用于制造成型构件的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种借助设备用于制造成型构件的方法，其中，具有空心区域并至少部分地由钢材组成的工件引入设备的工具中，并且其中，通过设备的对接冲头在压力下将流体引入位于工具中的工件的空心区域而且工件在该设备中热成型。本发明另外还涉及一种用于使具有空心区域并至少部分地由钢材组成的工件成型的设备，该设备具有:用于容纳工件的工具和至少一个对接冲头，该对接冲头用于将流体引入位于工具中的工件的空心区域。
【背景技术】
[0002]现有技术中已知，由钢材制成的工件、比如管道或扁坯，或由工件制成的构件、比如型材，在其成型过程中或成型之后硬化。在此，根据钢材种类使工件或构件达到Acl或Ac3温度以上的温度，从而主要存在奥氏体结构，并随后冷却或淬火。这样调整的马氏体结构随后赋予构件增加的硬度，从而可以制成重量虽轻但相对稳固的构件。
[0003]特别是在大规模生产硬化型材的过程中，在过去仅能够相对以较简单的方式转换空心型材中的形状。相反地，例如可以通过由多个部分、比如半铸件组装成型材实现复杂的形状。但是，将这些部分组装成型材所必需的连接可能会对型材的稳定性、重量和制造过程产生负面的影响。
[0004]用于制造具有复杂结构的构件(比如型材)的其他方案遵循所谓的热吹塑成型。在热吹塑成型过程中，通过对接冲头在压力下将通常气态的热流体引入通过对接冲头密封的工件的空心区域中，例如管内部。在高压下引入的流体由外侧的赋形工具(所谓的内高压成型或“高压液压成型”)成型为工件和/或外侧的赋形工具挤压处于适当压力下的工件(所谓的“低压液压成型”)。在后面一种情况下，引入的流体用于在工件的空心区域中固定特定的体积，从而随后可以从外部通过工具使工件成型。
[0005]如果制成的构件需要硬化，可以在一个单独的工艺步骤中使构件硬化。但是这代表为了赋予硬化型材复杂形状而成本相对较高的解决方案。因此，在现有技术中追求在设备中实现热吹塑成型以及硬化的方案。
[0006]为此，例如现有技术DE 698 03 588 T2中公开了适宜的设备和方法。其中提出了，通过由压力下引入的冷介质取代占优势的加热介质，空心的钢制工件通过已加热的且在压力下使用的介质吹塑成型并随后在成型工具中淬火。
[0007]虽然以这种方式可以实现对具有复杂形状的硬化构件的制造过程的改造，但是也表明，现有技术中以这种方式制成的构件，特别是在其末端区域(即流体引入工件空心区域的位置)并不具有令人满意的质量。特别是由此并不能提供沿其整个长度完全硬化的型材。工件在这些区域中的变形程度也并不令人满意，从而可能会导致过早的材料失效。出于这一原因，在成型或硬化之后通常需去除这类构件或型材的端部，但这样会导致过多的材料废料或废品比例并因此损害该方法的经济性。
【发明内容】
[0008]由这一技术背景出发，本发明的目的在于，说明一种方法和设备，该方法或设备允许低成本地制造具有复杂形状的构件并同时实现了令人满意的构件硬化。
[0009]根据本发明的第一教导，上述目的通过这样一类方法得以实现，即，在对接冲头区域中对抗工件的冷却，特别是在热成型过程中。在此，既可以通过额外的装置也可以通过设备本身对抗该冷却。
[0010]已显示，为了在压力下将流体引入工件的空心区域中并且使工件热成型，由于对接冲头或设备与工件的接触使工件的一部分热量在对接冲头的区域中经对接冲头而散失，因此对接冲头的存在或在对接冲头区域中的设备本身的存在是产生上述缺陷的原因。由此在热成型过程中会使得工件在对接冲头的区域中的温度以及在邻接的工件区域中的温度降低，或者已经不能达到足够高的温度。在超过Acl或Ac3温度的加热过程中、在随后的热成型过程中、优选在温度超过钢材的Acl或Ac3温度的情况下以及在随后进行的快速冷却过程中工件的理想的温度变化过程由此受到影响。
[0011]现通过在对接冲头区域中对抗工件的冷却，可以使工件在对接冲头区域中不希望的温度变化过程的负面效应减小或最小化。由此可以在对接冲头的区域中也实现令人满意的可变形性并可以制成基本上完全硬化的构件，从而可以减少或甚至避免在对接冲头的区域中的材料废料。同时可以充分利用吹塑成型的优势，即，制造复杂的形状。另外还显示，按照本发明的方法有利于工件材料从对接冲头的区域中向后推进并能够实现较高的变形程度。
[0012]因此可以提供一种方法，该方法允许低成本地制造具有复杂形状的构件并同时实现了令人满意的构件硬化。
[0013]对抗工件冷却特别应理解为，以这样的程度对抗冷却，即，特别是在工件的热成型过程中，基本上可以阻止由冷却引起的工件中的相变。工件温度也可以在对接冲头的区域中保持在再结晶温度以上或钢材的Acl或甚至Ac3温度以上。直到热成型之后，例如通过淬火，可使工件再次处于该温度以下。
[0014]这些工件通常是可以成型成为构件、特别是型材的半成品。这些工件特别优选是可以成型成管状型材的管状工件。管状工件例如可以具有两个开口，例如在每个端部具有一个开口。在这种情况下，为工件的每个开口设置有一个对接冲头。但是还能够考虑的是，使用具有一个或多于两个开口的工件。在这种情况下可以设置相应数量的对接冲头。所制成的构件、特别是管状型材特别适合作为车身构件，比如作为汽车车身的支柱或支架。按照本发明的方法能够实现的优点特别在汽车领域中受期望，比如在较轻的重量下构件的高强度以及低成本的制造。
[0015]工件的钢材例如可以是锰硼钢。根据不同的合金，这类钢可以通过硬化达到超过1500MPa最高2000MPa的抗拉强度。
[0016]此外，对于按照发明的方法优选具有0.5至3.0mm之间壁厚的工件。
[0017]用于成型的流体具有的温度优选在工件钢材的Acl或Ac3温度以上。该流体优选为气体，但原则上也可以设置为液体。通过流体足够高的温度可以对抗在热成型过程中工件的过度冷却。
[0018]流体也可以替代性地以非调温的方式例如在室温下引入工件。特别是具有低导热性的流体是非常适宜的，因为至少在热成型的持续时间中不会出现工件的过度冷却。
[0019]例如在工件引入工具之前或者在设备中，可以使工件达到用于热成型的温度，SP达到再结晶温度以上的温度、优选达到钢材的Acl或Ac3温度以上温度。
[0020]工具优选至少部分地围绕工件。工具例如形成为铸模。该工具例如包括两个铸模半部，工件可以放入这两个铸模半部中。该工具优选是赋形工具并且例如至少区域性地具有待制构件的凹模形状。
[0021]为此，对接冲头在其外圆周面上优选具有密封区域，通过该密封区域工件的空心区域相对外侧区域密封。根据待成形的工件的形状也可以设置两个或多个对接冲头。对接冲头可以具有额外的功能，即，在热成型期间将工件的材料向后推进。在多于一个对接冲头的情况下，在所有或仅一个对接冲头的区域中抵抗工件的冷却。
[0022]一方面，在设备中的热成型通过已引入工件空心区域中的流体本身得以实现，从而实现了工件的成型。在此，工件以基本上指向外侧的变形力挤压工具。在高压下将流体引入工件空心区域中之前，形成为铸模的工具通常完全地环绕工件。另一方面，在压力下引入的流体也可以用于在工件空心区域中固定特定的体积。该成型例如可以通过设备的工具从外部进行。直到在适当的压力下将流体引入之后，形成为铸模的工具在此才完全地相互闭合。上述方法原则上也可以相互结合地使用。
[0023]根据按照本发明方法的一种设计，通过在对接冲头