CN108620484B - 用于热冲压模具的模型组件 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种用于热冲压模具的模型组件。所述模型组件包括模型和可移除的通道插入件，所述模型具有限定有腔的主体。所述可移除的通道插入件被定位在所述腔中并具有弯曲的形状。所述可移除的通道插入件还包括使通道插入件与所述主体成一体的多个突起。所述可移除的通道插入件被构造为在移除通道插入件时形成用于热冲压模具中的流体的入口和出口。

Description

用于热冲压模具的模型组件
技术领域
本公开涉及利用共形(conformal)通道来冷却模具。
背景技术
热冲压是可包括对要成形的制品(article)或部件进行加热并随后在制品仍处于高温的同时对制品进行冲压的金属成形工艺。例如，当热冲压钢制品时，可将制品加热到钢的微观结构转化成奥氏体(例如，奥氏体化)的温度。根据钢的成分，这个温度可以在900℃-950℃左右。
在一些热冲压工艺中，为冲压的制品提供期望形状的冲压模型的模具可被冷却。被冷却的模具可在制品正在被冲压时冷却制品。如果模具的冷却速率足够高，则冲压的制品的微观结构可转化为高强度相。在钢部件的情况下，足够的冷却速率可导致马氏体微观结构。还可使用热冲压对由其它金属(诸如，铝)制成的制品进行成形。例如，可以利用热冲压工艺对铝合金进行固溶热处理和淬火。
可通过利用机械工艺(诸如，枪钻)在模具中形成的冷却通道对用于热冲压工艺的模具进行冷却。在模具的多个区域中，枪钻的冷却通道会降低控制冷却速率的能力，并且可能限制模具中可用于冷却的热传递表面面积。这些限制会使在热冲压制品中给予微观结构变化的能力降低。
发明内容
根据实施例，公开一种用于热冲压模具的模型组件。所述模型组件包括模型和可移除的通道插入件，所述模型具有限定有腔的主体。所述可移除的通道插入件被定位在所述腔中，并且具有弯曲的形状和多个突起。所述多个突起使通道插入件与所述主体成一体，并被构造为在移除通道插入件时形成用于热冲压模具中的流体的入口和出口。
在一个或更多个实施例中，所述主体可包括上模型和下模型，所述上模型和所述下模型被构造为与弯曲的表面轮廓连接，所述弯曲的表面轮廓与通道插入件的弯曲的形状相对应。所述下模型、上模型或者二者可包括成形表面，所述成形表面限定用于接纳所述多个突起的凹部，以使通道插入件与所述主体成一体。所述下模型和所述上模型可配合以沿着弯曲的表面轮廓形成所述凹部，以对通道插入件进行定位。所述通道插入件可以是可移除的材料，以在模具中形成具有通道插入件的弯曲的形状的通道。所述通道插入件可以包含分层打印砂。所述模型可以包含分层打印砂。所述通道插入件可包括用于在模具中的通道中形成流体流动区域的表面特征。
根据实施例，公开一种形成热冲压模具模型的方法。所述方法包括：对下模型进行定位，所述下模型具有上表面，所述上表面具有弯曲的表面轮廓和凹部；将通道插入件放置在所述上表面上，所述通道插入件具有与所述弯曲的表面轮廓相对应的形状以及突起；将上模型定位在下模型和插入件上，所述上模型具有下表面，所述下表面具有与下模型的弯曲的表面轮廓相对应的弯曲的表面轮廓。
在一个或更多个实施例中，放置步骤可包括将突起定位在凹部中。所述方法还可包括3D打印出下模型和上模型。所述方法还可包括从砂3D打印出通道插入件以具有与所述表面轮廓相对应的形状。所述方法还可包括在上模型中形成用于接纳块体材料的开口。所述方法还可包括在通道插入件上打印表面特征，以在通道内形成流体流动区域。
根据实施例，公开一种模具模型。所述模具模型包括下模型、通道插入件和上模型。所述下模型包括限定凹部并具有弯曲的表面轮廓的上表面。所述通道插入件可定位在下模型的上表面上并且具有与下模型的上表面相对应的形状。所述通道插入件包括与上表面中的凹部相对应的突起。所述上模型包括下表面，所述下表面具有与下模型的弯曲的表面轮廓相对应的弯曲的表面轮廓。
在一个或更多个实施例中，所述通道插入件可包括用于在模具中的通道中形成流体流动区域的表面特征。所述上模型可限定有用于接纳块体材料的开口。所述通道插入件可以是可移除的，以在模具中形成通道。所述上模型可在下表面上限定至少一个凹部，以接纳通道插入件。所述通道插入件可以包含打印砂材料。
附图说明
图1是根据实施例的示例性热冲压模具模型的透视图。
图2是图1的示例性热冲压模具的分解视图。
图3是根据实施例的示例性模制的热冲压模具的透视图。
图4A和图4B是根据其它实施例的示例性模制的热冲压模具的透视图。
图5A和图5B是根据另一实施例的示例性热冲压模具模型的透视图。
具体实施方式
根据需要，在此公开本发明的具体实施例；然而，应当理解的是，所公开的实施例仅为本发明的可以以各种可替代形式实现的示例。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。
在实施例中，本公开描述了用于形成使车辆部件成形的热冲压模具的工艺和工具。
图1和图2示出了用于形成具有共形通道的铸造热冲压模具的模型组件(moldassembly)100或模具模型(die mold)。模型组件100包括下模型110，下模型110包括上表面112或上成形表面。模型组件100的下模型110还包括由上表面112限定的用于形成热冲压模具的模型腔116。下模型110具有边缘或分型线(在下文中称为弯曲的表面轮廓114)。模型组件100还包括上模型130，上模型130具有冒口开口(riser opening)135和流出开口(pouropening)137。所示的开口135和137的形状和位置为示例目的，并且可位于上模型130的其它位置和/或具有不同的形状。
如图2所示，上模型130具有表面140，所述表面140具有与下模型110配合的腔144，以形成用于特定部件形状的热冲压模具。上模型具有与下模型110的弯曲的表面轮廓114对应的弯曲的表面轮廓146。当两个表面轮廓相互作用以使模型组件合拢时，在下文中使用的分型线或弯曲的表面轮廓是指下模型或上模型。下模型110和上模型130可以是3D打印的以形成独有的弯曲的表面轮廓114。模型可以由能够形成模具的材料3D打印而成。下模型110和上模型130可以由能够在热冲压模具的模制工艺期间保持模型的完整性的砂材料3D打印而成。在第8137607号美国专利和第15/435726号美国专利申请中描述了使用金属和砂材料进行3D打印的工艺，在此通过引用并入本文。
再次参照图1和图2，模型组件100还包括通道插入件120或插入件，以在热冲压模具中形成通道。通道插入件120包括突起125。突起125为通道插入件120提供在模型组件100中的定位稳定性，并且还形成用于模制的模具中的通道的入口和出口。下模型110的上表面112包括被限定在上表面中的凹部118。凹部118通过与通道插入件120的突起125相对应而为通道插入件120提供定位和固位(retention)。上模型130也可包括用于接纳通道插入件120的突起125的至少一个凹部142。突起125的定位基于与模型组件100的弯曲的表面轮廓相对应的通道插入件120的形状。突起125可基于模具结构(其为部件特定的)而朝向模具模型的任何面突出，以用于通道的期望的入口和出口。
根据实施例，通道插入件120具有与下模型110的分型线弯曲的表面轮廓114(或上模型130的弯曲的表面轮廓146)共形的形状。通道插入件120的共形的或可适应的形状由用于特定热冲压件的模具的工作表面的期望温度直接决定。利用热冲压件(例如，车辆部件)上的不同位置处所需的强度需求，基于热冲压件的工作表面的不同部分处的热冲压温度来确定期望的条件。基于期望的温度，在模具中形成的通道可以用于冷却剂或加热流体。尽管在下文中公开了冷却通道，但是可选地，本公开的通道可以是加热流体通道。因此，使用冷却通道是出于说明性目的。基于期望的条件来确定通道插入件120的形状。满足期望的条件所需的形状包括通道的形状以及通道距模制的模具的表面的距离。可选择共形的形状以实现通道的每个冷却速率下的最佳冷却，例如，通过改变通道距冷却表面的距离，或改变冷却通道的横截面。
基于通道插入件120的形状，确定下模型和上模型弯曲的表面轮廓，使得通道插入件可被定位在模型中，以在通道插入件被定位的情况下形成模具。下模型110和上模型130成形的灵活性提供了基于工作表面的期望温度利用通道插入件在热冲压模具中形成共形通道的能力。弯曲的表面轮廓114和146、凹部118和142以及通道插入件120在模型模具的腔中配合，以形成用于具有冷却通道(被定位成以期望的冷却速率并且在选择的热传递区域处提供冷却)的模具的模型组件。通道插入件120可具有各种形状和横截面，以按照期望在模具中形成各种通道。图1中所示的通道插入件120的示例产生具有如图3中的宽度和横截面形状的通道，但在其它示例中，通道插入件可形成具有如图4A和图4B中的宽度和横截面形状的通道。
根据一个或更多个实施例，基于所得的模制模具中的期望的冷却/加热，将通道插入件120 3D打印出期望的共形形状。在下模型和上模型之间形成的分型线或弯曲的表面轮廓取决于用于热冲压模具中的通道的具有期望形状的共形通道插入件。基于模具中所需的冷却/加热的位置和量，将通道插入件3D打印成必要的形状以在冲压模具使用时实现期望的冷却。可对应地打印上模型和下模型以形成用于模具的腔并具有精确的弯曲的表面轮廓和用于接纳通道插入件120的凹部。
在一个或更多个实施例中，通道插入件120可由失芯型材料(例如，砂)3D打印而成。在实施例中，通道插入件120可由高品质的硅/锆砂3D打印而成。当插入件120被置于模型组件100中时，块体材料(bulk material)包围或包封插入件120，使得块体材料覆盖插入件120的表面。失芯材料可以是3D打印的盐、玻璃、泡沫或其它合适的可3D打印的失芯材料。所述材料是使得其在热冲压模具的模制工艺期间被用于形成通道的同时保持完整性。
在一个或更多个实施例中，通道插入件120的表面可包括表面特征(诸如，纹理表面)，以便控制热冲压模具中的所得冷却通道的流体动力学。在一些实施例中，只有通道插入件120的一部分表面包括表面特征或是纹理的。通道插入件120的表面特征可包括影响模具中的流体流动的任何纹理、挡块，凹坑、凹痕、壁、脊或其它结构，以提供用于使冲压件成形的定制的流动区域。表面特征可在冷却通道的一些部分中引起湍流，以提高用于热冲压模具的冷却速率。
图3、图4A和图4B示出了根据实施例的示例性模制的热冲压模具300、400。块体材料310、410形成用于热冲压出期望部件的具有成形表面的模具。块体材料可以是用于热冲压模具的任何材料(诸如，钢)。钢可包括通过热系数、传导性和硬度表征的任何铸造钢材料，诸如可铸造的工具钢材料。工具钢可以是碳钢或合金钢。当移除通道插入件时在模具中形成通道320、420。由于通道插入件的共形形状，所以所形成的通道320、420对于由该模具形成的冲压件(具有期望的微结构区域)来说是特定的。如图1和图2所示，出于说明性目的，通道插入件上的突起基于上表面的弯曲轮廓形成开口330、430。开口330、430提供用于冷却流体或加热流体的入口和出口，并且可基于通道插入件的形状和上表面中的凹部的深度形成在其它位置。开口330、430可被定位成与另一热冲压模具的通道相对应并连接，因此减少模具通道之间的泄漏。
图5A和5B示出了根据另一实施例的示例性模型组件500或模具模型。模型组件500包括模型主体510，模型主体510具有用于容纳块体材料的模型腔516。模型主体510还可包括可与模型顶部(未示出)中的冒口开口或流出开口配合的开口535和537。所示的开口535和537的形状和位置出于说明性目的，并且开口535和537可位于模型主体510中的其它位置。如上所述，模型主体510可以由能够形成模具的材料3D打印而成。模型组件500还包括通道插入件520或插入件，以在热冲压模具中形成通道。通道插入件520可以在铸造模具之后被移除，并且可以是分层打印砂(layered printed sand)。通道插入件520经由突起525在一体化点518处与模型主体510形成为一体。突起525与一体化点518相对应，以将通道插入件520可移除地连接到模型主体510。突起525形成用于模制的模具中的通道的入口和出口。入口和出口可通过一体化点518形成以形成一体的模型组件500，一体化点518是模型主体510中的凹部并与突起525相对应。基于用于通道的期望的入口和出口的模具结构(其为部件特定的)，突起525可朝向模具模型的任何面突出。在一个或更多个实施例中，通道插入件520的表面可包括如上所公开的表面特征。
本公开的热冲压模具模型提供在模具中用于冷却或加热的通道，以生产具有更好、更特定的结构和强度的热冲压部件。本公开的热冲压模具模型还赋予设计灵活性以控制通道形状从而增加热传递面积和冷却速率而不增加生产困难。通过由砂3D打印通道和模具，所述通道可被形成为提供有效和均匀的冷却。例如，从本公开的模型组件得到的模具允许距工作表面(或部件表面)多达3mm的通道，并在机加工顶表面期间不损害模具的结构完整性。因此，部件特定的通道和构造可被形成并被理想地定位在模具模型内，以形成具有改善的冷却/加热的热冲压模具。
虽然上文描述了示例性实施例，但并非意味着这些实施例描述了本发明的所有可能形式。更确切地，说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可做出各种改变。此外，可将各种实施的实施例的特征组合以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (15)

1.一种用于热冲压模具的模型组件，包括：
模型，具有限定有腔的主体，所述主体包括上模型和下模型；
可移除的通道插入件，被定位在所述腔中并且具有弯曲的形状，所述通道插入件具有多个突起，所述多个突起使通道插入件与所述主体成一体，并被构造为在移除通道插入件时形成用于热冲压模具中的流体的入口和出口。
2.根据权利要求1所述的模型组件，其中，所述上模型和所述下模型被构造为与对应于通道插入件的弯曲的形状的弯曲的表面轮廓连接。
3.根据权利要求2所述的模型组件，其中，所述下模型、上模型或者二者包括成形表面，所述成形表面限定用于接纳所述多个突起的凹部，以使通道插入件与所述主体成一体。
4.根据权利要求3所述的模型组件，其中，下模型和上模型配合以沿着弯曲的表面轮廓形成所述凹部，以对通道插入件进行定位。
5.根据权利要求1所述的模型组件，其中，所述通道插入件是可移除的材料，以在模具中形成具有通道插入件的弯曲的形状的通道。
6.根据权利要求5所述的模型组件，其中，所述通道插入件包含分层打印砂。
7.根据权利要求1所述的模型组件，其中，所述模型包含分层打印砂。
8.根据权利要求1所述的模型组件，其中，所述通道插入件包括用于在模具中的通道中形成流体流动区域的表面特征。
9.一种模具模型，包括：
下模型，包括限定有第一凹部并且具有弯曲的表面轮廓的上表面；
通道插入件，能够定位在下模型的上表面上并具有与下模型的上表面相对应的形状，并且包括与上表面中的第一凹部相对应的突起，所述通道插入件利用所述突起被定位在第一凹部中；
上模型，具有下表面，所述下表面限定有第二凹部并且具有与下模型的弯曲的表面轮廓相对应的弯曲的表面轮廓，所述第二凹部与所述第一凹部相对应，并且所述第一凹部和所述第二凹部配合以通过所述突起对所述通道插入件进行定位。
10.根据权利要求9所述的模具模型，其中，所述通道插入件包括用于在模具中的通道中形成流体流动区域的表面特征。
11.根据权利要求9所述的模具模型，其中，所述上模型限定有用于接纳块体材料的开口。
12.根据权利要求9所述的模具模型，其中，所述通道插入件是可移除的，以在模具内形成通道。
13.根据权利要求9所述的模具模型，其中，所述第二凹部用于接纳所述通道插入件的突起。
14.根据权利要求9所述的模具模型，其中，所述通道插入件包含打印砂材料。
15.根据权利要求9所述的模具模型，其中，所述下模型和上模型包含打印砂材料。
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