专利名称：带有在部件内分叉的冷却通道钻孔的模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热变形工具，特别是压硬金属板的工具，其带有数个彼此邻接放置的、限定出成型面的部件，其中成型面与待通过热变形制备的板成型零件的至少一个截段形成互补，而且其中该部件具有钻孔形式的冷却通道，该通道沿着成型面延伸。
背景技术：
在将钢板热变形时，钢板在一个热处理装置中被加热至奥氏体化温度，接着在热状态下置于模具(压具)中并变形。在模具中镶嵌着，该板成型零件通过冷却模具硬化。通过在奥氏体化后对热钢板同时进行变形和冷却，在最终产品中达到了马氏体结构，该结构给予零件超过IOOOMPa以及1500MPa的屈服点和抗拉强度。在此使用的钢板通常涉及硼合金钢质，例如涉及22MnB5钢质。压硬的钢板成型件特征为在相对小的零件重量下具有高至极高的强度。已知的用于压硬钢板的模具具有冷却液环流的钻孔状的冷却通道。另外已知用于压硬钢板的模具，其冲具和凹模由一个限定出成型面的外部件和与其互补的内部件(插入件)构成，其中至少在外部件和内部件彼此面对的面构建了冷却液环流的至少一个冷却通道，即通过铣处理和/或浇铸外部件和内部件(见文献DE 10 2007 047 314A1)。这样的模具的互补放置的外-和内部件的制备十分昂贵，其中特别是在外-和内部件部分面范围延伸的冷却通道的无缝密封是困难的。由文献US2006/0138698A1已知压硬金属板的模具，其冲具和凹模分别由许多板状、彼此相连的部件构成，其中该冲具和凹模的部件的相邻放置的表面分别横向于模具和通过热变形制备的板零件的轴延伸。冲具和凹模的板状部件在此具有为冷却液的钻孔分散和收集通道的彼此连接的截面，其中在部件彼此邻接放置的表面铣入冷却通道，该通道分叉出分散-和收集通道并与各自板状部件形成面轮廓平行地延伸。彼此邻接放置的板状部件的无缝密封应当简单并可靠，如根据文献DE 10 2007 047 314 Al所述的模具。由文献 US 2006/0138698A1已知，然而模具的生产由于高数额的板状部件非常耗费成本。此外由于冷却通道设置，其特征在于许多铣制的、横向模具轴延伸的冷却通道以及少量分散和收集通道的冷却水连接，在单个铣制冷却通道中有着非常不均勻的流体速率以及相应地通过各个成型面的不均勻的冷却效率。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种模具(压具)，其在大成型面上提供高而均勻的冷却效率并可以相对成本低廉地制备。该目的通过带有权利要求1所述特征的模具得以实现。本发明的模具由数个彼此邻接放置的、限定出成型面的部件构成，其中该成型面与待通过热变形制备的板成型零件的至少一个截段形成互补，而且其中该部件具有钻孔形式的冷却通道，该通道沿着成型面延伸。根据本发明至少两个部件具有至少一个在部件内分叉为至少两个冷却通道分支的冷却通道，其中分别流动的以及流到一起的冷却通道分支的钻孔轴沿着成型面延伸。将冷却通道设置为钻孔从生产角度看是有益的。因为钻孔可以相对成本低廉地制成并由于它到部件成型面的径向距离可以可靠地密封。此外彼此邻接放置的部件的彼此邻接设置的钻孔终端可以相对简单地无缝连接。通过钻孔冷却通道在部件内分叉一方面能够使冷却通道的曲线更好地适应于成型面以及待制备板零件的外廓曲线。另一方面通过本发明的冷却管的设置能够使模具划分为彼此相邻的部件，这种划分应尽可能减少。越少地将模具划分为数个彼此邻接的部件，则模具的生产耗费越少，模具相互密封的必要耗费也越少。特别是通过根据本发明的冷却通道的设计和设置，可以达到冷却液在冷却管内的非常高的流速以及相对均勻的通过相邻冷却管的速度分布，以至于相对于模具成型面而提供了相对高及均勻的冷却效率。这也是在本发明的范围内即通过在模具中根据位置调整不同的冷却效率，有意地影响制冷效率，特别为待制备的零件匹配预期的强度分布。一个如此设置的回火(“适应回火”)例如通过不同尺寸的冷却通道以及冷却通道的钻孔直径来实现。根据本发明的模具的部件可以具有一个或者多个在部件内分叉的钻孔冷却通道。 分叉的冷却通道可以具有多个分支，其中部件各自的冷却通道分支可以结束于一个或者两个部件连接面，或者也部分地结束于两个连接面的一个而另一个则结束于两个连接面的另一个。进一步地，本发明的模具的部件可以包括没有冷却通道的部件以及带一个或多个不分叉冷却通道的部件。因此两个部件(其在部件内具有至少一个在部件内分叉为至少两个冷却通道分支的冷却通道)之间设置有一个或者多个部件(其具有一个或多个钻孔形式的不分叉冷却通道)。为达到尽可能高的冷却液速度以及制冷效率，这是适宜的即根据本发明模具的优选的设计方案至少两个冷却通道分支内径截面积之和为分叉的冷却通道的内径截面积的1. 0倍至1. 3倍，优选1. 0倍至1. 2倍。例如分叉的冷却通道的直径可以为12mm，而同时两个从该冷却通道分出来的冷却通道分支分别具有9mm的直径。两个冷却通道分支的内径截面积的和在这种情况下为约127. 2mm2，而同时分叉的冷却通道的内径截面积为约 113. Imm20进一步，鉴于热板零件的均勻冷却，这是有益的即根据本发明进一步的设计方案，每个冷却通道分支与成型面的最短径向间距等于至少两个冷却通道分支的另外一个冷却通道分支与成型面的最短径向间距或者两者间的差别不超过20%，优选不超过10%。在本文中提供了根据本发明模具的进一步优选的实施方式，即分叉的冷却通道与成型面的最短间距等于至少两个冷却通道分支之一与成型面的最短间距，或者两者间的差别不超过 20%，优选不超过10%。根据另一优选的设计方案提供了，各个冷却通道分支和/或分叉的冷却通道与部件的成型面最短的径向间距为各个冷却通道分支或分叉的冷却通道的直径的0. 5至1. 2倍。特别是在制备复杂成型的钢板零件时为将模具的一定截面均勻冷却，这是有益的即冷却液体流在钢板零件轴向上数倍地分叉。根据本发明的模具的进一步的设计方案相应提出了，部件的至少一个冷却通道分支与下一部件的冷却通道相连，该冷却通道在下一个部件内至少分叉为两个另外的冷却通道分支，其中另外的冷却通道分支的钻孔轴沿着成型面延伸。一个另外的有利的根据本发明的模具的设计方案特征在于，其凹模具有至少一个活动的底板件。相对于在变形过程开始时和过程中的模具的成型面，通过凹模的活动的底板件可以实现待变形板截段的准确定位。在彼此邻近放置的部件的彼此面对的移动面的可靠的无缝密封可以通过本发明优选的设计方案如此达到即彼此相邻部件的彼此相连的冷却通道和/或冷却通道分支为容纳密封件设置有环状凹槽。该密封件优选由套筒状插入物构成，在插入物的外罩面中设置有至少两个轴向对称的环形槽，在环形槽中设置有弹性橡胶密封圈。这样实施的密封允许了彼此相邻放置的部件在轴向和/或径向的可移动性，而不会导致泄露。特别是基于温度造成的单个或者多个部件的涨和缩而会出现部件的轴向移动。径向可移动性在零件偏差的情况下是有益的。根据本发明的模具的另外优选和有利的实施例在从属权利要求中给出。
下面通过描述实施例的附图进一步阐明了本发明。附图中图1示出了在变形过程开始时用于热变形和压硬金属板的模具的垂直截面视图；图2仍以垂直截面示出了在变形过程结束前不久的图1的模具；图3示出了变形过程结束时的图1的模具；图4以俯视图示出了本发明的模具的凹模；图5示出了用本发明的模具制造的零件；图6示出了在根据图4的凹模(未示出)中的冷却通道的结构和设置，其中用虚线示出了根据图5的零件；图7示出了根据本发明的模具的凹模的部件；和图8以截面图示出了凹模(未详细示出)中的冷却通道设置，；图9以截面图示出了两个根据本发明的模具的带有连接的冷却通道的彼此相邻部件的截面；和图10根据本发明的模具的冲具，侧视图。
具体实施例方式在图1至3中示出的模具用于热变形和压硬金属板，优选是硼合金钢板。该模具 (压具)由冲具1和凹模2构成。冲具1设置在机器框架5内，在它上面为支撑待变形的板截段7装配了上侧的支架6。凹模2具有活动的底板件2. 1，其设置在凹模的侧面部件(块)2. 2,2. 3之间。在部件的打开位置中，活动的底板件2. 1以其朝向冲具1的成型面突出于凹模的侧面部件2. 2、 2. 3的成型面。活动的底板件2. 1作为用于冲具1的反压元件并由此而通过压入板截段优化了其在变形期间的位置定位。部件(块)2. 2、2. 3与用作载体的凹模2的基础件(底板)2. 4可解除地连接。块 2. 2、2. 3和凹模2的底板件2. 1以及冲具1具有冷却通道8、9、10，通过冷却液，例如冷水， 用于将之前在热处理设备上加热至奥氏体温度的钢板7快速冷却。板支架6在所示出的实施例中不包括冷却通道。然而有可能，在根据本发明的模具中板支架6也使用整合的冷却通道。在图4中用俯视图示出了根据本发明的模具的凹模2，通过其可以由钢板7制备微长的成型件7’。板成型件7’是在图5中示出的汽车车身B柱。零件7’的截面随长度变化。它具有槽状拱形结构7.1，其从上连接区域7.2至中间长截段7.3逐渐扩展。拱形结构 7. 1的侧肋7. 11,7. 12从上至下截段地相对平坦地延伸。在中间长截段7. 3上侧肋7. 11、 7. 12逐渐过渡为位于对面的斜面7. 4,7. 5，其限制了槽状拱形结构7. 1的狭窄部7. 9。在狭窄部7. 9以下，拱形结构7. 1的侧肋7. 11,7. 12平行延伸，直至它们最终结束于柱的下端 7. 6。拱形结构7. 1的外侧具有两个基本平整的平面区域7. 7,7. 8，其在狭窄部7. 9处相交形成钝角。零件7’的槽状拱形结构7. 1的侧肋7.11,7.12通过侧面部件(块)2. 2、2. 3的成型面形成并且基本平整的平面区域通过凹模2的活动的底板件2. 1的成型面形成。凹模的活动的底板件2. 1在此实施为两部分，其中活动的部分2. 11对应于拱形结构7. 1的上外侧区域7. 7，而另一活动的部分2. 12对应于下外侧区域7. 8。如图4所示，在凹模2的活动的底板件2. 11,2. 12的两侧设置数个彼此相邻放置的部件(块)2. 21,2. 22,2. 23,2. 24,2. 25,2. 31,2. 32,2. 33,2. 34，其与用作载体的凹模2 的基础件2. 4可解除地连接。可解除的连接优选由螺纹连接构成。部件2. 21,2. 22,2. 23,2. 24,2. 25,2. 31,2. 32,2. 33,2. 34 以及活动的底板件
2. 11、2. 12具有实施为钻孔的冷却通道8、9，该冷却通道沿着成型面延伸(见图1)。图6示出了没有凹模的图4的凹模2的冷却通道的设置，其中为明确适应于凹模2的成型面的钻孔的冷却通道8、9的走向额外根据图5用虚线画出了成型件(B柱)7’的外廓。用13标出了模具的中间刺，该刺穿过零件7’的洞，该洞在由金属板7热变形或压硬前冲钻孔。根据本发明，模具的数个块2. 23,2. 24,2. 32,2. 33分别具有至少一个钻孔的冷却通道9. 1，该通道在块2. 23,2. 24,2. 32,2. 33内分叉为两个钻孔的冷却通道分支9. 2,9. 3， 其中冷却通道分支9. 2,9. 3的钻孔轴基本与邻近凹模的成型面外廓平行地延伸。冷却通道 9. 1和从其分叉出来的冷却通道分支9. 2,9. 3在块2. 23,2. 24,2. 32,2. 33内构成了 Y形或者叉形的冷却通道设置。钻孔直径为例如9mm、12mm和16mm。直径为16mm的钻孔冷却通道例如分为两个钻孔的冷却通道分支，该分叉具有12mm的直径，而直径为12mm的钻孔的冷却通道9. 1分为两个钻孔的冷却通道分支9. 2、9. 3，该冷却通道分支具有9mm的直径。在活动的底板件2. 11,2. 12两侧设置的凹模2的部件(块)2. 21、2. 22、2. 23、 2. 24,2. 25,2. 31,2. 32,2. 33,2. 34的数量取决于待制备零件V的形状，特别是狭窄部7. 9 和/或零件7’的拓宽部的数量。冷却通道9、9. 1以及冷却通道分支9. 2,9. 3沿着凹模成型面和冲具成型面的外廓。通过在示出的冲具1以及块2. 21,2. 22,2. 23,2. 24,2. 25,2. 31、 2. 32,2. 33,2. 34和凹模2的活动的底板件2. 11,2. 12内设置冷却通道8、9、9. 1、10和冷却通道分支9. 2,9. 3达到了零件7’的快速、均勻冷却和在压硬时均勻的硬化。图7示出的块状部件2. M除了钻孔的、在部件2. 24内分为冷却通道分支9. 2,9. 3 的冷却通道9. 1之外具有另外的冷却通道9，该通道不分叉并从连接面2. 241延伸至对面的连接面2. 2420从图7可以识别出，钻孔的冷却通道9、9. 1和冷却通道分支9. 2,9. 3与部件2. 24成型面11外廓平行地延伸。另外在图8中示出了，根据本发明的模具的凹模的钻孔的冷却通道9. 4,9. 5和冷却通道分支9. 2、9. 3，如果它们具有不同直径C^dpd3，则同样在成型面设置有同样距离b” b2、b3，其中后者通过制备的零件7’的图形示出。直径为Cl1(例如9mm)的钻孔9.1、9.2，以至凹模成型面的间距h为10. 5mm来设置该钻孔，同时钻孔9. 4,9. 5的直径d2以及d3例如为12mm，至凹模成型面的间距b 2 =、分别为约12mm。邻近的钻孔9. 4的钻孔轴的径向间距a也基本相等。图9最终示出了通过钻孔冷却通道9、9. 1和冷却通道分支9. 2,9. 3使冷却液流过的密封的连接的实施例(见图7)。彼此相邻放置的部件2. 21、2. 22、2. 23、2. 24、2. 25、2. 31、 2. 32,2. 33,2. 34的彼此连接的冷却通道9、9. 1和冷却通道分支9. 2,9. 3在此为容纳密封件设置了环状凹槽14、15。该密封件由套筒状插入物16构成，在它的外罩面设置了至少两个轴向对称的环形槽17，在槽中设置了弹性橡胶的密封圈18。套筒状插入物16具有基本与插入物16相连的钻孔9. 3相同的内径。套筒状插入物16的长度大于连接的冷却通道9、 9. 1以及冷却通道分支9. 3的钻孔直径。插入物16的长度基于凹槽14、15如此测量，即在插入物16的额头侧与凹槽14、15相对面的额头侧之间至少一侧具有空隙(中间空间)。空隙S为1至4mm，优选1至2mm。图9示出的密封结构可以通过部件2. 23、2. 24以及插入物 16在一个宽范围内轴向移动，而不会在密封处造成泄露。如果要实现径向可移动性，插入物 16的外径应当选择小于凹槽14、15的直径。图10示出了根据本发明的模具的冲具1。可以认识到，在冲具底结构1. 2上彼此相邻放置地装配了数个部件1. 11、1. 12、1. 13、1. 14、1. 15、1. 16。冲具1的部件1. 11、1. 12、 1. 13、1. 14、1. 15、1. 16相对于凹模2的部件2. 23,2. 24具有钻孔的冷却通道，该冷却通道沿着成型面延伸，其中部件1. 11、1. 12,1. 13,1. 14,1. 15,1. 16的至少两个也具有至少一个在部件内分叉为至少两个冷却通道分支9. 2、9. 3的冷却通道9. 1，而且其中冷却通道分支 9. 2,9. 3的钻孔轴沿着成型面延伸。冲具1的部件1. 11、1. 12、1. 13、1. 14、1. 15、1. 16的无缝密封与图9的凹模2的部件2. 23,2. 24相同实施。本发明的模具的实施例并不限于上面所述的实施例。本发明可以具有为数众多的变体，在有所偏差的设计方式下本发明根据的任意权利要求也可以获得这些变体。
权利要求
1.一种用于热变形，特别用于压硬金属板的模具，其带有数个彼此邻接放置的、限定出成型面的部件(2. 21,2. 22,2. 23,2. 24,2. 25,2. 31,2. 32,2. 33,2. ；34)，其中所述成型面与待通过热变形制备的板成型零件(7’ )的至少一个截段形成互补，而且其中所述部件0.21、 2. 22,2. 23,2. 24,2. 25,2. 31,2. 32,2. 33,2. 34)具有钻孔形式的冷却通道(9,9. 1,9. 2、 9. 3)，所述冷却通道沿着所述成型面延伸，其特征在于，至少两个所述部件(2. 23,2. 24)分别具有至少一个在所述部件(2. 23,2. 24)内分叉为至少两个冷却通道分支(9. 2,9. 3)的冷却通道(9. 1)，其中所述冷却通道分支(9.2、9.3)的钻孔轴沿着所述成型面(11)延伸。
2.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，至少两个所述冷却通道分支(9.2,9. 3)的内径截面积之和为分叉的所述冷却通道(9. 1)的内径截面积的1. O倍至1. 3倍，优选为1. O 倍至1. 2倍。
3.根据权利要求1或2所述的模具，其特征在于，所述冷却通道分支(9.2)与所述成型面(11)的最短径向间距等于至少两个所述冷却通道分支(9.2、9.3)中另一个冷却通道分支(9. 3)与所述成型面的最短径向间距，或者两者间的差别不超过20%，优选不超过10%。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的模具，其特征在于，各自分叉的冷却通道(9、 9. 1)与成型面(11、12)的最短径向间距等于至少两个冷却通道分支(9.2、9.3)中的一个冷却通道分支与所述成型面的最短径向间距，或者两者间的差别不超过20%，优选不超过 10%。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的模具，其特征在于，各个所述冷却通道分支 (9. 2,9. 3)和/或分叉的所述冷却通道(9. 1)与所述部件(2. 24)的成型面(11,12)的最短径向间距为各个所述冷却通道分支(9. 2,9. 3)或者分叉的所述冷却通道(9. 1)的直径的 0. 5 至 1. 2 倍。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的模具，其特征在于，一个所述部件0.21、2.22、 2. 23,2. 24,2. 25,2. 31,2. 32,2. 33,2. 34)的至少一个所述冷却通道分支与下一个部件的冷却通道相连，所述冷却通道在所述下一个部件中分叉为至少两个另外的冷却通道分支，其中所述另外的冷却通道分支的钻孔轴沿着所述成型面延伸。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的模具，其特征在于，彼此相邻所述部件(2.23、 2. 24)的彼此相连的所述冷却通道(8、9、9. 1,10)和/或所述冷却通道分支(9. 2,9. 3)为容纳密封件(16、18)设置有环状凹槽(14、15)。
8.根据权利要求7所述的模具，其特征在于，所述密封件由套筒状插入物(16)构成，在所述插入物的外罩面中设置有至少两个轴向对称的环形槽(17)，在环形槽中设置有弹性橡胶密封圈(18)。
9.根据权利要求7或8所述的模具，其特征在于，所述密封件(16、18)允许了彼此相邻放置的所述部件(2. 23,2. 24)在轴向和/或径向的可移动性。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的模具，其特征在于，所述模具具有凹模O)，所述凹模具有至少一个活动的底板件(2. 1,2. 11,2. 12)。
11.根据权利要求10所述的模具，其特征在于，至少两个部件(2.23,2. 24,2. 32,2. 33) 与用作载体的凹模O)的基础件(2.4)可解除地相连，所述部件具有至少一个在所述部件内分叉为至少两个冷却通道分支(9. 2,9. 3)的冷却通道(9. 1)。
12.根据权利要求10或11所述的模具，其特征在于，所述模具具有冲具(1)，其中至少两个部件(1. 11、1. 12、1. 13、1. 14、1. 15、1. 16)与用作载体的所述冲具(1)的基础件(1. 2) 可解除地相连，所述部件具有至少一个在所述部件内分叉为至少两个冷却通道分支的冷却通道。
全文摘要
一种用于热变形，特别用于压硬金属板的模具，其带有数个彼此邻接放置的、限定出成型面的部件，其中该成型面与待通过热变形制备的板成型零件(7’)的至少一个截段形成互补，而且其中该部件具有钻孔形式的冷却通道(8、9、9.1、9.2、9.3)，该通道沿着成型面延伸。根据本发明至少两个部件具有至少一个在部件内分叉为至少两个冷却通道分支(9.2、9.3)的冷却通道(9.1)，其中冷却通道分支(9.2、9.3)的分别流过的和流到一起的钻孔轴沿着成型面延伸。据此提供了这种类型的模具(压具)，其在大成型面上提供高而均匀的冷却效率并可以相对成本低廉地制备。
文档编号B21D37/16GK102189176SQ20101019472
公开日2011年9月21日 申请日期2010年6月7日 优先权日2010年3月11日
发明者尼古拉斯·多马热, 延斯·奥弗拉特 申请人:蒂森克虏伯索弗蒂公司, 蒂森克虏伯金属成型技术有限公司