CN113941714A - 一种成型工具的赋形工具部件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于成型工具的赋形工具部件(1)的制造方法，由增材制造制造工具元件(10)，其中工具元件(10)具有成型区域(10.1)，以及具有至少一个用于冷却液的第一冷却管道(11)，在成品状态下，成型区域(10.1)的表面(2)至少部分地形成工具部件(1)的赋形操作表面(4)。为了能够改进赋形工具部件的冷却，根据本发明提供，第一冷却管道(11)具有整流部(15)，整流部(15)在阻挡方向(S)上比在相反的通过方向(D)上对冷却液具有更高的流动阻力。

Description

一种成型工具的赋形工具部件的制造方法

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1前序部分特征的制造方法。

背景技术

可以在成型的钣金件的制造中区分不同的方法步骤。一个步骤涉及将毛坯或半成品实际成型为所需形状。这种成型可以在一个或多个步骤中进行，由此已知的热成型或冷成型是可行的。不考虑特定三维形状的设定，通常也进行微观结构的设定，特别是在热成型之后。根据提供的时间/温度曲线，这里的工件从加热状态(例如高于奥氏体化温度)冷却。为此，取决于部件的类型和所需的微观结构，已知不同的方法。一般来说，有针对性的冷却会导致更高的硬度，这就是为什么还要提及工件的淬火(hardening)或回火。

一方面可以进行随后的回火，其中工件从成型工具中取出，可选地重新加热并且最终冷却(例如淬火(quenched))。相比之下，在压力淬火或热冲压的情况下，淬火或回火发生在成型工具内，直接在成型之后或甚至在成型期间进行。为了实现工件的必要冷却(例如超过27K/s的冷却速率)，成型工具必须有效冷却。这通常通过用于液体冷却剂(例如水，可选地含有添加剂)的冷却管道来实现。所述冷却管道在此应该理想地以距赋形表面特定的、例如近似恒定的间距延伸。至少在很大程度上遵循赋形表面的轮廓的冷却管道可以被称为形状适配的或一致的冷却管道。然而，由于赋形表面的轮廓通常很复杂，这些冷却管道很少可以通过简单的直孔来实现。一方面，赋形工具部件可以一体地制造，其中冷却管道的轮廓通常不是最佳的，这对淬火过程和所制造的工件的质量具有不利影响。另一方面，工具部件可以由多个单独部件组装而成，其中冷却管道也部分地配置在单独部件之间。原则上，尽管此处可以实现冷却管道的任意轮廓，但是由于具有多个单独部件的构造模式，制造复杂度和由此成本增加。在工具部件内实现冷却管道的方向改变的可行性在于交叉钻孔，也就是说在工具部件内相交的两个直孔。然而，由此产生的冷却管道的倾斜轮廓与增加的摩擦有关；此外，这种交叉钻孔的制造是复杂的。另一问题在于，赋形表面，如冷却管道，通常至少部分地通过工具部件的减材加工制造。这是复杂的并且与大量磨损相关，因为工具部件具有特别大的硬度，硬度是在压力淬火期间承受载荷所必需的。

生产符合在此描述的冷却管道的问题不仅出现在压力淬火的范围内，而且出现在其他形赋形方法的范围内，例如一次成型方法(例如铝压铸或注塑压铸)。在这些方法的情况下，成型工具内制造的工件的目标温度控制或冷却也是必要的或期望的。

US 2019/0100820 A1描述了一种包括主体的热冲压模具，该主体具有成型表面、主体内的冷却管道和主体内的加热元件，所述加热元件与管道分离并且隔离。可以通过配置具有成型表面的模具并且同时使用配置用于配置冷却管道的印刷插入件以及在模具的固体材料内的加热元件来进行制造。根据一个实施例，配置模具的步骤包括将印刷插入件定位在模具中以及随后对固体材料主体进行一次成型以形成模具。

WO 2017/142731 A1描述了一种用于金属部件的铸造工具，具有上工具部件和下工具部件，在它们之间形成模腔。每个工具部件具有赋形表面，并且工具部件的至少一个具有形成赋形表面的一部分的插入件以及子插入件。插入件和子插入件可以从工具部件中取出并更换。

GB 2 548 629 A公开了一种用于制造用于铸造工具的模具插入件的方法，其中使用结合增材制造和减材制造的混合方法。插入件形成用于产生具有所需几何形状的部件的腔的一部分并且具有单独成型的段，每个段基本上由形成敞开蜂窝结构的六边形单元结构组成。符合要求的冷却管道被加工到模具插入件中。

在出版物中描述了一种通过选择性激光熔化进行压力淬火的成型工具的生产，B.Mueller等人发表的“用于通过增材制造的钣金成型的工具的附加价值”、2013年1月30日-2月1日出版的作者为Stellenbosch的《蓝色星球的绿色制造》；2013COMA，第51-57页。

鉴于上述现有技术，赋形工具部件的适当冷却仍然提供改进的空间。

发明内容

本发明的目的在于能够改进赋形工具部件的冷却。

根据本发明，通过具有权利要求1的特征的制造方法实现该目的，其中从属权利要求涉及本发明的有利设计实施例。

需要指出的是，在下面的描述中单独阐述的特征和措施可以以任何任意的、技术上有利的方式彼此组合并且展示本发明的进一步设计实施例。说明书特别是结合附图另外表征和详细说明本发明。

本发明提供了一种用于成型工具的赋形工具部件的制造方法。成型工具尤其可以是压力淬火工具，因此是一种在两个半模之间进行金属工件(通常是钣金件)的热成型以及进行淬火或回火的装置，淬火或回火与所述热成型同时发生或随后发生。淬火要求工件必须在压力淬火工具内冷却。两个半模也可以称为阴模和阳模，并且在成型期间在它们之间至少部分地包围工件。为此，两个半模中的至少一个在朝向另一个半模的方向上重新定位。当工件被封闭在两个半模之间时，会发生淬火。在这种情况下，根据本发明制造的赋形工具部件形成半模之一的至少一部分。然而，在本发明的上下文中，成型工具也可以配置用于一次成型方法，例如注射压铸或铝压铸。

根据本发明，工具元件通过增材制造(也就是说通过增材制造方法)制造。这种类型的增材制造方法也可以分别归属于快速原型制造或快速制造领域。如在下文中将变得明显的，工具元件可以是工具部件的一部分，或者工具元件可以与工具部件相同。工具元件通常由金属材料制成。制造通常是这样进行的，即以层状施加金属粉末并且局部地选择性地连接。通过将各个层相互连接来创建三维工具元件。当然，制造过程基于待生产的对象的预定义数据(例如CAM数据)进行。任何包含至少一种金属的粉状或颗粒状材料在此被称为金属粉末。这也可以是合金或不同金属颗粒的混合物。粉末也可以包含半金属或非金属，例如作为合金的组成部分。铜、铝、钛和铁尤其可以被认为是金属。因此，金属材料是包含至少一种金属的材料。

为了制造工具元件所需的强度，优选使用选择性激光熔化(SLM)或电子束熔化(EBM)或粘合剂喷射作为增材制造方法。根据此处设想的三维形状，分层施加并且选择性地熔化金属粉末。施加装置在每种情况下施加具有例如在10μm和500μm之间的厚度的层；然而，其他层厚度也是可行的。为了能够实现平滑且均匀的层构造，施加装置可以具有平行于构造表面移动并且使粉末的表面平滑的平滑装置(例如刮刀、刷子或刀)。在施加相应的层后，通过激光束(在SLM的情况下)或电子束(在EBM的情况下)熔合并且随后固化局部的粉末。以这种方式由粉末形成连续的固体本体。同时，最后添加层的粉末与下层或多个下层的固体本体结构熔合，由此建立层的相互结合。尤其是根据层厚度，材料可以熔合到对应于多个层厚度的深度。作为SLM或EBM的替代或补充，可以使用其他制造方法，例如选择性激光烧结(SLS)。

增材制造的工具元件具有成型区域，在成品状态下该成型区域的表面至少部分地形成工具部件的赋形操作表面。此处的成型区域对应于待制造的工具部件的外部区域，所述外部区域至少部分地与赋形操作表面相邻。此处的操作表面是工具部件的表面的一部分，在成型过程中(例如在压力淬火期间)与工件接触(或在一次成型过程中与最初不成型的原材料接触)，因此确定，或共同确定成型。此处成型区域的其他部分可以直接或间接地与操作表面连接。赋形操作表面可以完全或部分地由成型区域的表面形成。成型区域是增材制造的，因此，在增材制造完成后不一定存在“成品状态”。相反，可以在增材制造之后进一步机加工或处理或成型区域，由此仍然可以改变例如表面的确切形状或其它特征。

除了成型区域，工具元件具有至少一个用于冷却液的第一冷却管道。也就是说，在成型工具的操作中(例如在压力淬火的情况下)提供相应的第一冷却管道以用于引导冷却液或液体冷却剂(通常是水，任选地具有添加剂)。当然，也可以设置多个第一冷却管道。通常可以首先通过至少一个第一冷却管道冷却操作表面的区域，以及因此其次也可以冷却与该区域接触的工件。为了实现所需的冷却，第一冷却管道可以至少部分地延伸以与外壁相邻，特别是与操作表面相邻。因为增材制造几乎可以实现任意形状，因此第一冷却管道可以很容易地以距操作表面任意所需的间距延伸，即使第一冷却管道具有复杂的形状。也就是说，也可以容易地实施一致的冷却管道。与与操作表面的间距无关，冷却管道可以具有最多样化类型的轮廓。特别地，可以实施不同类型的曲率，这在流动阻力方面是有利的，而成角度的轮廓通常会增加由于摩擦造成的损失。曲率可以是简单的弯曲，例如半圆或四分之一圆，或者例如螺旋或曲折的轮廓。

根据本发明，至少一个第一冷却管道具有整流部，该整流部在阻挡方向上比在相反的通过方向上对冷却液具有更高的流动阻力。也可称为整流段的整流部形成第一冷却管道的至少一部分，可选地也形成整个第一冷却管道。整流部的特殊性在于其对冷却液的流动阻力是流动方向的函数。如果冷却液沿在本文中被称为阻挡方向的第一方向流动通过整流部，则与当所述冷却液沿与所述阻挡方向相反并且被称为通过方向的第二方向流动时相比，所述冷却液被赋予更高的流动阻力。此处的术语“阻挡方向”不应被解释为冷却液的流动在该方向上被完全阻挡，这在本发明的上下文中是可以想到的。然而，在整流部的端部之间的压差值相等处，阻挡方向上的流动受到阻碍，使得在阻挡方向上建立比在通过方向上的体积流量小的体积流量。体积流量又影响工具元件周围材料的冷却效果。与整流部相邻的区域的冷却效果因此可以仅受冷却液的流动方向的影响。例如，不具有这种类型的整流部的其他第一冷却管道可以设置在其旁边，例如，由此体积流量和冷却效果与流动方向无关。例如，因此可以根据流动方向实施均匀冷却或局部不同的冷却。正如已经提到的，因此可以通过为相同的部件几何形状调整冷却来实现调整淬火曲线以满足要求。例如，这对于具有不同重量或要求但具有相同三维形状的相同部件的不同车辆衍生物或车辆类别而言是有利的，而无需分别适配工具或在同一工具中。相应的整流部尤其可以具有特斯拉阀，其基本构造例如在US 1 329 559 A中描述。

在某些情况下，增材制造后的成型区域的表面略微偏离设想的形状。这可能与以下事实有关，例如，分层构造无法生成完全平滑的表面。还可以想到，工具元件的热变形在增材制造方法的过程中出现，使得所述工具元件(略微)变形。为了解决潜在的不准确性，可以提供，减法后加工在其增材制造之后的成型区域的表面。可以以减法方式(例如通过铣削)进行这里的后加工。

根据一个优选的设计实施例，至少一个整流部具有主体部和逆流部，逆流部与所述主体部连接，以及在阻挡方向上观察时以小于90°的角度从主体部分支出来，并且以大于90°的角度因此在相反的方向上再次通向主体部。也就是说，在整流部内可以区分至少两个部分，特别是主体部和从主体部分支出来并且也敞开再次通向主体部的逆流部。两侧的逆流部与主体部流体连接。因此，整流部总体上具有分支结构。在阻挡方向上观察主体部的轮廓，逆流部因此以小于90°的角度或者也可以说以锐角的角度从主体部分支出来。其结果是，当沿阻挡方向流过整流部时，有利于冷却液被分流，可以说使得一部分流过主体部，而另一部分流入逆流部。流过逆流部的冷却液最终返回到主体部中，此时逆流部以大于90°的角度或也可以说以钝角的角度通向主体部。这里的逆流部通常具有方向变化，使得所述逆流部可以例如以环形或弧形的方式构造。在这种情况下，当流过逆流部时，液体被赋予至少部分的反向运动。在任何情况下，逆流部都以相反的方向通向主体部，也就是说，遵循逆流部的轮廓的部分流与遵循主体部的轮廓的部分流相反地(因此以大于90°的角度)流动。因此，最迟在两个部分流彼此相遇时会出现大量湍流，以及从而导致流动阻力显著增加。在此以简化的方式描述了主体部和逆流部中的部分流的轮廓，实际的流轮廓可能与其不同。在任何情况下，逆流部的所述轮廓导致流动阻力的显著增加。这里描述的结构是在特斯拉阀的情况下实施的。应当理解，主体部和逆流部是通过增材制造制造的。通过沿着主体部产生多个逆流部，可以显著增强该效果。

根据可以可选地与上述实施例组合的另一实施例，至少一个整流部具有主体部，并且至少一个沿通过方向倾斜的刚性引导元件朝向主体部的中心延伸。引导元件可以以引导叶片或引导刀片的方式构造。所述引导元件在运行状态下的功能在于当整流部在阻挡方向上运行时分流冷却剂的流动并且将冷却剂从主体部的中心重新部分地引导至外部。这通常会导致流动阻力增加。然而，当整流部在通过方向上运行时，主体部内的冷却液可以流过引导元件。这种结构也在特斯拉阀中实施，其中一个引导元件在每种情况下同时形成逆流部的外围。应当理解，引导元件是通过增材制造制造的。通过沿着主体部产生多个引导元件，可以显著增强该效果。

在增材制造的过程中，例如也可以将功能元件集成在工具元件中，所述功能元件已经独立于增材制造而预制。这种类型的功能元件例如可以是以这种方式集成在工具部件中的传感器。在此可以说可以在实际的传感器周围增材制造工具元件，使得实际的传感器被封闭。然而，还可以设想集成其他功能元件，例如用于整流部的加热元件或阀元件。温度传感器的使用也将是有利的，特别是由于在工具中处理的温度。

根据一个实施例，可以通过增材制造产生工具元件内的与每个第一冷却管道间隔开的多个间隙。例如，这些间隙的功能可以是减轻重量或节省材料。然而，这些间隙此外还可用于改变工具元件的导热行为。应当理解，工具元件的具有这种类型的间隙的区域比实心构造的区域具有低的热导率。例如通过蜂窝结构，热导率甚至可以设置为与方向相关，在蜂窝结构中间隙和构造在它们之间的壁在一个方向上相互平行地延伸。在这种情况下，相应方向的热导率高于其横向的热导率。也可以将间隙仅局部地设置在赋形操作表面下方的区域中，从而在那儿局部地降低热导性并且因此降低来自或到操作表面的热传递。

在某些情况下，工具部件可以单独由工具元件形成，也就是说工具元件和工具部件可以是相同的。根据另一实施例，工具部件除了工具元件之外还具有基部元件。在制造方法的过程中，工具元件可以至少部分地插入工具部件的基部元件的凹部中，由此至少一个第一冷却管道流体连接到配置在基部元件内的第二冷却管道。就体积或重量而言，基部元件通常配置为大于工具元件，但情况并非一定如此。基部元件具有至少一个第二冷却管道，其当然同样设置用于接收冷却液。基部元件还具有凹部，该凹部的尺寸使得所述凹部能够至少部分地接收工具元件。凹槽的内部尺寸可以特别适合于工具元件的外部尺寸。在制造方法的过程中，工具元件至少部分地插入到凹部中。凹部和工具元件的尺寸以及第一冷却管道和第二冷却管道的位置以使得插入的第一冷却管道流体连接到第二冷却管道(也就是说，第二冷却管道通向第一冷却管道，反之亦然)这样的方式相互适应。因此，在运行状态下，冷却液可以在第一冷却管道和第二冷却管道之间进行交换。在这里可以想到最多样化的设计实施例。特别地，基部元件可以具有两个第二冷却管道，它们通过单个第一冷却管道相互连接。在此，第二冷却管道可以设置在工具元件的同一侧，或者设置在不同侧，例如相对侧。在第一种情况下，连接两个第二冷却管道的第一冷却管道可以以弯曲或环路的方式构造。

优选地，至少局部的基部元件形成工具部件的赋形操作表面。也就是说，该赋形操作表面由工具元件(特别是工具元件的外部区域)部分地形成并且由基部元件部分地形成。因此，特别是操作表面本身的机械特性以及可选地来自和到操作表面的热传导可以以这样的方式局部地修改，使得相应的特性在工具元件的情况下和在基部元件的情况下可以不同。此外，通过非增材方法(例如通过一次成型和随后的减材加工)制造的基部元件是有利的，可以以节省时间和成本有效的方式生产赋形操作表面的部件。

尤其可以对基部元件进行修改或修理。在这种情况下，通过基部元件的减材加工产生凹部，其中基部元件的随后被工具元件替换的部分被去除。也就是说，在某些情况下，在相应的机加工之前，基部元件本身可以在赋形方法中使用。或者可以通过相应部分的磨损来降低所述基部元件的适用性，或者可以仅仅需要相应部分的修改(可以说是升级)。例如，可能需要操作表面区域中更大的硬度，或者甚至操作表面的局部不同几何形状。两者都可以通过(例如通过钻孔、铣削、腐蚀或激光减法)移除该部分并且随后插入工具元件来实现。在相应部分内的冷却管道的不同轮廓也可能是期望的，例如以修改冷却管道与赋形操作表面的间距的方式。具有位于其中的冷却管道的相应部分可以如所描述的那样被移除，并且具有根据需要设计的第一冷却管道的工具元件可以随后被插入。当然，也可以插入在形状和组成方面完全对应于基部元件的先前移除部分的工具元件。即使当相关的制造方法具有权利要求1的前序部分的特征时，此处描述的变体也被认为是独立的发明，而第一冷却管道不必具有整流部。

可以优选地通过在插入工具元件之前对基部元件进行减材加工来制造至少一个第二冷却管道。也就是说，为了制造该冷却管道可以省去通常更耗时和成本更高的增材制造，这总体上也可能适用于基部元件。替代地，例如可以铸造基部元件，并且随后可以通过减材加工(尤其是减材加工例如钻孔)来制造第二冷却管道。例如，互相连接的管道系统内的直的冷却管道因此可以作为基部元件内的已经以减法方式制造的第二冷却管道实施，而例如弯曲或成角度的冷却管道作为工具元件内的已经通过增材制造制造的第一冷却管道实施。

增材制造开辟了最多样化的可能性。根据一个设计实施例，工具元件由单一材料制成，例如单一金属。然而替代地，工具元件的不同区域也可以由不同的材料制成。为此目的，例如可以通过粉末床方法施加不同的金属粉末，并且固有地熔合或烧结，以及彼此熔合或烧结。一方面，这可以用于实现不同的表面特性，例如提高局部的硬度或耐磨性。此外，例如可以组合具有不同热导率的不同材料。例如，可以在成型区域使用较硬但热导率较低的材料(例如钢)，而较不坚固但具有更高热导率的材料(例如铜或黄铜)可用于距离操作面更远的区域。即使当相关的制造方法具有权利要求1的前序部分的特征时，此处描述的变型也被认为是独立的发明，而第一冷却管道不必具有整流部。

根据一种设计实施例，至少在操作表面的区域中的工具元件由比基部元件的材料更硬的材料制成。其结果是，可以从一开始就更好地保护在成型方法中受到很大机械应力的区域免于磨损。另一方面，也可以对经受磨损的区域进行如上所述的修复，可以这么说，并且同时在此进行机械增强。一方面，这里的整个工具元件可以由比基部元件的材料更硬的材料制成。此外，例如在增材制造过程中仅成型区域由较硬的材料制成是可行的。最后，成型区域的表面可以设置有具有硬度增加的涂层。就此处讨论的“较硬的材料”而言，这还包括设置较硬的微观结构而不必存在例如不同的化学成分的可能性。

例如，一旦所述工具元件被插入，通常不可能在工具元件和基部元件之间产生实质上一体的连接。为此，可以考虑通过销钉和/或螺钉进行固定。这从根本上导致在从第一冷却管道到第二冷却管道的过渡区域中实施液密连接的问题。根据优选的设计实施例，这是这样实施的，即在工具元件的增材制造中制造出围绕连接开口的凹槽，并且在工具元件插入凹部之前，弹性密封元件插入凹槽中，连接开口在第一冷却管道的端部被配置用于连接到第二冷却管道。连接开口为第一冷却管道端部的开口，相应地设置在第一冷却管道离开工具元件或进入工具元件的位置。连接开口在工具元件插入基部元件中时设置为与第二冷却管道的相应开口相对。在增材制造过程中，围绕该连接开口产生例如可构造成圆形或椭圆形的凹槽。在插入工具元件之前，将弹性密封元件(例如O形圈)插入凹槽中。凹槽和密封元件的尺寸适于使得当工具元件插入到凹部中时密封元件弹性变形。所述密封元件在此可以至少部分地移动到凹槽中，在所述密封元件的尺寸允许移动的范围内。密封元件在连接开口的区域中密封工具元件和基部元件之间的过渡区域，从而理想情况下防止冷却液泄漏，或者至少最小化冷却液的泄漏。密封元件可以由合适的材料制成，例如橡胶弹性材料(例如橡胶或硅树脂)。因为凹槽设置在连接开口的区域中并且因此设置在第一冷却管道和第二冷却管道的区域中，所以在运行期间通常不会在那里出现特别高的温度。然而，如果密封元件的热损坏异常出现，则所述密封元件可以在没有很大复杂性的情况下更换，因为工具元件从凹部移除并且损坏的密封元件从凹槽中取出并且更换为新的密封元件。即使当相关的制造方法具有权利要求1的前序部分的特征时，此处描述的变型也被认为是独立的发明，而第一冷却管道不必具有整流部。

凹槽的横截面可以以不同的方式选择，其中该选择当然也与密封元件的形状相关。凹槽尤其可以具有底切横截面。底切横截面例如可以是梯形的，使得凹槽具有朝向工具元件的表面减小的宽度。

附图说明

在下文中通过附图中所示的示例性实施例更详细地解释本发明的进一步有利细节和效果，其中：

图1示出了根据本发明方法的第一实施例的第一步骤期间工具部件的部件的透视图；

图2示出了图1的工具部件在该方法的第二步骤期间的透视图；

图3示出了图1的放大细节图；

图4和图5示出了图1的工具部件的放大截面图；

图6示出了根据本发明方法的第二实施例的第一步骤期间工具部件的一部分的透视图；

图7示出了图6的工具部件的部件在该方法的第二步骤期间的透视图；

图8示出了图6的工具部件在该方法的第三步骤期间的透视图；

图9至12示出了根据本发明制造的工具元件的不同实施例；以及

图13-16示出了根据本发明制造的工具部件的冷却管道的整流部的截面图。

具体实施方式

相同的部件在不同的图中始终具有相同的附图标记，这就是为什么所述部件通常也仅被描述一次的原因。

图1示出了可以通过根据本发明的方法制造的工具部件1的部件的透视图。工具部件1例如可以形成压力淬火工具(未示出)的阴模或阳模的一部分。钣金件可以通过压力淬火工具进行热成型和淬火。成型尤其发生在工具部件1的操作表面4上。图1示意性地示出了在工具元件10连接到基部元件20之前的制造方法的中间步骤。这里的两个元件10、20配置为长方体；然而，这分别被理解为纯粹是示例性的或示意性的。

工具元件10通过增材制造(例如通过选择性激光熔化(SLM))由钢制成。在增材制造过程中已经产生了第一冷却管道11，第一冷却管道11总体上构造成弯曲的并且通向两个第一连接开口12。在成品状态下形成工具部件1的赋形操作表面4的一部分的表面2配置在工具元件10的成型区域10.1上。为了确定表面2的最终形状，在增材制造结束时也可以对表面2进行减法后加工。此外，可以施加硬涂层，例如碳化钨。

在该示例性实施例中以及在下文描述的每个示例性实施例中的第一冷却管道11可以具有整流部15，将参照图13至16更详细地解释整流部15。

基部元件20例如可以常规地由工具钢铸造，并且例如具有两个第二冷却管道21，第二冷却管道21构造成直的并且可以钻入基部元件20中。基部元件20此外具有长方体凹部23，基部元件20例如可以在铸造时直接模制，或者随后例如通过减材加工(例如铣削)成型。凹部23的尺寸与工具元件10的尺寸相匹配，使得工具元件10能够装配到凹部23中。在每种情况下，冷却管道21通向凹部23的周边上的第二连接开口22。基部元件20的表面3在成品状态下同样形成赋形操作表面4的一部分。

图2示出了在将工具元件10插入到基部元件20的凹部23之后的工具部件1。工具元件10的表面2以几乎无缝的方式过渡到基部元件20的表面3。第一连接开口12与第二连接开口22直接相邻，由此在冷却管道11、21之间提供流体连接。更具体地，两个冷却管道21通过弯曲的第一冷却管道11彼此连接，其中通过增材制造容易地产生的第一冷却管道的弯曲形状确保最佳流动阻力，而不是由交叉钻孔产生的倾斜冷却管道。

为了保证第一冷却管道11和第二冷却管道21之间的液密连接，通过橡胶弹性O形圈30提供密封。从图3的详细说明中可以看出，O形圈30装配到围绕第一连接开口12设置的环形凹槽13。正如从图4和5的剖面图得出的那样，凹槽13具有底切横截面并且就所述凹槽13的尺寸而言适合于O形圈30，使得O形圈30如图4所示首先可以卡入凹槽13中，并且一旦工具元件10插入凹部23时，O形圈30被相邻的基部元件20推入凹槽13中。

在成型过程中，在工具部件1和压力淬火工具的另一部件(阴模或阳模)之间(例如在预先奥氏体化之后)形成钣金件。在成型过程中，或直接在成型之后，冷却液(通常是水，任选地含有添加剂)被引导通过冷却管道11、21，由此对操作表面4并且因此也对钣金件进行强烈冷却。这种冷却会显著影响成品钣金件的微观结构。冷却又会受到各种参数的影响，例如冷却剂的流动、冷却管道11、21与操作表面4的间距以及工具元件10和基部元件20内的热传导。作为增材制造的结果，第一冷却管道11的个性化设计是可行的，这对工具元件10的表面2的区域中的微观结构具有直接影响。在图1和2所示的示例中，第一冷却管道11以恒定间距延伸，以便相对靠近操作表面4下方。然而，也提供了如下文将要说明的其他可行性。

图6至8示出了根据本发明的方法的第二实施例的方法步骤。如图6所示，最初在此存在具有沿直线布置的单个第二冷却管道21的基部元件20。所述冷却管道21钻孔穿过基部元件20并且以与表面3恒定的间距延伸。当要在子区域中改变冷却特性时，可以通过减材加工产生凹部23；也就是说，如图7所示，基部元件20的一部分被移除。由此，第二冷却管道21被分开并且在凹部23的周边上产生第二连接开口22。通过增材制造生产与凹部23匹配并且具有第一冷却管道11的工具元件10，第一冷却管道11的第一连接开口12适用于第二连接开口22，然而，所述第一冷却管道11不具有连续靠近表面延伸的直轮廓，而是弯曲并且部分地以距工具元件10的表面2大的间距延伸。如图8所示，工具元件10插入凹部23中，使得第二冷却管道21的两部分通过第一冷却管道11彼此连接。由于与操作表面4的较大间距，第一冷却管道11局部赋予的冷却效果在质量上不如第二冷却管道21的部分赋予的冷却效果。工具元件10可以可选地由比基部元件20的材料更硬的材料制成。

作为图7所示的工具元件10的替代方案，其他工具元件10也可以插入到凹部23中。图9以透视图示出了具有第一冷却管道11的可替代的工具元件10，该第一冷却管道11同样具有弯曲的轮廓，但设置为以与表面2几乎恒定的间距连续延伸。与图6所示的连续的直的第二冷却管道21相比，没有导致冷却效果降低，反而在某些情况下甚至加强了冷却效果，因为更大的面可以由单个冷却管道11冷却。为了简单起见，在图7中仅示出了第一冷却管道11的一个弯曲或一个环路；然而，原则上，也可以提供多个连续的环路，从而产生整体的曲折轮廓。

图10中的示例性实施例与图9中的不同之处在于，成型区域10.1由铁或钢制成，而就操作表面4而言位于其后面的边线区域10.2由铜或铜合金制成。在增材制造方法的过程中，不同的材料可以很容易地相互结合，例如以不同的金属粉末被连续施加并且局部地熔合这样的方式。以此方式，铁的机械弹性和铜的高导热性可以有利地结合在一个工具元件10中。

图11中的示例性实施例示出了第一冷却管道11，第一冷却管道11为螺旋形构造并且类似于图10在很大程度上靠近操作表面4布置。以类似于曲折形状的方式，通过螺旋形状可以最大化对操作表面4和待成型的工件的冷却效果。

图12示出了工具元件10的另一实施例，其可以具有根据前述示例性实施例中任一个的第一冷却管道11。在图12的透视图中可以看到与操作表面4相对的下表面5和在增材制造过程中已经产生的多个间隙14。在所示示例中，所述间隙14构造成六边形/棱柱形并且以蜂窝的方式布置。一方面由于间隙14可以节省材料和重量；另一方面，可以有针对性地影响工具元件10的导热性，因为所述导热性由于间隙14而局部降低。

正如上面已经提到的，所示出的每个示例性实施例中的第一冷却管道11可以具有整流部15，在下文中通过图13至16解释其构造。

图13示出了工具元件10的一部分的示意性剖视图，其具有形成第一冷却管道11的一部分的整流部15。以特斯拉阀的方式构造的整流部15在此被示出从而整体拉长；然而，所述整流部15也可以被配置为例如弯曲，其中下文描述的结构可以保持为修改形式。可以在整流部15内识别出几乎笔直的连续的主体部16以及以交替方式布置在主体部16的两侧的多个逆流部17。图14至16分别示出了图13的具有单个逆流部17的细节。当沿阻挡方向S观察时，逆流部17以锐角α从主体部16分支出来并且以钝角β再次通向主体部16。逆流部17在此一方面由在工具元件10的增材制造过程中已经制造的引导元件18界定。所述引导元件18设置在主体部16上并且当沿阻挡方向S观察时从主体部16的中心向外延伸。如图15所示，如果冷却液在阻挡方向S上流过整流部15，冷却剂流被引导元件18分流，由此一部分流过逆流部17，由此赋予方向的逆转，并且在相反方向上最终与主体部16中的冷却剂流相遇。导致层流不可能的大量湍流在此出现。如图13所示，由于多个逆流部17和相关的引导元件18相继设置，因此该效果得到了显著增强。然而，如果冷却液在与阻挡方向S相反的通过方向D被引导通过整流部15，则流经基本直的主要部16的冷却剂几乎是专门配置的，而在那些逆流部17中的流动可以忽略不计。因此在某些情况下可以构造至少大部分为层流。因此，整流部15在阻挡方向S上比在通过方向D上对冷却液具有显著更高的流动阻力。在所示的示例性实施例中，该差异可以对应于例如10和100之间的因数。

附图标记列表：

1 工具部件

2、3 表面

4 操作表面

5 下表面

10 工具元件

10.1 成型区域

10.2 边线区域

11、21 冷却管道

12、22 连接开口

13 凹槽

14 间隙

15 整流部

16 主体部

17 逆流部

18 引导元件

20 基部元件

α、β 角度

D 通过方向

S 阻挡方向

Claims (10)

1.一种用于成型工具的赋形工具部件(1)的制造方法，由增材制造制造工具元件(10)，其中所述工具元件(10)具有成型区域(10.1)，以及具有至少一个用于冷却液的第一冷却管道(11)，在成品状态下，所述成型区域(10.1)的表面(2)至少部分地形成所述工具部件(1)的赋形操作表面(4)，

其特征在于，

至少一个第一冷却管道(11)具有整流部(15)，所述整流部(15)在阻挡方向(S)上比在相反的通过方向(D)上对冷却液具有更高的流动阻力。

2.根据权利要求1所述的制造方法，

其特征在于，

至少一个整流部(15)具有主体部(16)和连接到所述主体部(16)的逆流部(17)，所述逆流部(17)在所述阻挡方向(S)上观察时以小于90°的角度(α)从所述主体部(16)分支出来，并且以大于90°的角度(β)以及因此在相反的方向上再次通向所述主体部(16)。

3.根据权利要求1或2所述的制造方法，

其特征在于，

至少一个整流部(15)具有主体部(16)，并且至少一个沿所述通过方向(D)倾斜的刚性引导元件(18)朝向所述主体部(16)的中心延伸。

4.根据前述权利要求之一所述的制造方法，

其特征在于，

由增材制造产生所述工具元件(10)内的多个间隙(14)，所述多个间隙(14)与每个第一冷却管道(11)间隔开。

5.根据前述权利要求之一所述的制造方法，

其特征在于，

所述工具元件(10)至少部分地插入所述工具部件(1)的基部元件(20)的凹部(23)中，由此至少一个第一冷却管道(11)流体地连接到配置在所述基部元件(20)内的第二冷却管道(21)。

6.根据权利要求5所述的制造方法，

其特征在于，

通过所述基部元件(20)的减材加工产生所述凹部(23)，其中去除所述基部元件(20)的随后被所述工具元件(10)替换的部分。

7.根据权利要求5或6之一所述的制造方法，

其特征在于，

在插入所述工具元件(10)之前，已经通过对所述基部元件(20)的减材加工产生至少一个第二冷却管道(21)。

8.根据前述权利要求之一所述的制造方法，

其特征在于，

由不同材料制成所述工具元件(10)的不同区域(10.1、10.2)。

9.根据权利要求5至8之一所述的制造方法，

其特征在于，

所述工具元件(10)至少在所述操作表面(4)的区域中由比所述基部元件(20)的材料更硬的材料制成。

10.根据权利要求5至9之一所述的制造方法，

其特征在于，

在所述工具元件(10)的所述增材制造中产生凹槽(13)，所述凹槽(13)围绕连接开口(12)，位于所述第一冷却管道(11)的端部的所述连接开口(12)配置为连接到第二冷却管道(21)，以及在将所述工具元件(10)插入所述凹槽(13)之前，将弹性密封元件(13)插入所述凹槽(13)。

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