用于对金属板坯进行调温的调温站的制作方法

技术领域

本发明涉及一种用于对金属板坯进行调温的调温站。

背景技术：

由现有技术已知汽车车身由金属材料制成。为此尤其是使用钢材或轻金属材料。在最近几年中，在钢材领域中使用高强度和极高强度钢，其至少部分具有高硬度或韧性特性，因此提高了汽车车身的强度和碰撞性能，同时减轻了重量。

例如DE102010004081B3公开了一种用于制造钢板板坯的调质方法，所述钢板板坯具有至少两个不同韧性的组织区域。为此板坯首先在炉子中被均匀加热到一个温度上并且随后在加热站中在至少局部区域中被进一步加热到一个高于奥氏体化温度(AC3)的温度上。接着，板坯被挤压成型并通过淬火硬化。

此外，由EP2182082A1以及EP2014777A1已知一种用于对钢板体调温的方法和装置。要被加热的钢板体与已加热的调温板接触并且由于热传导而被加热。调温板本身感应地加热或者通过外部热源传导加热。调温板因此在接触的情况下具有300°～800°之间的温度。

技术实现要素：

本发明的任务在于，从现有技术出发提出一种装置，借此可在低的能量需求下对金属板构件进行调温，装置的购置成本也应较低。

根据本发明，上述任务借助一种用于对金属板坯和/或金属板构件进行调温的调温站来解决，该调温站具有上侧工具和下侧工具以及至少一个用于加热的调温源，所述调温源构造为电阻加热源，在上侧工具和/或下侧工具上能设置用于传导调温的可更换的调温板，所述调温板本身构造为电阻，所述调温板能被加热到高于1000摄氏度。

根据本发明的调温站适合于在热成型生产线中使用，该热成型生产线包括加热装置和成型装置，用于制造热成型且加压淬火的钢板产品、尤其是用于制造汽车构件。加热装置又包括具有上侧工具和下侧工具的所述调温站。根据本发明，调温站的特征在于，所述调温站具有至少一个用于加热的调温源，并且在上侧工具或下侧工具上设置用于传导调温的可更换的调温板，所述调温板本身构造为电阻，所述调温板能被加热到高于1000摄氏度。

因此，借助根据本发明的调温工具可以按在能源上有利的方式对于要在热成型生产线中加工的金属板坯和/或金属板构件进行相应调温。在此调温例如可指加热、尤其是加热到高于AC3温度，也可指冷却或淬火。在本发明的范畴中，基于可更换的调温板不仅可传导加热金属板坯、即面状构件，也可传导加热已被三维预成型或最终成型的构件。在传导加热时，热量损失部分极小，因为传热基于经调温板向待加热板坯或待加热构件的热传导来进行。完全避免了辐射热量或一同被加热的加热空间。调温源、尤其是热源因此加热调温板，通过将金属板坯或构件放入调温装置中并且闭合调温装置，下侧和/或上侧调温板形锁合地与板坯或构件贴靠接触并且因此传导加热板坯或构件。在本发明的范畴中也允许仅单侧的接触。

因此显著降低加热构件所需的能量，使得通过全表面接触进行金属板坯和/或构件快速和高效的加热。在电阻加热的情况下，调温板本身构造为电阻，在此通过施加电压基本上仅加热调温板、而非上侧工具或下侧工具。

本发明的另一重要优点在于，尤其是最初仅产生一次包括相应调温装置及相应闭合机构的工具的高的首次购置成本，然后仅通过更换调温板就可使调温装置广泛用于不同应用情况和应用形式。因此只需更新或更换调温板，而非整个调温装置。由此仅产生一次首次购置成本，基于调温板的可更换性省去了复杂的改装工作，并且又通过这两项措施降低了构件的制造成本。

调温板基本上延伸于上侧工具和/或下侧工具的整个表面上，使得在板坯的情况下在调温装置闭合时在调温板之间产生的模腔基本上覆盖整个板坯。

另外，优选调温板为了对金属板坯调温构造成面状的，或者构造成三维的，在此在调温站闭合时在调温板之间保留模腔。因此，当调温板构造成面状时，金属板坯能通过在上侧与上侧工具上的调温板接触和在下侧与下侧工具上的调温板接触被传导调温、尤其是被加热。

另外，作为第三种方案，还能通过构造成三维的调温板加热已被预成型的构件，闭合的调温站的调温板之间的模腔基本上相应于已被预成型的构件的轮廓。在此还有利的是，构件在传导调温期间对中并由此被固定以避免翘曲。

另外，优选在上侧工具和/或下侧工具中设置调温源。在此调温源尤其是构造为电阻加热源或燃烧器或电感式热源。调温板在此集成到上侧工具或下侧工具中或设置在其上，使得通过更换调温板优选几乎仅加热调温板。从而最大限度降低加热构件所需的能量，使得通过至少局部的全表面接触进行金属板坯和/或构件快速和高效的调温、尤其是加热。在电阻加热的情况下，在第一种实施方案中特别优选将调温板本身构造为电阻，在此通过施加电压基本上仅加热调温板、而非上侧工具或下侧工具。作为替换方案，将电阻加热源设置在上侧工具或下侧工具上，在此通过与调温板的耦联调温板可被电阻加热源加热。

在燃烧器情况下，燃烧器优选采用化石燃料工作，并且燃烧器优选这样设置在上侧工具或下侧工具中，使得其火焰朝待耦联的调温板定向。相应用于燃烧的供风和排风因此集成在上侧工具或下侧工具中。

在本发明范畴中，燃烧器也可以构造为从背面对调温板调温的喷射管。另一种优选的实施方案设置电感式加热，在此相应的电感器件集成在上侧工具或下侧工具上或其中，使得能通过电感器件对调温板调温、尤其是加热，调温板又通过热传导在与待加热的板坯或构件接触时传递其温度或者说热量。作为替换方案，调温板可至少局部地用于冷却，在此在上侧工具和调温板之间以及在下侧工具和调温板之间构造通道，由此形成冷却介质供应装置，以致冷却介质相应冷却调温板。通过与待冷却板坯或构件和调温板的传导接触可冷却板坯或构件。在本发明的范畴中，板坯或构件的冷却尤其可理解为将温度从上游的加热有针对性地调整到其初始温度或以下，在此为了保持第二类区域中的温度仅导走板坯或构件中热传导所需的热量，而为了降低构件温度调温板被调整到更低的温度上。

在本发明的范畴中，调温亦可借助热空气来进行。在此可在调温板中构造相应的通道，热空气流过所述通道或者说被压缩机或鼓风机吹过所述通道。但在本发明的范畴中，热空气也可在调温板的底侧流过调温板并因此实现调温板中的温度调节。

调温本身在根据本发明的调温站中尤其是这样进行，使得为第一类区域和第二类区域调节出彼此不同的温度。为此第一类区域在调温站闭合时与调温板直接接触，并且在第二类区域中在待加热的板坯或构件的构件表面和调温板之间形成间距，从而产生气隙，或者在调温板中在第二类区域中设置隔热材料。由此第一类区域可直接通过传导贴靠接触被调温、尤其是被加热。优选调温板为此具有直至高于1000℃、尤其是100℃和1500℃之间的温度，使得在传导贴靠接触下可在板坯或待加热构件的第一类区域中实现高于奥氏体化温度、即高于AC3温度的温度。在本发明的范畴中，尤其是加工可硬化的钢、尤其是具有良好的热成型和调质特性的硼锰钢。

特别优选在根据本发明的方法中使用可硬化的钢，其被归类为微合金化的调质钢。可硬化钢尤其是具有下述质量百分比的合金元素：

其余为铁和与冶炼有关的杂质。

作为替换方案也可使用钢合金，其具有下述以质量百分比表述的合金成分：

其余为铁和与冶炼有关的杂质。

通过第二类区域中构件表面和调温板表面之间的间距进行隔热或者说基于气隙防止因热传导引起的传热。由此第二类区域以可忽略不计的方式被调温或者说在板坯被预热或构件被预热的情况下第二类区域基本上保持在预热温度上。为了防止在第二类区域中向气隙可能的热辐射，在一种优选的实施方案中在调温板中设置隔热材料。在此例如可涉及陶瓷隔热材料或其它隔热材料。在本发明的范畴中，调温板也可同时在两个彼此不同的区域中进行组合的加热和冷却过程。因此第一类区域通过热源被加热或至少保持在其温度上，而第二类区域相反被冷却。另外，在本发明的范畴中有利的是，为了提高在传导调温时的热导率至少在第一类区域上涂上导热胶。但在本发明的范畴中也可在上侧工具或下侧工具和调温板之间涂上导热胶。

为了尽可能通用调温站并使其具有广泛的应用范围，这样构造调温站，使得调温板与上侧工具耦联并且调温板与下侧工具耦联，各个调温板对于任何应用情况可通用更换。特别优选各调温板为此形锁合地耦联在上侧工具和/或下侧工具上、优选通过螺栓来固定。由此可在极短的安装时间内使调温站适配相应的应用情况并且在热成型生产线被调整用于新的产品时只需重新制作调温板，而无需更换包括复杂的闭合机构和昂贵的调温源的调温站。

在另一种优选的实施方案中，这样构造根据本发明的热成型生产线，使得在调温站上游设置炉子，因此板坯和/或构件、即金属构件在炉子中尤其是被均匀预热到一个温度上。例如该预热可进行到高于AC1、但低于AC3的温度上，接着在调温站中至少将第一类区域进一步加热到高于AC3的温度上，并且第二类区域例如保持在AC1和AC3之间的温度水平上。

优选在下侧工具上的调温板上设置间距器，放置在调温板上的板坯或构件尤其是在第二类区域中可被间距器支撑，因而在此在调温板和构件表面之间不产生传导接触。另外，尤其是在构件的整个边缘上延伸的第二类区域时防止金属板坯在被放入调温站中时倾斜并因此与调温板进行不希望的接触的危险。

另外优选调温板具有涂层。涂层尤其是抗氧化涂层，因此可基本上避免调温板表面形成积炭层、变脏或生成氧化皮，并由此降低了根据本发明的调温站的运行成本。另外，涂层尤其可构造成耐热的，从而防止板坯或构件本身的涂层或导热胶的烤干或粘附。另外将涂层构造成耐磨的，使得调温板可以以忽略不计的磨损现象尤其是在一个产品系列的周期上被使用。

另外，在本发明的范畴中板坯或构件本身可被涂层、例如铝硅涂层或锌涂层，涂层或在炉子中已经与构件表面固定连接或涂层本身在调温站的调温过程期间与构件表面固定连接。

本发明还涉及一种热成型生产线，用于制造热成型且加压淬火的钢板产品、尤其是汽车构件，该热成型生产线包括加热装置和成型装置，该加热装置包括调温站，该调温站具有上侧工具和下侧工具，所述调温站具有至少一个用于冷却或加热的调温源，并且在上侧工具和/或下侧工具上能设置用于传导调温的可更换的调温板，所述调温板能通过调温源加热或冷却。

此外，本发明还涉及一种用于借助热成型生产线制造热成型且加压淬火的汽车构件的方法，该方法的特征在于下述方法步骤：

－将板坯加热到低于AC3的温度，

－将板坯转移到调温站中，

－在调温站中借助传导加热将第一类区域加热到高于AC3，

－将第二类区域保持在一个低于AC3的温度，

－将金属板坯转移到成型工具中，进行热成型且加压淬火。

据此，板坯首先被均匀加热到低于AC3的温度，这优选在炉子中进行。如此预热的板坯随后被转移到根据本发明的调温站中，通过调温站中的传导加热第一类区域被加热到高于AC3的温度，并且第二类区域基本上保持在低于AC3的温度、尤其是保持在构件最初被加热的温度。在此第一类区域和第二类区域之间的过度区域可小于30mm、尤其是小于20mm。

在调温站中的调温之后，将如此被热处理的金属板坯转移到成型工具中、在成型工具中热成型并通过随后的迅速冷却而加压淬火。由此制出具有至少两个具有彼此不同的强度特性和/或韧性特性的区域的构件，并且在所述区域之间构造一个明确定义的尤其是小的过度区域，其小于30mm、特别优选小于20mm。另外，通过根据本发明的调温站的针对性调温可将构件在能量上最佳地且有针对性地加热到直至高于900℃的温度上，从而最大程度避免调温期间可能的热量损失。

另一种根据本发明的方法规定下述方法步骤：

－将板坯加热到大于等于AC3的温度，

－将板坯转移到调温站中，

－将第二类区域冷却到低于AC3的温度，

－将第一类区域保持在高于AC1、尤其是高于AC3的温度，且

－将如此被调温的金属板坯转移到成型工具中，进行热成型且加压淬火。

另外，在本发明的范畴中，可将板坯首先加热到低于AC1的温度上，并且第二类区域在调温站中保持在低于AC1的温度。或者也可将构件首先加热到低于AC1、例如加热到500℃或600℃的温度，从而使用于预热的能量投入较小并且随后在根据本发明的调温站中有针对性地通过传导加热进行补充加热。

附图说明

本发明其它优点、特征、特性和方面是下述说明的组成部分。为简单理解本发明，附图中示出优选的实施方案。附图如下：

图1为根据本发明的热成型生产线；

图2为根据本发明的放有两个待调温的板坯的调温板；

图3a和3b为具有厚度突变的调温板的俯视图和侧视图。

具体实施方式

在附图中为相同或相似构件使用同一附图标记，即使出于简化原因省略了重复的说明。

图1示出根据本发明的热成型生产线1，该热成型生产线1具有用于均匀加热板坯3的炉子2。板坯3在炉子中加热后被转移到根据本发明的用于在此所示的有针对性地局部补充加热的调温站4。在调温站4中调温结束后板坯3接着被转移到成型工具5中，板坯3在成型工具5中被热成型并且随后被骤冷并因此被加压淬火。

图2在俯视图中示出放有金属板坯件17的调温板11。调温板11在此这样构造，即在第二类区域7中设置隔热板15并且在第一类区域6中如此构造调温板11，使调温板11与第一类区域6基本上全表面传导贴靠。在此如图2中示意所示，在边缘区域18中在构件边缘以及调温板11和构件及隔热板15之间的接触边缘之间仅略微重叠，从而在根据本发明的范畴中使向构件本身的热量输入尽可能高效并避免了过高的例如散发到环境温度中的热量损失。

图3a以俯视图示出在未放置板坯时下侧工具9上的调温板11。调温板11又具有第一类区域6和第二类区域7，它们可彼此不同地调温。图3b示出沿线A-A的剖面图，但放有板坯3。在此可见板坯3平放于调温板11上，调温板11本身又固定在下侧工具9上。板坯3本身具有厚度突变19，在调温板11本身上也镜像对称地构造有该厚度突变。因此板坯3的底侧20本身形锁合地贴靠在调温板11的表面21上。由此具有两个彼此不同的壁厚W1、W2的板坯3在厚度突变19周围也可被均匀加热，壁厚W1比壁厚W2大。因此通过简单地更换调温板11可以使调温站4以简单的方式适配相应待加热的板坯3。

附图标记列表

1 热成型生产线

2 炉子

3 板坯

4 调温站

5 成型工具

6 第一类区域

7 第二类区域

9 下侧工具

11 调温板

15 隔热板

17 金属板坯件

18 边缘区域

19 厚度突变

20 板坯的底侧

21 调温板的表面

W1 壁厚

W2 壁厚