專利名稱：用于制造淬火的成型構件的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于制造淬火的成型構件的方法和裝置，特別是用于制造汽車的結構部件或車身構件。
背景技術：
為了減輕重量和提高碰撞強度，在汽車工業(yè)中使用高強度的鋼板，這種鋼板被熱成形加工為成型構件并進行加壓淬火。對金屬板進行熱成形加工和加壓淬火本身是已知的，例如DE 24 524 86 Al中就公開過。在此，對金屬板坯進行加熱，直到材料的特定的奧氏體化溫度范圍中的一個溫度，這就是說，加熱到超過轉化溫度ACl的一個溫度，優(yōu)選是大于AC3，加熱是在一熱處理設備中進行的，然后將該金屬板坯放進壓制模具中，并進行成形加工。成型構件被夾持在壓制模具中，通過冷卻加以淬火硬化。就淬火所需的冷卻而言，分為間接冷卻和直接冷卻。間接冷卻是通過冷卻通道實現的，這些冷卻通道以鉆孔或縫隙的形式(甬道冷卻)離成形表面一定距離地加設于模具中。一種冷卻劑(通常是水)通過這些冷卻通道流過，該冷卻劑將從熱的成型構件傳遞到模具上的熱量向外排出。采用直接冷卻時，成型構件在熱成型模中直接地與冷卻介質相接觸。按DE 10 2005 028 010 B3中所介紹的熱成型模，壓型機的下模具處于一個液體浴內。在此，模具幾何構形的各部分甚至全部的模具幾何構形都可以處在液面之下。要進行熱成形和要進行淬火的板材成型件則被置于液面之上，在壓型機行進時，便通過上模具而浸入液體浴中并被深拉到下模具中。此外，DE 26 03 618 Al也公開了在熱成型模中直接冷卻的方法。在下模具和上模具的成形面上，加設有同心的環(huán)形槽，通過模具所導引的冷卻通道都通入這些環(huán)形槽中。 冷卻液通過這些冷卻通道被一直引入到環(huán)形槽中而直接地與要淬火的板材成型件相接觸。 這種直接冷卻至少在理論上可以期待獲得一種改進的冷卻，因為冷卻液直接與成型構件相接觸。在實際中，接觸壓力或者說是在成型構件和熱成型模之間的接觸條件對熱傳輸和熱排出有很大的影響。模具都是使用計算機數控的機器(CNC-機)制成的，精密度達百分之幾毫米，隨后加以刮研處理，借以使成型構件和模具之間的隙縫保持盡可能的小。盡管做出了各種努力，但仍可能在構件出現拉伸的區(qū)域內或者在陡直的側面的區(qū)域內，在構件和模具之間產生空隙，這種空隙有很強的絕緣作用，從而在此使熱傳輸受損。由于磨損之故， 構件和模具之間的空隙也是不能避免的。作為冷卻劑或冷卻液，大都使用水，其高的汽化焓有利于冷卻過程。視成型構件上的表面溫度的高低而定，在冷卻劑和成型構件之間進行接觸時便會出現不同的蒸發(fā)現象。在高的表面溫度情況下，水便汽化，并在成型構件表面上形成一層蒸汽膜，該蒸汽膜由于相比液體有小得多的導熱能力之故而起著絕熱作用。在膜蒸發(fā)的區(qū)域內， 成型構件因此只能比較緩慢地冷卻下來。當待冷卻的表面未超過所謂的萊頓冷凍溫度(Leidenfrosttemperatur)時，就會局部地和不規(guī)則分布地在成型構件表面上在液體和成型構件之間出現直接的接觸。被冷卻下來的熱流在這些區(qū)域內升高。一旦冷卻劑的溫度低于蒸發(fā)溫度，就不再產生蒸發(fā)，熱量便會在成型構件表面完全被潤濕的情況下對流地被傳導。冷卻劑的上述蒸發(fā)現象或者說相態(tài)在冷卻期間可能導致在成型構件上出現局部以及時間上不同的和不可控制的冷卻過程。這一點對成型構件的特性和最終對產品質量都是有影響的。

發(fā)明內容
從現有技術出發(fā)，本發(fā)明的目的是，開發(fā)出一種方法和一種裝置，用于制造淬火的成型構件，以提高熱傳導的效率，并從而改進冷卻作用，以及借以能夠精確地、在工藝上可靠地和可重現地調整成型構件的材料特征值。上述目的的第一個解決方案見權利要求1中所述。本解決方案的核心思想規(guī)定 對冷卻劑的聚集態(tài)進行控制。通過利用壓力和冷卻劑量對聚集態(tài)的有針對性的控制和通過對液相及汽態(tài)相和/或氣相的調整，便可在改進的冷卻過程控制條件下，排出高的熱流。此外，還可在硬度和抗拉強度方面完全地或部分地不同程度調整成型構件的材料特征值。針對發(fā)明目的的方法部分的第二個解決方案如權利要求3中所述，是在于這樣一種方法，其中，將成型構件在熱成型模中通過利用冷卻劑進行的直接冷卻而加以淬火。依本發(fā)明，成型構件至少部分地用冷卻劑加以冷卻，其壓力是在該冷卻劑的蒸汽壓力以上，其中，冷卻劑以達到25MPa的壓力被送入到前室中。為了改善接觸，并從而改善從成型構件至熱成型模的熱量導出，將模具造型空間中在成型構件和模具之間或者說接觸面之間的、不合乎要求的空隙加以封閉，為此，將冷卻劑以在該冷卻劑的蒸汽壓力以上的壓力送入到造型空間中或上模具和下模具之間的模具間隙中。因此，本發(fā)明的這一方面的目標是在冷卻過程中獲得冷卻劑的一種穩(wěn)定的液相。 冷卻劑的汽化是通過在蒸汽曲線以上的一個提高的壓力范圍內的工作而受到制止的。通過被送入造型空間中或送入到成型構件和模具的接觸面之間的間隙中的冷卻劑，與否則存在氣墊的情況相反，極大地提高了熱傳導作用。這種熱傳導現在就理想地相當于良好的模具接觸情況下的熱傳導。本發(fā)明提出的方法的一些有利的發(fā)展是各從屬權利要求的主題。在造型空間中用冷卻劑對成型構件加載，以便將其冷卻和淬火，可以全面積地在整個構件表面上實施，或者局部地限于在成型構件的某些區(qū)域上實施。于是便可獲得一種全面加壓淬火的成型構件或一種部分淬火的或局部不同淬火的成型構件。還可以對成型構件的不同區(qū)域進行不同冷卻，從而賦予這些區(qū)域互不相同的硬度值和強度特性。將具有達到25MI^壓力的冷卻劑送入到造型空間中，而且是以很高的體積流量送入。冷卻劑供給的持續(xù)時間和/或壓力的高低也可加以改變。根據一項有利的發(fā)展，在造型空間中對成型構件的構件溫度加以測量。另外，也可以在造型空間的接觸面的區(qū)域內對模具溫度加以測量。根據構件溫度和/或模具溫度來控制冷卻劑供給的起始時間點和終止時間點。此外，在一種方法變型中提出造型空間中的冷卻劑分配是能夠可變地進行控制的。在此，成型構件的某些(第一)區(qū)域以冷卻劑加載，而其它(第二)區(qū)域則不以冷卻劑加載。也可將彼此不同的區(qū)域在時間上錯開地以冷卻劑加載，借以有針對性地或精確地調整在這些區(qū)域中適配于相應構件的材料特性。尤其是，當構件在某些區(qū)域中不同地加以冷卻時，有利的是，成型構件在從熱成型模中取出之后固定地保持于一冷卻站中。這樣就可避免成型構件由于熱應力之故造成的變形。為了有針對性地調整冷卻劑的聚集態(tài)，冷卻劑被送入或者說注入到造型空間中所用的壓力在冷卻階段期間在控制技術上應適配于冷卻劑的蒸汽壓力。視注射壓力而定，可以在模具間隙中產生一種具有良好導熱能力的水層或者產生一種具有另一種導熱能力的濕蒸汽。如前所述，壓力可按時間控制和/或按溫度控制，特別是，根據對熱成型模中的成型構件上和/或對熱成型模上的溫度測量來進行調整。此外，冷卻劑可以間歇性地注入到造型空間中。這樣就可獲得兩種在控制技術上即使在大批量生產的范圍內也可合理轉化的參數-脈沖時間和頻率。通過對每一脈沖的冷卻劑量以及其時間順序的有針對性的控制，便可排出高的熱流。針對發(fā)明目的的物的部分(裝置部分)的解決方案是在于具有權利要求13所述特征的一種熱成型模。該熱成型模包含上模具和下模具。在上模具上和/或在下模具中配置了流入通道，經由這些流入通道可以將冷卻介質導入到在上模具和下模具之間所形成的造型空間中，或者說導入到封閉的造型空間的模具間隙中。冷卻劑的聚集態(tài)是可調的。這一點可通過對壓力的高低的控制予以實現，該壓力指的是用于在冷卻過程期間將冷卻劑注入或壓入到造型空間中的壓力。為此，要為熱成型模配備所有各種必要的控制及調節(jié)技術裝置和機組，特別是高壓泵，壓力轉換器，高壓存儲器，注射控制裝置和/或冷卻劑量控制裝置。本發(fā)明提出的熱成型模的一些有利的和適宜的發(fā)展見權利要求14至16中所述。冷卻劑能夠以一定壓力注入到造型空間中，在此，該壓力的高低和/或冷卻劑的注射時間是可以控制的。在上模具中和/或在下模具中，為冷卻劑配置了供應管路。從供應管路分支出注射管路，注射管路通入造型空間中。按照熱成型模的一種改型，在造型空間的接觸面中設置有用于影響(調控)熱傳導的機構。對于該機構，可以特別是加熱元件、釋放出空裝置、空隙、用具有較小或較高導熱能力的材料制成的嵌件或者陶瓷嵌件。這種設計特別適用于制造局部不同淬火的成型構件。


下面將參照附圖和通過對不同實施例所作的說明，對本發(fā)明進行解釋。附圖表示圖1熱成型模的第一個實施形式的示意垂直剖視圖；圖2熱成型模的第二個實施形式的示意垂直剖視圖；圖3水的蒸汽壓力曲線；圖4水的蒸汽壓力曲線，示出了不同壓力高度的兩個點，在這兩個點上水存在不同的聚集態(tài)。
具體實施例方式圖1示出一個熱成型模1。該熱成型模主要包含一個上模具2和一個下模具3， 它們可以相對移動，并在它們之間形成一個造型空間4。可以看出，在造型空間4中，夾持著一個用鋼制成的、尚未加工成形的成型構件5。 由上模具2和下模具3之間的封閉的造型空間4所形成的模具間隙以6表示。為了制造出成型構件5，將一個用可淬火的鋼制成的板坯加熱到一種在奧氏體化溫度以上的淬火溫度， 然后將之引送到熱成型模1中，并加以成形加工。夾持在造型空間4中的成型構件通過快速冷卻到馬氏體起始溫度以下而被冷卻和被淬火。在上模具2中和在下模具3中配置了一些供應管路7，從供應管路分支出通往造型空間4的注射管路8。為了成型構件5的冷卻，將冷卻劑KM(通常是水)從供應管路7經由注射管路8注入到造型空間4中，或者說，注入到模具間隙6中和處于成型構件5和造型空間4的接觸面9之間的空隙10中。屬于熱成型模1的部件，此外還有在圖中未示出的增壓器和/或施壓器，以及用于冷卻劑壓力調整、冷卻劑量調整、冷卻劑供給的持續(xù)時間調整的控制及調節(jié)設備和溫度測量元件。在造型空間4中，通過注入或壓入冷卻劑KM和通過冷卻劑KM與成型構件5的接觸，實現一種直接冷卻。冷卻劑供應系統(tǒng)包括供應管路7、注射管路8及配屬的壓力技術裝置和儀表，其屬于第一冷卻系統(tǒng)。第一冷卻系統(tǒng)在高壓區(qū)工作，在此，冷卻劑KM的壓力和聚集態(tài)都是可調的。此外，還可看出，在上模具2和下模具3上有冷卻通道11。這些冷卻通道屬于第二冷卻系統(tǒng)，通過該第二冷卻系統(tǒng)實現對成型構件5的一種間接冷卻。冷卻介質被引導通過冷卻通道11，該冷卻介質吸收從熱的成型構件5傳遞給熱成型模1即上模具2和下模具 3的熱量，并將之向外排出。作為冷卻劑這里也優(yōu)選使用水。在第二冷卻系統(tǒng)中，冷卻劑最好在一種冷卻循環(huán)回路中以回復冷卻方式加以導引。在第一冷卻系統(tǒng)中的冷卻劑KM處于高壓之下，而在第二冷卻系統(tǒng)中的冷卻劑則處在6巴以下的工作壓力之下。圖2中所示的熱成型模12從配有上模具2和下模具3的基本結構而言，相當于前面參照圖1所說明的熱成型模1。因此，彼此相當的構件或構件部分都以相同的標記代號表示。重復內容不再贅述。熱成型模12與熱成型模1的不同之處在于取消了間接冷卻，在上模具2上和在下模具3中未配備單獨的冷卻通道，即沒有借以排出熱成型模12的熱量的單獨的冷卻通道。基本原理熱成型模1的設備設計能夠實現下述目的冷卻劑KM以在冷卻劑KM的蒸汽壓力 Pd以上的壓力Pkm送入到造型空間4中和模具間隙6中。這一點能確保冷卻劑KM有一種穩(wěn)定的液相。從而可保證實現高的熱傳導或高的熱排出，因此可實現一種非常良好的冷卻。由制造原因和磨損原因所致，在造型空間4的接觸面9和成型構件5之間所形成的空隙10被冷卻劑KM封閉。由于冷卻劑KM(現為水)處于一種在蒸汽壓力pD以上的高壓力pKM之下， 故可防止在其與成型構件5的熱的構件表面相接觸時發(fā)生汽化。冷卻是均勻地在整個成型構件表面上進行的。導熱不良的區(qū)域通過蒸汽形成而得以避免。圖3表示水的蒸汽壓力Pd 的曲線。按本發(fā)明的基本原理，調整冷卻劑KM的一種液體聚集態(tài)，在此狀態(tài)下，冷卻劑KM 的壓力Pkm在冷卻階段期間在蒸汽壓力Pd以上的范圍內進行調整。水這時以達到25MPa的壓力Pkm加以按時間控制地在很高的體積流量的情況下被壓噴到封閉的熱成型模1的造型空間4中或者說空隙10中。通過被注入到造型空間4中或模具間隙6中和空隙10中的、 處于高壓下的水，便可保證非常良好的熱傳輸，從而獲得高的冷卻效應。避免了水的汽化， 從而避免了不利的、絕熱性的蒸汽膜。熱傳輸至少近似地相當于在全面積的模具接觸情況下的傳熱。實施例1 通過對注射起始和注射終止的時間控制以及壓力高低，便可有針對性地控制成型構件的硬度。在此，最低硬度形成這樣的硬度，該硬度在成型構件上無注射冷卻的情況下在一定閉模維持時間內達到，直至最大的硬度，該硬度與構件材料的材料特性和合金設計有關。對注射起始和注射終止的控制也可以通過在模具中或相比較地在模具上的成型構件溫度的在線測量，予以實現。為此，在造型空間4中對成型構件5的構件溫度Tb加以測量。此外，也可在造型空間4的接觸面9的區(qū)域內對模具溫度Tw加以測量。冷卻劑供給的起始時間點Ta(注射起始)和終止時間點Te(注射終止)是根據構件溫度Tb和/或模具溫度1 加以控制的。實施例2 通過熱成型模1的可能極短的閉模維持時間，便可制造出部分淬火的成型構件5， 在此，只有成型構件5的某些部位在造型空間4中受到冷卻劑KM加載。在造型空間4的一些可控制的區(qū)域內實施分區(qū)段的冷卻劑注射，并相應地對成型構件5的那些在取出之后應該是淬硬的部位實施注射。在成型構件5的那些在熱成形和加壓淬火過程之后應具有較小強度的區(qū)域內，還可以附加地使用安置在造型空間4的接觸面9中的機構(該機構用于影響熱傳導)來延緩冷卻。這類機構例如指的是加熱元件、釋放出空裝置、空隙、用具有較小或較高導熱能力的材料制成的嵌件或者陶瓷嵌件。從熱成型模1中取出成型構件5，該成型構件具有至少兩個彼此有不同溫度的區(qū)域。該成型構件5為了進一步冷卻而固定地保持于一個專門的冷卻站上。這種措施對于一些軟的、不淬火的或不甚強烈地淬火的區(qū)域的確定冷卻可起到有利的作用，并防止成型構件5變形。實施例3 通過注射持續(xù)時間的改變，結合注射壓力Pkm的改變，便可自由地在一個成型構件 5上分布開地調定不同的傳熱系數。視注射壓力而定，可以在造型空間4中或者在處于上模具2和下模具3之間的模具間隙6中形成一個具有良好導熱能力的水層，或者產生一個具有另一種較差導熱能力的濕蒸汽。冷卻劑壓力的這兩個工作點見圖4標示。點1處在蒸汽壓力Pd的曲線上面的一個穩(wěn)定液相的范圍內；點2處在蒸汽壓力Pd的曲線下面的濕蒸汽范圍內。這樣就存在另一種有針對性地調整構件特性的可能性。實施例4 通過在濕蒸汽范圍內高壓注射冷卻的運行，可以有利地構建沒有常規(guī)冷卻的熱成型模。因此可采用如圖2中所示的一種熱成型模12，在此，放棄了間接冷卻系統(tǒng)。
在濕蒸汽范圍內操作的情況下，可將從成型構件傳導出的熱能平面地用于下述目的將水從液相轉換到氣相。為了在模具間隙6中不產生封閉的水膜，對注射壓力Pkm按時間控制或通過溫度測量而適配于成型構件5?；蛘咦鳛檫x擇，有比較地測量熱成型模1上的模具溫度Tw，或者說測量在造型空間4的接觸面9區(qū)域內的模具溫度，并使之恒常地適配于
蒸汽壓丈I Pd。
附圖標記
1熱成型模
2上模具
3下模具
4造型空間
5成型構件
6模具間隙
7供應管路
8注射管路
9接觸面
10空隙
11冷卻通道
12熱成型模
KM冷卻劑
Pkm冷卻劑壓力
Pd蒸汽壓力
權利要求
1.用于制造淬火的成型構件的方法，特別是用于制造汽車的結構部件或車身構件，其中，對金屬板坯進行加熱，然后在熱成型模(1)的造型空間(4)中將該金屬板坯熱成形加工為成型構件(5)，并通過與所述熱成型模(1)的造型空間(4)中的冷卻劑(KM)接觸進行淬火，為此，所述冷卻劑(KM)通過流入通道(7、8)被導入到所述造型空間(4)中，其特征在于對所述冷卻劑(KM)的聚集態(tài)進行調整。
2.按權利要求1所述的方法，其特征在于所述冷卻劑(KM)以達到25MPa的壓力(pA) 被送入到所述造型空間中。
3.用于制造淬火的成型構件的方法，特別是用于制造汽車的結構部件或車身構件，其中，對金屬板坯進行加熱，然后在熱成型模(1)的造型空間(4)中將該金屬板坯熱成形加工為成型構件(5)，并通過與所述熱成型模(1)的造型空間(4)中的冷卻劑(KM)接觸進行淬火，為此，所述冷卻劑(KM)通過流入通道(7、8)被導入到所述造型空間(4)中，其中，所述成型構件(5)至少局部地用冷卻劑(KM)加以冷卻，其壓力(Pkm)是處在該冷卻劑(KM)的蒸汽壓力(Pd)以上，其特征在于所述冷卻劑(KM)以達到25MPa的壓力(pA)被送入到所述造型空間(4)中。
4.按以上權利要求中至少一項所述的方法，其特征在于改變冷卻劑供給的持續(xù)時間和/或改變壓力(Pkm)的高低。
5.按以上權利要求中至少一項所述的方法，其特征在于在造型空間(4)中測量成型構件(5)的構件溫度(Tb)。
6.按以上權利要求中至少一項所述的方法，其特征在于在造型空間(4)的接觸面(9) 的區(qū)域內測量模具溫度(Tw)。
7.按以上權利要求中至少一項所述的方法，其特征在于根據構件溫度(Tb)和/或模具溫度(Tw)控制冷卻劑供給的起始時間點(Ta)和終止時間點(Te)。
8.按以上權利要求中至少一項所述的方法，其特征在于對造型空間中的冷卻劑分配能進行可變控制；特別是，成型構件(5)的一些第一區(qū)域以冷卻劑(KM)加載，而成型構件(5)的一些第二區(qū)域不以冷卻劑(KM)加載，或者一第一區(qū)域和一第二區(qū)域在時間上錯開地以冷卻劑(KM)加載。
9.按以上權利要求中至少一項所述的方法，其特征在于成型構件在從熱成型模(1) 中取出之后被固定地保持于一冷卻站中。
10.按以上權利要求中至少一項所述的方法，其特征在于冷卻劑(KM)以一定壓力 (Pkm)被送入到造型空間中，該壓力(Pkm)在冷卻階段期間在控制技術上適配于冷卻劑的蒸汽壓力(Pd)。
11.按以上權利要求中至少一項所述的方法，其特征在于壓力(Pkm)按時間控制和/ 或按溫度控制，特別是，根據熱成型模(1)中成型構件( 上的溫度測量和/或根據熱成型模(1)上的溫度測量進行調整。
12.按以上權利要求中至少一項所述的方法，其特征在于冷卻劑(KM)被間歇性地注入到造型空間中。
13.用于金屬板的成形加工和淬火的熱成型模，其包括上模具( 和下模具(3)，其中， 模具0，3)中的至少一個具有流入通道(7，8)，經由該流入通道能將冷卻劑(KM)導入到在上模具( 和下模具( 之間所形成的造型空間(4)中，其特征在于所述冷卻劑(KM)的聚集態(tài)是可調的。
14.按權利要求13所述的熱成型模，其特征在于冷卻劑(KM)能以一定壓力(pKM)注入到造型空間中，該壓力(Pkm)的高低和/或注射持續(xù)時間(Te)是可控的。
15.按權利要求13或14所述的熱成型模，其特征在于在上模具O)中和/或在下模具(3)中設置有用于冷卻劑(KM)的供應管路(7)和從所述供應管路(7)分支出來的并通入造型空間中的注射管路(8)。
16.按權利要求13至15中至少一項所述的熱成型模，其特征在于在造型空間(4)的接觸面(9)中設置有用于影響熱傳導的機構。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制造淬火的成型構件的方法和熱成型模，特別是用于制造汽車的結構部件或車身構件。對金屬板坯進行加熱，直到材料的特定奧氏體化溫度范圍內的一個溫度，然后在熱成型模(1)的造型空間(4)中將該金屬板坯熱成形加工為成型構件(5)，并通過與熱成型模(1)的造型空間(4)中的冷卻劑(KM)接觸進行淬火。為此，冷卻劑(KM)通過流入通道(7、8)被導入到造型空間(4)中。按本發(fā)明的第一個方面，成型構件(5)至少局部地用冷卻劑(KM)加以冷卻，其壓力(pKM)是處在該冷卻劑(KM)的蒸汽壓力(pD)以上。本發(fā)明的第二個方面規(guī)定冷卻劑(KM)的聚集態(tài)是可調的。
文檔編號B21D22/02GK102198465SQ20111006017
公開日2011年9月28日 申請日期2011年3月14日 優(yōu)先權日2010年3月23日
發(fā)明者C·希爾舍, M·佩爾曼 申請人:本特勒爾汽車技術有限公司