CN104220186A - 用于对板材进行热成形和/或加压淬火的受冷却的模具以及制造用于该模具的冷却装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对板材进行热成形和/或加压淬火的模具(100/200)，其中，该模具(100/200)具有多个能够以冷却剂通流的冷却装置，以便借此能够至少局部地对与板材接触相联的模具作用面(120′，220)进行主动冷却。在此规定：至少一个冷却装置包括带有模具作用面(120′)的壳元件(140)，其中，该壳元件(140)在其背对所述模具作用面(120′)的背面上具有多个独立的、能够由冷却剂通流的冷却腔(141)，并且在这些冷却腔(141)中的每一个内设置有至少一个用于冷却剂的导流元件(143)。另外，本发明还涉及一种制造这样的用于该模具的冷却装置的方法。

Description

用于对板材进行热成形和/或加压淬火的受冷却的模具以及制造用于该模具的冷却装置的方法

技术领域

本发明涉及一种如在权利要求1前序部分中详细阐述之类型的用于对板材进行热成形和/或加压淬火的模具。

另外，本发明还涉及一种制造用于该模具的冷却装置的方法。

背景技术

所说热成形通常理解为对板材在其再结晶温度以上进行的成形加工。所说加压淬火或者模淬理解为对首先经过加热的板材在同时冷却(在数秒之内)的情况下进行的成形加工，通过这种方式，除了对板材加以造型之外还使强度提高。由现有技术已知用于热成形和加压淬火(例如直接和间接加压淬火)的各种不同的方法变型方案。

热成形模具和加压淬火模具典型地构造有整合的冷却装置，以便能够对与经加热的板材接触相联的模具作用面进行主动冷却和能够将通过经加热的板材进入到模具中的热能有针对性地从模具中导出。这些冷却装置通常是设置在模具内的冷却孔或冷却道，这些冷却孔或冷却道被(特别是水基的)冷却介质通流而过，以便由此对模具作用面进行主动冷却。作为现有技术可参阅DE 10 2007 003 745 A1。

由DE 10 2007 040 013 A1已知一种用于对板材进行加压淬火的模具，在该模具中，冷却装置由带有加设的冷却道的冷却嵌件和安置在该冷却嵌件上的盖(或者壳)所构成，在该盖上同样也构造有模具作用面。

发明内容

本发明的目的是，提供一种用于对板材进行热成形和/或加压淬火的模具，带有至少一个整合在模具内的冷却装置，该模具能够简单和经济地制造。

上述目的通过本发明的具有权利要求1所述特征的模具得以实现。利用并列权利要求，上述目的还通过制造用于该模具的冷却装置的方法得以实现。优选的发展设计和构造方案对于两个发明主题来说类似地既可得自从属权利要求也可得自下文的阐述。

本发明的模具具有多个整合在模具内的并且能够以冷却剂通流的冷却装置，而至少是有一个这样的冷却装置，以便借此能够至少局部地对与板材接触相联的模具作用面进行主动冷却，或者能够将热量从模具中排走。在此规定：本发明的模具的至少一个冷却装置包括带有一个构造在其上的模具作用面或者一个模具作用面区段的壳元件，其中，该壳元件在背对该模具作用面的背面上具有多个独立的、能够由冷却剂通流的冷却腔，并且在这些冷却腔中的每一个内设置有至少一个用于冷却剂的导流元件。

利用所述至少一个导流元件实现了各相应冷却腔的确定的通流流动。也就是说，所述至少一个导流元件用来控制通过冷却腔的冷却剂体积流量。各相应的导流元件插置并固定到壳元件内相应附属的冷却腔中。壳元件的冷却腔典型地设计有不同的空间轮廓或者造型。因此，设置在冷却腔内的导流元件具有不同的结构或造型。特别是规定：仅仅通过对这些导流元件的加工或者修整来实现在冷却腔与插置于其内的导流元件之间的个体化独特匹配，其中该加工可以随时进行(就是说，在模具已经工作运行之后也可以)。如下文还将进一步详细阐述的那样，导流元件可以由特别容易加工的材料构成。因此在很大程度上取消了昂贵的切削或者说切屑加工处理，如其在由现有技术已知的模具和其冷却装置中所需要的那样。利用本发明的思想，与由现有技术已知的设计相比，在对用于要成形的板材的几何造型可能性没有限制的情况下，明显地降低了制造成本和费用(特别是还有材料费用)。另外，在制造过程中还产生了节省时间。维修和保养过程也变得时间更短和更加经济。

壳元件具有优选多个相同和/或不同构造的冷却腔。然而壳元件也可以具有仅仅一个单独的冷却腔。壳元件的各冷却腔优选构造为可以分开独立地通流的冷却腔，也就是说，每个冷却腔被独立地以冷却介质馈给和通流。优选规定：两个相邻的冷却腔是通过设置在它们之间的支撑肋划分开的。该支撑肋也可以用作壳元件在模具基体(或类似结构)上的支撑，壳元件固定在该模具基体上。通过这种方式显著提高了薄壳件稳定性和抗压强度。

特别优选地规定：在壳元件的每个冷却腔内配有一个构造成单件式物体(下文也称为导流体)的导流元件或者设置在其内。每个物体或者说导流体在其造型上与相应附属的冷却腔匹配，它定位或者置入该冷却腔内。优选规定：在导流体的外表面与冷却腔的内壁(冷却腔壁)之间至少部分地具有或者存在一个间隙(下文也称为流动间隙)，冷却剂可以确定地穿过该间隙流动或者说一定的冷却剂体积流量可以被引导穿过该间隙，其中，对在一定程度上可以说是通过导流体的表面的冷却剂体积流量实施控制。为了调节流动条件，导流体可以至少局部地配置减少或者增加流体摩擦的表面和/或涂层。此外，这样的导流体不具备用于壳元件的支撑功能或者稳定功能，而仅仅用于在有关的冷却腔内形成某一确定的冷却剂体积流量。此外，这样的导流体还可以构造成多件式的或者说由多个部分物体组合而成。此外，可以有针对性地利用所谓的湍流促进器(Turbulenzpromotor)来影响通过冷却腔的流动，以便例如调定湍流的或层流的流动。

特别优选规定：使冷却剂能够全方位地环流/绕流设置在冷却腔内部的导流体，通过这种方式尤其是防止了导流体的过热。在此情况中，存在着在导流体的表面与冷却腔壁之间的一种表面偏移该表面偏移可以是一致的或者恒定的。然而优选规定：它是局部不同的表面偏移。

也可以设置大量的流动板片来代替这样的导流体，这些流动板片布置在冷却腔内。对于这一点还将在下文中与附图相关联地加以进一步详细的阐述。

导流体以优选的方式由塑料材料或者由塑料复合材料(树脂材料和类似树脂的材料或者复合材料也应该属于此)构成。特别优选导流体为塑料铸造体。作为可选方案，导流体也可以由铝材或者类似的金属材料构成。塑料材料和铝材的特点在于重量轻以及容易的可加工性和可切削性，因此导流体能够以简单的方式与相应附属的冷却腔个体化独特地匹配。

可以利用至少一个保持轨(或者保持板条之类)将设置在壳元件的不同冷却腔中的导流体连接成或联合成一个结构单元。通过保持轨还可以将导流体固定和定位在冷却腔内部。

壳元件可以是金属铸件，其中，冷却腔已经存在于铸造毛坯件中并且冷却腔壁基本上保持未加工状态(亦即特别是无需切削加工的修整)。也就是说，作为金属铸件制造的壳元件具有基本上未经加工的冷却腔。然而冷却腔壁可以配置涂层，例如配置喷涂的塑料涂层。这样构成的壳元件证明为比较经济的。作为可选方案，壳元件例如也可以构造为金属铣削件。特别是它是一个单件式(就是说制造在一块构件上的)金属铸件或者金属铣削件。

本发明的模具可以具有一个模具下部和一个(可相对运动的)模具上部，其中，在所述模具下部中以及在所述模具上部中均设有相对置的如前面的说明所述的冷却装置，然而其冷却腔是彼此错开地设置的。通过这种方式可以防止集热点或者极热点，并且冷却效率总体上得到最佳化。

利用并列权利要求，本发明的目的还通过用于制造使用在本发明的模具中的冷却装置的方法得以实现。该制造方法包括至少下列制造工序或流程步骤：

-作为金属铣削件或者金属铸件制造(带有冷却腔的)壳元件；

-将液态的塑料材料或者金属材料注入壳元件的基本上未经加工的冷却腔中并使注入的塑料材料或者金属材料硬化或冷却(该硬化典型地在较短的时间内进行；必要时冷却腔可以事先涂覆有分离剂或者加衬有薄膜)；和

-从冷却腔中将通过硬化或冷却形成的导流体脱模以及在必要时为了匹配于相应的冷却腔和特别是为了调节特定匹配的流动间隙而对这些导流体进行个体的精加工。

此外，前述的和下面的关于本发明模具的说明类似地适用于该制造方法，反之亦然。

附图说明

下文将参照示意图示例性地和以非限制方式进一步详细地阐述本发明。在附图中示出的和/或在下文中阐述的各项特征可以独立于具体的特征组合地成为发明的一般性特征。

图1示出了属于本发明的模具的模具下部的剖视图；

图2示出了图1所示模具下部按照给出的剖面走向的剖面；

图3以与图2相同的表示法示出了一种可选的实施可能性。

具体实施方式

图1示出了属于加压淬火模具(热成形模具可以基本上相同地构造)的模具下部100。仅仅示意性地示出属于该加压淬火模具的、原则上可以构造成与模具下部100相同的模具上部200。模具部件100和200具有模具作用面120和220，在这些模具作用面之间可以使经过加热的板材成形并同时进行冷却。为了能够对与经过加热的板材接触相联的模具表面120进行主动冷却，模具下部100具有多个冷却装置。模具上部200同样具有这样的冷却装置。

可替换地固定在一个模具基体110上的金属质壳元件130和140属于所述冷却装置。下文将进一步详细地阐述左侧的冷却装置，为此示出了壳元件140的剖视图。右侧的带有壳元件130的冷却装置以相同方式构成。在本发明的模具上也可以设置仅一个带有壳元件的冷却装置来代替两个或者多个带有壳元件的冷却装置。同样在本发明的模具上也可以补充地设置现有技术中其他已知的冷却装置或者冷却系统(例如传统的冷却孔或者冷却道)。

壳元件140具有一个模具作用面区段120′。从背对该模具作用面区段120′的、平置于基体110上的背面出发，多个冷却腔141延伸进入壳元件140之中，这些冷却腔可以由冷却介质(特别是水)通流。每个冷却腔141都被独立地通流，其中未示出在模具基体110上引导的、用于冷却剂的流入和流出。彼此相邻的冷却腔141是通过支撑肋142分割开的，其中，所述支撑肋142支撑在(仅仅示范性地)平坦的模具基体110上，这样改善了壳元件140的抗压强度和收缩性并且延长使用寿命。

考虑到模具作用面区段120′的构造形状，冷却腔141具有个体化独特的造型和不同的深度(以及因此不同的容积)，其中这样地确定相应的深度尺寸，即如所示出的那样在空隙部或者说冷却腔141的基底上产生一个相对模具作用面区段120′的相同的厚度间隔(壳厚)。换言之，也就是说冷却腔141构造成关于模具作用面区段120′轮廓接近的，因而在模具作用面区段120′的轮廓的走向中得到几乎均匀的壁厚(壳厚)，以便这样实现对模具作用面区段120′的均匀冷却。然而，同样可以通过能够比较简单实现的不同的壁厚或者壳厚获得对冷却性能的个体化独特的微调(特别是为了适配于构件特性)。由于借助支撑肋142的支撑，壳厚在模具作用面区段120′的区域中可以保持很小，这有利于对模具作用面区段120′的冷却。由于借助支撑肋142进行支撑之故，壳元件120在模具作用面区段120′的区域中还可以高硬度地构造。

在此规定：在每个冷却腔141内设置有一个芯式的(kernartig)导流元件143。如下文还将进一步详细阐述的那样，导流元件143用于将冷却剂确定地引导通过冷却腔141。导流元件是一种由塑料材料(或者容易加工的金属材料诸如铝材)构成的单件式物体(下文称为导流体)。但是原则上导流元件或者导流体143也可以构造成多件式的。每个导流体143在其造型上都与附属的或者对应的冷却腔141的造型相匹配。一个杆状的或者轨道状的连接件标记为147，所有插置到壳元件140内的导流体143都固定在该连接件上(例如通过螺栓连接)，通过这种方式提供了一种易于操作的结构单元。

图2示出了壳元件140的剖面，其中，该剖面根据图1中给出的剖面走向A-A穿过冷却腔141以及插置于其内的芯式的导流体143。单件式导流体143关于其环绕的外部轮廓或者说周边轮廓而言是这样地获得的，即，在导流体143与冷却腔141的相对置的冷却腔壁之间产生一个流动间隙145，冷却剂可以确定地穿过该流动间隙流动(如利用流动箭头所图示的那样)以及这样实现了对冷却剂体积流量的控制。流动间隙145的间隙大小可以局部地根据需要来调整，通过导流体143上塑料材料的减料或者在必要时的加料实现这一点。可以在导流体143的环绕的周面中加设用于冷却剂的流动沟槽或类似结构。

导流体143可以在端侧与腔壁接触(如在图1中示出的那样)。然而优选规定：可以这样地相对附属的或者对应的冷却腔141的造型或者其冷却腔壁构建导流体143的造型，即，在每个位置上或者到处存在一个恒定宽度的或者局部不同宽度的流动间隙145，使得冷却介质可以完全(也就是说也包括端侧)地环流/绕流所述导流体143。通过这种方式，可以极为有效地防止导流体143过热。导流体143固定在杆状的连接件147上并在这里被保持在冷却腔141内部以及被固定在所示出的位置中。连接件147可以与壳元件140螺栓连接。

在图1中仅仅示意性示出的模具上部200可以如模具下部100那样按同样的方式构成。属于模具下部100的壳元件140内的冷却腔141与模具上部200上的相对置的壳元件中的冷却腔241错开地设置，因而不会由于对模具作用面120和220可能不充分的冷却而产生极热点。特别是这样地形成模具上部200中的冷却腔241与模具下部100中的冷却腔141的错开，使得其中一个模具部件的冷却腔被在另一模具部件的冷却腔之间的支撑肋所覆盖(在模具闭合时)。

前面所介绍的冷却装置可以比较简单地、经济地和快速地制造。壳元件140可以作为单件式金属铣削件或者金属铸件制造。(在必要时也可以考虑多件式的焊接结构。)无需对冷却腔壁(内壁)进行昂贵的加工，然后可以将液态的塑料材料或者金属材料注入到冷却腔141中，以便这样制造导流体143。为使脱模更加容易和/或为了调定流动间隙145，在浇注之前可以给冷却腔141涂覆分离剂(或类似物)或者加衬薄膜(例如蜡膜)。另外还可以设置有出模斜度。在硬化或冷却之后，特别是实心的导流体143便可以从冷却腔141中取出并在必要时进行精加工(优选手动实施这一点)，其中，特别是塑料材料(或者铝材)的精加工由于重量和机械加工性能之故证明为非常简单。可以只通过对导流体143的加工来调定在导流体143与相应附属的冷却腔壁(该冷却腔壁特别是保持未加工状态)之间的流动间隙145。

理想的是，在浇铸之前就已经如此地提供或者预备了冷却腔141，即无需对导流体143进行精加工便已得到最佳的流动间隙145。导流体143可以通过保持板条或保持轨147固定在壳元件140上并定位在其位置中。

图3以与图2相同的表示法示出了本发明的冷却装置的一种可选的实施可能性。相同的部件标注以相同的附图标记。然而为了加以区分而补充地使用了字母“a”。

在图3示出的实施可能性中，代替前面结合图1和2所阐述的单件式导流体，为了在冷却腔141a中实现对冷却剂体积流量的控制，设置有大量的流动板片148a。各流动板片148a可以部分地重叠。流动板片148a例如由金属材料制成并且固定在一保持轨149a上(例如通过焊接)。作为可选方案，流动板片148a也可以由塑料材料制成。板片-构造特别适合于小型的和/或狭窄的冷却腔。

前述冷却装置除了用在热成形模具和加压淬火模具中之外还可以使用于其他的模具中，如特别是用在制造CFK(碳纤维增强复合材料)-构件的模具中。本发明的模具通过很小改动就能够使用于制造CFK-构件过程中的湿压工艺，其中，将冷却装置变换成用油或用水工作的加热装置。

附图标记列表

100  模具下部

110  模具基体

120  模具作用面

130  壳元件

140  壳元件

141  冷却腔

142  支撑肋

143  导流体

145  流动间隙

147  保持轨

148a 流动板片

149a 保持轨

200  模具上部

220  模具作用面

241  冷却腔

Claims (10)

1.用于对板材进行热成形和/或加压淬火的模具(100/200)，其中，该模具(100/200)具有多个能够以冷却剂通流的冷却装置，以便借此能够至少局部地对与所述板材接触相联的模具作用面(120/220)进行主动冷却，其特征在于：至少一个冷却装置包括带有模具作用面(120′)的壳元件(140)，其中，该壳元件(140)在其背对所述模具作用面(120′)的背面上具有多个独立的、能够由冷却剂通流的冷却腔(141)，并且在这些冷却腔(141)中的每一个内设置有至少一个用于冷却剂的导流元件(143，148)。

2.如权利要求1所述的模具(100/200)，其特征在于：两个相邻的冷却腔(141)是通过设置在它们之间的支撑肋(142)分开的。

3.如权利要求1或2所述的模具(100/200)，其特征在于：在每个冷却腔(141)中设置有构造成单件式导流体(143)的导流元件。

4.如权利要求3所述的模具(100/200)，其特征在于：所述导流体(143)由塑料材料或者塑料复合材料构成。

5.如权利要求3所述的模具(100/200)，其特征在于：所述导流体(143)由铝材构成。

6.如前述权利要求之任一项所述的模具(100/200)，其特征在于：设置在不同的冷却腔(141)内的导流体(143)利用至少一个保持轨(147)联合成一个结构单元。

7.如前述权利要求之任一项所述的模具(100/200)，其特征在于：所述壳元件(140)为金属铸件。

8.如前述权利要求之任一项所述的模具(100/200)，其特征在于：所述壳元件(140)具有仅仅一个单独的冷却腔(141)。

9.如前述权利要求之任一项所述的模具(100/200)，其特征在于：该模具包括模具下部(100)和模具上部(200)，其中，在所述模具下部(100)中以及在所述模具上部(200)中均设有相对置的按照前述权利要求之至少一项中所述特征的冷却装置，各冷却装置的冷却腔(141，242)彼此错开地设置。

10.用于制造冷却装置的方法，该冷却装置用以使用在如前述权利要求之任一项所述的模具(100/200)中：

-作为金属铣削件或者金属铸件制造所述壳元件(140)；

-将液态的塑料材料或者金属材料注入所述壳元件(140)的冷却腔(141)中并使注入的塑料材料或者金属材料硬化；和

-从所述冷却腔(140)中将通过硬化而形成的导流体(143)脱模以及在必要时对这些导流体(143)进行个体的精加工。