热成型模具和钢构件制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种弹性支撑的分段的热成型模具。本发明还涉及一种用于制造具有清晰分界的过渡区的热成型和加压淬火的钢构件的方法。
【背景技术】
[0002]在现有技术中已经公知，为制造金属板成型构件，使用热成型和加压淬火工艺。特别是为制造机动车构件并且在这里更特别优选制造机动车安全构件以及机动车结构构件使用这样的方法。
[0003]首先提供用可淬火的钢合金制作的板坯并且将其至少局部地加热超过奥氏体化温度。该至少部分奥氏体化的金属板板坯在热的状态下具有较高的成型自由度，使得把它在压制成型模具内成型为金属板构件。已经在成型过程期间或者在成型过程结束后特别优选如此冷却压制成型模具，使得进行热成型的尚位于压制成型模具内的金属板构件的硬化。特别是如此快速地冷却制成的金属板成型构件，使得把奥氏体化的组织变换为基本上马氏体的组织或者变换为混合组织。另外可选的方案是，还可以把还热的金属板成型构件转运到单独的保持模具内，然后在其内通过快速冷却而淬火。
[0004]特别在构件局部硬化的情况下需要在硬化的区域和未硬化的区域之间制造清晰分界的过渡区。由于在板坯内的热传导以及在压制成型模具内的热传导，作为特别的优点证明，把压制成型模具自身分段制造。这意味着，例如把上模具或者下模具分为至少两个彼此不同的段并且在这些段之间存在物理上的分开，例如形式为气隙的分开。由此阻止在模具内的热传导。然而在这种情况下的缺点是，这些分开的段由于具有不同的温度而不同程度地膨胀。
[0005]例如这种模具从DE102011018850A1中知晓。
[0006]另外在制造热成型的并且加压淬火的具有局部彼此不同的强度区域的构件的情况下，从坚硬的到延展性的区域的过渡带由于在要变形的板坯内或者在已变形的构件内的热传导有时不能形成足够清晰的分界。
【发明内容】
[0007]本发明的任务在于，从现有技术出发改进分段的热成型模具，使得补偿由于在上模具或者下模具的段内出现的彼此不同的温度引起的膨胀，并且建立上模具和下模具的模具表面和要成型的金属板板坯或者已变形的金属板构件之间的足够的贴靠接触。此外本发明的任务是阐明一种方法，用于在具有彼此不同的强度区域的热成型的和加压淬火的构件中形成清晰分界的过渡区。
[0008]根据本发明，上述任务通过本发明的热成型模具解决，其具有上模具和下模具，上模具和下模具能彼此相对运动，并且在热成型模具闭合的情况下在上模具和下模具之间构成模腔，上模具和/或下模具被分成至少两个段，有段作为加热段构成并且该加热段在与模腔相反的侧面上具有平衡元件，使得加热段在模压行程方向上的热膨胀被补偿。
[0009]另外所述任务的方法工艺的部分根据本发明的用于制造热成型的和加压淬火的构件的方法解决，其包括下面的方法步骤:在加热站内加热用可淬火的钢合金制成的板坯，其中，把至少一个第一区加热到超过奥氏体化温度并且把至少一个第二区加热到低于奥氏体化温度、尤其小于ACl，并且在第一区和第二区之间构成过渡区；把如此加热的板坯运送到调温站或者热成型和加压淬火模具内，其中，该调温站或者热成型和加压淬火模具分段构造并且具有至少一个调温段，该调温段在局部彼此不同地调温的板坯的产生的过渡区的区域内设置;在加压淬火之前或期间对过渡区调温;热成型和加压淬火得到至少具有硬区、软区以及位于硬区与软区之间的过渡带的钢构件，该过渡带在面积上小于过渡区。
[0010]热成型模具具有上模具和下模具，它们能彼此相对运动，并且在热成型模具闭合的情况下在上模具和下模具之间构成模腔，其中，上模具和/或下模具被分成至少两个段。在该模腔内，制造的金属板成型构件与上模具或者下模具的相应的模具表面贴靠接触。
[0011 ]根据本发明，热成型模具的特征在于，至少一个段作为加热段构成，并且所述加热段在与模腔相反的侧面上具有平衡元件，使得加热段在模压行程方向上的热膨胀被补
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[0012]在这种情况下在本发明的框架内特别为金属板板坯的成型使用该热成型模具，其中，所述金属板板坯具有相对于室温较高的温度。这里金属板板坯可以用钢合金构造，但是也可以用轻金属合金例如铝合金构造。然而优选使用本发明的热成型模具加工可热成型和可淬火的钢合金，使得热成型模具特别是作为热成型和加压淬火模具构造。要被热成型的构件的温度于是至少局部具有超过奥氏体化温度的温度，即超过AC3。
[0013]优选平衡元件与具有直线自由度的浮动支座结合构造，特别是在模压行程方向上与弹簧结合构造。加热段自身优选主动地加热，使得例如特别在加热段自身内集成热源。
[0014]优选在上模具内提供一个加热段和在下模具内提供一个与此对应设置的加热段。然而也可以仅在上模具内提供一个加热段或者仅在下模具内提供一个加热段。也可以分别在上模具和下模具内提供多个加热段。
[0015]其余段、特别是与加热段相邻的段于是设有冷却通道并且进行调温，使得成型的金属板板坯如此迅速地冷却，使得例如在该板坯的奥氏体组织下建立硬化的组织、特别是马氏体组织。结果加热段在轮班运行期间相对于热成型模具的其余段具有较高的温度并且较强地膨胀。加热段的温度和尺寸在与板坯接触之前和接触期间也彼此不同。在加热段背面上的平衡元件使得能通过平衡元件补偿上模具或者下模具内的加热段的在模压行程方向上的热膨胀，因此补偿在模腔的方向上的热膨胀。特别为此加热段被弹性支撑，使得加热段的膨胀导致平衡元件被压缩以及加热段的收缩导致平衡元件的伸张。结果加热段的模具表面在模腔内的绝对位置近似恒定，由此建立加热段的模具表面以及相邻段的模具表面在板坯上的均匀的贴靠接触。
[0016]结果能在制造好的构件的具有彼此不同硬度的各个区段内在符合目的地建立的组织状态之间实现清晰分界的过渡区。
[0017]作为加热段内的热源可以使用各种热源。例如可以想到加热筒，还有形式为加热丝的电阻加热器。还可以想到感应的热源，它可以在加热段内集成，但是也可以在外面相对于模腔在加热段后面设置。
[0018]另外特别优选在室温下尺寸不足地构造加热段。这意味着，加热段的实际尺寸在室温的状态下小于加热段在运行温度下的额定尺寸。尺寸数据涉及加热段的模具表面在模腔内的绝对位置。在通过主动的热源对加热段加热的情况下，加热段由于热作用而膨胀。在运行温度下加热段优选达到它的额定尺寸和/或稍微超过额定尺寸的尺寸。在这种情况下正好被动地通过平衡元件调整加热段的模具表面关于模腔的绝对位置。由于在生产过程期间不同温度引起的可能波动通过微小的过盈和/或通过平衡元件平衡。
[0019]优选平衡元件作为机械上被动的元件构造，具有直线运动自由度，特别是在模压行程方向上具有直线运动自由度。另外优选平衡元件是弹簧弹性的元件，特别是弹簧，完全特别优选是螺旋压力弹簧。另外特别优选多个平衡元件、特别是多个弹簧如此分布，使得在平衡元件被压缩的情况下避免加热段倾斜。平衡元件特别是弹簧的数目和位置和/或弹簧刚度能依赖于成型度和/或在加热段的平面段上作用的单位面积压力设计。在加热段是薄的区段的情况下例如仅一个平衡元件已经足够，相反在较宽的区段的情况下互相隔开距离定位设置三个、四个或者五个平衡元件。然而平衡元件也可以是缓冲垫，特别是液压的缓冲垫，它用可压缩的流体填充。