优选的构造规定，仅一个模具零件和尤其仅是凹模被设计为分段式的。这种模压淬火模具此外结合附图被进一步详细阐述。

本发明的其他特征和优点以不受限的方式由以下结合示意附图的举例描述得出。

图1示出按照本发明的模压淬火模具的截面图。

图2示出利用图1的模压淬火模具的压硬过程的截面图。

图1示出用于制造硬化的板形件的按照本发明的模压淬火模具100。模压淬火模具100包括第一上部模具零件200和第二下部模具零件300。按照图示，模压淬火模具100处于打开状态。为了闭合模压淬火模具100，上部模具零件200能够沿标以D的工作方向相对下部模具零件300移动，在此模压淬火模具100被安装在未示出的变形压力装置中。

上部模具零件(上部模具)200具有上部基板210，在该基板210上安装已冷却的凹模220。凹模220设计为分段式的并且包括第一中部部段221，其具有基本水平的并且垂直于工作方向D延伸的成型部段222，凹模222还包括多个第二侧面部段223，其与第一部段221直接相邻并且具有相对工作方向D倾斜延伸的成型部段224。第二部段223的相对工作方向D倾斜延伸的成型部段224以相对工作方向D呈约15°的角度y延伸，这种设计对于右侧显示的第二部段223以虚线示出该角度(斜线代表用于成型部段224的补偿面)。成型部段222和224构成封闭的凹模侧的模具作用面。以230表示冷却通道，该通道被冷却介质流过以用于冷却凹模侧的模具作用面222或成型部段224。

第一部段221通过多个气压弹簧装置260直接支承在上部基板210上，并且可以通过这些气压弹簧装置260的弹动反向于工作方向D而回动。为了限定弹簧行程，可选地设置间隔件225。通过气压弹簧260的数量和构造可以调节作用在第一部段221上的弹性力。

第二部段223设计为滑块，其可以横向于工作方向D位移。设计为滑块的第二部段223的位移通过驱动滑块240进行，该驱动滑块直接固定在上部基板210上。驱动滑块240和设计为滑块的第二部段223具有互相配合的倾斜面，它们在上部模具零件200沿工作方向D运动时能够相互滑动，因此设计为滑块的第二部段223以已知方式横向于工作方向D滑移。作为补充，未显示的促动器(例如液压的短行程缸)安装在上部的模具零件200中。在驱动滑块240的斜向面上固定滑动板250。在设计为滑块的第二部段223的对应的斜向面上可以固定滑动板或相似的结构。用于回调设计为滑块的第二部段223的器件未显示。所述回调例如可以通过弹簧元件(例如气压弹簧装置)实现。

下部的模具零件(下部模具)300具有下部基板310，在基板310上安装已冷却的凸模320。凸模320设计为刚性的凸模并且具有封闭的凸模侧的模具作用面。凸模320也可以是其他构造方式。与凹模侧的模具作用面相配合，凸模侧的模具作用面包括区域(或成型部段)322，其基本上垂直于工作方向D延伸，并且还包括多个斜向于工作方向D延伸的区域(成型部段)324。用330表示冷却通道，其被冷却介质流过以用于冷却阳模侧的模具作用面。下部模具零件300还具有未显示的压紧装置(例如压边装置)。在此优选是冷却的压紧装置，其具有相应的冷却装置(例如冷却通道)。

为了制造硬化的板形件，将已加热的钢板材料置入打开的模压淬火模具100中。通常待硬化的钢板材料在置入模压淬火模具100之前被加热到高于900℃的温度。在第一方法变型方案中，待硬化的钢板材料在置入到模压淬火模具中时具有平的板胚的形状(直接的压硬方法，其中模压淬火模具具有变形功能)。在第二方法变型方案中，待硬化的钢板材料在置入到模压淬火模具中时具有已经冷的、预成型的板形件或中间形状件的形状(间接的压硬，其中模压淬火模具具有变形的或保持形状的功能)。在已加热的钢板材料置入时，模压淬火模具100通过上部模具零件200沿工作方向D的移动来闭合，用于实施压硬过程。

图2示出模压淬火模具100处于封闭状态中。在凹模220和凸模320之间具有带硬化的钢板材料400，其在模压淬火模具100闭合时配合凸模和凹模轮廓而变形，并且还贴靠在模具作用面上。凹模220位于作为边界的下部端位，并且不能再沿工作方向D继续移动。

当凹模220位于所示的下部端位上时，由变形压力装置向模压淬火模具100实施用于压硬所需的压力F，这通过上部基板210所指示的力箭头F来表示。所施加的压力F导致了在气压弹簧装置260中的压力上升，该气压弹簧装置在模压淬火模具100闭合时首先仅用于力传递。在超过确定的或由设计定义的压力F时，气压弹簧装置260可以弹动，在这种情况下这与第一部段221逆向于所施加的压力F退让是相同意义的，所述退让至少直至第一部段221顶撞在可选的间隔元件225上(如图2所示)。通过气压弹簧装置260的弹动，模具零件200和300能够继续相向移动(例如上部模具零件200可以沿工作方向D继续向下部模具零件300移动)，其中这种相向移动通过作用的压力F进行。

模具零件200和300的继续的相向移动借助气压弹簧装置260的相似的弹动进行。气压弹簧装置260的这种弹动取决于第一部段221的连续退让。这种退让可以理解为在上部模具零件200中位置固定地保持的第一部段221和在第一部段221上的后退，其中，第一部段221如运动箭头A所示大致朝向上部基板210移动，尽管实际上上部基板210向着第一部段221移动。气压弹簧装置260还会引起第一部段221或其成型部段222在压硬过程的任意时刻与钢板材料400始终保持接触，其中在相关区域中由气压弹簧装置260产生的特定的压力(其必要时与通过间隔件225传递的压力相叠加)施加在钢板材料400上，这可以导致待硬化的钢板材料400以确定的面压力平面地贴靠在成型部段222和322上。

此外，由于通过气压弹簧装置260的弹动而实现的模具零件200和300的继续的相向移动，会使得设计为滑块的第二部段223通过驱动滑块240的引导朝向凸模320滑移，因此这些部段223如箭头方向B所示在倾斜区域中加强地以特定压力朝向钢板材料400按压。这也可以导致待硬化的钢板材料400在倾斜区域中以相对较高的面压力平面地并且尤其大面积地贴靠在对应的模具作用面上或贴靠在相应地成型部段224和324上。这也实现了钢板材料400在倾斜区域中快速和整体地冷却，由此可以在钢板材料400中产生优化的强度提升。尽管有这种冷却，设计为滑块的第二部段223也具有成型(也就是变形或至少保持形状)功能。在所述成型功能方面，也提供了较大的滑移运动或滑块行程，所述运动或行程通过上述设定的数量级在几个百分之一毫米至几个十分之一毫米的范围中给出，其中，优选第一部段相对基板的最大行程或弹性行程可以大于1.5毫米。

通常设计为滑块的第二部段223的滑动B与上部工件200沿工作方向D的移动在工件200和300的继续相向移动中是重叠的。通过驱动滑块240和/或设计为滑块的第二部段223相应的构造可以以有利的方式产生基本垂直于凸模侧的模具作用面324定向的滑块运动，这示范性地对于右侧的第二部段223以箭头C表示。

在钢板材料400冷却之后，这种冷却在压力F的保持下进行，模压淬火模具100可以通过上部模具零件200逆向于工作方向D的移动而打开，并且被硬化的板形件被取出。已硬化的板形件例如是用于机动车车身的车辆通道件(或管道件)，该车辆通道件具有根据设计的倾斜区域。

附图标记清单

100压硬工件

200上部工件零件(上部模具)

210上部基板

220凹模

221第一部段

222成型部段(第一部段)

223第二部段/滑块

224成型部段(第二部段)

225间隔件

230冷却装置，冷却通道

240驱动滑块

250滑动板

260气压弹簧

300下部的模具零件(下部模具)

310下部基板

320凸模

330冷却装置，冷却通道

400钢板材料

A(第一部段的)回退运动

B(第二部段的)滑动运动

C合成的滑块移动

D工作方向

F压力

Y角度

Claims (11)

1.一种用于由钢板材料(400)制造硬化的板形件的模压淬火模具(100)，包括至少两个模具零件(200,300)，它们能够沿工作方向(D)相向地移动，并且在它们之间通过施加沿工作方向(D)作用的压力(F)能够使已加热的钢板材料(400)变形和冷却，并且由此被硬化，其特征在于，至少其中一个模具零件(200,300)设计为分段式的，并且具有至少一个附带横向于工作方向(D)延伸的成型部段(222)的第一部段(221)，还具有至少一个附带倾斜于工作方向(D)延伸的成型部段(224)的第二部段(223)，其中所述第一部段(221)活动地设置在相关的模具零件(200,300)上，并且在超过特定的压力(F)时能够逆向于所施加的压力(F)而退让，用于由此实现模具零件(200,300)继续的相向移动，并且由此能够实现第二部段(223)加强地按压在钢板材料(400)上。

2.按照权利要求1所述的模压淬火模具(100)，其特征在于，所述模具零件(200,300)这样设计，使得钢板材料(400)全面地贴靠在这些模具零件(200,300)的模具作用面上。

3.按照权利要求1或2所述的模压淬火模具(100)，其特征在于，第一部段(221)以及第二部段(223)固定在属于相关模具零件(200)的基板(210)上，其中，所述第一部段(221)弹性地支承在所述基板(210)上。

4.按照权利要求3所述的模压淬火模具(100)，其特征在于，所述第一部段(221)通过至少一个气压弹簧装置(260)弹性地支承在所述基板(210)上。

5.按照权利要求3所述的模压淬火模具(100)，其特征在于，所述第一部段(221)相对基板(210)的最大弹性行程在0.5毫米至1.5毫米之间。

6.按照权利要求5所述的模压淬火模具(100)，其特征在于，所述第一部段(221)相对基板(210)的最大弹性行程是1毫米。

7.按照权利要求1所述的模压淬火模具(100)，其特征在于，至少一个第二部段(223)设计为滑块，其中这种设计为滑块的第二部段(223)在模具零件(200,300)继续相向移动时沿横向于工作方向(D)的方向(B)滑移，并且在此加强地被压在钢板材料(400)上。

8.按照权利要求7所述的模压淬火模具(100)，其特征在于，所述相关的模具零件(200)具有至少一个用于机械地操作设计为滑块的第二部段(223)的驱动装置(240)。

9.按照权利要求7所述的模压淬火模具(100)，其特征在于，设计为滑块的第二部段(223)具有至少一个冷却装置(230)。

10.按照权利要求1所述的模压淬火模具(100)，其特征在于，仅一个模具零件(200)设计为分段式的。

11.按照权利要求10所述的模压淬火模具(100)，其特征在于，所述模具零件(200)是凹模(220)。