CN110732595B - 板件热成型和/或压硬化的模具和制造冷却工具段的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种板件热成型和/或压硬化的模具和制造冷却工具段的方法，该模具带有至少一个被冷却的工具段(100)，其由壳元件(110)和芯元件(120)形成，其中，壳元件(110)具有面向板件的作用面(112)和在背对此的后侧上袋式的腔(114)，芯元件(120)布置在该腔中。设置成，芯元件(120)由材料(M2)制成，其具有比壳元件(110)的材料(M1)更高的导热能力。本发明另外涉及一种用于制造这样构造的工具段(100)的方法。

Description

板件热成型和/或压硬化的模具和制造冷却工具段的方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于板件(Blechwerkstueck)的热成型和/或压硬化的模具。本发明另外涉及一种用于制造用于这样的模具的被冷却的工具段(Werkzeugsegment)的方法。

背景技术

板件的热成型或压硬化典型地利用与挤压相联系的模具实现。这样的模具通常具有多个可彼此相对运动的工具件(Wekzeugteil)，例如工具下部件和可相对于此运动的工具上部件，在其之间(金属的)板材(例如钢板或铝板)或板件被模制。工具件构造有互补的工具作用面。为了这些工具作用面的主动冷却，工具件可具有以冷却剂(优选地水)可流经的冷却通道等。

对于现有技术参考专利文件DE 2004 045 155 A1、DE 10 2005 042 765 A1、DE10 2010 011 087 A1、DE 10 2012 210 958 A1和DE 10 2013 005 080 A1。

发明内容

本发明目的在于说明一种用于板件的热成型和/或压硬化的被冷却的或可冷却的模具，其不或者仅减少地具有至少一个伴随现有技术的缺点。

该目的通过根据本发明的模具来实现。本发明还延伸到根据本发明的用于制造用于应用在根据本发明的模具中的被冷却的或可冷却的工具段的方法。

根据本发明的模具(热成型工具和/或压硬化工具)包含至少一个被冷却的或可冷却的工具段，其由壳元件和芯元件形成，其中，壳元件具有面向板件的作用面和在背对此的后侧上袋式的腔，芯元件布置在该腔中。根据本发明设置成，芯元件由具有比壳元件的材料更高的导热能力的材料或芯材料(必要时带有多个材料或芯材料的材料复合物)制成。壳元件也可具有多个腔，在其中可分别布置有这样的芯元件。

本发明即设置成，芯元件具有非常好的导热能力，然而至少具有比壳元件更高或更好的导热能力。壳元件即承担与直至几百℃热的板件的接触功能并且可相应地抗压地且耐磨地来构造，反之芯元件承担热导出功能并且相应地构造有特别好的导热能力(功能分离的构思)。

优选地，工具段固定在相关的工具件(工具下部件或工具上部件)的安装板或基板处。作用面的冷却被动地仅通过经由高导热能力的芯元件将热导出到安装板或基板中实现。为了改善传热，在芯元件与安装板或基板之间的接触面处可设置有导热膏等。为了改善热传递，也可设置有齿式地接合到彼此中的形状配合元件，使得传热面积增大。从那里，可将热量经由传统的工具冷却部来导出。这样的工具段可比较简单地且有利地来制造并且此外非常稳定及耐用。此外取消了用于冷却通道的联接-和密封耗费。

优选地设置成，芯元件构造有内部的冷却通道，也就是说包含或具有在其内部伸延的冷却通道，并且由具有比壳材料或壳元件的材料更高的导热能力的材料或芯材料(必要时还由带有多个材料或芯材料的材料复合物)制成。优选地，这些冷却通道完全被芯材料包围或完全置入芯材料中。借助于冷却通道来实现作用面的主动冷却。冷却通道可由被置入、尤其完全置入芯元件的材料或原料中的至少一个冷却管路形成。

不同于在之前已知的带有轮廓接近的或作用面接近的冷却通道的工具中(参见上述现有技术专利文件)，冷却通道布置在芯元件的内部中，即进一步远离作用面。尽管如此可实现更高的冷却效率(因为更大的横截面和/或流动速度是可能的)。由此可达到较高的冷却率和较短的节拍时间。此外，对于壳元件在作用面的区域中得到更好的支撑，从而改善抗压强度且提高使用寿命。另外可减少制造时间和制造耗费(参见根据本发明的方法)。此外使冷却通道的密封简化且由此更耐用。

在此即未设置有冷却通道的轮廓接近或作用面接近的引入。取而代之优选地设置成，(在芯元件中)冷却通道相对于壳元件的作用面的间距至少相应于壳元件厚度的两倍或双倍。壳元件可具有10mm至50mm、优选地20mm至40mm的厚度(壳元件厚度)。相应地，(在芯元件中)冷却通道相对于壳元件的作用面可具有20mm至100mm的最小间距。

芯元件优选地可通过腔的浇铸(Ausgiessen)(以芯材料的熔融物)或者通过增材式构建、尤其借助于激光堆焊(Laserauftragsschweissen)(LDT方法)或者借助于热喷注方法(例如冷气体喷注)直接在腔中来产生。因此芯元件几乎在原处产生。在浇铸时可围铸(umgiessen)之前引入的冷却管路。在增材式构建时可一起构造用作冷却通道的空腔。方法结合也是可能的。另外，可应用不同的芯材料并且例如产生多层结构(见下)。通过在壳元件与芯元件之间在浇铸或增材式构建中获得的精确的形状配合和通过必要时产生的壳元件和芯元件之间的材料配合(至少可构造粘合连接)来实现高的机械强度以及良好的导热。不出现在不同材料之间的连接强度问题。

壳元件的腔可构造有底切的、例如锥状的轮廓，由此获得在壳元件与芯元件之间附加的形状配合。另外在壳元件的腔中可构造有支撑结构，例如以撑杆或肋的形式，由此提高壳元件的机械强度并且此外还获得在壳元件与芯元件之间附加的形状配合。底切的轮廓和支撑结构可在芯元件的浇注或增材式构建中被芯材料在后面成型或在周围成型。

优选地，不仅壳元件而且芯元件由金属形成。壳元件优选地由热作模具钢(Warmarbeitsstahl)(也就是说由热作模具钢合金)制成且尤其一件式地(也就是说成一块地)必要时包括支撑结构来制造。由热作模具钢制成的壳元件是抗压的(也就是说稳定的且有弹性的)并且耐磨的(也就是说抗磨损的)。优选地涉及被浇注的且必要时机械地或切削地再加工的壳元件。但是壳元件还可通过机械的或切削的加工由实心材料(实心的材料块)制成。芯元件优选地由铜合金制成且尤其(同样)一件式地来制造。由铜或铜合金或者类似的合金制成的芯元件具有非常好的导热特性。(由此实现上述的在壳元件与芯元件之间的功能分离。)芯元件也可由带有不同导热能力的多个层式或分层地布置的材料(尤其由不同的金属或金属合金)来构建(多层结构)。优选地，可能的冷却通道仅布置在这些层或分层中的一个中。

根据本发明的方法至少具有以下步骤：

- 制造壳元件，必要时带有加工余量，尤其通过浇注和机械再加工，其中，腔的内表面(在浇注之后)也可保持未加工；

- 必要时制造(至少)一冷却管路并且将该冷却管路布置在壳元件的腔中，只要设置有这样的冷却管路；

-通过腔的浇铸或充填来产生芯元件，也就是说通过将芯材料熔融物注入腔中，其中，壳元件起近乎作为铸模起作用，或者通过直接在腔中增材式构建，如上所述；

- 必要时机械精加工。

壳元件可在引入芯元件之前或之后被热处理，以便获得回火-和/或硬化效果。

冷却管路可通过管的弯曲或者通过各个管件的组装来制造。管或管件优选地由耐腐蚀的材料、尤其金属材料(例如优质钢)形成。在浇注时冷却管路被芯材料熔融物围铸(umgiessen)并且在冷却时被置入芯材料、尤其铜合金中。对于冷却管路可应用较薄的管壁厚度(例如<1.0mm)，因为在以铜合金围铸时产生比在以钢熔融物围铸时明显更低的温度。在芯的增材式构建中必要时可放弃这样的冷却管路，因为在此可一起构造同时用作冷却通道的空腔。

接下来参照附图来阐述本发明的多个实施例。在附图的示意图中示出的和/或接下来阐述的特征也可独立于具体的特征组合地是本发明的通用特征并且相应地改进本发明。另外也可将实施例相互组合。在附图中相同的或功能相同的部件和元件设有相同的附图标记。

附图说明

图1在透视的剖示图中示出本发明的第一实施例。

图2至6类似于图1示出本发明的另外的实施例。

附图标记清单

100 工具段

110 壳元件

112 作用面

114 腔

116 支撑结构

120 芯元件

130 冷却通道

200 安装板

M1 壳材料

M2 芯材料

W 斜置。

具体实施方式

图1示出了工具段100，其示例性地装设在根据本发明的用于板件的热成型和/或的压硬化的模具的工具下部件中。工具段100固定在属于工具下部件的(下部的)安装板或基板200处。另外的工具构造原则上由现有技术已知，对此参照开头提到的专利文件。模具可具有多个这样的工具段100，其不仅可布置在工具下部件中而且可布置在工具上部件中。

工具段100具有罩式或帽式的壳元件110，其构造有面向待加工的热的板件的作用面112且在与此背对的后侧上构造有袋式的腔114。腔114可具有环绕的侧壁。在腔114中布置有芯元件120。芯元件120通过腔114的浇铸或者通过增材式构建直接在腔114中来产生(如上所述)，其中，腔114可以说以芯材料M2来填充或充填。

对于壳元件110作为材料或壳材料尤其应用热作模具钢。对于芯元件120作为材料或芯材料尤其应用铜合金，其具有比壳元件110的材料M1更高的导热能力。冷却通道130以完全置入芯材料M2中的至少一个冷却管路的构型位于芯元件120的内部，以此实现作用面112的主动的冷却。冷却管路130经由安装板200连结到传统的工具冷却部处。

在图2中示出的实施例与在图1中示出的实施例区别在于，腔114通过壳元件110的侧壁的斜置或安置W锥状地且因此底切地来构造。由此在壳元件110与芯元件120之间获得附加的形状配合。

在图3中示出的实施例与在图1中示出的实施例区别在于，芯元件120由多个芯材料M2.1和M2.2(其层式或分层地布置且具有不同的导热能力)来构建(多层结构)。仅在中间层中存在冷却通道130。

在图4示出一实施例，在其中在壳元件110的腔114中构造有支撑-或加固结构116，即以在相对而置的侧壁之间的撑杆的构型。不存在冷却通道或冷却管路，但是也可类似于在图1至3中所示出的那样来设置。

图5类似于图1示出不带冷却通道或冷却管路130的一实施例。作用面112的冷却在此被动地经由将热通过芯元件120导出到安装板200中实现。

在图6类似于图3示出一实施例，在其中芯元件120由带有不同导热能力的三个芯材料M2.1、M2.2和M2.3来构建，其中，各个层或分层也可作为隔离层起作用。作用面112的冷却也在此被动地经由芯120实现。在此同样也可设置有用于主动冷却的冷却通道。

Claims (10)

1.一种用于板件的热成型和/或压硬化的模具，其带有至少一个被冷却的工具段(100)，所述工具段由壳元件(110)和芯元件(120)形成，其中，所述壳元件(110)具有面向板件的作用面(112)和在背对此的后侧上袋式的腔(114)，所述芯元件(120)布置在所述腔(114)中，其特征在于，所述芯元件(120)由材料(M2)制成，其具有比所述壳元件(110)的材料(M1)更高的导热能力，其中所述工具段(100)固定在相关的工具件的安装板或基板处，且所述作用面的冷却通过经由高导热能力的所述芯元件(120)将热导出到所述安装板或基板中实现。

2.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，所述芯元件(120)构造有内部的冷却通道(130)且由材料(M2)制成，其具有比所述壳元件(110)的材料(M1)更高的导热能力。

3.根据权利要求2所述的模具，其特征在于，所述冷却通道(130)相对于所述壳元件(110)的作用面(112)的间距至少相应于壳元件厚度的两倍。

4.根据权利要求2或3所述的模具，其特征在于，所述冷却通道(130)由置入所述芯元件(120)的材料(M2)中的至少一个冷却管路形成。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的模具，其特征在于，所述芯元件(120)通过所述腔(114)的浇铸或者通过增材式构建直接在所述腔(114)中来产生。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的模具，其特征在于，所述腔(114)具有底切的轮廓(W)。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的模具，其特征在于，在所述腔(114)中构造有支撑结构(116)。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的模具，其特征在于，所述壳元件(110)由热作模具钢制成而所述芯元件(120)由铜合金制成。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的模具，其特征在于，所述芯元件(110)由多个分层地布置的带有不同导热能力的材料(M2.1, M2.2, M2.3)来构建。

10.一种用于制造用于根据前述权利要求中任一项所述的模具的被冷却的工具段(100)的方法，其带有以下步骤：

- 制造所述壳元件(110)；

- 必要时制造冷却管路(130)并且将该冷却管路(130)布置在所述壳元件(110)的腔(114)中；

- 通过所述腔(114)的浇铸或者通过增材式构建直接在所述腔(114)中产生所述芯元件(120)。

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