技术领域本发明涉及一种用于对金属片材进行热冲压的工具，该工具由至少一个基部块形成，该工具具有功能层，其中，功能层包括冷却通道。本发明还涉及一种制造用于热冲压的工具的方法。
背景技术：
在金属片材的热冲压中使用的工具部段必须例如通过提供冷却流体穿过形成在工具部段内的冷却通道来进行冷却。冷却通道通常被常规地机加工而成，并且冷却通道通常在该工具的生产期间被钻孔或铣削。该生产方法在存在复杂的工具几何形状时限制了均匀的冷却。已知热生产方法由于较短的产品开发时间和产品种类的增加而广泛地用于较小批量的工具制造和模具制造。几年来，已经使用了金属和非金属原始材料，其目的是通过计算机辅助设计(CAD)数据直接生成工具。这种通常以粉末形式提供的工具材料通过激光辅助方法进行处理。激光生成和选择性激光烧结是适用于生产工具和模具的激光辅助方法的两个不同的示例。原则上，激光生成可以与激光涂敷过程相比较，或者也可以与激光堆焊相比较。在激光生成中，要被生产的部件通过使原始材料部分或完全地熔化并相继地将单独的涂层片材添加在另一单独的涂层片材的顶部上而生成。然而，可以利用这种方法获得的精确度太低而不能满足关于高质量工具的要求。在选择性激光烧结中，粉末床中的粉末颗粒借助于激光束而被部分熔化或熔合，并且随后粘合在一起以在冷却之后形成固体层。常规的选择性激光烧结系统包括激光器、束成形和束引导单元、用于软件编辑和处理的处理器、粉末剂量单元和构建平台。激光束通过例如旋转镜单元和F-Theta透镜的偏转单元被引导到构建平台上。处理器单元基于编辑过的CAD数据来控制偏转单元。构建平台承载其上建立有部件的基部并且被设计成是平坦的。另一选择是在没有基部的情况下进行操作，其中，部件由周围的材料支承。然而，在利用该方法的变体时，必须确保构建平台的高度是可调节的。同样平坦的粉末贮存器和呈叶片或辊形式的擦拭器单元用于供应新材料。通过重复以下所述的过程步骤，可以一层一层地生成所需部件。首先，施加所需的粉末层厚度，其中，应该能够获得用于均匀涂层的足够量的粉末。粉末借助于刮片或辊以例如0.001至0.2mm的厚度施加在构建平台的整个表面上。通过根据部件的轮廓来控制激光束以使层递增地烧结或熔合到粉末床中。构建平台然后略微地降低，并且施加新的层。粉末通过提升粉末平台来提供或者由于刮片中的供应而被提供。用作热源的激光辐射的功率密度基于粉末系统而被调节及供应，使得形成中的温度循环使一部分材料部分地熔合或熔化，由此，所生成的本体被给予了结构强度。特别地在金属和陶瓷原始材料的情况下，为了防止对烧结结果造成不利影响的熔化物的氧化，在处理室中的惰性气体或者特殊金属气体气氛下，在系统中频繁地执行选择性激光烧结过程。通过US2011/0229595A1已知一种用于生产铸造工具和冲压工具的方法，该方法可以用于产生具有适当布置的温度控制介质通道的自由形式的加热器。借助于热喷涂方法，产生了一种可以包括部分预制的温度控制通道的结构。更具体地，利用热喷涂来建造第一绝缘层，并且然后将消失模具(lostmold)或者预制的通道元件固定至第一绝缘层。额外的绝缘材料被喷涂在模具或者通道元件周围，并且最后施加可机加工的金属层。该过程需要若干步骤来制造及定位消失模具或通道元件，以将消失模具或通道元件固定至绝缘层，并且喷涂各个层。提供一种用于制造克服现有技术的上述缺点中的至少一些缺点的工具将是有益的。
技术实现要素：
本发明的至少一个实施方式的目的是形成一种下述工具：该工具具有高精度且具有温度控制通道，温度控制通道可以基于CAD数据以简单的方式产生，并且温度控制通道允许对要生产的工具和部件的形状进行最佳的冷却调节。根据实施方式，提供了一种用于对金属片材进行热冲压的工具，该工具包括：基部块和功能层，其中，功能层包括冷却通道并且包括多个不同的层，所述多个不同的层以彼此叠置的方式构建而建立了至基部块的连接并且所述多个不同的层包括被设计为冷却通道阵列并以激光烧结方法产生的冷却通道，其中，冷却通道中的至少两个冷却通道不具有相同的物理行进方式。激光烧结方法有利地形成了单独适于该工具的设计的冷却通道阵列。根据实施方式，提供了一种用于对金属片材进行热冲压的工具，该工具包括基部块和功能层，其中，该基部块由第一材料制成并且在其内限定有轮廓，该轮廓接近于工具的成形表面的预定形状；该功能层形成在基部块的轮廓内，该功能层限定了多个冷却通道，所述多个冷却通道中的每个冷却通道利用激光烧结工艺而在功能层内形成为连续的空间，所述多个冷却通道中的至少两个冷却通道彼此相比具有不同的三维形状，功能层包括多个子功能层，所述多个子功能层以彼此叠置的方式布置，并且所述多个子功能层包括至少第一子功能层、第二子功能层和第三子功能层，其中，该第一子功能层用于建立至基部块的第一材料的连接；该第二子功能层容纳多个冷却通道；该第三子功能层由工具钢制成并提供该工具的成形表面的预定形状。根据实施方式，提供了一种用于生产热冲压工具的方法，该方法包括：在激光烧结系统的粉末床内设置基部块，该基部块中限定有轮廓，该轮廓接近于工具的成形表面的预定形状；通过对粉末材料的连续层进行激光烧结而在轮廓内形成功能层，通过对粉末材料的连续层进行激光烧结而在轮廓内形成功能层包括：形成用于建立至基部块的第一材料的连接的第一子功能层；形成包含多个冷却通道的第二子功能层，每个冷却通道在功能层内形成为连续的空间，并且其中，所述多个冷却通道中的至少两个冷却通道彼此相比具有不同的三维形状；以及形成由工具钢制成并且提供工具的成形表面的预定形状的第三子功能层。在实施方式中，冷却通道中的至少一些冷却通道与相应的相邻冷却通道相比具有不同的行进方式或三维形状。术语“行进方式”指的是冷却通道在其入口端与出口端之间所行进的路径。这样，两个通道在通道中的一个通道可以叠置在另一个通道上的情况下被认为具有相同的行进方式。不同的冷却通道的行进方式可以例如基于工具的成形表面的已知的最终形状来确定。以此方式，可以确定每个冷却通道的行进方式以提供冷却通道与成形表面之间的所需间隔，以便获得最佳的冷却特性。在实施方式中，冷却通道阵列的冷却通道具有不同的截面。例如，至少一个冷却通道的截面形状和/或尺寸与另一个冷却通道的截面形状和/或尺寸不同。由于不同的截面，冷却通道阵列的冷却行为在工具的不同位置处被最优化。在实施方式中，冷却通道阵列的冷却通道之间的间隔变化。例如，两个相邻冷却通道之间的间隔沿着所述两个冷却通道的长度变化。替代性地，沿着两个相邻冷却通道的长度设置恒定间隔，但不同的相邻冷却通道以不同的恒定距离间隔开。此外，有利的是冷却通道的入口和出口在每一种情况下均连接至分配器管线。因此，仅需要一个入口和一个出口来对工具进行供应，并且分配器管线确保了冷却流体至单个通道的供应。根据实施方式，上述功能层包括粘附层、冷却层、结构层和处理层，冷却层包括冷却通道。由于分层设计，可以在激光烧结期间使用不同的材料，并且因而使功能层最佳地适应其任务。特别地在限定了冷却通道的冷却层中重要的是，可以利用细粉末颗粒通过激光烧结来产生该精细结构。此外，有利的是至少一个冷却通道包括用于在温度控制流体中引起湍流的至少一个湍流发生器。通过结合有湍流发生器，冷却剂的流动从层流转变成湍流，从而实现了改善的冷却。在有利的实施方式中，湍流发生器由位于至少一个冷却通道的壁中的结构构成，例如叶片状结构或来自至少一个冷却通道的壁的突起。通过引入具有不同设计的湍流发生器，可以影响冷却剂的通流，并且从而使工具的不同点处的冷却最优化。为此目的，有利的是湍流发生器包括具有底切的结构。激光烧结方法特别适用于生产底切。使用下述用于热冲压的工具是有利的：该工具由一个或更多个基部块构成，其中，基部块中的至少一个基部块或者一个基部块的至少一个部段构造有通过激光烧结方法产生的功能层。这具有下述优点：仅在工具的有必要形成复杂特征以及/或者确保精确的尺寸/形状的区域或部段中利用相对较昂贵且复杂的激光烧结工艺。根据本发明的实施方式的方法利用激光烧结来施加功能层以生产工具，功能层包括限定了冷却通道的冷却层。附图说明将参照附图通过示例的方式对本发明进行描述，在附图中：图1以CAD模型的方式示出了冷却通道的示例性实施方式的示意图；图2示出了工具的组合件和部件的图示；图3示出了一起形成图2的工具的功能层的各个层的细节；图4示出了通过工具的组合件截取的简化截面图；图5a示出了包括湍流发生器的冷却通道的纵向截面；图5b示出了不存在湍流发生器的冷却通道的纵向截面；以及图6示出了功能层仅形成在工具的选定区域内的另一实施方式。具体实施方式图1以CAD模型的方式示出了多个冷却通道的示意图，所述多个冷却通道一起形成了用于热冲压工具的所谓的“冷却通道阵列”3。冷却通道阵列3由供给管线5供应，供给管线5经由分配器15来提供用于冷却处理的冷却流体。在出口侧，冷却流体由第二分配器15’收集并且经由排出管线6排出。在两个分配器15、15’之间设置了由多个冷却通道构成的冷却通道4。每个冷却通道4的入口13均连接至供给管线5的分配器，并且出口14连接至排出管线6的分配器。在本示例中，冷却流体从右至左地流过设置成在分配器15与分配器15’之间彼此靠近的冷却通道4。冷却通道4设置成彼此隔开距离“d”。该距离d对于整个冷却通道阵列而言不一定是恒定的。由于冷却通道阵列3被设计成使得冷却通道阵列3遵循工具的结构——更具体地遵循工具的未示出的成形表面的形状，并且必须考虑到工具的不同点处的冷却要求，因此不同冷却通道的物理构型通常是不同的。通常，每个冷却通道具有不同的三维形状。例如，所述两个分配器15、15’之间的每个冷却通道的如由弯曲部的数目、每个弯曲部的角度、每个弯曲部的位置、直部段的数目、每个直部段的长度以及每个直部段的位置所确定的行进方式对于冷却通道阵列的每个冷却通道而言是不同的。此外或替代性地，通过改变冷却通道之间的距离d，可以调整工具的不同位置处的不同冷却特性。可选地，一些冷却通道具有大致相同的行进方式并且仅彼此偏移了距离d。例如，用于形成对称形状的部件的工具可以具有关于对称平面的每侧大致相同的冷却结构。图2是其中已经通过激光烧结形成了图1的冷却通道阵列3的工具的示意图。在工具的生产中使用基部块1。在本示例中，基部块1的初始形状与工具的所需形状大致类似、包括工具成形表面的未经加工的轮廓。根据实施方式，基部块1由质量次于用于工具的最终成形表面的钢的质量的钢制成。冷却通道阵列3的冷却通道的行进方式(或等同地，三维形状)以设置在基部块1的轮廓2内的方式被示意性地示出。另外，图2中示出了工具附件12。通过使用激光烧结，基部块1被覆盖并涂敷有由高质量的工具钢制成的功能层7。如图3的局部截面图中示出的，在功能层7内设置有多个子功能层。功能层7在本示例中为12mm厚，但是其他应用可能需要比12mm更厚或更薄的功能层7。第一层(邻近基部块1)是被测量为约4mm厚的粘附层8，粘附层8将用于激光烧结的材料粘合至基部块1的材料。被测量为约3mm厚的下一层——冷却层9——容纳冷却通道4。冷却通道4根据工具的CAD模型的规格以结构化的方式产生在冷却层9中。由于激光烧结方法的使用，因此不需要消失模具或额外的通道部件。换句话说，用于冷却通道阵列3的冷却通道4的腔通过仅使腔外部的颗粒熔化而直接以粉末材料的方式产生。冷却通道4中剩下的粉末颗粒在激光烧结过程结束时被移除。这样，多个冷却通道中的每个冷却通道4(或等同地，冷却通道阵列3的每个冷却通道4)通过激光烧结而在功能层7内形成为连续的空间。在图3中示出的具体而非限制性的示例中，产生了具有圆形形状的截面的冷却通道4。可选地，冷却通道4的截面形状是椭圆形或有角度的。对于某些应用，以及对于在冷却方面的给定挑战，有利的是将具有不同截面形状和/或尺寸的冷却通道结合在冷却通道阵列3内。仍参照图3，被测量为4mm的下一层是结构层10，该结构层10对于生产坚固且牢固的生产工具是重要的。由于结构层10由工具优质钢制成，因此结构层10提供了最佳的热传递并且确保了长的使用寿命。被测量为1mm至2mm的最后一层是处理层，该处理层被机加工成提供工具的成形表面的最终轮廓。图4是示出了图3的工具的结构的简化截面图。如图4中所示，冷却通道阵列3在功能层7内形成为一系列连续的空间，该功能层7建立在下面的基部块1上。有利地，仅利用激光烧结来生产相对较小体积的工具；基部块1占了工具的总体积的大部分。基部块1利用质量比功能层7中使用的钢的质量更低的钢进行制造，并且基部块1可以利用低精度的制造技术进行制造，以便使生产该工具的总成本最小化。替代性地，基部块也可以利用更高质量的钢进行制造。图5a和图5b示出了不同冷却通道4的详细结构。图5b是通过不存在湍流发生器的通道4截取的纵向截面图。在不包括内部湍流发生器的冷却通道内出现层流21。在层流的情况下，冷却剂均匀地流过冷却通道4，并且在冷却通道的与工具直接接触的一侧与冷却通道的中心之间形成了温度梯度。通常，更希望冷却剂以湍流方式流动。图5a示出了通过配备有内部湍流发生器20的通道4截取的纵向截面图。在图5a中，湍流发生器20被示意性地示出为小的块。实际上，湍流发生器20可以作为凹槽或者凹部被引入到冷却通道4的壁中，或者湍流发生器20可以作为脊部、鼻状部或突起直接地从壁突出。在实施方式中，湍流的产生由叶片状元件决定，如叶片状元件通过涡轮叶片而已知。有利地，即使是包括叶片或翼的相对较复杂的三维结构也可以利用激光烧结进行生产。即使是底切也不会对将这种作为湍流发生器的复杂结构结合到冷却通道4的流动通道中造成障碍。可以由增加湍流的所有可能的部件对在此示出的关于湍流发生器20的示例进行补充。用于安装在冷却通道中的不同部件的所有组合也是可想到的。在使用期间，冷却剂流体的入射流由于湍流发生器20而破坏了层流21，从而产生“涡流”22。涡流22以比层流21更高效的方式传递冷却剂流体内的热。图6示出了本发明的另一实施方式的示意图。如将由本领域普通技术人员理解的，激光烧结是一项复杂且成本很高的技术。因此，预期激光烧结的大量使用增加了制造工具的总成本。如图6中所示，有利的是将工具划分成子区域，不是所有的子区域都设置有由激光烧结材料制成的功能层7。为此目的，基部块1如图6中利用虚线所示可以被划分成不同的区域。功能层7形成在所述区域的一些区域内，但不形成在所述区域的其他区域内。可选地，在没有接纳功能层的区域内，利用常规的铣削或钻孔技术来形成冷却通道。还可选地，没有接纳功能层的区域不包括任何冷却通道。替代性地，工具可以由彼此连接的多个基部块构成。在这种情况下，图6中的虚线描绘了所述多个基部块之间的接合。不同的基部块可以有不同的预处理，使得利用激光烧结进行的功能层7的涂覆没有必要用于所有基部块。附图标记1基部块2基部块的轮廓3冷却通道阵列4冷却通道d相邻冷却通道之间的距离5供给管线6排出管线7功能层8粘附层9冷却层10结构层11处理层12工具附件13冷却通道的入口14冷却通道的出口15、15’分配器20湍流发生器21层流22湍流