用于生產(chǎn)局部硬化的成形部件的工藝和裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)局部硬化的金屬成形部件的工藝，包括以下工藝步驟：將由可硬化的熱形成鋼板片構(gòu)成的半成品(19)加熱到硬化溫度；將在組合的熱形成切割裝置內(nèi)加熱的半成品(19)熱形成到三維的成形部件(20)；切割在組合的熱形成切割裝置內(nèi)的成形部件(20)；將在熱形成切割裝置內(nèi)的成形部件(20)壓力硬化為硬化的形成部件(20)，這樣，通過快速冷卻使得第一局部區(qū)域(21A)硬化，成形部件(20)的第二局部區(qū)域(21B)受到熱處理，以便獲得比第一局部區(qū)域(21A)大的延展性和低的強度，其中，切割成形部件的操作是在第一局部區(qū)域(21A)和第二局部區(qū)域(21B)中的至少一個區(qū)域內(nèi)進行的。本發(fā)明還涉及用于生產(chǎn)金屬成形部件的組合的熱成形切割裝置(2)。
【專利說明】
用于生產(chǎn)局部硬化的成形部件的工藝和裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)局部硬化的成形部件的工藝和裝置，更具體地說，用作為機動車的結(jié)構(gòu)部件的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]從DE 10 2005 032 113中，可知一種用于在壓機中的兩個工具半部之間熱成形和局部硬化部件的工藝和裝置。工具半部各被分為多個部分，這些部分彼此通過熱絕緣分離開。兩個部分可通過控制溫度來加熱或冷卻，以便溫度和冷卻曲線可設(shè)置在部件的不同區(qū)域內(nèi)。
[0003]EP I 715 066 Al提出了一種用于成形和壓力硬化金屬板片的裝置。加熱元件集成到成形工具內(nèi)，以在成形工具內(nèi)的某些區(qū)域內(nèi)加熱金屬板片，并通過特殊的回火操作來影響材料結(jié)構(gòu)。加熱元件相對于成形工具的毗連壁通過隔絕層而得到熱防護。
[0004]從DE 10 2006 015 666 Al中，可知一種生產(chǎn)金屬成形部件的工藝，其通過與同時的切割操作相組合的熱形成來生產(chǎn)金屬成形的部件。為此目的，可利用與固定到擠壓桿的上部工具相組合的組合工具、通過力元件而支承在壓機臺上的模具以及固定在切割沖頭上的切割工具。切割沖頭布置在模具邊緣處或凹部內(nèi)。切割發(fā)生在400°C和700°C之間的溫度范圍內(nèi)。
[0005]成形部件，更具體來說，如果用作為機動車的結(jié)構(gòu)部件，則成形部件必須具有不同的技術(shù)特征，有時是相沖突的技術(shù)特征。因此，在某些區(qū)域內(nèi)，成形部件必須相應(yīng)地具有高的硬度和強度以及低的延展性值的特征，而在其他區(qū)域內(nèi)，它們必須包括低的硬度和強度值以及高的延展性值。這導(dǎo)致生產(chǎn)成形部件需要有近凈成形和特殊的材料特征。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的在于提出了一種生產(chǎn)局部硬化成形部件的工藝，該過程可以簡單地和快速地執(zhí)行，其允許成形部件具有近凈成形。此外，本發(fā)明的目的在于提供一種裝置，其允許生產(chǎn)具有高度精確性和短循環(huán)時間的硬化的成形部件。
[0007]該目的通過提供一種生產(chǎn)局部硬化的金屬成形部件的工藝來實現(xiàn)的，該工藝包括如下的工藝步驟:將由可硬化的熱形成鋼板片構(gòu)成的半成品加熱到硬化溫度;將在組合的熱形成切割裝置內(nèi)加熱的半成品熱形成到三維成形部件;切割在組合的熱形成切割裝置內(nèi)的成形部件;將在熱形成切割裝置內(nèi)的成形部件壓力硬化為硬化的形成部件，以便通過快速冷卻使得第一局部區(qū)域硬化，通過加熱產(chǎn)生形成部件的第二局部區(qū)域，以便包括比第一局部區(qū)域大的延展性和低的強度，其中，切割成形部件發(fā)生在第一局部區(qū)域和第二局部區(qū)域中的至少一個區(qū)域內(nèi)。
[0008]所述工藝的優(yōu)點在于，它能夠在一個過程階段內(nèi)進行熱形成、切割和壓力硬化成形部件。不需要其后的操作，所述其后操作是在分開的切割工具中進行分開的切割操作?？勺畲蟪潭鹊販p小成形部件的形狀和結(jié)構(gòu)方面不理想的變化。這樣能夠以簡單方式生產(chǎn)出具有理想材料特性的近凈成形的成形部件?！暗谝痪植繀^(qū)域和第二局部區(qū)域中的至少一個區(qū)±或”是意指切割成形部件的步驟可發(fā)生在第一局部區(qū)域內(nèi)和/或第二局部區(qū)域內(nèi)。
[0009]可發(fā)生將部件加熱到硬化溫度的操作，這樣，全部起始部件被加熱或部分地加熱，僅有局部區(qū)域待硬化。在此內(nèi)容上，“硬化溫度”應(yīng)指半成品或部件的溫度，該溫度是其后通過快速冷卻(淬火)來硬化該部件所需的最低溫度。例如，在奧氏體形成的鋼材情形中，最低硬化溫度應(yīng)是奧氏體化的溫度。更具體來說，快速冷卻(淬火)發(fā)生在低于臨界冷卻溫度，從而形成馬氏體硬度。
[0010]切割成形部件的步驟可至少發(fā)生在第二局部區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域經(jīng)過熱處理并因此具有比硬化過的第一部分軟的結(jié)構(gòu)。這樣做的優(yōu)點在于，切割更容易實行且切割工具經(jīng)受僅小量的磨損。在本發(fā)明披露的范圍內(nèi)，詞語“至少一個第一局部區(qū)域及相應(yīng)的第二局部區(qū)±或”應(yīng)包括:成形部件可包括一個或若干個第一局部區(qū)域以及一個或若干個第二局部區(qū)域。已經(jīng)提出至少一個較軟的第二局部區(qū)域被切割，同時不排斥另一第二局部區(qū)域可維持不切害J;和/或還有一個或若干個第一局部區(qū)域在進行壓力硬化操作之前部分地或完全地被切害J。就涉及到一個、泛指或特指的第一局部區(qū)域，或者涉及到一個、泛指或特指的第二局部區(qū)域來說，這意味著是指相應(yīng)的部分區(qū)域中的至少一個的含義。
[0011 ]起始材料也被稱作半成品，其用于從其中生產(chǎn)出成形部件，更具體來說，該起始材料可以是鋼板坯料。坯料可包括沿著其長度和/或其寬度均勻的或可變的板厚。例如，可通過帶材柔性卷攏和其后從柔性卷攏帶材中切割出的方式，或通過將具有不同板厚的坯料片焊接在一起的方式，來生產(chǎn)出具有可變板厚的疲勞。
[0012]根據(jù)較佳實施例，在熱成形過程中，在第二局部區(qū)域的邊緣側(cè)加熱半成品即相應(yīng)的部件。這意味著至少一個較軟的第二局部區(qū)域形成了成形部件的邊緣區(qū)域，在組合的熱成形、切割和壓力硬化過程中，切割該邊緣區(qū)域。這樣，成形部件獲得其端部輪廓，以便不需分開的單獨切割過程。第二局部區(qū)域可在熱成形過程中和/或在熱成形過程之后經(jīng)受空氣流動。替代地或附加地，這也可適用于待要硬化的第一局部區(qū)域，其至少部分地可經(jīng)受空氣流動。讓將要硬化的第一局部區(qū)域經(jīng)受短暫的空氣流動，其目的是防止壁厚由于高溫緣故而過度地減小。
[0013]根據(jù)一個實施例，組合的熱成形切割裝置可包括至少一個上部工具部分和至少一個下部工具部分，它們?yōu)榱耸共考岢尚味]合，使切割操作發(fā)生，具體來說，發(fā)生在工具部分閉合過程中或者工具部分閉合之后?？赏ㄟ^僅移動兩個工具部分中的一個，而另一個保持固定在其位置中，或者通過移動兩個工具部分朝向彼此，來使工具部分閉合。對于熱成形來說，半成品至少在部分區(qū)域內(nèi)被加熱到其硬化溫度，將該半成品插入在上部和下部工具部分之間。當(dāng)兩個工具部分壓緊在一起時，成形工具的輪廓被傳送到半成品，半成品因此形成為成形部件。如果待要硬化的第一局部區(qū)域必須被切割，則切割操作最好發(fā)生在工具部分完全閉合之前。原則上，包括較高延展性的第二局部區(qū)域可在任何時間被切割，即，在閉合操作之前、之中和/或之后，閉合操作之后即為已經(jīng)完全閉合之后。由于工具部分已經(jīng)完全閉合，其對應(yīng)于壓力行程的結(jié)束，第二局部區(qū)域可與成形部件平面地接觸，于是第一局部區(qū)域快速冷卻并由此硬化。在工具的成形和加壓操作過程中，第二局部區(qū)域被加熱。為此，至少一個工具部分包括合適的回火裝置，工具可在與成形部件的第二局部區(qū)域接觸的部分中借助于該回火裝置加熱。
[0014]在工具部分已經(jīng)閉合之后，成形部件的第二局部區(qū)域可保持在限定的溫度，具體來說，該溫度范圍在300°C和600°C之間。成形部件保持在閉合的工具部分之間的保持時間可在0.5秒和360秒的范圍內(nèi)。在加壓行程的終點處，即，當(dāng)部件至少大部分已經(jīng)形成時，第二局部區(qū)域被切割。成形部件具有其端部輪廓，并可在工具部分再次打開之后從裝置中移去。在工具部分已經(jīng)打開之后，可頂著成形部件的第二局部區(qū)域鼓吹空氣。為了防止回火工具部分過熱，可以提供另一工藝步驟，其中，一個或若干個工具部分暫時地或長久地被冷卻，即，在熱成形過程中和/或在熱成形之后。這可應(yīng)用到加熱的第二工具部分和第一工具部分。
[0015]從外，通過提供用于生產(chǎn)金屬成形部件的熱成形切割裝置，可達到上述的目的，該裝置包括上部工具部分和下部工具部分，其中，上部工具部分和下部工具部分可閉合，用來形成半成品，半成品插入在上部工具部分和下部工具部分之間，插入到成形部件內(nèi)，其中，上部工具部分和下部工具部分中的至少一個包括第一工具部分，其在閉合過程中與半成品的第一局部區(qū)域相接觸，其中，第一工具部分包括第一回火裝置，通過該第一回火裝置可將第一工具部分設(shè)置到第一溫度，其中，上部工具部分和下部工具部分中的至少一個包括第二工具部分，其在閉合過程中與半成品的第二局部區(qū)域相接觸，其中，第二工具部分包括第二回火裝置，通過該第二回火裝置可將第二工具部分設(shè)置到第二溫度，第二溫度高于第一工具部分的第一溫度，其中，上部工具部分和下部工具部分中的至少一個包括至少一個切割工具，其位于第一工具部分和第二工具部分中的至少一個內(nèi)，該切割工具構(gòu)造成切割相應(yīng)的第一和/或第二局部區(qū)域內(nèi)的成形部件。
[0016]所述裝置達到了與結(jié)合所述工藝已經(jīng)提及的優(yōu)點同樣的優(yōu)點。具體來說，該裝置能在一個工藝步驟中使成形部件熱成形、切割以及部分地硬化。該裝置允許生產(chǎn)近凈成形的成形部件，其包括理想的材料特性。應(yīng)該理解到，在所有與過程相關(guān)的特征中合成整體的過程和裝置可以應(yīng)用到裝置，以及反之亦然，所有與裝置相關(guān)的特征可以應(yīng)用到該過程。由裝置以及相應(yīng)的過程生產(chǎn)出的成形部件特別適合用于車輛體或車輛車架的結(jié)構(gòu)部件。
[0017]已經(jīng)提出第一回火裝置設(shè)計用于快速冷卻第一工具部分，使得成形部件在第一局部區(qū)域內(nèi)硬化。為此，第一回火裝置可包括冷卻通道組件，冷卻介質(zhì)流過該組件。冷卻通道延伸通過工具，使得與第一局部區(qū)域接觸的工具表面受到冷卻。冷卻介質(zhì)例如可以是水。此夕卜，已經(jīng)提出第二回火裝置設(shè)計成用來加熱第二工具部分，于是，成形部件在第二局部區(qū)域內(nèi)獲得比第一局部區(qū)域高的延展性。該第二回火裝置可包括一個或多個加熱筒，其可布置在第二工具部分的合適腔室內(nèi)。加熱筒布置在工具的那些區(qū)域內(nèi)，其中，部件應(yīng)獲得因加熱的較高的延展性，加熱筒的熱量被傳送到工具，并從工具傳送到部件。
[0018]除了用于加熱工具的回火裝置之外，用于冷卻用途的冷卻組件可設(shè)置在第二工具部分內(nèi)，通過該冷卻組件可讓流體流過。這樣，能夠防止工具過熱。應(yīng)該理解到，如此的通道布置也可設(shè)置在第一工具部分內(nèi)。第一和第二工具部分各包括至少一個成形面，該成形面在閉合過程中與部件相接觸，其中，通道組件中的至少某些通道可設(shè)計成讓它們終止在其中一個成形面內(nèi)。在該情形中，所用流體最好是空氣，空氣可頂著部件鼓吹。這樣，成形部件被空氣冷卻，同時，在工具上具有冷卻效果。根據(jù)另一實施例，還可能讓冷卻通道不終止在成形面內(nèi)，但僅延伸在工具內(nèi)的離開表面一定距離處。在該情形中，更具體來說，冷卻通道可以布置在離開工具表面比用來加熱工具的回火裝置部分更深的距離處。
[0019]根據(jù)一個實施例，第二工具部分和第一工具部分可通過絕熱材料或通過間隙彼此分開。在后一種情形中，間隙在兩個工具部分之間具有隔絕效果，于是，就要設(shè)定的溫度來說，兩個工具部分不會以不利的方式彼此影響。替代地或附加地，第一和第二工具部分可直接互相毗連，即，其間沒有間隙。
[0020]原則上，用于切割成形部件的切割工具可以布置在熱成形切割裝置內(nèi)的任何地方，那里需要切割成形部件。具體來說，切割工具可布置在第一和/或第二工具部分的邊緣區(qū)域內(nèi)，于是，可切掉成形部件的突出邊緣。這樣，成形部件可以有利方式形成在組合的熱成形切割裝置內(nèi)，其具有近凈成形輪廓。應(yīng)該理解到，另一切割工具也可布置在待要生產(chǎn)的成形部件的中心區(qū)域內(nèi)，即，例如，離開邊緣的一定距離處，用來在該區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生通孔或鉆孔。
[0021]具體來說，已經(jīng)提出熱成形加切割裝置的切割工具包括切割沖頭和切割模以及用于板坯廢料的空間，切割沖頭與上部或下部工具部分中的一個連接，而切割模連接到上部和下部工具部分中的另一個。就熱成形切割過程的運動力學(xué)來說，熱成形切割裝置設(shè)計成在壓力硬化成形部件之前發(fā)生切割。為此目的，已經(jīng)提出切割工具在成形部件上實施切割操作，該操作是在成形部件由于與冷卻的工具部分完全地平面相接觸而冷卻之前進行的。該實施例允許以成本節(jié)約和能量節(jié)約的方式切割硬化的部件。
【附圖說明】
[0022]下面將參照附圖來解釋本發(fā)明的優(yōu)選實施例，附圖中:
[0023]圖1在第一實施例中示出了用于生產(chǎn)金屬的成形部件的本發(fā)明的熱形成切割裝置。
[0024]圖2在放大圖中示出了根據(jù)圖1的熱形成切割裝置的細節(jié)。
[0025]圖3是起始部件的平面圖。
[0026]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明由根據(jù)圖3所示的起始部件生產(chǎn)出的呈B-柱形式的成形部件。
[0027]圖5示出了用于生產(chǎn)金屬成形部件的本發(fā)明工藝。
[0028]圖6是在第二實施例中用于生產(chǎn)金屬成形部件的本發(fā)明熱形成切割裝置的示意圖。
[0029]圖7是在修改的實施例中用于生產(chǎn)金屬成形部件的本發(fā)明熱形成切割裝置的示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面將聯(lián)合地描述圖1至7。
[0031]圖1和2示出了通過用于生產(chǎn)三維金屬形成部件的熱形成切割裝置2的剖視圖。用于生產(chǎn)三維金屬成形部件20的起始材料是半成品19，更具體來說，是鋼板坯料，其也可被稱作為成形的切割或平面的部件。
[0032]半成品19可由鋼板帶材生產(chǎn)。先前加熱之后通過卷材可獲得帶材，它也被稱作熱(卷)帶材，和/或帶材可以是冷卷的，通過預(yù)先不加熱的卷攏可達到最后除去的厚度，其也被稱作冷(卷)帶材。待形成的半成品可包括分別沿著部件長度和/或沿著其寬度的均勻的板厚。半成品還能夠包括不同厚度的區(qū)域，其可由不同方式生產(chǎn)，例如，通過柔性卷攏(泰勒卷攏坯料)、帶材型材卷攏或焊接個別具有不同板厚的板材(泰勒焊接坯料)來實現(xiàn)。
[0033]在柔性卷攏的情形中，在生產(chǎn)沿著材料長度有變化板厚的帶材過程中，通過改變滾卷間隙來卷起具有基本上均勻板厚的帶材。由柔性卷攏產(chǎn)生的具有不同厚度的部分分別橫向于縱向方向和滾卷方向延伸。在帶材型材卷攏的情形中，金屬板材，即，帶材或個別的金屬板元件，具有基本上均勻的厚度，通過乳輥輥型將金屬板材輥乳成具有沿著材料寬度可變厚度的金屬板材。由帶材型材卷攏生產(chǎn)出的具有不同厚度的部分沿著金屬板材的縱向方向延伸。在也被稱作卷乳型材的帶材型材卷攏的情形中，金屬板材的個別區(qū)域朝向外面被淬火。
[0034]熱形成切割裝置2適于將由任何方法生產(chǎn)出的坯料19進一步處理成成形部件20。熱形成切割裝置2的具體設(shè)計取決于待要生產(chǎn)的成形部件輪廓。這里所示的裝置2用來生產(chǎn)用于機動車B-柱的成形部件。用于生產(chǎn)B-柱的型材切割部件19顯示在圖3的平面圖中。由平面的型材切割部件19生產(chǎn)出的三維B-柱20顯示在圖4中。在剖視圖中，該B-柱具有大致帽形的外形。
[0035]用于生產(chǎn)B-柱的所示熱形成切割裝置2包括多個上部工具部分3、4、5和多個下部工具部分6、7、8，平面的半成品插入在它們之間，并通過相對于和朝向下部工具部分6、7、8移動上部工具部分3、4、5，使半成品成形為三維的成形部件。下部工具部分6、7、8固定在載體元件9、10上。此外，熱形成切割裝置2包括多個切割工具11、12，它們設(shè)計成用來切割和成形所述成形部件20。切割工具11、12各包括刀片31、32和相對刀片33、34，它們互相合作，同時該裝置閉合，用于割下成形部件的突出部分。刀片和相對刀片也可被稱作切割沖頭和切割模，它們最好用硬化過的材料制成。可以看到，刀片31、32各布置在下部工具部分7的側(cè)向凹部內(nèi)，并固定地連接到其上。例如，這可通過工具部分7內(nèi)的鉆孔22所示螺紋連接來實現(xiàn)，其他通用類型的連接也是可能的。
[0036]上部工具部分3、4、5和下部工具部分6、7、8各包括工具部分13、14、15、16、17、18，它們定位緊靠表面，當(dāng)閉合工具時，它們與半成品相接觸。通過相對于下部工具部分閉合上部工具部分，定位在它們之間的平面的板條成形為三維的成形部件20。相對于成形(定形)工具部分，切割工具11、12布置成這樣:當(dāng)半成品19已經(jīng)大部分成形為成形部件20時，但在裝置2已經(jīng)完全閉合之前，S卩，一旦與工具部分達到完全表面接觸，在成形部件20已經(jīng)受到壓力硬化之前，于是便發(fā)生切割操作。
[0037]設(shè)置回火裝置23、24、25、26、27、28，用來對靠近表面的工具部分進行回火;本發(fā)明披露內(nèi)容中的回火是特別地指將相應(yīng)的工具部分設(shè)置到一定的溫度，這可以是冷卻和/或加熱操作。還提出了上部或下部工具部分3、4、5;6、7、8中的至少一個包括兩個不同的回火裝置，使得工具部分的第一回火裝置是設(shè)計用于冷卻，而第二回火裝置是用于加熱相應(yīng)的工具部分。
[0038]這將示范地參照上部工具部分3來解釋，工具部分3的回火裝置23包括第一回火部分23A和第二回火部分23B，第一回火部分23A用來將相關(guān)的第一工具部分13A特別地冷卻到第一溫度Tl，而第二回火部分23B用來將相關(guān)的第二工具部分13B加熱到第二溫度T2，第二溫度T2高于第一溫度Tl。用于第一工具部分13A的第一溫度Tl設(shè)置成:在上部工具部分3、4、
5和下部工具部分6、7、8之間進行加壓過程中，讓成形部件20在該區(qū)域內(nèi)硬化。由于第一工具部分13A被冷卻到第一溫度Tl，所以，從硬化溫度起始的部件19被快速地冷卻，達到了使材料結(jié)構(gòu)分別包括高的硬度和高的強度的臨界冷卻速度。
[0039]相比之下，第二工具部分13B被加熱到第二溫度T2，例如，該溫度在300°C和600°C之間的范圍內(nèi)。通過加熱第二工具部分13B，成形部件20在該區(qū)域內(nèi)設(shè)置有比硬化的第一區(qū)域高的延展度和低的強度。根據(jù)成形部件20要求的結(jié)構(gòu)特性，下部工具部分6、7、8被設(shè)計成對應(yīng)于上部工具部分3、4、5。即，與上部工具部分3的冷卻的第一工具部分13A相對定位的下部工具部分7的第一工具部分17A也受到冷卻，而與上部工具部分3的冷卻的第二工具部分13B相對布置的下部工具部分7的第二工具部分17B也受到加熱。
[0040]上部工具部分3和下部工具部分7的第一回火裝置23A、27A各包括帶有若干個冷卻通道的冷卻通道組件，冷卻通道可被冷卻介質(zhì)通過。冷卻通道以如此的方式分別延伸通過上部工具部分3和下部工具部分7，使得由此生產(chǎn)出的部件19的與待要冷卻的半成品的部分區(qū)域21B接觸的工具表面得到冷卻。該冷卻介質(zhì)例如可為水。
[0041]用來加熱第二工具部分13B、17B的第二回火裝置23B、27B可以加熱筒的形式來使用，加熱筒被插入到第二工具部分的合適的中空空間內(nèi)。加熱筒的熱量因此被傳送到第二工具部分13B、17B，并從那里又傳送到半成品，相應(yīng)地傳送到由此產(chǎn)生的部件19，其定位在第二工具部分13B、17B之間。
[0042]可以看到，切割工具11布置上部和下部工具部分3、7的加熱過的第二工具部分23B、27B的區(qū)域內(nèi)。切割成形部件20的操作因此發(fā)生在局部區(qū)域21B內(nèi)，由于已經(jīng)被加熱，所以它包括比冷卻過的局部區(qū)域21A高的延展性。這樣的優(yōu)點在于，在該加熱的區(qū)域內(nèi)，切割工具11、12只經(jīng)受小的磨損量。然而，應(yīng)該理解到，一個或若干個其他的切割工具也可設(shè)置在這些工具部分內(nèi)，這些部分設(shè)計成用來壓力硬化成形的部件，然而，成形部件對于切割工具的磨損不是關(guān)鍵的，其道理在于，在施加壓力的行程過程中，在時間上說，切割操作發(fā)生在工具部分3、4、5;6、7、8完全與部件平面接觸之前，并因此在成形部件被硬化之前。
[0043]成形部件20在完全閉合的工具部分3、4、5;6、7、8之間保持的時間可在0.5秒和360秒之間的范圍。在該保持時間已經(jīng)達到之后，成形部件20包括其端部輪廓和所要求的結(jié)構(gòu)，并且可在工具部分3、4、5;6、7、8已經(jīng)再次打開之后從裝置中移去。
[0044]生產(chǎn)局部硬化的金屬成形部件的本發(fā)明工藝因此包括如下的步驟，所述金屬成形部件具有硬化的第一局部區(qū)域21A和易延展的第二局部區(qū)域21B，如圖5中示意地所示，本發(fā)明工藝包括:至少在第一局部區(qū)域21A內(nèi)，將從可硬化的熱成形鋼板中生產(chǎn)出的半成品19加熱到硬化溫度(步驟S 10)。例如，這可通過感應(yīng)加熱或在爐子中實現(xiàn)。其后，半成品19在組合的熱成形加切割裝置2內(nèi)熱成形為三維的成形部件20(步驟S20)。一旦半成品至少大部分已經(jīng)成形為成形部件20，則成形部件20便在熱成形加切割裝置2內(nèi)進行切割(步驟S30)。在另一工藝步驟中(S40)，成形部件20在熱成形切割裝置2內(nèi)進行壓力硬化，通過快速冷卻使第一局部區(qū)域21A硬化，而通過加熱使成形部件20的第二局部區(qū)域21B具有比第一局部區(qū)域21A大的延展性和低的強度。其后，部件19在熱成形切割裝置2內(nèi)切割，至少在第二局部區(qū)域21B內(nèi)通過切割工具11進行切割，時間上最好在硬化之前發(fā)生切割。為了防止加熱工具部分過熱，可以提供另一過程階段，其中所述工具部分臨時地或長久地冷卻。
[0045]根據(jù)所述工藝形成在熱成形切割裝置2內(nèi)的B-柱形式的成形部件20顯示在圖4中。成形部件20的所述B-柱包括具有較大延展性和較低強度的區(qū)域21B，其在圖中加深表示;還顯示出了具有增強的強度和降低的延展性的櫻花區(qū)域21A。區(qū)域21B的至少一部分已經(jīng)被熱切割。應(yīng)該理解到，該實施例僅是舉例而顯示的，成形部件20具體的實施例取決于相應(yīng)的技術(shù)要求。
[0046]圖6在修改的實施例中示出了本發(fā)明的熱成形加切割裝置2，該實施例很大程度上對應(yīng)于根據(jù)圖1和2的實施例，以便只要涉及到共同的特征，可參照以上的描述。相同的細節(jié)或互相對應(yīng)的細節(jié)已經(jīng)給予與圖1和2中給出的附圖標(biāo)記相同的附圖標(biāo)記。
[0047]本實施例的差異的特征在于，只設(shè)置了一個上部工具部分3和一個下部工具部分6，但多于一個以上的上部和下部工具部分也是可能的。上部工具部分3和下部工具部分6各包括第一工具部分13A、17A，為了對成形部件20進行壓力硬化，可冷卻第一工具部分13A、17A，其中，為簡化起見，冷卻通道未示出了。此外，上部工具部分3和一個下部工具部分6各包括第二工具部分13B、17B，它們各設(shè)置有用于加熱部件19的回火裝置23B、27B。在本實施例中，回火裝置23B、27B設(shè)置為加熱板的形式，加熱板的溫度T2可通過合適的溫度控制裝置予以設(shè)定。加熱的第二工具部分13B、17B通過絕熱材料37、38或空氣隙與冷卻的第一工具部分13A、17A隔絕。
[0048]此外，在上部和下部工具部分3、7的第二工具部分13B、17B區(qū)域中可以看到切割工具11。刀片31牢固地連接到上部工具部分3，例如，通過螺紋連接來實施，而與下部工具部分7相關(guān)聯(lián)的相對刀片33相應(yīng)地牢固連接到其上。在工具部分7的邊緣區(qū)域內(nèi)，該邊緣區(qū)域側(cè)向地毗連相對刀片33，設(shè)置凹部35用作為部件19切割邊緣的自由空間。此外，在上部和下部工具部分3、7的冷卻的第一工具部分13A、17A區(qū)域中可以看到第二切割工具12。刀片32牢固地連接到上部工具部分3，而相對刀片34連接到下部工具部分7上。凹部36側(cè)向地設(shè)置鄰近于相對刀片34，該凹部36用作為板坯廢料的自由空間。
[0049]在本實施例中，切割成形部件20的操作在工具部分13A、17A內(nèi)發(fā)生，為了硬化成形部件，冷卻了工具部分13A、17A，而為了確保延展性加熱了工具部分13B、17B。
[0050]圖7在另一修改的實施例中示出了本發(fā)明的熱成形切割裝置2，該實施例很大程度上分別對應(yīng)于根據(jù)圖6和圖1和2的實施例，于是，只要涉及到共同的特征，可參照以上的實施例。相同的細節(jié)或互相對應(yīng)的細節(jié)已經(jīng)給予分別與圖6以及圖1和2中給出的附圖標(biāo)記相同的附圖標(biāo)記。
[0051]本實施例的具體特征在于，第二工具部分13B、17B各設(shè)置有冷卻裝置。該冷卻裝置包括帶有多個冷卻通道的通道組件39、40，通道延伸通過第二工具部分13B、17B，并終止在成形表面內(nèi)。在該程度上，冷卻裝置包括兩個功能，即，冷卻第二工具部分13B、17B以避免過熱，以及頂著部件引導(dǎo)空氣流，以在裝置重新打開之后用來冷卻第二工具部分13B、17B。
[0052]總的說來，本發(fā)明的裝置和用其實施的工藝的優(yōu)點在于，成形部件可在一個單一工藝步驟中進行熱成形、切割成形和壓力硬化。生產(chǎn)出具有要求材料特性的近凈成形的成形部件。
[0053]附圖標(biāo)記清單
[0054]2熱成形切割裝置
[0055]3上部工具部分
[0056]4上部工具部分
[0057]5上部工具部分
[0058]6下部工具部分
[0059]7下部工具部分
[0060]8下部工具部分[0061 ]9載體元件
[0062]10載體元件
[0063]11切割工具
[0064]12切割工具
[0065]13、13A、13B 工具部分
[0066]14工具部分
[0067]15工具部分
[0068]16工具部分
[0069]17、17A、17B 工具部分
[0070]18工具部分
[0071]19半成品
[0072]20成形部件
[0073]21A第一局部區(qū)域
[0074]21B第二局部區(qū)域
[0075]22鉆孔
[0076]23、23A、23B 回火裝置
[0077]24回火裝置
[0078]25回火裝置
[0079]26回火裝置
[0080]27回火裝置
[0081]28回火裝置
[0082]31刀片
[0083]32刀片
[0084]33相對刀片
[0085]34相對刀片
[0086]35凹部
[0087]36凹部
[0088]37絕熱材料
[0089]38絕熱材料
[0090]39通道組件[0091 ]40通道組件
[0092]S工藝步驟
[0093]T溫度
【主權(quán)項】
1.一種生產(chǎn)局部硬化的金屬成形部件的工藝，包括以下工藝步驟: 將由可硬化的熱形成鋼板片構(gòu)成的半成品(19)加熱到硬化溫度(SlO); 將在組合的熱形成切割裝置(2)內(nèi)加熱的半成品熱形成到三維的成形部件(20) (S20); 切割在所述熱形成切割裝置(2)內(nèi)的成形部件(20)(S30); 將在所述熱形成切割裝置(2)內(nèi)的成形部件(20)壓力硬化為硬化的成形部件(20)(S40)，這樣，通過快速冷卻使得第一局部區(qū)域(21A)硬化，所述成形部件(20)的第二局部區(qū)域(21B)被熱處理，以便獲得比所述第一局部區(qū)域(21A)大的延展性和低的強度， 其特征在于，所述切割成形部件(20)的步驟(S30)是在所述第一局部區(qū)域(21A)和所述第二局部區(qū)域(21B)中的至少一個區(qū)域內(nèi)進行的。2.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述組合的熱成形切割裝置(2)包括上部工具部分(3、4、5)和下部工具部分(6、7、8)，它們?yōu)榱耸拱氤善?19)熱成形而閉合，其中，在工具部分(3、4、5;6、7、8)閉合時且在壓力硬化(40)之前進行所述的切割步驟(S30)。3.如權(quán)利要求1或2所述的工藝，其特征在于，在工具部分(3、4、5; 6、7、8)已經(jīng)閉合之后，所述半成品(19)在所述第二局部區(qū)域內(nèi)保持在溫度范圍在300°C和600°C之間的溫度(T2)上。4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的工藝，其特征在于，所述工具部分(3、4、5;6、7、8)保持閉合持續(xù)0.5秒至360秒的時間。5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的工藝，其特征在于， 所述上部工具部分(3、4、5)和所述下部工具部分(6、7、8)中的至少一個包括第一工具部分(13A、27A)，在熱成形(S20)和壓力硬化(S40)的過程中，所述至少一個工具部分與所述成形部件(20)的第一局部區(qū)域(21A)相接觸，其中所述第一工具部分(13A、27A)被冷卻，以及 所述上部工具部分(3、4、5)和所述下部工具部分(6、7、8)中的至少一個包括第二工具部分(13B、27B)，在熱成形(S20)和壓力硬化(S40)的過程中，所述至少一個工具部分與所述半成品(19)的第二局部區(qū)域(21B)相接觸，其中所述第二工具部分(13B、27B)被加熱。6.如權(quán)利要求5所述的工藝，其特征在于，在熱成形之前、之中和/或之后，所述第一工具部分(13A、27A)和所述第二工具部分(13B、27B)中的至少一個被冷卻。7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的工藝，其特征在于，在工具部分(3、4、5;6、7、8)被打開的過程中和/或打開之后，所述成形部件(20)的第一局部區(qū)域(21A)和第二局部區(qū)域(21B)中的至少一個經(jīng)受空氣流動。8.—種用于生產(chǎn)金屬成形部件的熱成形切割裝置(2)，包括: 上部工具部分(3、4、5)， 下部工具部分(6、7、8)， 其中，所述上部工具部分(3、4、5)和下部工具部分(6、7、8)可閉合，用于將插入在所述上部工具部分(3、4、5)和所述下部工具部分(6、7、8)之間的半成品(19)成形為成形部件(20)， 其中，所述上部工具部分(3、4、5)和所述下部工具部分(6、7、8)中的至少一個包括第一工具部分(13A、17A)，在閉合過程中，所述至少一個工具部分與半成品(19)的第一局部區(qū)域(21A)相接觸， 其中，所述第一工具部分(13A、17A)包括第一回火裝置(23A、27A)，籍由所述第一回火裝置能將第一工具部分(13A、17A)設(shè)定到第一溫度(Tl)， 其中，所述上部工具部分(3、4、5)和所述下部工具部分(6、7、8)中的至少一個包括第二工具部分(13B、17B)，在閉合過程中，所述至少一個工具部分與半成品(19)的第二局部區(qū)域(21B)相接觸， 其中，所述第二工具部分(13B、17B)包括第二回火裝置(23B、27B)，籍由所述第二回火裝置能將所述第二工具部分(13B、17B)設(shè)定到第二溫度(T2)，所述第二溫度(T2)高于所述第一工具部分(13A、17A)的所述第一溫度(Tl)， 其中，所述上部工具部分(3、4、5)和所述下部工具部分(6、7、8)中的至少一個，在所述第一工具部分(13A、17A)和所述第二工具部分(13B、17B)中的至少一個內(nèi)，包括至少一個切割工具(11、12)，其被設(shè)計成切割成形部件。9.如權(quán)利要求8所述的熱成形切割裝置(2)，其特征在于， 所述第一回火裝置(23A、27A)被設(shè)計用于快速冷卻所述第一工具部分(13A、17A)，以使所述成形部件(20)在所述第一局部區(qū)域(21A)內(nèi)硬化， 所述第二回火裝置(23B、27B)被設(shè)計成用來加熱所述第二工具部分(13B、17B)，以使所述成形部件(20)在所述第二局部區(qū)域(21B)內(nèi)獲得比所述第一局部區(qū)域(21A)高的延展性。10.如權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的熱成形切割裝置(2)，其特征在于， 所述第一回火裝置(23A、27A)包括冷卻通道布置，冷卻介質(zhì)能通過所述冷卻通道布置流動，以及/或者 所述第二回火裝置(23B、27B)包括多個加熱筒，它們?nèi)菁{在所述第二工具部分(13B、17B)的腔室內(nèi)。11.如權(quán)利要求8至10中任一項所述的熱成形切割裝置(2)，其特征在于，所述第二工具部分(13B、17B)包括能讓流體流過的通道布置(39、40)。12.如權(quán)利要求8至11中任一項所述的熱成形切割裝置(2)，其特征在于，所述第一工具部分(13A、17A)和所述第二工具部分(13B、17B)各自包括成形面，所述成形面在閉合過程中與所述半成品(19)相接觸，其中所述通道布置(39、40)中的至少部分通道終止在成形面內(nèi)，以便從所述通道出來的空氣能頂著半成品鼓吹。13.如權(quán)利要求8至12中任一項所述的熱成形切割裝置(2)，其特征在于，所述第二工具部分(13B、17B)和所述第一工具部分(13A、17A)籍由絕熱材料(37、38)彼此分開。14.如權(quán)利要求8至13中任一項所述的熱成形切割裝置(2)，其特征在于，切割工具(11、12)分別布置在所述第一工具部分(13A、17A)和所述第二工具部分(13B、17B)的邊緣區(qū)域內(nèi)，并至少在所述熱成形切割裝置(2)的部分圓周部分上延伸。15.如權(quán)利要求8至14中任一項所述的熱成形切割裝置(2)，其特征在于，所述切割工具(2)包括:連接到所述上部和下部工具部分(3、4、5;6、7、8)中的一個上的切割沖頭(31)，以及連接到所述上部和下部工具部分(3、4、5;6、7、8)中的另一個上的切割模(33)，以及用于坯料片廢料的凹部(35、36)。
【文檔編號】B21D24/16GK106001231SQ201610172634
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】J·格拉夫, K·韋伯
【申請人】維巴模具制造有限公司