CN105363864B - 从钢板制造加压淬火成形部件的热成型设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于从毛坯制造加压淬火成形部件的热成型设备，该热成型设备具有用于加热毛坯的加热炉以及用于成型和冷却在加热炉中被加热的毛坯的加压装置，其中该热成型设备具有布置在加热炉上游的预热辊式修整装置，该预热辊式修整装置具有用于矫直和预热毛坯的温度可控的辊。本发明还涉及一种用于从毛坯制造加压淬火成形部件的方法，其中毛坯在加热炉中被加热，被加热的毛坯在加压装置中被成形和冷却，并且，在加热炉中加热毛坯之前，先通过预热辊式修整装置的温度可控的辊来矫直和预热毛坯。

Description

从钢板制造加压淬火成形部件的热成型设备及方法

技术领域

本发明涉及一种从毛坯制造加压淬火成形部件(press-hardened shapedcomponent)的热成型设备，该热成型设备具有用于加热毛坯的加热炉以及用于成型和冷却在加热炉中被加热的毛坯的加压装置。本发明还涉及一种从毛坯制造加压淬火成形部件的方法，其中，毛坯在加热炉中被加热，被加热的毛坯在加压装置中被成型和冷却。

背景技术

这种热成型设备通常用于制造汽车上的加压淬火成形部件，如车门、侧面防撞梁、A柱或者B柱等。

制造这种成形部件的原材料通常使用从卷料切下的具有所谓金属毛坯的形式的钢板。首先，毛坯在加热炉中(通常是在连续加热炉中)被加热，直到毛坯的温度达到钢材的奥氏体化温度，使得钢材的晶体结构发生改变。然后，将被加热的毛坯供给到加压装置中进行成形。加压装置通常具有冷却装置，使得在加压时，被成形材料可以在压力下被快速地冷却。快速冷却导致在成形部件中形成马氏体结构，从而使成形部件发生淬火。

例如从EP2233593B1中可以获知这种热成型设备。这种热成型设备具有预热装置，在钢板被供给到加热炉中之前，预热装置将钢板预热到升高的温度。为了进行预热，使两块加热板分别从钢板的上下两侧与钢板接触。然后将加热板与钢板分开，使得可以将钢板引入到加热炉中。

这种已知的设备在实际生产中被证明是很有效的。但是，已发现，从卷料上切下的毛坯经常具有不期望的变形或者不平整，由于在加热炉中进行加热，变形或不平整变得更加严重。变形的毛坯不能被重新加工，而只能成为废品。从这种热成型设备的经济可行性考虑，期望的是减少废品率并且提供更高效的方法步骤。

发明内容

本发明的目的是允许更快速的方法步骤，与此同时降低废品率。

本发明的目的通过以下从毛坯制造加压淬火成形部件的热成型设备而达成：所述热成型设备具有用于加热毛坯的加热炉以及用于成型和冷却在加热炉中被加热的毛坯的加压装置，其中热成型设备还包括布置在加热炉的上游的预热辊式修整装置，预热辊式修整装置具有用于矫直和预热毛坯的温度可控的辊(可控温的辊)。

更进一步说，本发明的目的通过以下从毛坯制造加压淬火成形部件的方法而达成：其中，毛坯在加热炉中被加热，被加热的毛坯在加压装置中被成型和冷却，并且其中，在加热炉中加热毛坯之前，先通过预热辊式修整装置的温度可控的辊来矫直和预热毛坯。

通过温度可控的辊，毛坯可以在一个方法步骤中同时被矫直和预热。因此不需要为修整和/或矫直毛坯的步骤以及预热毛坯的步骤提供两个单独的设备。通过矫直毛坯能够减少毛坯在加热期间发生不期望的翘曲的几率，从而减少废品率。预热减少了毛坯在加热炉中为达到奥氏体化温度所必需被加热的温差，从而减少了在加热炉中加热毛坯所必需输入的能量。将加热炉设计成连续加热炉可以缩短加热炉的长度。因此，使用温度可控的辊对制造加压淬火成形部件来说减少了废品率并且允许更快速的方法步骤。

根据一个优选实施例，预热辊式修整装置的辊能够被加热。热量可以通过该能够被加热的辊传递到毛坯上。预热辊式修整装置可以具有加热装置，可通过该加热装置来加热辊。优选地，辊被电加热。附加地，辊还能够被冷却，使得可以选择性地通过辊来冷却毛坯。如果在热成型设备中需要加工不被加热到奥氏体化温度的毛坯，则冷却毛坯是有利的。

优选的是，预热辊式修整装置具有多个辊，所述多个辊的温度能够被彼此独立地控制(被单独控制)，使得毛坯可以依次接触受到不同温度控制(被控制到不同温度)的辊。受到不同温度控制的辊可以用来预设不同的温度曲线。通过选择合适的温度曲线可以影响毛坯的加热特性，并且因此影响加压淬火成形部件的质量。

更加优选的是，预热辊式修整装置包括至少一个具有多个区域的辊，所述多个区域的温度能够被彼此独立地控制。辊的多个区域的温度可以被控制，使得可以将毛坯的不同分段(section)预热到不同的温度。在这种情况下，毛坯的各分段可以被选择性地预热，因此在加热炉中的后续加热期间，毛坯的不同分段会达到不同的最终温度。以这种方式，可以在将毛坯的选定分段加热到奥氏体化温度的同时将毛坯的其它分段仅加热到低于奥氏体化温度的温度，使得在由毛坯制成的成形部件的不同部分中产生不同的强度。可选的是，预热辊式修整装置可以包括沿共同旋转轴线布置的多个辊，其中，多个辊的温度可以受到不同的控制，因此也能够分段地预热毛坯。

在一种优选的构造中，将预热辊式修整装置的辊设计成能够在毛坯的表面上形成纹理。预先设定表面纹理，能够设定毛坯在加热炉中的翘曲特性，和/或在加热炉中加热期间影响毛坯表面的层的形成。例如，可以将辊设计成能够改变毛坯的表面粗糙度。辊优选具有结构化的、特别是粗糙的表面，使得在毛坯与辊接触时，毛坯的表面可以根据辊的表面而被结构化或者粗糙化。

根据尤为优选的构造，热成型设备具有回火装置，回火装置布置在加热炉与加压装置之间，回火装置具有温度可控的辊，通过温度可控的辊能够对在加热炉中被加热的毛坯进行回火。通过影响在加热炉中被加热的毛坯的温度可以选择性地达成不同的目标。一方面，利用回火装置能够使毛坯内部的温度分布均匀。另一方面，可以控制回火装置的温度，从而能够将离开加热炉的毛坯的温度保持在预设值。可选的是，可通过回火装置冷却毛坯，以确保在后续的加压处理中，钢不会从奥氏体相转化为马氏体相，使得在不使用上述热成型方法时，不会发生通常的加压淬火。

优选的是，回火装置的辊能够被加热和/或冷却。回火装置可以具有加热装置，可通过该加热装置来加热辊。优选地，辊被电加热。附加地，辊还能够被冷却，使得可以选择性地通过辊来冷却毛坯。

在本文中，优选的是回火装置具有多个辊，所述多个辊的温度能够被彼此独立地控制。离开加热炉的毛坯可以依次接触受到不同温度控制的辊，因此能够预设温度曲线。通过预设合适的温度曲线能够影响加压淬火成形部件的质量。

更优选的是采用这样的构造，其中回火装置包括至少一个具有多个区域的辊，所述多个区域的温度能够被彼此独立地控制。与上文所述的预热辊式修整装置的辊类似，通过控制回火装置的辊的多个区域的温度，使得在加压期间，毛坯的不同分段的最终温度不同。在这种情况下，可以实现选择性地分段加热毛坯。因此，可以在将毛坯的选定分段加热到奥氏体化温度的同时将其它分段仅加热到低于奥氏体化温度的温度，使得在由毛坯所制成的成形部件的不同部分中具有不同的强度。可以选择的是，回火装置可以具有沿共同旋转轴线布置的多个辊，其中所述多个辊的温度可以受到不同的控制，从而可以将毛坯的不同分段加热到不同的最终温度。

更优选的是，可以将回火装置的辊设计成能够在被加热的毛坯表面上形成纹理。例如，可以将辊设计成能够改变毛坯的粗糙度。例如，辊能够减小毛坯表面的粗糙度，特别是使毛坯表面的空隙变平，以使毛坯在加压装置中的后续加压中得到改善的摩擦特性。作为选择或者附加地，在毛坯表面上形成纹理能够影响加压淬火成形部件的表面外观。优选的是，辊具有结构化的、特别是粗糙的表面，使得在毛坯与辊接触时，毛坯的表面可以根据辊的表面而被结构化或者粗糙化。

本发明的进一步细节、特征和优点存在于附图以及参考附图的优选实施例的下述描述中。在本文中，附图仅示出本发明的示例性实施例，而不限制本发明的范围。

附图说明

图1以示意图的形式示出了根据本发明的热成型设备的第一示例性实施例。

图2以示意图的形式示出了根据本发明的热成型设备的第二示例性实施例。

具体实施方式

在各个附图中，相同的部分总是用相同的附图标记表示，并且将省略重复的标记和描述。

图1示出了根据本发明的热成型设备1的第一示例性实施例。热成型设备1用于制造汽车用加压淬火成形部件，例如车门、侧面防撞梁、A柱或者B柱。在该热成型设备1中的加压淬火生产出了具有提高的强度的三维成形部分。

热成型设备1被供给作为原材料的由钢板(例如锰硼合金钢板)制成的扁形毛坯，扁形毛坯在热成型设备1中被加工以提供三维的加压淬火成形部件。通过切割卷料而获得毛坯，毛坯的形状可以为与待生产的成形部件的二维基础形状相对应的形状。

毛坯在输送装置11上被输送穿过热成型设备1。为了加热毛坯，热成型设备1具有加热炉6，加热炉6被设计为连续加热炉。在加热炉6中，毛坯在被输送穿过加热炉6的同时被加热。在加热炉6中，毛坯的温度达到它们的奥氏体化温度，该奥氏体化温度通常在700℃到1000℃的范围内。为了可靠地使毛坯奥氏体化，加热炉6中的温度高于毛坯材料的奥氏体化温度。

已被加热的毛坯离开加热炉6的末端，然后被供给到加压装置10中，在加压装置10中进行实际的成形加工。在加压装置10中，毛坯在被加压的同时在水冷工具中被快速地冷却，使得加压成形部件被淬火。冷却过程将材料的温度设定在150℃到250℃的范围内。快速冷却会促使强度高于原材料的马氏体晶格结构的形成。

因为被供给到热成型设备1的毛坯是从卷料上切下的，所以毛坯通常存在变形和不平整。切削会在材料中释放应力，最终会导致各个毛坯的不平整。在加热炉6的加热期间，这种不平整会进一步加剧，并且最终会导致毛坯不能被正确引入到加压装置10中，使毛坯必须作为废品被从生产线上移除。

为了消除毛坯中存在的不平整和/或变形，在将毛坯引入加热炉6之前，先将毛坯先供给到预热辊式修整装置2中。预热辊式修整装置2沿着材料的输送方向布置在加热炉6的上游，预热辊式修整装置2具有用于矫直毛坯的辊3，从而使得在毛坯经过预热辊式修整装置2后毛坯的不平整度降低。在这种情况下，辊3执行辊式修整工序。辊3还被设计成其温度可控，使得辊3在修整和/或矫直毛坯的同时还可以控制毛坯的温度。在本示例性实施例中，辊3被加热，从而将毛坯预热到低于奥氏体化温度的预热温度。将毛坯以预热温度引入加热炉6中减少了为使毛坯达到奥氏体化温度而需在加热炉6中提供的温差。由此减少了在加热炉6中加热毛坯所必需输入的能量。本示例性实施例的加热炉6被设计为连续加热炉，其优点在于可以减少加热炉6的长度，使得热成型设备可以具有紧凑的构造。

预热辊式修整装置2除了具有辊3外，还具有与辊3平行布置的辊4、5，辊4、5同样是温度可控的，尤其是可被加热的。

附图示出了预热辊式修整装置2的示意图，每幅附图中仅示出了从上方作用在毛坯上的辊3、4、5。除了辊3、4、5外，预热辊式修整装置2还可以具有从下方作用在毛坯上的辊。从上方和下方作用在毛坯上的辊可布置为反向旋转的辊的辊对(例如具有双辊机架的形式)。在这种情况下，辊3、4、5优选地作为由两个反向旋转的辊组成的辊对的一部分。作为选择或者附加地，为了修整毛坯并控制毛坯的温度，辊对中分别从上方和下方作用在毛坯上的辊可布置为沿着毛坯的输送方向彼此偏移，使得辊交替地从上方和下方作用在毛坯上。

预热辊式修整装置2的辊3、4、5是温度能够被独立控制的，使得辊3、4、5可以分别具有独立的温度。因为毛坯依次与辊3、4、5接触，所以能够通过对独立的辊3、4、5进行不同的温度控制来预设预热毛坯时的温度曲线。

辊4、5具有结构化的表面，在毛坯与辊4、5接触时，毛坯的表面可受到辊4、5的结构化表面的处理。在这种情况下，通过辊4、5来调整毛坯的表面，以使毛坯在加热炉6中具有有利的加热特性和/或在毛坯的表面有利地形成层。毛坯的粗糙度在预热辊式修整装置2中被改变。可能存在不按照示例性实施例的情况，可以选择或者可以附加的是，将前侧的辊3设计成能够在毛坯表面形成纹理。

从图1可以进一步看到，热成型设备1具有回火装置7，沿着材料的输送方向观察，回火装置7布置在加热炉6和加压装置10之间。回火装置7包括至少一个、优选多个设计为温度可控的辊8、9。回火装置7能够再次加热已在加热炉6中被加热过的毛坯，使得毛坯可以被保持在预设的最终温度，例如高于奥氏体化温度的温度。此外，回火装置7的辊8、9有助于使毛坯中的温度分布均匀。

附图示出了回火装置7的示意图，图中仅示出了从上方作用在毛坯上的辊8、9。除了辊8、9外，回火装置7还可以具有从下方作用在毛坯上的辊。从上方和下方作用在毛坯上的辊可布置为反向旋转的辊的辊对(例如具有双辊机架的形式)。在这种情况下，辊8、9优选地作为由两个反向旋转的辊组成的辊对的一部分。

回火装置7的辊8、9的温度能够被独立地控制，使得离开加热炉6的毛坯与受到不同温度控制的辊8、9依次接触。毛坯的温度服从预设的温度曲线，借此可以有利地影响加压淬火成形部件的质量。

此外，辊8、9被设计成能够在被加热的毛坯表面上形成纹理。通过辊8、9将毛坯表面的空隙变平，以使毛坯在加压装置10中的后续加压工序中实现更好的磨损特性。就此而言，辊8、9减小了毛坯的粗糙度，由此带来的附加优点为使加压淬火成形部件的表面更加美观。

图2示出了根据本发明的热成型设备1的第二示例性实施例，其构造与热成型设备1的第一示例性实施例的构造基本类似。

与第一实施例相比，根据图2，在第二实施例的热成型设备1中设置具有辊12的回火装置7，辊12包括多个温度能够被彼此独立地控制的区域12.1、12.2、12.3。在本示例性实施例中，将辊12的外侧区域12.1和12.3的温度控制为低于中间区域12.2的温度。因为对区域12.1、12.2、12.3的不同的温度控制，所以毛坯在经过回火装置7时不同分段受到不同的回火。因此，在加压毛坯时，毛坯的不同分段会达到不同的最终温度。在这种情况下，毛坯的选定分段被加热到奥氏体化温度，而毛坯的其它分段仅被加热到低于奥氏体化温度的温度，使得在加压之后，在由毛坯所制成的成形部件中不同部分具有不同的强度值。

在未在附图中示出的一个示例性实施例中，预热辊式修整装置2具有如下的辊：该辊包括多个温度能够被彼此独立地控制的区域。与上文所述的回火装置7的辊12相似，可以分别控制这个辊的各个区域的温度，使得毛坯的不同分段被预加热到不同温度。因此，可以实现选择性地分段预加热毛坯，使得随后毛坯在加热炉6中进行加热时不同分段能够达到不同的最终温度。

上述用于从毛坯制造加压淬火成形部件的热成型设备1具有用于加热毛坯的加热炉6和用于成型和冷却在加热炉6中被加热的毛坯的加压装置10。在加热炉6的上游布置有预热辊式修整装置2，预热辊式修整装置2具有用于矫直和预热毛坯的温度可控的辊3、4、5。在上述用于从毛坯制造加压淬火成形部件的方法中，毛坯在加热炉6中被加热，被加热的毛坯在加压装置10中被成型和冷却。在进入加热炉6加热之前，毛坯先通过预热辊式修整装置2的温度可控的辊3、4、5进行矫直和预热。这样能够减少废品率并且提供更快速的方法步骤。

附图标记列表

1 热成型设备

2 预热辊式修整装置

3 辊

4 辊

5 辊

6 加热炉

7 回火装置

8 辊

9 辊

10 加压装置

11 输送装置

12 辊

12.1 区域

12.2 区域

12.3 区域

Claims (8)

1.一种用于从毛坯制造加压淬火成形部件的热成型设备(1)，具有用于加热所述毛坯的加热炉(6)以及用于成型和冷却在所述加热炉(6)中被加热的所述毛坯的加压装置(10)，其特征在于，

所述热成型设备(1)具有预热辊式修整装置(2)，所述预热辊式修整装置(2)布置在所述加热炉(6)的上游，并且所述预热辊式修整装置(2)具有用于矫直和预热所述毛坯的温度可控的辊(3、4、5)；

其中所述预热辊式修整装置(2)具有多个辊(3、4、5)，所述多个辊(3、4、5)的温度能够被彼此独立地控制；并且

其中所述预热辊式修整装置(2)包括至少一个具有多个区域的辊，所述多个区域的温度能够被彼此独立地控制。

2.根据权利要求1所述的热成型设备，其中，

所述辊(3、4、5)能够被加热。

3.根据前述权利要求1或2所述的热成型设备，其中，

所述预热辊式修整装置(2)的辊(4、5)被设计成能够在所述毛坯的表面上形成纹理。

4.根据前述权利要求1或2所述的热成型设备，其中，

所述热成型设备(1)具有回火装置(7)，所述回火装置(7)布置在所述加热炉(6)与所述加压装置(10)之间，所述回火装置(7)具有温度可控的辊(8、9、12)，通过所述回火装置(7)的所述辊(8、9、12)能够对在所述加热炉(6)中被加热的所述毛坯进行回火。

5.根据前述权利要求4所述的热成型设备，其中，

所述回火装置(7)具有多个辊(8、9、12)，所述回火装置(7)的所述多个辊(8、9、12)的温度能够被彼此独立地控制。

6.根据前述权利要求4所述的热成型设备，其中，

所述回火装置(7)包括至少一个具有多个区域(12.1、12.2、12.3)的辊(12)，所述多个区域(12.1、12.2、12.3)的温度能够被彼此独立地控制。

7.根据前述权利要求4所述的热成型设备，其中，

所述回火装置(7)的辊(8、9、12)被设计成能够在被加热的所述毛坯的表面上形成纹理。

8.一种从毛坯制造加压淬火成形部件的方法，其中，

所述毛坯在加热炉(6)中被加热，被加热的所述毛坯在加压装置(10)中被成型和冷却，其特征在于，

在所述加热炉(6)中加热所述毛坯之前，先通过预热辊式修整装置(2)的温度可控的辊(3、4、5)来矫直和预热所述毛坯；

其中所述预热辊式修整装置(2)具有多个辊(3、4、5)，所述多个辊(3、4、5)的温度能够被彼此独立地控制；并且

其中所述预热辊式修整装置(2)包括至少一个具有多个区域的辊，所述多个区域的温度能够被彼此独立地控制。