CN106077209A - 热成型压淬模具及热成型压淬模具的操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造具有至少局部高强度的特性的金属板成型构件(7)的热成型压淬模具(11)，该热成型压淬模具包括上模具(12)和下模具(14)，该上模具包括至少一个模具部分(13.1、13.2)，该下模具包括至少一个模具部分(15)，上模具和下模具能够在压力机行程方向(5)上相向运动以形成模腔，在至少一个模具部分(13.1、13.2、15)中设置多个调温通道(28)以供冷却介质穿过。上模具(12)的模具部分(13.1、13.2)和/或下模具(14)的模具部分(15)是至少两部分的并且利用在上模具和/或下模具上耦合的扩张装置能在至少一个横向于压力机行程方向(5)的运动方向(16)上运动。

Description

热成型压淬模具及热成型压淬模具的操作方法
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分的特征的热成型压淬模具。
本发明还涉及一种按照权利要求9的特征的用以操作热成型压淬模具的方法。
背景技术
为了构件、特别是机动车构件的制造已知，借助于成型方法、特别是借助于挤压成型在模具中加工金属板件。由此为车身制造、结构构件或也为薄板外壳构件制造金属板成型构件。对此优选由钢材、但也由轻金属材料制造金属板成型构件。
近几年来特别是已确立热成型压淬技术，借助于该技术加工可硬化的钢合金。在这种情况下通过预先的加热、特别是升高到超过金属板件的成型自由度的AC3温度，借此制造极复杂的三维成形的构件。这样接着将构件保留在模具中并且在至少部分形成马氏体的情况下通过快速冷却而淬火，从而制造具有至少部分的高强度的、特别是极高强度的材料特性的构件。结果与由传统的钢合金冷成型的构件相比制造出较轻的、但同时较硬的构件。
但对此特别是必需的是，在使用挤压成型模具时在下死点(即在挤压成型模具的完全合模时)形成的模腔与成型的金属板件具有足够的贴靠接触，以便在为急冷淬火待实施的冷却时能够实现从仍热的成型的金属板件向成型模具的很好的传热。接着通过例如流过成型模具的冷却通道的冷却介质排走热量。
在热成型压淬模具的制造和设计时考虑这种情况，从而原则上确保尽最大可能的贴靠接触。但这样则在热成型压淬模具的操作中产生模具本身的热膨胀和收缩。此外提供的待加工的板坯批次具有生产波动，从而在这里几个十分之一毫米已可能导致，在部分区域上不能形成足够的贴靠接触。此外成型面在制造数千个构件的操作过程中遭受机械的磨损，其同样可能导致无贴靠接触。
对此例如由DE 10 2013 011 419 A1已知一种成型模具，其中成型模具构成两部分的并且通过借助于作用介质施加的第二压紧力横向于挤压方向移动。但不利的是明显昂贵的结构和为操作这样的热成型压淬模具所需要的提高的费用。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种热成型压淬模具，其可简单地制造并且可成本低和机械简单地操作，但确保，特别是在压淬时特别是在竖直延伸的贴靠面的区域内提供尽可能大面积的贴靠接触。
按照本发明利用一种按照权利要求1的特征的热成型压淬模具达到上述目的。
此外按照本发明利用权利要求9中的特征实现方法技术部分的目的。
本发明的有利的实施方案描述于各从属权利要求中。
用于由钢合金制造金属板成型构件的热成型压淬模具适合于在金属板成型构件上产生至少局部高强度的特性，优选使得整个薄板构件成型(即变形)并紧接着淬火。为此热成型压淬模具具有包括至少一个模具部分的上模具和包括至少一个模具部分的下模具，上模具和下模具能够在压力机行程方向上相向运动以形成模腔。在到达热成型压淬模具的下死点时因此在上模具与下模具之间或在上模具与下模具的各模具部分之间构成模腔。按照本发明热成型压淬模具的特征在于，上模具的模具部分和/或下模具的模具部分是两部分的并且利用在上模具和/或下模具上耦合的扩张装置能在至少一个横向于压力机行程方向的运动方向上运动。
按照本发明特别是扩张装置本身特别是通过扩张楔只对模具部分产生作用，扩张楔以下也称作扩张冲头。由此实现结构上简单的牢固的和同时有效的构造，其将按照本发明的热成型压淬模具的运行成本保持较低。
因此有可能利用按照本发明的热成型压淬模具在合模运动期间和/或在到达热成型压淬模具的下死点时也能够实现模具部分横向于压力机行程方向的移动，从而特别是也在竖直定向的贴靠接触时在成型的金属板件与各模具部分的用于成型的内表面与外表面之间制造足够的贴靠接触或单位面积压力负荷。因此在导过冷却介质和实施压淬时可以可靠地产生高的冷却率，因此在缩短压淬的周期的同时使废品减到最少。特别是按照本发明的模具适用于制造这样的热成型且压淬的构件，其具有90°至110°、优选90°至100°和特别是优选90°至95°的成型角度。
特别是优选将扩张装置本身构成为扩张冲头，其中扩张冲头位置固定在上模具或下模具上。也可以不仅在上模具上而且在下模具上分别设置扩张冲头。这些扩张冲头然后位置固定地和刚性地、即沿压力机行程方向和横向于压力机行程方向与上模具或下模具固定耦合。替代地也可以有利的是，扩张冲头可相对移动地支承在上模具上和/或下模具上。通过执行器、例如通过附加的液压执行器可以与压力机行程装置实现动力学耦合，或通过其它的执行器、例如电动机械的执行器则可以使扩张冲头再次相对上模具和/或下模具移动。特别是在这里有可能，例如在到达下死点以后在沿压力机行程方向的运动中再次微小地移动扩张冲头，以便这样建立横向于压力机行程方向的较高的压紧力。
此外所述至少两个在上模具上的模具部分和/或所述至少两个在下模具上的模具部分可以沿压力机行程方向可相对移动支承。也有可能，所述至少两个模具部分沿压力机行程方向刚性地支承在上模具或下模具上。但重要的是，所述至少两个模具部分沿横向于压力机行程方向的运动方向可相对移动支承，模具部分在其远离形成的模腔的侧面上形成扩张空腔并且扩张冲头移进扩张空腔中，从而各模具部分被扩张冲头沿横向于压力机行程方向的运动方向向外移动。因此通过沿压力机行程方向的合模，在各基本上水平延伸的部分中确保对成型的金属板件的贴靠接触和/或单位面积压力负荷，并且通过各模具部分横向于压力机行程方向的相对运动也在基本上竖直延伸的各部分中确保足够的贴靠接触或单位面积压力负荷。
此外特别是优选下模具的各模具部分和/或上模具的各模具部分经由复位装置支承在上模具和/或下模具上。因此在打开热成型压淬模具时实现各模具部分向初始位置的返回。复位装置分别相互耦合上模具的各模具部分或相互耦合下模具的两个模具部分。复位装置可以不仅沿压力机行程方向定向，这特别是在沿压力机行程方向可相对移动的各模具部分时是必需的。但优选复位装置沿水平方向起作用地支承，从而两个沿水平方向、因此横向于压力机行程方向被撑开的或分离移动的模具部分通过复位装置(例如复位弹簧的形式和在这里特别是拉簧)在扩张冲头移出时重新被拉到一起。
此外特别是优选各模具部分具有多个调温通道用以冷却介质的导过，其中调温通道经由弹性的和/或可移动的接头与上模具和/或下模具耦合。特别是涉及弹性的软管连接，其例如被压缩或拉长或弯曲以便特别是横向于压力机行程方向实施相对运动。但在本发明的范围内也涉及滑动连接，例如以滑座或例如滑动套筒的形式，从而在实施沿轴向方向横向于压力机行程方向的相对运动时滑动套筒补偿相对的长度变化，但同时具有可能性，即流体密封地将冷却介质供给相应的模具部分中的各调温通道。另外有可能性，除了借助于冷却剂冷却的模具部分外设置绝缘体和邻接绝缘体的加热的模具部分，以便制造具有局部针对性未淬火的区域的构件。
热成型压淬模具的特征还特别是在于，上模具的各模具部分构成两部分的压模，它们经由复位装置横向于压力机行程方向相互耦合并且下模具的模具部分构成为待移进压模中的冲头，其中在冲头侧面设置楔形滑块并且各楔形滑块在实施压力机行程时能够通过压模横向于压力机行程方向向外移动。
此外特别是优选在上模具上和/或在下模具上设置止挡装置和/或间隔装置。由此特别是限定横向于压力机行程方向的相对运动。特别是可以实现横向于压力机行程方向的至多1mm、特别是至多0.5mm的相对运动。还优选这样设置止挡装置，即在沿压力机行程方向的可能的相对运动时当到达下死点时模具部分也刚性地沿压力机行程方向紧贴止挡装置，从而最迟沿压力机行程方向在下死点时结束整个成型。
本发明还涉及一种用于操作上述热成型压淬模具的方法，其中方法的特征在于，在合模运动期间和/或在热成型模具的下死点中，横向于压力机行程方向移动所述至少一个模具部分，使得在模腔中模腔的以+/-20°、优选+/-10°相对于压力机行程方向定向地延伸的部分(即基本上竖直延伸的模腔部分)具有与已成型的金属板件的贴靠接触，该贴靠接触与已成型的金属板件的在模腔中形成的基本上水平地、即横向于压力机行程方向延伸的部分相比具有至少80％、优选90％和特别是95％的单位面积压力负荷。因此确保，优选在整个构件上存在具有基本上均匀的单位面积压力负荷的贴靠接触，借此可以高的精度实施压淬。
特别是优选利用按照本发明的热成型压淬模具可以制造机动车支柱、传动轴通道、保险杠、机动车门槛或也制造机动车的加固构件。特别是该热成型压淬模具适用于具有细长的部分的构件，该部分的横截面构成U形的，从而该U形的板条通过沿着压力机行程方向的单位面积压力负荷得到与模具部分的贴靠接触并且从板条伸出的用于构成U形的各腿通过横向于压力机行程方向的运动方向得到与模具部分足够的贴靠接触。特别是因此板条和腿的硬度或抗拉强度在特别短的压淬周期时可以达到接近相同的水平。这对于嵌入、成形、保持和取出而言少于20s，优选少于10s。
附图说明
在以下描述中讨论本发明的其它的优点、特征、特性和方面，各示意图中示出优选的实施方案。这些有助于本发明的简单的理解。其中示出：
图1a和b问题提出和由现有技术已知的方案建议，
图2按照本发明的第一实施方案，包括在上模具上的扩张冲头，
图3第二实施方案，包括在上模具上可相对运动的扩张冲头，
图4按照本发明的第四实施方案，包括在上模具上分成多部分的压模和在下模具上的待移进压模的冲头，
图5利用按照本发明的成型模具制成的机动车支柱的横剖面，其具有帽形的外形，和
图6利用按照本发明的热成型和压淬模具制成的具有W形的外形的机动车构件的横剖面。
即使出于简化原因省去了重复的说明，在附图中也将相同的附图标记用于相同或类似的零件。
具体实施方式
图1a示出由现有技术已知的成型模具1，具有上模具2和下模具3，上模具2和下模具3在压力机行程方向5上彼此移入，使得形成模腔4。为此将金属板件6嵌入打开的模具中，金属板件被成型为金属板成型构件7。构件的在结束成型以后剩下的沿压力机行程方向5、因此竖直定向地延伸的部分可能具有较小的贴靠接触或者说较小的单位面积压力负荷、甚至具有气隙8，因此在这里在实施压淬时存在较小的冷却率和/或较小的成型精度。由现有技术迄今按图1b已知一种方案，其中可移动的附加部分9通过横向于压力机行程方向施加外部的第二压紧力10保证贴靠接触。
按照本发明的方案对此按图2设置热成型压淬模具11，其中在上模具12上相对于上模具12可相对于移动地支承两个模具部分13.1、13.2，并且在下模具14上刚性地支承一个模具部分15。在实施沿压力机行程方向5的成型时，因此上模具12朝向下模具14下降并且模具部分13.1、13.2、15这样沿压力机行程方向5相互相向移动，即它们在到达下死点时(图2的右边的图平面)构成模腔4。在此上模具12的两个模具部分13.1、13.2沿压力机行程方向5可相对移动地支承，但也附加沿横向于压力机行程方向5的运动方向16可相对移动地支承。为此在上模具12上固定的扩张冲头17移进在上模具12的模具部分13.1、13.2的背面上的扩张空腔18中并且由于圆锥形的或倒斜角的延伸而通过机械的贴靠接触和由此引起的扩张或移动来保证上模具12的模具部分13.1、13.2的沿横向于压力机行程方向5的运动方向16的分离扩张或分离运动。为了沿压力机行程方向5传递完整的压紧力10，在上模具12与模具部分13.1、13.2之间加入止挡元件19，其在下死点中导致形锁合的贴靠接触。为了模具部分13.1、13.2重新回到初始状态，设置各复位装置20，在此示出的复位装置实施沿压力机行程方向5的相对运动，并且未示出的复位装置20将模具部分13.1、13.2相互相向拉到一起，一旦扩张冲头17从这些模具部分中移出的话。
图3示出第二实施方案，其中两个模具部分13.1、13.2也在这里沿横向于压力机行程方向5的运动方向16可相对移动地支承。但模具部分13.1、13.2刚性地沿压力机行程方向5固定在上模具12上，在这种情况下扩张冲头17可以实施相对于上模具12和特别是沿压力机行程方向5的相对运动，从而在合模运动期间的任意时刻或在到达下死点时扩张冲头17可通过执行器21、例如液压冲头相对于上模具12运动。扩张冲头17然后也在其倾斜的与模具部分13.1、13.2扩张空腔18接触的接触面22处引起模具部分13.1、13.2沿横向于压力机行程方向5的运动方向16的运动，从而在竖直定向的各部分中在模具部分与成型的金属板件6之间实现足够的贴靠接触和/或足够的单位面积压力负荷。
图4示出本发明的另一替代的实施方案。在此在上模具12上构成一个两部分的压模23.1、23.2，其移进与下模具14刚性连接的冲头24中。在冲头24上在边缘侧设置各楔形滑块25，各楔形滑块25在压模23.1、23.2移入时沿横向于压力机行程方向5的运动方向16向外移动。楔形滑块25在外部由止挡元件19限定并且借其经由施力装置26、特别是以压簧和/或液压系统的形式可这样来控制，使得一方面存在恢复力，另一方面即使在没有形锁合地到达止挡元件19时也在外部的贴靠面上达到足够的单位面积压力负荷。压模件23.1、23.2可以同样沿运动方向16相互相向移动。压模件经由扩张弹簧27相互受压。
在图2至4中分别说明，在冲头24、压模23.1、23.2或模具部分13.1、13.2、15中的各调温通道28用于导过调温介质、特别是冷却介质。各调温通道可以均匀分布，但也只部分地设置，以便可以针对性地实施成型的构件的温度调节。
图5示出按照本发明制成的机动车支柱的横剖面，其具有板条29和从板条29延伸的各腿30以及由各腿30伸出的各凸缘31。在板条29与腿30之间构成角度α，其优选为90°至100°、特别是为90°至95°和特别是优选为约90°。板条29和/或各凸缘31的沿压力机行程方向5的强度可以如此实现，即它们在压力机行程方向上制造、优选具有全面的贴靠接触并因此在实施压淬时得到最佳的传热。在此通过优选横向于压力机行程方向5的运动方向16的贴靠接触制造各腿30。按照本发明有可能，各腿30的抗拉强度由于利用按照本发明的热成型压淬模具11的压淬具有板条29的抗拉强度的至少90％、优选大于95％。特别是各腿30的抗拉强度大于等于板条29的抗拉强度的98％。
图6示出利用按照本发明制成的金属板成型构件7的第二实施方案，其利用按照本发明的热成型压淬模具11制造。它具有W形的横剖面，因此板条29构成两部分的并因此构成四个腿30。特别是在按图4的成型模具1上制造按图6的金属板成型构件7，其中也形成利用压淬设定的板条29的抗拉强度相对于腿30的抗拉强度的上述比例。
附图标记清单
1 成型模具 18 扩张空腔
2 上模具 19 止挡元件
3 下模具 20 复位装置
4 模腔 21 执行器
5 压力机行程方向 22 接触面
6 金属板件 23.1 压模的第一部分
7 金属板成型构件 23.2 压模的第二部分
8 气隙 24 冲头
9 附加部分 25 楔形滑块
10 横向于5的压紧力 26 施力装置
11 热成型压淬模具 27 扩张弹簧
12 上模具 28 调温通道
13.1 12的模具部分 29 板条
13.2 12的模具部分 29.1 部分板条
14 下模具 29.2 部分板条
15 14的模具部分 30 腿
16 横向于5的运动方向 31 凸缘
17 扩张冲头 α 角度

Claims (9)

1.一种用于制造具有至少局部高强度的特性的金属板成型构件(7)的热成型压淬模具(11)，该热成型压淬模具包括上模具(12)和下模具(14)，该上模具包括至少一个模具部分(13.1、13.2)，该下模具包括至少一个模具部分(15)，上模具(12)和下模具(14)能够在压力机行程方向(5)上相向运动以形成模腔(4)，在至少一个模具部分(13.1、13.2、15)中设置多个调温通道(28)以供冷却介质穿过，其特征在于，上模具(12)的模具部分(13.1、13.2)和/或下模具(14)的模具部分(15)是至少两部分的并且利用在上模具(12)和/或下模具(14)上耦合的扩张装置能在至少一个横向于压力机行程方向(5)的运动方向(16)上运动。
2.按照权利要求1所述的热成型压淬模具，其特征在于，扩张装置是扩张冲头(17)，该扩张冲头(17)在上模具(12)上和/或下模具(14)上是位置固定的，或者扩张冲头(17)可相对移动地支承在上模具(12)和/或下模具(14)上。
3.按照权利要求2所述的热成型压淬模具，其特征在于，上模具(12)上的所述至少两个模具部分(13.1、13.2)和/或下模具(14)上的所述至少两个模具部分在至少一个横向于压力机行程方向(5)的运动方向(16)上可彼此相对移动地支承并且形成扩张空腔(18)，其中在扩张冲头(17)移进扩张空腔(18)中时模具部分(13.1、13.2、15)被扩张冲头(17)向外移动。
4.按照权利要求1至3之一项所述的热成型压淬模具，其特征在于，模具部分(13.1、13.2)经由复位装置(20)支承在上模具(12)上和/或下模具(14)上，和/或模具部分(13.1、13.2、15)经由复位装置(20)相互耦合，从而在热成型压淬模具(11)打开时实现模具部分(13.1、13.2、15)向初始位置的返回。
5.按照权利要求2至4之一项所述的热成型压淬模具，其特征在于，扩张冲头(17)能够经由执行器(21)相对于上模具(12)和/或下模具(14)移动。
6.按照权利要求1至5之一项所述的热成型压淬模具，其特征在于，用于供冷却介质穿过的调温通道(28)经由弹性的和/或可移动的接头与上模具(12)和/或下模具(14)耦合，和/或在模具部分(13.1、13.2、15)中设置加热部分。
7.按照权利要求1至6之一项所述的热成型压淬模具，其特征在于，上模具(12)的各模具部分(13.1、13.2)构成为两部分的压模(23.1、23.2)，该压模经由复位装置(20)和/或扩张弹簧(27)横向于压力机行程方向(5)耦合，并且下模具(14)的模具部分(15)构成为待移进压模(23.1、23.2)中的冲头(24)，其中在冲头(24)侧向上设置楔形滑块(25)并且各楔形滑块(25)在实施压力机行程时能够通过压模(23.1、23.2)横向于压力机行程方向(5)向外移动。
8.按照权利要求1至7之一项所述的热成型压淬模具，其特征在于，设置止挡装置和/或间隔装置，和/或模具部分(13.1、13.2、15)在压力机行程方向(5)上相对于上模具(12)和/或相对于下模具(14)可相对运动地支承。
9.一种用于操作至少按照权利要求1所述的热成型压淬模具的方法，其特征在于，在合模运动期间和/或在热成型模具的下死点中，横向于压力机行程方向(5)移动所述至少一个模具部分(13.1、13.2、15)，使得在模腔(4)中模腔(4)的以+/-20°、优选+/-10°相对于压力机行程方向(5)定向地延伸的部分与已成型的金属板件(6)具有贴靠接触，该贴靠接触对应于模腔(4)的基本上水平定向的部分的单位面积压力负荷的至少80％、优选90％和特别是95％。
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