JP6820152B2 - 部分的に硬化した成形品を製造する方法および装置 - Google Patents
部分的に硬化した成形品を製造する方法および装置 Download PDFInfo
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Description
説明
本発明は、特に自動車の構造的な構成部品と使用するための、部分的に硬化した成形品を製造する方法および装置に関する。
本発明は、特に自動車の構造的な構成部品と使用するための、部分的に硬化した成形品を製造する方法および装置に関する。
プレスにおいて２つのツール半部の間で構成部品を熱間成形および部分的に硬化させる方法および装置が、独国特許第１０２００５０３２１１３号明細書から公知である。ツール半部はそれぞれ複数のセグメントに分割されており、これらのセグメントは、断熱材によって互いに分離されている。構成部品の様々な領域において温度および冷却曲線を設定することができるように、温度を制御することによって２つのセグメントを加熱または冷却することができる。
欧州特許出願公開第１７１５０６６号明細書は、薄板金を成形および圧力硬化させる装置を提案している。成形ツールにおける複数の領域において薄板金を加熱し、かつ特定の焼きもどし作業によって材料構造に影響するために、成形ツールに加熱エレメントが組み込まれている。加熱エレメントは、断熱層によって、成形ツールの隣接する壁部に関して熱保護されている。
同時切断作業と組み合わされた熱間成形によって、金属成形部品を製造する方法が、独国特許出願公開第１０２００６０１５６６６号明細書から公知である。このために、圧力ラムに固定された上側ツールと、プレスのテーブルに力エレメントを介して支持されたダイと、切断パンチに固定された切断ツールとを備える組み合わせツールが利用される。切断パンチは、ダイのエッジまたは凹所に配置されている。切断は、４００℃〜７００℃の温度で行われる。
成形品は、特に自動車の構造的な構成部品として使用される場合、様々な技術的、時には相反する技術的特徴を有さねばならない。つまり、幾つかの領域において、成形品は、高い硬さおよび強度のそれぞれと、低い延性値とを特徴としなければならないのに対し、他の領域では、低い硬さおよび強度値と、高い延性値とを有さねばならない。その結果、ニアネットシェイプおよび特定の材料特性を備える成形品を製造するという要求が生じる。
本発明の課題は、単純かつ迅速に行うことができ、成形品がニアネットシェイプを有することを可能にする、部分的に硬化した成形品を製造する方法を提案することである。さらに、１つの課題は、高い精度および短いサイクル時間での、硬化した成形品の製造を可能にする装置を提供することである。
前記課題は、部分的に硬化した金属成形品を製造する方法であって、硬化可能かつ熱間成形可能な薄板金から成る半完成品を硬化温度に加熱するステップと、加熱された半完成品を組み合わされた熱間成形切断装置において三次元の成形品に熱間成形するステップと、成形品を組み合わされた熱間成形切断装置において切断するステップと、第１の部分領域が急速冷却によって硬化し、成形品の第２の部分領域は、第１の部分領域よりも高い延性および低い強度を有するように加熱して、成形品を熱間成形切断装置において硬化した成形品に圧力硬化させるステップとを含み、前記成形品の切断は、第１の部分領域および第２の部分領域のうちの少なくとも一方において行われる方法を提供することによって達成される。
前記プロセスの利点は、一回の方法段階において成形品を熱間成形、切断しかつ圧力硬化させることができるということである。別個の切断ツールにおける別個の切断作業というその後の作業は不要である。成形品の形状および構造に関する望ましくない変化を、最小限に減じることができる。所望の材料特性を備えたニアネットシェイプを有する成形品を単純な方式で製造することができる。「第１および第２の部分領域のうちの少なくとも一方」とは、成形品の切断ステップを第１の部分領域および／または第２の部分領域において行うことができることを意味する。
部品を硬化温度に加熱することは、開始部品全体が加熱されるか、または部分的に、部分領域のみが加熱されるように行うことができる。この文脈において、「硬化温度」とは、半完成品または構成部品の温度をいい、この温度は、急速冷却（急冷）によって構成部品をその後に硬化させるために必要な最低温度である。オーステナイト成形鋼の場合、最低硬化温度は、例えば、オーステナイト化温度である。急速冷却（急冷）は、特に、マルテンサイト硬さ構造が形成されるように、臨界冷却温度よりも低温で行われる。
成形品を切断するステップは、少なくとも、熱処理され、ひいては硬化した第１の部分よりも柔軟な構造を有する第２の部分領域において行うことができる。これは、切断がより容易に行われ、かつ切断ツールが僅かな摩耗しか生じないという点で有利である。この開示の文脈において、「少なくとも第１もしくは第２の部分領域」とは、成形品が、１つまたは複数の第１の部分領域と、１つまたは複数の第２の部分領域とを含むことができるということを含む。より柔軟な第２の部分領域のうちの少なくとも１つが切断されることが提案されているが、別の第２の部分領域は切断されないままであることができることおよび／または圧力硬化作業の前に１つまたは複数の第１の部分領域もまた部分的または完全に切断されることは、排除されない。１つの第１の部分領域または１つの第２の部分領域に言及する限り、これは、それぞれの部分領域のうちの少なくとも１つの意味である。
半完成品とも呼ばれる開始材料から成形品が製造されるが、その開始材料は、特に、薄鋼板のブランクであることができる。ブランクは、その長さおよび／または幅に沿って均一または可変のシート厚さを有することができる。可変シート厚さを有するブランクは、例えば、ストリップ材料のフレキシブル圧延と、その後、フレキシブル圧延されたストリップ材料からブランクを切断することによって、または異なるシート厚さを有するブランクの複数のピースを溶接することによって、製造することができる。
好適な実施の形態によれば、半完成品もしくは構成部品は、熱間成形プロセスの間にエッジ側の第２の部分領域において加熱される。これは、より柔軟な第２の部分領域のうちの少なくとも１つが成形品のエッジゾーンを形成し、このエッジゾーンが、組み合わされた熱間成形、切断および圧力硬化プロセスの間に切断されることを意味する。これにより、成形品は最終輪郭を獲得し、これにより、別個の切断プロセスは不要である。第２の部分領域は、熱間成形プロセスの間および／または後に空気流に曝すことができる。択一的にまたは付加的に、少なくとも部分的に空気流に曝すことができる、硬化させられる第１の部分領域にも当てはまる。硬化させられる第１の部分領域を短時間の空気流に曝すことは、高温の結果としての壁厚の過剰な減少を防止するという目的がある。
１つの実施の形態によれば、組み合わされた熱間成形切断装置は、少なくとも１つの上側ツール部分と少なくとも１つの下側ツール部分とを含むことができる。これらのツール部分は、構成部品を熱間成形するために閉鎖され、その際、特にツール部分の閉鎖中または閉鎖後に、切断作業が行われる。ツール部分は、２つのツール部分のうちの一方のみを移動させる一方で、他方のツール部分がその位置に固定されたままであることによって、または２つのツール部分を互いに向かって移動させることによって閉鎖することができる。熱間成形のために、少なくとも部分領域において硬化温度に加熱される半完成品は、上側および下側のツール部分の間に挿入される。２つのツール部分が押し付けられながら、成形ツールの輪郭が半完成品へ転移され、ひいては半完成品が成形品に成形される。硬化させられるべき第１の部分領域が切断されなければならないならば、ツール部分が完全に閉鎖される前に切断作業が行われるのが好ましい。より高い延性を有する第２の部分領域は、原則的に、任意の時点で、すなわち閉鎖作業の前、間および／または後、すなわち完全に閉鎖された後に、切断することができる。ツール部分が完全に閉鎖された結果、それは圧力ストロークの終了に対応し、第２の部分領域は、成形品と平面で接触し、これにより、第１の部分領域は迅速に冷却され、ひいては硬化させられる。第２の部分領域は、ツールにおける成形およびプレス作業の間、加熱される。このために、ツール部分のうちの少なくとも１つは、適切な焼きもどし装置を有しており、この焼きもどし装置によって、ツールは、成形品の第２の部分領域と接触する部分において加熱することができる。
ツール部分が閉鎖された後、成形品の第２の部分領域は、特に３００℃〜６００℃の規定された温度に保持することができる。閉鎖されたツール部分の間に保持された成形品のための保持時間は、０．５秒〜３６０秒であることができる。プレスストロークの終了時、すなわち、構成部品が少なくともほとんど成形されたとき、第２の部分領域は切断される。成形品は端部輪郭を有し、ツール部分が再び開かれた後に装置から取り出すことができる。ツール部分が開かれた後、成形品の第２の部分領域に対して空気を吹き付けることができる。焼きもどしされたツール部分が過熱されるのを防止するために、１つまたは複数のツール部分が一時的にまたは恒常的に、すなわち熱間成形の間および／または後に、冷却される別のプロセスステップを提供することができる。これは、加熱される第２のツール部分、および第１のツール部分に当てはまることができる。
さらに、前記課題は、金属成形品を製造する熱間成形切断装置であって、上側ツール部分と、下側ツール部分とを含み、上側ツール部分および下側ツール部分は、上側ツール部分と下側ツール部分との間に挿入された半完成品を成形品に成形するために閉鎖することができ、上側ツール部分および下側ツール部分のうちの少なくとも一方は、閉鎖中に半完成品の第１の部分領域と接触する第１のツール部分を有し、第１のツール部分は第１の焼きもどし装置を有しており、第１の焼きもどし装置によって、第１のツール部分を第１の温度に設定することができ、上側ツール部分および下側ツール部分のうちの少なくとも１つは、閉鎖中に半完成品の第２の部分領域と接触する第２のツール部分を有し、第２のツール部分は、第２の焼きもどし装置を有しており、第２の焼きもどし装置によって、第２のツール部分は、第１のツール部分の第１の温度よりも高い第２の温度に設定することができ、上側ツール部分および下側ツール部分のうちの少なくとも一方は、第１のツール部分および第２のツール部分のうちの少なくとも一方に少なくとも１つの切断ツールを有しており、切断ツールは、それぞれの第１および／または第２の部分領域において成形品を切断するように構成されている、金属成形品を製造する熱間成形切断装置、によって達成される。
前記装置は、既に前記方法に関連して言及したものと同じ利点を達成する。特に、装置により、成形品を１つの方法段階において熱間成形、切断および部分的に硬化させることができる。装置は、所望の材料特性を有するニアエンド輪郭成形品の製造を実現する。全ての方法に関連する特徴は装置に適用することができ、また、その逆に、全ての装置に関連する特徴は方法に適用することができるという点において、方法及び装置は一緒に属するということが理解される。装置によってもしくは方法によって製造された成形品は、特に車体または車両シャーシ用の構造的な構成部品として使用されるのに適している。
第１の焼きもどし装置は、成形品が第１の部分領域において硬化させられるように第１のツール部分を急速に冷却するように設計されることが提案される。このために、第１の焼きもどし装置は冷却チャネルアセンブリを有することができ、この冷却チャネルアセンブリを通って冷却媒体が流れる。冷却チャネルは、第１の部分領域と接触するツール面が冷却されるようにツールを通って延びている。冷却媒体は例えば水であることができる。さらに、第２の焼きもどし装置は、成形品が第１の部分領域よりも第２の部分領域において高い延性を得るように、第２のツール部分を加熱するように設計されている。第２の焼きもどし装置は、第２のツール部分の適切なキャビティに配置することができる１つまたは複数の加熱カートリッジを有することができる。加熱カートリッジは、加熱されることによって構成部品がより高い延性を得るツールの領域に配置されており、加熱カートリッジの熱はツールへ、さらにツールから構成部品へ伝達される。
ツールを加熱する焼きもどし装置に加え、冷却のための冷却アセンブリを第２のツール部分に提供することができ、この冷却アセンブリに流体を通過させることができる。これにより、ツールが過熱することを防止することができる。このようなチャネル配列は第１のツール部分に設けることもできることが理解される。第１および第２のツール部分はそれぞれ、閉鎖中に構成部品と接触する少なくとも１つの成形面を有しており、チャネルアセンブリのチャネルのうちの少なくとも幾つかは、成形面のうちの１つにおいて終わるように設計することができる。この場合、使用される流体は好適には、構成部品に対して吹き付けることができる空気である。これにより、成形品は冷却され、その際、空気は同時にツールへの冷却効果を有する。別の実施の形態によれば、冷却チャネルが成形面において終わるのではなく、単にその面から所定の距離においてツール内に延びていることもできる。この場合、冷却チャネルは、特に、ツールを加熱するための焼きもどし装置の部分よりもツール表面からより深い距離に配置することができる。
１つの実施の形態によれば、第２のツール部分と、第１のツール部分とは、断熱材料または間隙によって互いに分離させることができる。後者の場合、間隙は、２つのツール部分の間の断熱効果を有し、これにより、設定される温度に関して、ツール部分は互いに不都合な形式で影響することはできない。択一的にまたは付加的に、第１および第２のツール部分は、互いに直接に、すなわち両者の間に間隙を有することなく隣接することができる。
原則的に、成形品を切断する切断ツールは、成形品の切断が必要とされる熱間成形切断装置の任意のところに配置することができる。特に、切断ツールは、成形品の突出したエッジが切り取られるように、第１および／または第２のツール部分のエッジ領域に配置することができる。これにより、成形品は、組み合わされた熱間成形切断装置において有利な形式でニアエンド輪郭を備えて製造することができる。製造される成形品の中央領域、すなわちエッジから所定の距離において、例えばその領域に貫通孔またはボアを形成するために、別の切断ツールを配置することもできることが理解される。
特に、熱間成形および切断装置の切断ツールは、上側または下側ツール部分のうちの一方に接続された切断パンチと、上側および下側のツール部分のうちの他方に接続された切断ダイと、シートブランク廃棄物用のスペースとを有することが提案される。熱間成形切断プロセスのための移動機構に関して、熱間成形切断装置は、成形品を圧力硬化させる前に切断が行われるように設計されている。このために、冷却されるツール部分との完全な平面での接触の結果として成形品が冷却される前に、切断ツールが成形品において切断作業を行うことが提案される。この実施の形態は、硬化した構成部品が、コストおよびエネルギを節約する形式で切断されることを可能にする。
発明の好適な実施の形態を以下に図面を参照しながら説明する。
図１から図７を以下でまとめて説明する。
図１および図２は、三次元の金属成形品を製造するための熱間成形切断装置２の断面図を示している。三次元成形品２０を製造するための開始材料は、半完成品１９、特に、成形切断または平坦構成部品とも呼ぶことができる薄鋼板のブランクである。
半完成品１９は、薄鋼板のストリップ材料から製造することができる。ストリップ材料は、予め加熱された後に圧延することによって得ることができ、これは、高温（熱間圧延された）ストリップとも呼ばれ、および／またはストリップ材料は冷間圧延することができ、その際、厚さの最終的な除去は、事前加熱なしに圧延することによって達成され、これは、低温（冷間圧延された）ストリップとも呼ばれる。成形される半完成品は、構成部品の長さおよび／または幅それぞれに沿って均一なシート厚さを有することができる。半完成品は様々な厚さの領域を有することもでき、これは、様々な方法によって、例えば、フレキシブル圧延（テーラー圧延されたブランク）、ストリッププロフィル圧延、または異なるシート厚さを有する個々のシートプレートを溶接することによって（テーラー溶接されたブランク）、製造することができる。
フレキシブル圧延の場合、実質的に均一なシート厚さを備えるストリップ材料は、材料の長さに沿って可変シート厚さを備えるストリップ材料を製造するプロセスの間、圧延間隙を変化させることによって圧延される。フレキシブル圧延によって製造された、異なる厚さを備える部分は、長手方向および圧延方向それぞれに対して横方向に延びている。ストリッププロフィル圧延の場合、実質的に均一な厚さを有する、薄板金材料、すなわち、ストリップ材料または個々の薄板金エレメントが、圧延プロフィルを通って、材料の幅に沿って可変厚さを備える薄板金材料に圧延される。ストリッププロフィル圧延によって製造された様々な厚さを備える部分は、薄板金材料の長手方向に沿って延びている。圧延プロファイリングとも呼ばれるストリッププロフィル圧延の場合、薄板金材料の個々の領域は、外側に向かって急冷される。
熱間成形切断装置２は、あらゆる方法によって製造されたブランク１９を成形品２０にさらに加工するのに適している。熱間成形切断装置２の具体的な設計は、製造される成形品の輪郭に依存する。ここに示された装置２は、自動車のＢコラム用の成形品を製造するために機能する。Ｂコラムを製造するためのプロフィル切断部品１９は、図３に平面図で示されている。平坦なプロフィル切断部品１９から製造された三次元のＢコラム２０は、図４に示されている。断面図において、Ｂコラムは、ほぼハット状輪郭を有する。
Ｂコラムを製造するために示された熱間成形切断装置２は、複数の上側ツール部分３，４，５と、複数の下側ツール部分６，７，８とを有しており、これらの間に、平坦な半完成品が挿入され、上側ツール部分３，４，５を下側ツール部分６，７，８に対して、下側ツール部分６，７，８に向かって移動させることによって、三次元成形品に成形される。下側ツール部分６，７，８は、キャリヤエレメント９，１０に固定されている。
さらに、熱間成形切断装置２は、成形品２０を切断および成形するように設計された複数の切断ツール１１，１２を有する。各切断ツール１１，１２は、装置が閉鎖されている間に成形品の突出部分を切り取るために協働するブレード３１，３２およびカウンターブレード３３，３４を有する。切断パンチおよび切断ダイとも呼ぶこともできるブレードおよびカウンターブレードは、好適には、硬化された材料から製造されている。ブレード３１，３２は、それぞれ下側ツール部分７の横方向凹所に配置されており、この横方向凹所に固定して結合されていることが分かる。これは、例えば、ツール部分７におけるボアホイール２２によって示されたねじ山接続によって達成され、その他の一般的に使用されるタイプの接続も可能である。
上側ツール部分３，４，５および下側ツール部分６，７，８はそれぞれツール部分１３，１４，１５；１６，１７，１８を有しており、これらのツール部分は、表面の近くに配置されており、ツールを閉鎖するとき、半完成品と接触する。下側ツール部分に対して上側ツール部分を閉鎖することによって、これらの間に位置決めされた平坦なシートバーは、三次元の成形品２０に成形される。形状付与（成形）ツール部分に対して、切断ツール１１，１２は、半完成品１９が既にほとんど成形品２０に成形されたとき、ただし装置２が完全に閉鎖される前、すなわち成形品２０がツール部分との完全な表面接触を生じることにより圧力硬化させられる前に、切断作業が行われるように配置されている。
表面の近くのツール部分を焼きもどしするための焼きもどし装置２３，２４，２５；２６，２７，２８が設けられている。焼きもどしとは、本開示の文脈において、特に、それぞれのツール部分を所定の温度に設定することをいい、それは冷却および／または加熱であることができる。上側または下側ツール部分３，４，５；６，７，８のうちの少なくとも１つは、ツール部分の第１の焼きもどし装置が冷却のために設計され、第２の焼きもどし装置がそれぞれのツール部分を加熱するために設計されるように、２つの異なる焼きもどし装置を有する。
これを、例として上側ツール部分３に関して説明する。上側ツール部分３の焼きもどし装置２３は、特に関連する第１のツール部分１３Ａを第１の温度Ｔ１に冷却するために機能する第１の焼きもどし部分２３Ａと、関連する第２のツール部分１３Ｂを第１の温度Ｔ１よりも高い第２の温度Ｔ２に加熱するように機能する第２の焼きもどし装置２３Ｂとを含む。第１のツール部分１３Ａのための第１の温度Ｔ１は、上側ツール部分３，４，５と下側ツール部分６，７，８との間のプレスプロセスの間に成形品２０がこの領域において硬化させられるように設定される。第１のツール部分１３Ａが第１の温度Ｔ１に冷却されることにより、構成部品１９は、硬化温度から、臨界冷却速度で急速に冷却され、高い硬さと高い強度をそれぞれ有する材料構造が達成される。
対照的に、第２のツール部分１３Ｂは、例えば３００℃〜６００℃であることができる第２の温度Ｔ２に加熱される。第２のツール部分１３Ｂを加熱することにより、成形品２０は、この領域において、硬化した第１の領域よりも高い延性と低い強度とが提供される。成形品２０の所要の構造的特性に従って、下側ツール部分６，７，８は、上側ツール部分３，４，５に対応するように設計される。すなわち、上側ツール部分３の冷却される第１のツール部分１３Ａに向き合って位置決めされる下側ツール部分７の第１のツール部分１７Ａも冷却されるのに対し、上側ツール部分３の加熱される第２のツール部分１３Ｂに向き合って配置された下側ツール部分７の第２のツール部分１７Ｂも加熱される。
上側ツール部分３および下側ツール部分７の第１の焼きもどし装置２３Ａ，２７Ａはそれぞれ、複数の冷却チャネルを備える冷却チャネルアセンブリを有しており、複数の冷却チャネルを冷却媒体が通過することができる。冷却チャネルは、冷却される半完成品もしくは半完成品から製造される構成部品の部分領域２１Ｂと接触するツール表面が冷却されるように、上側ツール部分３と下側ツール部分７とをそれぞれ通って延びている。冷却媒体は例えば水であることができる。
第２のツール部分１３Ｂ，１７Ｂを加熱するために機能する第２の焼きもどし装置２３Ｂ，２７Ｂは、第２のツール部分の適切な中空スペースに挿入された加熱カートリッジの形式で使用することができる。これにより、加熱カートリッジの熱は、第２のツール部分１３Ｂ，１７Ｂへ、さらにそこから、ツール部分１３Ｂ，１７Ｂの間に位置決めされた半完成品もしくは半完成品から製造される構成部品１９へ伝達される。
切断ツール１１は、上側および下側ツール部分３，７の加熱される第２のツール部分２３Ｂ，２７Ｂの領域に配置されていることが分かる。これにより、成形品２０を切断する作業は、加熱されたことにより、冷却される部分領域２１Ａよりも高い延性を有する部分領域２１Ｂにおいて行われる。これは、この加熱される領域において切断ツール１１，１２が僅かな摩耗しか生じないという点で有利である。しかしながら、１つまたは複数の別の切断ツールを、成形品を圧力硬化させるように設計されたツール部分にも提供することができるが、これは、圧力提供ストローク中の切断作業が時間に関して、ツール部分３，４，５；６，７，８が構成部品と完全に平面接触する前、ひいては成形品が硬化させられる前に行われるという点で、切断ツールの摩耗にとって重要ではない。
完全に閉鎖されたツール部分３，４，５；６，７，８の間における成形品２０のための保持時間は、０．５秒〜３６０秒であることができる。保持時間に達すると、成形品２０は、最終輪郭および所要の構造を有しており、ツール部分３，４，５；６，７，８が再び開かれた後に装置から取り出すことができる。
すなわち、硬化した第１の部分領域２１Ａと、延性の第２の部分領域２１Ｂとを備える、部分的に硬化した金属成形品２０を製造する本発明の方法は、図５に概略的に示したように、以下の方法ステップを含む。硬化可能な熱間成形可能な薄鋼板から製造された半完成品１９を、少なくとも第１の部分領域２１Ａにおいて硬化温度に加熱する（段階Ｓ１０）。これは、例えば誘導加熱によってまたは炉において達成することができる。その後、半完成品１９は、組み合わされた熱間成形および切断装置２において、三次元の成形品２０に熱間成形される（段階Ｓ２０）。半完成品が少なくともほとんど成形品２０に成形されると、成形品２０は、熱間成形および切断装置２において切断される（段階Ｓ３０）。別の方法段階（Ｓ４０）において、成形品２０は、第１の部分領域２１Ａが急速冷却によって硬化させられ、かつ成形品２０の第２の部分領域２１Ｂが、加熱されることにより第１の部分領域２１Ａよりも高い延性および低い強度を備えて製造されるように、熱間成形切断装置２において圧力硬化させられる。その後、構成部品１９は、熱間成形切断装置２において、少なくとも第２の部分領域２１Ｂにおいて、切断ツール１１によって切断され、これは、時間的に、好適には硬化の前に行われる。加熱されたツール部分が過熱するのを防止するために、前記ツール部分が一時的または恒常的に冷却される別の方法段階を提供することができる。
前記方法にしたがって熱間成形切断装置２において製造されたＢコラムの形式の成形品が、図４に示されている。前記Ｂコラムまたは成形品２０は、図面において暗くなった、より高い延性およびより低い強度を備える領域２１Ｂを有する。より高い強度およびより低い延性を有する硬化した領域２１Ａも示されている。領域２１Ｂの少なくとも一部は、ホットカットされている。この実施の形態は例としてのみ示されており、成形品２０の具体的な実施の形態はそれぞれの技術的要求に依存することが理解される。
図６は、図１および図２の実施の形態にほとんど対応する変更された実施の形態における本発明の熱間成形および切断装置２を示しており、共通の特徴に関する限り、上記説明が参照される。同じ細部または互いに対応する細部は、図１および図２に示されたものと同じ参照符号で示されている。
この実施の形態の特徴である相違点は、１つの上側ツール部分３および１つの下側ツール部分７のみが設けられているということであるが、２つ以上の上側および下側ツール部分も可能である。上側ツール部分３および下側ツール部分７はそれぞれ、成形部品２０を圧力硬化させるために冷却される第１のツール部分１３Ａ，１７Ａを有しており、簡略にするために冷却チャネルは示されていない。さらに、上側ツール部分３および下側ツール部分７はそれぞれ、構成部品１９を加熱するための焼きもどし装置２３Ｂ，２７Ｂがそれぞれ設けられた第２のツール部分１３Ｂ，１７Ｂを有する。この実施の形態では、焼きもどし装置２３Ｂ，２７Ｂは、加熱プレートの形式で設けられており、加熱プレートの温度Ｔ２は適切な温度制御手段によって設定することができる。加熱される第２のツール部分１３Ｂ，１７Ｂは、断熱材料３７，３８または空隙によって、冷却される第１のツール部分１３Ａ，１７Ａに対して断熱されている。
さらに、切断ツール１１が、上側および下側のツール部分３，７の第２のツール部分１３Ｂ，１７Ｂの領域に示されている。ブレード３１は、例えばねじ山接続によって上側ツール部分３に確実に接続されており、カウンターブレード３３は、下側ツール部分７に関連させられている、もしくは下側ツール部分に確実に接続されている。カウンターブレード３３に横方向に隣接するツール部分７のエッジ領域には、構成部品１９の切り取られたエッジのための自由空間として機能する凹所３５が設けられている。さらに、第２の切断ツール１２が、上側および下側ツール部分３，７の冷却される第１のツール部分１３Ａ，１７Ａのエッジ領域に示されている。ブレード３２は上側ツール部分３に固定して接続されているのに対し、カウンターブレード３４は下側ツール部分７に接続されている。凹所３６がカウンターブレード３４に横方向に隣接して設けられており、この凹所３６はシートブランク廃棄物用の自由空間として機能する。
この実施の形態では、成形品２０を切断する作業は、成形品を硬化させるために冷却されるツール部分１３Ａ，１７Ａと、延性を保証するために加熱されるツール部分１３Ｂ，１７Ｂとの双方において行われる。
図７は、図６と、図１および図２それぞれの実施の形態にほとんど対応する別の変更された実施の形態における本発明の熱間成形切断装置２を示しており、共通の特徴に関する限り、上記実施の形態が参照される。同じ細部または互いに対応する細部は、図６ならびに図１および図２それぞれに示されたものと同じ参照符号で示されている。
この実施の形態の特別な特徴は、第２のツール部分１３Ｂ，１７Ｂにそれぞれ冷却装置が設けられているということである。冷却装置は、第２のツール部分１３Ｂ，１７Ｂを貫通して延びかつ成形面において終わった複数のチャネルを備えるチャネルアセンブリ３９，４０を有する。その限りにおいて、冷却装置は２つの機能を有する。すなわち、過熱を回避するために第２のツール部分１３Ｂ，１７Ｂを冷却する機能と、装置が再び開かれた後に構成部品を冷却するために構成部品に対して空気流を方向付ける機能である。冷却媒体は空気である。
全体として、本発明の装置および本発明の装置を用いて実施される方法は、成形品を１つの方法段階において熱間成形し、所定の形状に切断し、圧力硬化させることができるという点で有利である。所要の材料特性を備える、ニアエンド輪郭成形品が製造される。
２ 熱間成形切断装置
３ 上側ツール部分
４ 上側ツール部分
５ 上側ツール部分
６ 下側ツール部分
７ 下側ツール部分
８ 下側ツール部分
９ キャリヤエレメント
１０ キャリヤエレメント
１１ 切断ツール
１２ 切断ツール
１３，１３Ａ，１３Ｂ ツール部分
１４ ツール部分
１５ ツール部分
１６ ツール部分
１７，１７Ａ，１７Ｂ ツール部分
１８ ツール部分
１９ 半完成品
２０ 成形部品
２１Ａ 第１の部分領域
２１Ｂ 第２の部分領域
２２ ボア
２３，２３Ａ，２３Ｂ 焼きもどし装置
２４ 焼きもどし装置
２５ 焼きもどし装置
２６ 焼きもどし装置
２７ 焼きもどし装置
２８ 焼きもどし装置
３１ ブレード
３２ ブレード
３３ カウンターブレード
３４ カウンターブレード
３５ 凹所
３６ 凹所
３７ 断熱材料
３８ 断熱材料
３９ チャネルアセンブリ
４０ チャネルアセンブリ
Ｓ 方法ステップ
Ｔ 温度
３ 上側ツール部分
４ 上側ツール部分
５ 上側ツール部分
６ 下側ツール部分
７ 下側ツール部分
８ 下側ツール部分
９ キャリヤエレメント
１０ キャリヤエレメント
１１ 切断ツール
１２ 切断ツール
１３，１３Ａ，１３Ｂ ツール部分
１４ ツール部分
１５ ツール部分
１６ ツール部分
１７，１７Ａ，１７Ｂ ツール部分
１８ ツール部分
１９ 半完成品
２０ 成形部品
２１Ａ 第１の部分領域
２１Ｂ 第２の部分領域
２２ ボア
２３，２３Ａ，２３Ｂ 焼きもどし装置
２４ 焼きもどし装置
２５ 焼きもどし装置
２６ 焼きもどし装置
２７ 焼きもどし装置
２８ 焼きもどし装置
３１ ブレード
３２ ブレード
３３ カウンターブレード
３４ カウンターブレード
３５ 凹所
３６ 凹所
３７ 断熱材料
３８ 断熱材料
３９ チャネルアセンブリ
４０ チャネルアセンブリ
Ｓ 方法ステップ
Ｔ 温度
Claims (8)
- 部分的に硬化した金属成形品を製造する方法であって、
硬化可能かつ熱間成形可能な薄板金から成る半完成品（１９）を硬化温度に加熱するステップ（Ｓ１０）と、
加熱された前記半完成品を組み合わされた熱間成形切断装置（２）において三次元の成形品（２０）に熱間成形するステップ（Ｓ２０）であって、前記組み合わされた熱間成形切断装置（２）は、前記半完成品（１９）を熱間成形するために閉鎖される上側ツール部分（３，４，５）および下側ツール部分（６，７，８）を含む、前記熱間成形するステップ（Ｓ２０）と、
前記成形品（２０）を前記熱間成形切断装置（２）において切断するステップ（Ｓ３０）と、
前記成形品（２０）を前記熱間成形切断装置（２）において硬化した成形品（２０）に圧力硬化させるステップ（Ｓ４０）であって、前記上側ツール部分（３，４，５）および前記下側ツール部分（６，７，８）のうちの少なくとも１つは、熱間成形（Ｓ２０）および圧力硬化（Ｓ４０）の間に前記成形品（２０）の第１の部分領域（２１Ａ）と接触する第１のツール部分（１３Ａ，１７Ａ）を有し、該第１のツール部分（１３Ａ，１７Ａ）を冷却することにより、前記第１の部分領域（２１Ａ）を急速冷却によって硬化させ、前記上側ツール部分（３，４，５）および前記下側ツール部分（６，７，８）のうちの少なくとも１つは、熱間成形（Ｓ２０）および圧力硬化（Ｓ４０）の間に前記成形品（２０）の第２の部分領域（２１Ｂ）と接触する第２のツール部分（１３Ｂ，１７Ｂ）を有し、該第２のツール部分（１３Ｂ，１７Ｂ）を加熱することにより、前記成形品（２０）の前記第２の部分領域（２１Ｂ）を、前記第１の部分領域（２１Ａ）よりも高い延性および低い強度を得るように熱処理し、前記第２のツール部分（１３Ｂ，１７Ｂ）は、過熱を回避するために、一時的または恒常的に冷却されることがさらに提供される、前記圧力硬化させるステップ（Ｓ４０）と、を含む方法において、
前記成形品（２０）を切断するステップ（Ｓ３０）を、少なくとも１つの前記第２の部分領域（２１Ｂ）において行うことを特徴とする、部分的に硬化した金属成形品を製造する方法。 - 前記上側ツール部分（３，４，５）および前記下側ツール部分（６，７，８）が閉鎖されている間、圧力硬化（Ｓ４０）の前に、切断（Ｓ３０）を行い、
前記上側ツール部分（３，４，５）および前記下側ツール部分（６，７，８）が閉鎖された後、前記半完成品（１９）を前記第２の部分領域において３００℃〜６００℃の温度（Ｔ２）に保持し、
前記上側ツール部分（３，４，５）および前記下側ツール部分（６，７，８）を０．５秒〜３６０秒の間だけ閉鎖させておく、請求項１記載の方法。 - 前記第１のツール部分（１３Ａ，１７Ａ）および前記第２のツール部分（１３Ｂ，１７Ｂ）のうちの少なくとも一方を、熱間成形の前、間および／または後に冷却し、
前記成形品（２０）の前記第１の部分領域（２１Ａ）および前記第２の部分領域（２１Ｂ）のうちの少なくとも一方を、前記上側ツール部分（３，４，５）および前記下側ツール部分（６，７，８）が開かれている間および／または開かれた後に空気流に曝す、請求項１または２記載の方法。 - 金属成形品を製造する熱間成形切断装置（２）であって、
上側ツール部分（３，４，５）と、
下側ツール部分（６，７，８）とを含み、
前記上側ツール部分（３，４，５）および前記下側ツール部分（６，７，８）は、前記上側ツール部分（３，４，５）と前記下側ツール部分（６，７，８）との間に挿入された半完成品（１９）を成形品（２０）に成形するために閉鎖することができ、前記上側ツール部分（３，４，５）および前記下側ツール部分（６，７，８）のうちの少なくとも１つは、閉鎖中に前記半完成品（１９）の第１の部分領域（２１Ａ）と接触する第１のツール部分（１３Ａ，１７Ａ）を有し、該第１のツール部分（１３Ａ，１７Ａ）は第１の焼きもどし装置（２３Ａ，２７Ａ）を有しており、該第１の焼きもどし装置（２３Ａ，２７Ａ）によって、前記第１のツール部分（１３Ａ，１７Ａ）を第１の温度（Ｔ１）に設定することができ、前記上側ツール部分（３，４，５）および前記下側ツール部分（６，７，８）のうちの少なくとも１つは、閉鎖中に前記半完成品（１９）の第２の部分領域（２１Ｂ）と接触する第２のツール部分（１３Ｂ，１７Ｂ）を有し、前記第２のツール部分（１３Ｂ，１７Ｂ）は、第２の焼きもどし装置（２３Ｂ，２７Ｂ）を有しており、該第２の焼きもどし装置（２３Ｂ，２７Ｂ）によって、前記第２のツール部分（１３Ｂ，１７Ｂ）を、前記第１のツール部分（１３Ａ，１７Ａ）の前記第１の温度（Ｔ１）よりも高い第２の温度（Ｔ２）に設定することができ、前記第２のツール部分（１３Ｂ，１７Ｂ）は、チャネル配列（３９，４０）を含み、該チャネル配列（３９，４０）を通って流体が流れることができ、
前記上側ツール部分（３，４，５）および前記下側ツール部分（６，７，８）のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの前記第２のツール部分（１３Ｂ，１７Ｂ）において、前記第２の部分領域（２１Ｂ）における前記成形品を切断するように設計された少なくとも１つの切断ツール（１１，１２）を有することを特徴とする、金属成形品を製造する熱間成形切断装置（２）。 - 前記第１の焼きもどし装置（２３Ａ，２７Ａ）は、前記成形品（２０）が前記第１の部分領域（２１Ａ）において硬化させられるように前記第１のツール部分（１３Ａ，１７Ａ）を急速に冷却するように設計されており、
前記第２の焼きもどし装置（２３Ｂ，２７Ｂ）は、前記成形品（２０）が前記第１の部分領域（２１Ａ）におけるよりも前記第２の部分領域（２１Ｂ）においてより高い延性を得るように前記第２のツール部分（１３Ｂ，１７Ｂ）を加熱するように設計されており、
前記第１の焼きもどし装置（２３Ａ，２７Ａ）は、冷却チャネル配列を有し、該冷却チャネル配列を通って冷却媒体が流れることができる、および
前記第２の焼きもどし装置（２３Ｂ，２７Ｂ）は、前記第２のツール部分（１３Ｂ，１７Ｂ）のキャビティに収容された複数の加熱カートリッジを含む、請求項４記載の熱間成形切断装置（２）。 - 前記第１のツール部分（１３Ａ，１７Ａ）および前記第２のツール部分（１３Ｂ，１７Ｂ）はそれぞれ、閉鎖中に前記半完成品（１９）と接触する成形面を有し、前記チャネル配列（３９，４０）の少なくとも部分的な数のチャネルは前記成形面において終わっており、これにより、前記チャネルから出た空気を前記半完成品に対して吹き付けることができる、請求項４または５記載の熱間成形切断装置（２）。
- 前記第２のツール部分（１３Ｂ，１７Ｂ）と前記第１のツール部分（１３Ａ，１７Ａ）とは、断熱材料（３７，３８）によって互いに分離されている、請求項４から６までのいずれか１項記載の熱間成形切断装置（２）。
- 前記切断ツール（１１，１２）は、それぞれ前記第１のツール部分（１３Ａ，１７Ａ）および前記第２のツール部分（１３Ｂ，１７Ｂ）のエッジ領域に配置されており、かつ少なくとも前記熱間成形切断装置（２）の部分的な周方向部分にわたって延びており、
前記切断ツール（２）は、前記上側ツール部分（３，４，５）および前記下側ツール部分（６，７，８）のうちの１つに接続された切断パンチ（３１）と、前記上側ツール部分（３，４，５）および下側ツール部分（６，７，８）のうちの他の１つに接続された切断ダイ（３３）と、シートブランク廃棄物用の凹所（３５，３６）とを有する、請求項４から７までのいずれか１項記載の熱間成形切断装置（２）。
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