对钢板构成的工件、特别是钢板构成的镀锌工件热成型和加压淬火的方法和成型模具

摘要

本发明涉及对钢板构成的板状或预制工件、特别是钢板构成的镀锌工件(1)热成型和加压淬火的方法，在该方法中将工件(1)加热至奥氏体化温度以上并随后在具有阳模(2)和阴模(3)的冷却成型模具中成型和淬火，其特征在于，用于热成型和加压淬火的阴模(3)在其由正拉延半径限定的拉拔圆边区域中由材料(6、6′)材料结合地涂覆和/或在该区域设置至少一个嵌入件(5)，该嵌入件具有比阴模(3)邻近拉拔圆边区域的区段(3.1)的热导率低至少10W/(m*K)的热导率，该区段在工件(1)热成型和加压淬火过程中和工件接触，在拉拔圆边区域中涂覆的材料(6、6′)或设置的嵌入件(5)的、靠近工件(1)的表面具有延伸通过拉拔圆边(7)的横向尺寸，该尺寸为阴模(3)正拉延半径的1.6倍至10倍。本发明还涉及相应的成型模具。

说明书

技术领域

本发明涉及一种对钢板构成的板状或预制工件、特别是钢板构 成的镀锌工件热成型和加压淬火的方法，在该方法中将工件加热至奥 氏体化温度以上的温度并随后在具有至少一个阳模和至少一个阴模 的冷却成型模具中成型和淬火。本发明还涉及对钢板构成的板状或预 制工件、特别是钢板构成的镀锌工件热成型和加压淬火的成型模具， 该成型模具具有至少一个阳模和一个与阳模对应的阴模，其中该阳模 和/或阴模具有用于冷却流体流通的冷却通道。

背景技术

关于对钢板构成的工件进行热成型和加压淬火已知这样的装 置，该装置具有至少两个模具半模，其中这两个模具半模有部分是这 样形成的，即，这两个模具半模具有不同的导热性能，利用该不同的 导热性能从而在待制造的构件中能够调节局部不同的强度性能。专业 人员将通过该装置实施的方法命名为“受控淬火”。相应的装置例如 由DE102009018798A1已知。

还已知，由此提高经成型构件的尺寸精度和配合精度，即，用 于制造的模具半模在工件的圆角区域内具有正半径并且在相对的区 域内形成间隙，其中邻近间隙处这样地形成突出部，即实现无变形的 夹紧。由此也可以在构件中设置不同的硬度。在DE102004038626 B3中描述了用来制造钢板构成的硬化构件的相应装置。

研究显示，在常规的成型模具中热成型镀锌钢板的过程中，有 时会在锌镀层中形成裂缝。该裂缝能够延伸到板坯内，以至于会出现 过早的构件损坏。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种开头所述类型的方法和成型模具， 该方法或成型模具改善了钢材在热成型过程中的流变特性，从而在由 钢板、特别是镀锌钢板构成的工件的热成型过程中显著降低了出现裂 缝的风险。

通过具有权利要求1的特征的方法以及通过具有权利要求8的 特征的成型模具实现了该目的。

本发明的优选和有利设计在从属权利要求中给出。

根据本发明，用于热成型和加压淬火的阴模在其由正拉延半径 限定的拉拔圆边区域中由材料涂覆和/或设置至少一个嵌入件，该嵌 入件具有比阴模的邻近拉拔圆边区域的区段的热导率低至少 10W/(m*K)的热导率，该区段在工件的热成型和加压淬火过程中和工 件接触。根据本发明，在拉拔圆边区域中涂覆的材料或在该区域设置 的嵌入件具有较低的热导率，该材料或嵌入件是这样形成的，即，它 们的、靠近工件的表面具有延伸通过拉拔圆边的横向尺寸，该尺寸在 阴模正拉延半径的1.6倍至10倍范围内、优选1.6倍至6倍范围内。 从而使得具有较低热导率的、设置在拉拔圆边区域中的材料或嵌入件 的横向延伸(横向尺寸)受到限制并且比较小。

特别是在阴模的、由正拉延半径限定的拉拔圆边区域中，待成 型的镀层钢板(工件)受到高度的塑性变形。首先，通过模具阳模的 作用，工件在该区域中受到压应力，该压应力在成型模具的进一步闭 合过程中转变成拉应力。由于工件和成型模具之间的温差很大，使得 传统成型模具中、特别是传统成型模具的模具拉延半径中的构件的局 部流变特性受到不利影响，对此通常会在镀层中、特别是锌镀层中形 成裂缝。随着板厚度的增大以及根据待制造构件几何结构的复杂性会 形成不同的裂缝深度，这些裂缝深度能够延伸到镀层构件的板内。

根据本发明，在拉拔圆边区域内例如通过镀层而涂覆的、具有 较低热导率的材料或设置在该区域的、具有较低热导率的嵌入件具有 这样的尺寸，即，确保通过热成型和加压淬火制得的构件具有大致完 全马氏体化的结构。对此，经加压淬火的构件受阴模拉拔圆边、即具 有较低热导率的材料或嵌入件影响的部分能够具有比构件其它部分 或剩余部分低的硬度，并且，根据本发明，经加压淬火的构件的、受 到这种影响的部分始终还具有高于所需最低硬度的硬度，该硬度符合 马氏体结构。以这种方式避免了在镀层中、例如锌镀层中、以及相应 镀层钢板中出现裂缝或者至少显著降低了在镀层或镀层钢板中的裂 缝深度。

通过与经传统回火的成型相比降低的热损失和温度损失，避免 了在镀层的、例如镀锌的工件(钢板)的热成型过程中出现张力和拉 伸以及在成型工艺中出现加强。由此也减少或防止了可能出现的局部 材料损坏。

因此，通过本发明改善了由钢板构成的工件在热成型过程中的 流变特性并从而显著降低了在由钢板、优选由镀锌钢板坯构成的工件 的热成型过程中出现裂缝的风险。特别是通过本发明改善了构件的可 行性，该构件具有复杂的立体形状并且由镀层的、例如镀锌的钢板制 得。

本发明的解决方案的一个优选设计在于，在拉拔圆边区域中设 置的嵌入件或涂覆的材料的热导率低于40W/(m*K)，优选低于30 W/(m*K)，特别优选低于20W/(m*K)。由此有利地降低了工件热成型 过程中的热损失和温度损失并且相应地改善了工件的成型性能。

根据本发明的解决方案的另一个有利设计具有这样的特征，即， 在嵌入件和阴模之间设有绝热层。以这种方式能够进一步降低工件热 成型过程中的热损失和温度损失。该设计特别是可以采用这样一种嵌 入件，该嵌入件由一种特别耐磨的、具有较高的热导率的材料制得， 其中绝热层相对于形成拉拔圆边区域的嵌入件没有受到高的机械负 荷，特别是没有受到高的摩擦应力，该绝热层可以由具有较低耐磨性 的绝热材料、例如塑料或木材构成。

依照根据本发明的解决方案的另一个有利设计，使得嵌入件具 有这样的突出部，该突出部相对于阴模的内边和/或相对于邻接阴模 腔的边缘面突出。通过这种局部增高的突出部能够更有效地降低待成 型工件在拉延半径内的热量散失。

根据本发明的解决方案的另一个有利设计具有这样的特征，即， 涂覆在阴模拉拔圆边区域内的材料通过堆焊、优选通过激光堆焊涂覆 在阴模上。以这种方式可以比较容易地有效降低阴模拉拔圆边区域内 的热导率。当由于摩擦造成磨损(刮削)而需要修复涂层时，这种具 有较低热导率的材料涂覆可以通过堆焊、优选通过激光堆焊进行低成 本的修复。

根据本发明的解决方案的另一个有利设计的特征在于，借助结 合在阴模中的热源或借助使热流体流通的通道局部选择性地加热阴 模的拉拔圆边区域。由此也可以显著降低待成型工件的热量散失并从 而改善钢材在热成型过程中的流变特性。

本发明还可以采用多个或所有上述的、根据本发明解决方案的 设计的相互结合。

附图说明

下面根据示出多个实施例的附图进一步阐述本发明。其中示意 性地示出了：

图1以截面视图示出根据本发明的成型模具的截面；

图2以截面视图示出另一个根据本发明的成型模具的截面；

图3示出根据本发明的成型模具的、具有拉拔圆边的区段的截 面视图，该区段具有设置在拉拔圆边区域中的、具有较低导热率的镀 层；

图4和7分别示出根据本发明的成型模具的、具有拉拔圆边的 区段的截面视图，该区段具有在拉拔圆边区域中通过堆焊涂覆的材 料，该材料分别具有较低的热导率；以及

图5、6和8分别示出根据本发明的成型模具的、具有拉拔圆边 的区段的截面视图，该区段具有设置在拉拔圆边区域中的嵌入件，该 嵌入件具有较低的热导率。

具体实施方式

在图1和2中分别示出了经冷却的成型模具的截面，该成型模 具用于对钢板构成的板状或预制工件1、特别是钢板构成的镀锌工件 进行热成型和加压淬火。阳模用附图标记2表示，各个成型模具的阴 模(铸模)用附图标记3表示。此外，图1和/或图2中所示的成型 模具可以选择性地具有压紧装置(压边模具)，该压紧装置在工件1 的成型过程中压向阴模3。然而，根据本发明的成型模具优选形成为 无压边模具(无压紧装置)的成型模具。

阴模(铸模)3含有空腔4，在工件1的成型和深冲过程中阳模 2进入该空腔中。图1和2示出了分别处于闭合状态中的各个成型模 具，其中包括经成型的工件1。

在阳模2和/或阴模3中靠近成型模具表面具有使冷却流体流通 的冷却通道(未示出)。待成型的工件1在放入打开的成型模具中之 前，首先加热至目标温度，优选加热至奥氏体化温度以上的温度，并 随后在经冷却的成型模具中进行成型和淬火。

在成型之前，优选使经加热的板状或预制工件1尽可能保持高 的温度，从而改善工件1在成型过程中所具有的流变特性并减少张力 和/或拉伸。这例如会通过选择高的加热温度和/或通过短的转移时 间、即在加热装置(未示出)、例如连续式加热炉和开始成型之间的 短的操作时间而受到影响。

根据本发明的成型工具的特征在于经优化的传热系数。由此防 止了经加热的工件1(例如镀锌的钢板坯)在安置之后以及在模具中 的成型过程中出现过快的局部冷却。根据本发明，至少在传热系数方 面优化阴模3。对此使得阴模3在其由正拉延半径限定的拉拔圆边区 域中用材料进行材料结合的镀层和/或在该区域设置至少一个嵌入件 5，该嵌入件具有这样的热导率，该热导率比阴模3邻近拉拔圆边区 域的区段3.1的热导率低至少10W/(m*K)，该区段在工件的热成型和 加压淬火过程中和工件接触。对此，这样设计该具有较低热导率的介 质，即，使得进一步确保在淬火过程(加压淬火)结束之后在经成型 的构件(工件)1中形成完全马氏体化的结构，而受到根据本发明设 置的拉拔圆边区域影响的工件区域能够具有降低的硬度，并且该硬度 必须在所要求的最低硬度范围内，由此能够避免工件1中的裂缝或降 低裂缝深度。因此，根据本发明，在拉拔圆边区域中涂覆的材料6(参 见图3)或设置的嵌入件5的、靠近工件1的表面具有延伸通过拉拔 圆边7的横向尺寸，该横向尺寸在阴模3正拉延半径的1.6倍至10 倍范围内。

在图1和2所示的实施例中，各个阴模3在其由正拉延半径限 定的拉拔圆边区域中具有至少一个嵌入件5，该嵌入件的热导率优选 低于40W/(m*K)，特别优选低于30W/(m*K)。该至少一个嵌入件5 形成环状或条状并且嵌入到在阴模3的拉拔圆边区域中形成的凹槽 3.2中。

在图3和8中示意性地示出了根据本发明的成型模具、优选阴 模3的另一个实施例。

在图3所示的实施例中，用于热成型和加压淬火的阴模3在其 通过正拉延半径限定的拉拔圆边区域中用材料6进行了镀层，该材料 具有较低的热导率。该材料(镀层)6优选为陶瓷、例如氧化铝或氧 化锆。例如能够通过火焰喷涂、特别是粉末火焰喷涂或线材火焰喷涂， 或者通过电弧喷涂或等离子喷涂进行拉拔圆边区域的选择性镀层。

延伸通过拉拔圆边7的镀层6的横向尺寸例如在阴模3的正拉 延半径的1.6倍至4倍范围内，优选在其1.6倍至2倍范围内。该镀 层6相对于相邻的阴模3表面3.1稍微突出或者能够稍微突出，例如 突出大致0.25mm至0.5mm或者也可以更多。

在图4所示的实施例中，用于热成型和加压淬火的阴模3在拉 拔圆边区域内设置有通过堆焊制得的材料涂层6′，该材料涂层具有 较低的热导率。在堆焊之前，例如通过切削加工在阴模3的拉拔圆边 区域中形成横向通过拉拔圆边延伸的凹陷部3.3。然后，通过堆焊在 该凹陷部(凹槽)3.3中设置具有较低热导率的材料6′。该材料涂 层6′例如可以是铬钢、钛或高度合金化的钢、例如X5CrNi18-10， 这些材料具有大致30W/(m*K)或低于30W/(m*K)的热导率。一直涂覆 及随后通过铣削或研磨刮削该通过堆焊涂覆在拉拔圆边区域上的材 料6′，直至其与阴模3的表面3.1大致齐平或者相对阴模3的表面 3.1稍微突出。

在图5中以区段示出的阴模3大致上与图1所示的实施例相一 致。这里也在阴模3的拉拔圆边区域中设置有条状的、具有较低热导 率的嵌入件5。该嵌入件5例如由陶瓷构成，优选由氧化铝(Al2O3) 或氧化锆构成。该嵌入件5的、形成拉拔圆边区域的外侧大致与阴模 3的表面3.1齐平。

图5还示出了另一个可选方案或替代方案用来降低经加热工件 的热损失。该替代方案或额外的可选方案在于，在阴模3中结合有热 源或热流体流通的通道8，借助该热源或通道能够局部选择性地加热 阴模3的拉拔圆边区域。根据另一个优选的实施方式，使得该热源例 如以一个或多个电加热丝的形式结合在形成拉拔边缘区域的嵌入件 5中，或者使热流体流通的通道8结合在该嵌入件中。

图6所述的实施例与图1、2和5所示的实施例的区别在于，嵌 入件5和阴模3之间设置有绝热层9。该绝热层9形成为单层或多层 并且例如由塑料和/或矿棉构成。

图7所示的实施例中，用于热成型和加压淬火的阴模3在拉拔 圆边区域中也设置有通过堆焊制得的材料涂层6′，该材料涂层具有 较低的热导率。然而，不同于根据图4的实施例，这样形成材料涂层 6′，使得该材料涂层具有突出部6.1，该突出部相对阴模3的内边 或相对邻接阴模3的空腔4的边缘面突出。通过这种局部的增高或者 通过这种由具有较低热导率的材料构成的局部突出部6.1降低了经 加热的工件1的热量散失。与该材料涂层6′互补地，也可以在阴模 中结合热源或热流体流通的通道8，借助该热源或通道能够局部选择 性地加热阴模3的拉拔圆边区域。

图8所示的实施例与根据图6所示的实施例的区别在于，嵌入 件5具有突出部5.1，该突出部相对阴模3的空腔4内边或相对邻接 空腔4的边缘面突出。其中，附图标记9也表示设在嵌入件5和阴模 3之间的绝热层。

本发明的实施方式并不局限在上述和/或附图中所示的实施例 中。也能够考虑非常多的变体或变型，这些变体或变型也可以采用所 列权利要求中给出的发明的、与上述实施例有所不同的构造。因此例 如也可以额外地使阳模和/或必要时也可以使压边模具(压紧装置) 设置具有低热导率的介质5、5.1、6、6′和/或9用来优化传热系数。