本申请要求于2015年7月30日提交的美国专利申请no.62/198,980的优先权，该美国专利申请的全部内容通过参引并入本文。
本专利申请涉及用于对金属板构件进行成形的系统和方法。
背景技术：
车辆制造商努力提供越来越牢固、越来越轻且越来越便宜的车辆。所提出的一种解决方案包括使用经热处理的钢板面板构件来形成车身面板构件。在一些应用中，钢板面板构件通过成形工艺形成并且随后经过热处理操作。这种两阶段处理因附加操作可能会大幅增加成本和时间而可能是不利的。
作为采用单独的热处理操作的工艺的替代方案，已知的是可以在热成形模具系统中对某些材料比如硼钢进行成形和淬火。就此而言，预热片料通常可以被引入到热成形模具系统中、在处于该模具系统中的同时被成形为所需的形状并且在成形操作之后被淬火，从而生产出热处理部件。用于执行热成形步骤和淬火步骤的已知的热成形模具通常采用以常规方式形成的水冷却通道(用于使冷却水循环通过热成形模具系统)。
例如，可以在成形阶段/过程期间对所成形部件或零件进行淬火以确保从奥氏体到马氏体的转变。应当相对快速地进行冷却以允许发生这样的转变且减少循环时间。在所成形部件的侧壁上可能存在导致低热传递系数的接触不良/较小压力，并且因此对于获得马氏体而言，冷却速率可能不够快。这可能导致所成形部件的某些区域不能满足所需的机械性能。替代性地，即使淬火时间足以获得马氏体，仍然希望更快速地进行冷却以减少冷却操作的循环时间(并且因此，减少整个成形操作的循环时间)。
本专利申请提供了对热成形系统和热成形操作的改进。
技术实现要素：
本专利申请的一个方面提供了一种成形系统，该成形系统包括：具有第一模具表面的第一模具组件；具有第二模具表面的第二模具组件；具有第三模具表面的可动模具块；以及与第一模具组件、第二模具组件和可动模具块在操作上相关联的冷却系统。第一模具表面、第二模具表面和第三模具表面构造成配合以在其间形成模腔，从而将工件接纳在模腔中。第一模具组件与第二模具组件之间的沿着第一轴线的相对运动使模腔在打开位置与闭合位置之间移动。模具块能够在横向于第一轴线的方向上相对于第一模具组件移动，并且模具块将基本上横向于由第一模具组件和第二模具组件施加至工件的力的力施加至工件。
本专利申请的另一方面提供了一种在成形系统中对金属板构件进行成形的方法。该成形系统包括：具有第一模具表面的第一模具组件；具有第二模具表面的第二模具组件；具有第三模具表面的可动模具块；以及与第一模具组件、第二模具组件和可动模具块在操作上相关联的冷却系统。第一模具表面、第二模具表面和第三模具表面构造成配合以在其间形成模腔，从而将工件接纳在模腔中。该方法包括使第一模具组件沿着第一轴线相对于第二模具组件移动以使模腔从打开位置移动至闭合位置，使模具块沿横向于第一轴线的方向相对于第一模具组件移动，以及通过模具块将基本上横向于由第一模具组件和第二模具组件施加至工件的力的力施加至工件。
尽管本公开可以用于形成汽车车身面板，但是相同的系统和方法可以用来形成可以用于其他应用的钢板。
本专利申请的这些和其他方面、以及相关结构元件的操作方法和功能、以及零件的组合及制造经济将在参照附图考虑以下描述和所附的权利要求的情况下变得明显，所有附图构成了本说明书的一部分，其中，相同的附图标记表示各个图中的对应的部件。在本专利申请的一个实施方式中，本文中所示的结构部件是按比例绘制的。然而，应该明确地理解的是，附图仅用于说明和描述的目的而不意在作为本专利申请的限制的定义。还应该理解的是，本文中所公开的一个实施方式的特征可以用于本文中所公开的其他实施方式。如在说明书和权利要求书中所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式的“一”、“一个”和“该”包括复数指示物。
附图说明
图1是根据本专利申请的实施方式的热冲压/成形系统的示意图；
图1a是使用根据本专利申请的实施方式的成形系统形成本体构件的方法的流程图；
图2和图3是根据本专利申请的另一实施方式的热冲压/成形系统的示意图；
图4和图5是根据本专利申请的又一实施方式的热冲压/成形系统的示意图；以及
图6示出了图4和图5所示的热冲压/成形系统的上部模具组件的截面图。
具体实施方式
图1示出了用于生产金属板零件比如车身部件或面板的成形系统10。成形系统10可以是热成形系统或冲压模具系统。参照图1，成形系统10包括第一模具组件12、第二模具组件14、可动模具块16以及与第一模具组件12、第二模具组件14和可动模具块16在操作上相关联的冷却系统18。
在说明性实施方式中，第一模具组件12被示出为上部模具组件。在另一实施方式中，第一模具组件12可以是下部模具组件。第一模具组件12包括第一模具座或模具保持器20、第一模具本体22和第一模具表面24。上部模具组件12可以安装在冲压机或压头(未示出)中以使上部模具组件12能够向上运动及向下运动。冲压机或压力机压头可以被液压地或机械地(例如通过电动马达)驱动。
在一个实施方式中，第一模具座或模具保持器20可以是成形系统10的对冲头保持器(未示出)进行紧固的支承构件、支承块或支承板，该冲头保持器是用于将第一模具本体或冲头22安装在第一模具座或模具保持器20上的装置。在一个实施方式中，冲头保持器是可选的，并且第一模具本体或冲头22被直接地安装在第一模具座或模具保持器20上。在一个实施方式中，第一模具座或模具保持器20可以由金属材料制成。
在一个实施方式中，第一模具本体22可以被称为冲头。在一个实施方式中，第一模具本体22可以由导热材料如工具钢形成，工具钢特别是由位于美国伊利诺伊州的rollingmeadows的bohler-uddeholm公司销售的
在说明性实施方式中，第二模具组件14被示出为下部模具组件。在另一实施方式中，第二模组件14可以是上部模具组件。在一个实施方式中，第二模具组件14包括第二模具座或模具保持器28、第二模具本体30和第二模具表面32。
在一个实施方式中，第二模具座或模具保持器28可以是成形系统10的对模具保持器(未示出)进行紧固的支承构件、支承块或支承板，该模具保持器是用于将第二模具本体或模具30安装在第二模具座或模具保持器28上的装置。在一个实施方式中，模具保持器是可选的，并且第二模具本体或模具30被直接地安装在第二模具座或模具保持器28上。在一个实施方式中，第二模具座或模具保持器28可以由金属材料制成。
在一个实施方式中，第二模具本体30可以被称为模具。在一个实施方式中，第二模具本体30可以由导热材料如工具钢形成，工具钢特别是由位于美国伊利诺伊州的rollingmeadows的bohler-uddeholm公司销售的
成形系统10的可动模具块16包括第三模具表面36。第一模具组件12的第一模具表面24、第二模具组件14的第二模具表面32和可动模具块16的第三模具表面36构造成配合以在其间形成模腔38，从而将工件40接纳在模腔38中。在一个实施方式中，模腔38构造成具有与工件40的在热成形操作/过程之后的最终形状相对应的形状。在所示的说明性实施方式中，零件或工件的腔和形状将具有顶帽截面构型。
如本文中所使用的，术语“模具表面”是指模具组件的外表面的形成热成形部件且与工件的各部分直接接触的部分。此外，在本说明书中所使用的术语“复杂的模具表面”是指具有三维轮廓形状的模具表面。
在说明性实施方式中，第一模具表面24可以是大致水平的模具表面，而第二模具表面32和第三模具表面36可以包括大致竖向的模具表面和大致水平的模具表面的组合。在另一实施方式中，第一模具表面24、第二模具表面32和第三模具表面36可以包括大致竖向的模具表面、大致水平的模具表面、大致成角度的模具表面、大致弓形的模具表面和/或大体上其他轮廓形状的模具表面的组合。
在一个实施方式中，工件40可以是金属板坯件，该金属板坯件可以由可热处理的钢比如硼钢形成。在另一实施方式中，工件40可以由可硬化钢板比如
第一模具组件12与第二模具组件14之间的沿着第一轴线a-a的相对运动使模腔38在打开位置与闭合位置之间移动。在一个实施方式中，第一轴线a-a可以是成形系统10的纵向轴线。在一个实施方式中，上部/第一模具组件12可以相对于下部/第二模具组件14从打开位置移动至闭合位置，其中，在打开位置中，模具组件12和14彼此分离，在闭合位置中，模具组件12和14形成闭合模腔38。在一个实施方式中，第二模具组件14固定地安装在成形系统或冲压机中。在说明性实施方式中，第一模具组件12相对于固定的第二模具组件14以可移动的方式安装。也就是说，第一模具组件12构造成沿着第一轴线a-a向下移动，使得第一模具本体22和可动模具块16与第二模具组件14配合以在它们之间形成闭合模腔38。然而，可以设想的是，模具组件的相对运动可以通过上部/第一模具组件12的运动、或下部/第二模具组件14的运动、或上部/第一模具组件12和下部/第二模具组件14这两者相对于彼此的运动来实现。
在一个实施方式中，第一模具组件12和第二模具组件14可以安装在冲压机中。冲压机可以构造成使第一模具组件12和第二模具组件14在模具作用方向上(即，沿着或平行于第一轴线a-a)闭合，以使接纳在模腔38中的工件40变形，从而形成并且可选地修剪热成形构件。在一个实施方式中，冲压机可以构造成将模具组件12和14以闭合关系保持预定量的时间，从而允许所成形构件被冷却到期望的温度。
在一个实施方式中，可动模具块16可以被称为凸轮滑动构件。在一个实施方式中，成形系统10的可动模具块16可以是第一模具组件12的一部分。在一个实施方式中，如图1所示，可动模具块16可以包括第一可动模具块16a和第二可动模具块16b。第一可动模具块16a和第二可动模具块16b定位于第一模具本体22的两侧。在一个实施方式中，第一可动模具块16a和第二可动模具块16b安装在第一模具组件12的第一模具座或模具保持器20上。
在说明性实施方式中，在成形系统10的每侧(即，右侧和左侧)均示出有一个可动模具块。然而，可以设想的是，成形系统10的每侧(即，右侧和左侧)的可动模具块的数目可以变化。例如，在一个实施方式中，成形系统可以仅包括一个模具块。在另一实施方式中，成形系统10可以包括每侧两个可动模具块的构型，也就是说，在右侧具有两个可动模具块16且在左侧具有两个可动模具块16。在另一实施方式中，成形系统10可以包括每侧三个可动模具块的构型，其中，在右侧具有三个可动模具块16且在左侧具有三个可动模具块16。在一个实施方式中，每侧两个可动模具块的构型中的每个可动模具块的宽度比每侧三个可动模具块的构型中的每个可动模具的宽度宽。在一个实施方式中，可以在下部模具结构(在这种情况下，下部模具结构可以被认为是第一模具组件)而不是在上部模具结构中提供一个或更多个模具块。
在一个实施方式中，如图1所示，在可动模具块16与固定的上部/第一模具座或模具保持器20之间的界面处设置有耐磨板或构件42。在一个实施方式中，耐磨板或构件42可以由硬化的钢材制成。耐磨板或构件42可以构造成在可动模具块16与固定的上部/第一模具座或模具保持器20之间提供导引和磨损表面。也就是说，耐磨板或构件42构造成在可动模具块16相对于第一模具本体22和第一模具组件12移动时为可动模具块16提供导引和磨损表面。在一个实施方式中，在固定的上部/第一模具座或模具保持器20与相应的可动模具块16a和16b之间的界面处设置有耐磨板或构件42a和42b。
在一个实施方式中，模具块16可以在横向于第一轴线a-a的方向上相对于第一模具组件12移动。在一个实施方式中，模具块16可以在横向于第一轴线a-a的方向上相对于第一模具本体22移动。在一个实施方式中，模具块16相对于第一模具组件12和/或第一模具本体22的运动是在横向于纵向轴线a-a的方向上的线性滑动运动。在一个实施方式中，模具块16可以在与成形系统10的纵向轴线a-a垂直的方向上相对于第一模具组件12和/或第一模具本体22移动。
在说明性实施方式中，模腔38处于闭合位置。当模腔38处于闭合位置时，第一模具表面24和第二模具表面32沿与第一轴线a-a大体上一致的方向对工件40施加力f。也就是说，第一模具表面24和第二模具表面32在大致平行于第一轴线a-a或沿着第一轴线a-a的方向上将力f施加至工件40。在一个实施方式中，当模腔38处于闭合位置时，第三模具表面36的部分36h和第二模具表面32的部分32h1在与第一轴线a-a大体上一致的、沿着第一轴线a-a的或平行于第一轴线a-a的方向上将力f施加至工件40。在一个实施方式中，第三模具表面36的部分36h和第二模具表面32的部分32h1可以是大致水平的模具表面。
在一个实施方式中，模具块16、16a或16b将基本上(predominantly)横向于由第一模具组件12和第二模具组件14施加至工件的力f的力sf施加至工件40。在一个实施方式中，模具块16将与由第一模具组件12和第二模具组件14施加至工件40的力f垂直的力sf施加至工件。在另一实施方式中，模具块16将与通过第一模具组件12和第二模具组件14施加至工件40的力f成角度的力sf施加至工件40。在一个实施方式中，通过模具块16施加至工件40的力sf与通过第一模具组件12和第二模具组件14施加至工件40的力f之间的角度可以在约30度与约150度之间变动。在另一实施方式中，通过模具块16施加至工件40的力sf与通过第一模具组件12和第二模具组件14施加至工件40的力f之间的角度可以在约60度与约120度之间变动。
在一个实施方式中，两个可动模具结构(即，第一模具本体22和可动模具块16)和单个固定模具结构(即，第二模具本体30)一起限定了成形系统10的模腔38。可动模具结构22和16与单个固定模具结构30之间的相对运动使模腔38闭合。在模腔38闭合之后，可动模具结构16相对于可动模具结构22的运动将基本上横向于由第一模具组件12和第二模具组件14施加至工件40的力的力施加至工件40。该力在所成形部件的侧壁上提供了导致高的热传递系数并因此导致快到足以获得马氏体的冷却速率的良好接触/较大压力。
第一模具组件12、第二模具组件14和可动模具块16操作性地联接至冷却系统18，使得第一模具组件12、第二模具组件14和可动模具块16构造成当模腔38闭合时对与它们接触的工件40进行冷却。例如，第一模具本体22、第二模具本体30和可动模具块16操作性地联接至冷却系统18。
冷却系统18可以包括冷却流体源。在一个实施方式中，冷却流体可以包括水、油、盐水、气体或其他流体介质。由冷却系统18提供的冷却流体可以连续地循环通过冷却通道或结构以对模具组件12和14以及可动模具块16进行冷却。在一个实施方式中，冷却系统18可以包括储存器/冷却器。在一个实施方式中，冷却系统18可以包括用于使冷却流体穿过冷却通道或结构的压力源或流体泵。在一个实施方式中，冷却流体可以以连续的、不间断的方式循环，但是应当理解的是，可以以期望的方式控制冷却流体的流动以进一步控制模具表面的冷却。可以理解的是，使冷却流体循环来对模具组件12和14以及可动模具块16进行冷却，并且被冷却的模具组件12和14以及被冷却的可动模具块16又对热成形的构件进行淬火和冷却。
在一个实施方式中，第一模具本体22、第二模具本体30和可动模具块16可以分别包括冷却通道或结构26、34和44，冷却通道或结构26、34和44构造和布置成运送冷却流体。在一个实施方式中，冷却通道或结构可以通过产生延伸穿过相应的模具本体和/或可动模具块的直线通道的技术比如深钻孔而形成。在一个实施方式中，冷却通道或结构通过将冷却通道深钻孔穿过相应的模具本体和/或可动模具块的一侧或两侧而形成。
在一个实施方式中，每个冷却通道或结构26可以从模具表面24偏移第一预定距离，并且该距离沿着冷却通道26的长度可以始终一致。类似地，每个冷却通道34可以从模具表面32偏移第二预定距离，该第二预定距离可以与第一预定距离不同，并且该第二预定距离沿着冷却通道34的长度可以始终一致。类似地，每个冷却通道44可以从模具表面36偏移第三预定距离，并且该第三预定距离可以与第一预定距离和/或第二预定距离不同，并且该第三预定距离沿着冷却通道44的长度可以始终一致。在另一实施方式中，第一预定距离、第二预定距离和第三预定距离可以是相同的。
冷却通道26、34和44与其各自的复杂的模具表面24、32和36之间的距离以及冷却流体的质量流率和流体的温度被选择以控制下部模具组件12和上部模具组件14以及可动模具块16的冷却，使得热冲压部件始终一致地在其主要表面上以受控的方式被淬火，从而导致了至期望冶金状态(即，马氏体)的相变。在一个实施方式中，坯件或工件40被加热成使得其结构基本上(如果不是全部的话)由奥氏体构成，被加热的坯件/工件40形成在下部模具组件12和上部模具组件14与可动模具块16之间。在热冲压部件从成形系统10中脱模之前，热冲压部件通过下部模具组件12和上部模具组件14以及可动模具块16被淬火。就此而言，下部模具组件12和上部模具组件14以及可动模具块16用作散热器以从热冲压部件吸走热，并且因此以受控的方式对热冲压部件进行淬火，从而在热冲压部件中引起期望的相变(例如，至马氏体的相变)，并且可选地将热冲压部件冷却到期望的温度。
在一个实施方式中，成形系统10可以包括一对凸轮驱动器构件46(46a、46b)和一对气缸弹簧48(48a、48b)。在另一实施方式中，代替气缸弹簧，成形系统可以使用任何其他的偏置装置或机构。在一个实施方式中，由气缸弹簧施加的力可以与由冲压机或压头施加的力不同。
在一个实施方式中，气缸弹簧48包括两端密封的气缸。气缸还包括连接至活塞的轴，活塞在气缸内往复运动且从气缸的一端伸出。在一个实施方式中，成形系统10包括歧管和压力传感器，其中，歧管构造成用于将加压的气体或氮气供给至气缸，压力传感器配置成操作性地耦接至歧管以用于在歧管中提供气体或氮气的压力信号。
轴或活塞延伸部操作性地连接至凸轮驱动器构件46。气体可以是氮气或其他类似的惰性气体。由气体提供的压力向活塞施加力并使轴延伸。在一个实施方式中，可以改变由气缸施加的力的量来补偿在工件40中出现的任何材料厚度偏差。气缸弹簧48构造成通过凸轮驱动器构件46被压缩。气缸弹簧48还构造成在凸轮驱动器构件46已经在成形过程期间从成形工具的中央移动离开之后使凸轮驱动器构件46返回到其原始位置(朝向成形工具的中央向内)。在一个实施方式中，气缸弹簧48可以构造成限制或控制凸轮驱动器构件46相对于可动模具块16的(水平)运动。在一个实施方式中，气缸弹簧48可以构造成帮助补偿在工件40中出现的任何材料厚度偏差。
每个凸轮驱动器构件46可以相对于下部模具组件14移动。每个凸轮驱动器构件46与氮气缸弹簧48在操作上相关联且被安装成通过相关联的氮气缸弹簧而相对于下部模具组件14水平地移动。也就是说，每个氮气缸弹簧48构造成可扩张以及可缩回，从而影响相关联的凸轮驱动器构件46相对于第二模具组件14的运动。每个氮气缸弹簧48构造成影响相关联的凸轮驱动器构件46朝向及离开第一模具本体22和第二模具本体30的运动。在一个实施方式中，凸轮驱动器构件相对于下部模具组件14的运动是在横向于或垂直于成形系统10的纵向轴线a-a的方向上的线性滑动运动。
在一个实施方式中，凸轮驱动器构件46包括面向上的倾斜凸轮表面50，面向上的倾斜凸轮表面50构造和布置成与可动模具块16的面向下的倾斜凸轮表面52配合或接合。
如图1所示，在每个可动的凸轮驱动器构件46与固定的下部模具座结构28之间的界面处设置有耐磨板或构件54(54a、54b)。在一个实施方式中，耐磨板或构件54可以由硬化的钢材制成。耐磨板或构件54可以构造成在可动的凸轮驱动器构件46与固定的下部/第二模具座或模具保持器28之间提供导引和磨损表面。也就是说，耐磨板或构件54构造成在凸轮驱动器构件46相对于固定的下部/第二模具座或模具保持器28移动时为可动的凸轮驱动器构件46提供导引和磨损表面。
现将对成形系统10的操作进行描述。
在一个实施方式中，如图1a所示，提供了在成形系统10中对金属板构件进行成形的方法1000。在一个实施方式中，金属板构件可以包括车身构件或面板。在一个实施方式中，方法1000可以包括步骤1002至1004。例如，在步骤1002处，第一模具组件12沿着第一轴线a-a相对于第二模具组件14移动以使模腔38从打开位置移动至闭合位置。在步骤1004处，模具块16在横向于第一轴线a-a的方向上相对于第一模具组件12移动。在步骤1006处，通过模具块16将基本上横向于由第一模具组件12和第二模具组件14施加至工件40的力的力施加至工件40。将在下面对这些步骤1002至1004中的每一个步骤以及方法1000的其他可选的/附加的步骤进行详细描述。
当上部/第一模具座或模具保持器20通过冲压机或压头而退回至其最高位置时，模腔处于打开位置。在一个实施方式中，当上部/第一模具座或模具保持器20退回到中间位置时，模腔处于打开位置。由于上部/第一模具本体22和可动模具块16操作性地联接至上部/第一模具座或模具保持器20，因此上部/第一模具本体22和可动模具块16也随着上部/第一模具座或模具保持器20退回至它们的最高位置。在一个实施方式中，上部模具组件12相对于下部/第二模具本体30移动至模具/降低的/闭合位置，以将工件40冲压或成形为期望的构型。在一个实施方式中，上部模具组件12通过冲压机或压头被移动至模具/降低的/闭合位置。
当模腔处于打开位置时，氮气缸弹簧48向凸轮驱动器构件46施加压力或力，使其朝成形系统10的中央(并且朝向第二模具组件14)向内滑动。在一个实施方式中，氮气缸弹簧48a和48b构造成向相关联的凸轮驱动器构件46a和46b施加压力，使相关联的凸轮驱动器构件46a和46b分别沿箭头cda和cdb的方向朝向成形系统10的中央滑动。也就是说，在下一个成形循环开始之前，气缸弹簧被激励，以使相关联的凸轮驱动器构件移动至它们的原始位置。
当模腔处于打开位置时，成形过程以预切割的金属材料板坯件或工件40被放置在下部模具本体30上的构型开始。具体地，工件40的下侧被搁置成安置在下部模具本体30的面向上的下部夹持表面32上。
在一个实施方式中，工件40在热成形过程期间被加热至奥氏体化温度。工件40(例如，冲压的或预成形的)被加热至奥氏体状态。例如，工件40在烘箱或炉子(例如，辊底式的或分批式的)中被加热至ac3温度以上的温度。在一个实施方式中，工件40可以被预加热到预定的温度，比如约930℃。在一个实施方式中，工件40可以被预加热到预定的温度，比如约900℃。在一个实施方式中，工件40被加热成使得其结构基本上(如果不是全部的话)由奥氏体组成。一旦工件40处于奥氏体状态，就可以将工件40快速地/迅速地传送至模具组件12和14。
在工件40安装在下部模具本体30上之后，模具组件12和14可以经由冲压机或压头而在模具作用方向上被合在一起(即闭合)，以使得形成热成形构件。例如，上部模具座20借助于冲压机或压头而下降(至其模具位置)，直到上部模具本体22的面向下的下部夹持表面24与金属板坯件40的面向上的表面接合以及/或者可动模具块16的面向下的下部夹持表面36h或36与金属板坯件40的面向上的表面接合，使得工件40被置于上部模具本体22的模具表面24、可动模具块16的模具表面36和下部模具本体30的模具表面32之间为止。
上部模具座20的下降实现了上部模具本体22和可动模具块16的下降。在一个实施方式中，可动模具块16的运动是线性纵向向下的运动。在一个实施方式中，可动模具块16的运动是竖向运动。在一个实施方式中，可动模具块16的运动沿箭头df的方向。当上部模具组件12从其最高位置或中间位置下降至其模具位置时，可动模具块16的面向下的倾斜凸轮表面52与凸轮驱动器构件46的面向上的倾斜凸轮表面50接合或接触。也就是说，当可动模具块16沿向下的方向移动时，凸轮驱动器构件46的面向上的倾斜凸轮表面50滑动地接合可动模具块16的面向下的倾斜凸轮表面52且对可动模具块16的面向下的倾斜凸轮表面52进行支承，从而使可动模具块16沿横向于可动模具块16的运动的轴向向下方向的方向前进。在一个实施方式中，可动模具块部分16的运动是横向运动或侧向运动(朝向成形系统10的中央)。在另一实施方式中，可动模具块16的运动是线性的横向运动或侧向运动(朝向成形系统10的中央)。在一个实施方式中，可动模具块部分16的运动沿箭头s的方向，
面向下的倾斜凸轮表面52与面向上的倾斜凸轮表面50的接合导致了对可动模具块16的凸轮效应，从而将可动模具块16驱动抵靠住下部模具本体30。可动模具块16的向内的横向运动向接纳在模腔38中的工件40施加力。在一个实施方式中，可动模具块16构造成向接纳在模腔38中的工件40(或所成形零件)的侧壁施加压力。
因此，可动模具块16的向下的轴向力转变成由模具块16施加在工件140上的侧面施加力或侧向施加力。凸轮驱动器构件和可动模具块16的布置构造成将可动模具块16的轴向运动或纵向运动转换成(可动模具块16的)侧向平移运动或横向平移运动，以向接纳在模腔38中的工件40施加横向力。在一个实施方式中，力可以从(可动模具块16的)向下至(工件140的侧壁上的)侧面或侧向转变约90度。在另一实施方式中，该力可以从向下至侧面或侧向转变约30度至约150度。在另一实施方式中，该力可以从向下至侧面或侧向转变约60度至约120度。
凸轮驱动器构件46构造成使可动模具块16抵靠下部模具本体30，从而产生对工件40的压力。推动可动模具块16的模具表面36紧靠模具表面36所邻接的工件40的接触表面增加了可动模具块16与工件40之间的接触面积，因此在工件40与可动模具块16之间提供了改进的热传递路径。
例如，可动模具块16构造成能够相对于第一模具组件12(包括上部/第一模具座或保持器20和上部/第一模具本体22)移动，以在工件40的与可动模具块16的第三模具表面36直接接触的部分上施加或施以接触压力，从而增强从工件40到可动模具块16的热传导或热传递。成形系统10可以构造成在可动模具块16的模具表面36与模具表面36所邻接的工件40的接触表面之间提供的良好接触，从而实现工件40上的均匀的接触压力。凸轮作用已经实现了可动模具块16的移位，以在工件40与可动模具块16之间施加最大的接触压力。在一个实施方式中，可动模具块16构造成在压力机压头的向下冲程的底部处将接触压力施加在所成形部件的侧壁上。也就是说，可动模具块16构造成在向下冲程的底部处在压力下与所成形部件的侧壁接触。在一个实施方式中，由第三模具表面36对工件40施加的增大的力增强了第三模具表面36与工件40之间的热传递。
当模具组件12和14闭合(即，第一模具本体22和可动模具块16与第二模具组件14配合以在其间形成闭合模腔38)时，可动模具块16构造成通过凸轮驱动器构件46施加压力并且压缩氮气缸48。
因此，成形系统10在模具闭合时将压力施加在工件40的与可动模具块16直接接触的侧壁或部分上。压力经由气缸弹簧48施加至凸轮驱动器构件46，这又反过来对可动模具块16进行推动。可动模具块16向所成形零件的侧壁施加压力。这提供了足够的接触压力，从而实现了可接受的热传递系数，这又使整个零件转变成马氏体。
在一个实施方式中，可动模具块的行进量可以在约0.2mm至约0.5mm的范围内。在一个实施方式中，可动模具块16的行进量可以由上半径切线与下半径切线之间的距离确定。
在一个实施方式中，通过以足够迅速/快速而能在所成形部件中形成马氏体结构的冷却速率对所成形部件的各部分进行冷却来使所成形部件硬化。模具组件12和14内的所成形部件的各部分的变形和伴随的迅速冷却产生了热成形部件，在该热成形部件中，奥氏体结构已经转变成马氏体结构。例如，在一个实施方式中，所成形部件的冷却速率可以在约30℃/秒至约100℃/秒的范围内。在一个实施方式中，所成形部件在与模具表面接触的方向上在约7秒至约8秒内被从约900℃冷却至约200℃。在一个实施方式中，热成形构件的循环时间为约7秒至约8秒。在一个实施方式中，热成形构件可以在热成形构件从模具组件12和14中脱模之前通过模具组件12和14而被冷却。
在淬火过程之后，模具组件12和14可以彼此分开(即打开)。也就是说，冲压机经过其下止点并通过其向上冲程返回。热成形部件可以从模腔38移除。例如，所成形部件然后被从底部模具组件14向上推动，并且操作者或自动机械然后在成品部件处于放松状态时从成形系统10中移出成品部件。在一个实施方式中，在从模具组件12和14中移除之后，该构件可以被冷却至约室温，或者至少被冷却至在约20℃与约250℃之间的温度。在一个实施方式中，可以执行附加的处理过程。这些附加的处理过程可以包括修剪、穿孔等。
图2和图3是根据本专利申请的另一实施方式的热冲压/成形系统110的示意图。热冲压/成形系统110包括具有第一模具表面124的第一模具组件112、具有第二模具表面132的第二模具组件114和具有第三模具表面136的可动模具块116。第一模具表面124、第二模具表面132和第三模具表面136构造成配合以在其间形成模腔138，从而将工件140接纳在模腔138中。第一模具组件112与第二模具组件114之间的沿着第一轴线a’-a’的相对运动使模腔138在打开位置与闭合位置之间移动。模具块116能够在横向于第一轴线a’-a’的方向上相对于第一模具组件112移动，并且模具块将基本上横向于由第一模具组件112和第二模具组件114施加至工件140的力f’的力sf’施加至工件40。
系统110还包括与第一模具组件112、第二模具组件114和可动模具块116在操作上相关联的冷却系统118。在一个实施方式中，冷却系统118的元件可以是与冷却系统18的对应元件基本相似的并且可以以与冷却系统18的对应元件类似的方式起作用。虽然未示出，但是第一模具组件112、第二模具组件114和可动模具块116各自包括与其相关联的冷却结构，使得第一模具表面、第二模具表面和第三模具表面在模腔138闭合时对与它们接触的工件140进行冷却。
该实施方式与前述实施方式除了下面将要提到的差别之外是类似的。
在一个实施方式中，可动模具块116包括第一可动模具块部分116a和第二可动模具块部分116b。第一可动模具块部分116a和第二可动模具块部分116b构造成在模腔138处于闭合位置时彼此轴向地对准。也就是说，第一可动模具块部分116a和第二可动模具块部分116b在模腔138处于闭合位置时彼此轴向地对准，使得第一可动模具块部分116a的接触表面139与第二可动模具块部分116b的接触表面141接合。在一个实施方式中，第一可动模具块部分116a的接触表面139和第二可动模具块部分116b的接触表面141是大致平坦的表面。
在一个实施方式中，第一模具本体122包括开口123以接纳第一可动模具块116a。在一个实施方式中，第二模具本体130包括开口131以接纳第二可动模具块116b。在一个实施方式中，开口123和开口131在模腔138处于闭合位置时彼此轴向地对准。在一个实施方式中，第一可动模具块部分116a和第二可动模具块部分116b定形状成且构造成分别滑动配装到其对应的开口123和131中。
在一个实施方式中，成形系统110包括第一气缸弹簧153和第二气缸弹簧155。在一个实施方式中，第一气缸弹簧153和第二气缸弹簧155的元件可以是与气缸弹簧48的对应元件基本相似的并且可以以与气缸弹簧48的对应元件类似的方式起作用。在一个实施方式中，第一气缸弹簧153布置在第一模具组件112中并且第二气缸弹簧155布置在第二模具组件114中。在一个实施方式中，第一气缸弹簧153和第二气缸弹簧155这两者都与凸轮驱动器构件146在操作上相关联。在一个实施方式中，第一气缸弹簧153大于第二气缸弹簧155，并且第一气缸弹簧153构造成在凸轮驱动器构件146上施加比第二气缸弹簧155在凸轮驱动器构件146上施加的力相对更大的力。
在一个实施方式中，凸轮驱动器构件146具有面向下的倾斜凸轮表面150，面向下的倾斜凸轮表面150构造和布置成与第二可动模具块116b的面向上的倾斜凸轮表面152配合或接合。
在一个实施方式中，成形系统10包括防旋转构件151，防旋转构件151构造成防止第二可动模具块部分116b旋转。在一个实施方式中，防旋转构件151布置在第二模具本体中，并且防旋转构件151构造成在防止第二可动模具块部分116b相对于第二模具本体130旋转的同时与第二可动模具块部分116b一起移动。在一个实施方式中，防旋转构件151可以包括一个部分或限制部分，一个部分或限制部分朝向第二可动模具块部分116b突出以用于限制第二可动模具块部分116b的旋转。在说明性实施方式中，防旋转构件151布置在第二可动模具块部分116b的顶表面上。在另一实施方式中，防旋转构件151可以布置在第二可动模具块部分116b的底表面或侧表面上。
在一个实施方式中，成形系统110可以包括螺杆弹簧装置149，螺杆弹簧装置149构造成将可动模具块116保持在期望的位置以对工件140(通过第三模具表面)施加力。在一个实施方式中，螺杆弹簧装置149可以构造成使凸轮驱动器构件146和第二可动模具块116b缩回，并且因此使第一可动模具块116a从其力施加位置缩回。
在说明性实施方式中，在成形系统110的右侧示出有一个可动模具块116。然而，可以设想的是，可动模具块可以定位在成形系统110的左侧。而且，每侧(右侧和左侧)上的可动模具块的数目可以变化。例如，在一个实施方式中，成形系统110可以包括每侧两个可动模具块的构型或每侧三个可动模具块的构型。
在一个实施方式中，第一模具本体122的开口123为下述通孔：该通孔使得第一可动模具块部分116a的模具表面136能够与工件140的邻接的接触表面接触或接合，并且使得第一可动模具块部分116a的接触表面139能够与第二可动模具块部分116b的接触表面141接合。在一个实施方式中，第二模具本体130的开口131为下述通孔：该通孔使得第一可动模具块部分116a的接触表面139能够与第二可动模具块部分116b的接触表面141接合，并且使得凸轮驱动器构件146的面向下的倾斜凸轮表面150能够与第二可动模具块116b的面向上的倾斜凸轮表面152配合或接合。
现将对成形系统110的操作进行描述。
当模腔处于打开位置时，第二氮气缸弹簧155在凸轮驱动器构件146上施加压力，以使凸轮驱动器构件146朝向其原始位置向上滑动。也就是说，在下一个成形周期开始之前，第二氮气缸弹簧155被激励以使凸轮驱动器构件146移动至其原始位置。
当模腔处于打开位置时，成形过程以被加热的工件140放置在下部模具本体130上的构型开始。在工件140安装在下部模具本体130上之后，上部模具组件112通过冲压机或压头而下降(至其模具位置)，直到上部模具组件112的面向下的下部夹持表面与金属板坯件140的面向上的表面接合，使得工件140被置于上部模具本体122的模具表面124、可动模具块116a的模具表面136和下部模具本体130的模具表面132之间为止。
当模腔处于闭合位置时，第一可动模具块部分116a的接触表面139与第二可动模具块部分116b的接触表面141轴向地对准并接合。当模腔处于闭合位置时，气缸弹簧153操作成在凸轮驱动器构件146上施加力。在一个实施方式中，气缸弹簧153操作成在凸轮驱动器构件146的顶表面147上施加向下的力。由气缸弹簧153施加在凸轮驱动器构件146的顶表面147上的力使得凸轮驱动器构件146沿向下的方向移动。在一个实施方式中，凸轮驱动器构件146的运动是线性的纵向向下运动。在一个实施方式中，凸轮驱动器构件146的运动是竖向运动。在一个实施方式中，凸轮驱动器构件146的运动沿如箭头df所示的方向。
当凸轮驱动器构件146沿向下的方向移动时，凸轮驱动器构件146的面向下的倾斜凸轮表面150对第二可动模具块部分116b的面向上的倾斜凸轮表面152推或挤，使得第二可动模具块部分116b朝向成形系统110的中央向内移动。也就是说，当凸轮驱动器构件146沿向下的方向移动时，凸轮驱动器构件146的面向下的倾斜凸轮表面150滑动地接合第二可动模具块部分116b的面向上的倾斜凸轮表面152并且对第二可动模具块部分116b的面向上的倾斜凸轮表面152进行支承，由此使第二可动模具块部分116b在横向于凸轮驱动器构件146的运动的轴向向下方向的方向上前进。
在一个实施方式中，第二可动模具块部分116b的运动是横向运动或侧向运动(朝向成形系统110的中央)。在另一实施方式中，第二可动模具块部分116b的运动是线性的横向运动或侧向运动(朝向成形系统110的中央)。第二可动模具块部分116b的向内运动又使得第一可动模具块部分116a抵靠下模具本体130，从而对接纳在模腔中的工件140产生压力。也就是说，第二可动模具块部分116b的横向运动或侧向运动在第一可动模具块部分116a上施加(压缩)力，以沿横向于轴线a’-a’的方向驱动第一可动模具块部分116a。例如，当第二可动模具块部分116b沿横向方向或侧向方向移动时，第二可动模具块部分116b的接触表面141与第一可动模具块部分116a的接触表面139接合并在第一可动模具块部分116a的接触表面139上施加力，从而使第一可动模具块部分116a沿横向于轴线a’-a’的方向前进。第一可动模具块部分116a的横向运动对接纳在模腔中的工件施加力。在一个实施方式中，可动模具块116a构造成向接纳在模腔中的工件(或所成形零件)的侧壁施加压力。在一个实施方式中，第一可动模具块部分116a和第二可动模具块部分116b的运动是沿横向于轴线a’-a’的方向进行的横向运动，而凸轮驱动器构件146的运动是沿平行于轴线a’-a’或沿着轴线a’-a’的方向进行的轴向的纵向竖直运动。在一个实施方式中，第一可动模具块部分116a和第二可动模具块部分116b的运动沿箭头s的方向。
因此，来自凸轮驱动器构件146的向下的轴向力转变成由模具块116a施加在工件140上的侧面施加力或侧向施加力。凸轮驱动器构件146和可动模具块116a和116b的布置构造成将凸轮驱动器构件146的轴向运动或纵向运动转换成(可动模具块116a和116b的)侧向平移运动或横向平移运动，以向接纳在模腔中的工件140上施加横向力。在一个实施方式中，该力可以从(凸轮驱动器构件146上的)向下至(工件140的侧壁上的模具块116a的)侧向转变约90度。在另一实施方式中，该力可以从向下至侧向转变约30度至约150度。在另一实施方式中，该力可以从向下至侧向转变约60度至约120度。
凸轮驱动器构件146构造成促使第一可动模具块部分116a的模具表面136紧靠模具表面136所邻接的工件140的接触表面，从而增加第一可动模具块部分116a与工件140之间的接触面积，因此在工件140与可动模具块部分116a之间提供改进的热传递路径。
凸轮作用已经实现了第二可动模具块部分116b和第一可动模具块部分116a的移位，以在工件140与可动模具块部分116a之间施加最大的接触压力。在一个实施方式中，由第三模具表面136对工件140施加的增大的力增强了第三模具表面136与工件140之间的热传递。可动模具块116向所成形零件的侧壁施加压力。这提供了足够的接触压力，从而实现了可接受的热传递系数，这又使整个零件转变成马氏体。
在图1的说明性实施方式中，气缸弹簧在凸轮驱动器构件上施加横向力以实现可动模具块16的移位，而在图2和图3的实施方式中，气缸弹簧在凸轮驱动器构件上施加纵向力以实现第二可动模具块部分116b和第一可动模具块部分116a的移位。然而，在这两个实施方式中，可动模具块都将基本上横向于由第一模具组件和第二模具组件施加至工件上的力的力施加至工件。
图4和图5是根据本专利申请的另一实施方式的热冲压/成形系统410的示意图。热冲压/成形系统410包括具有第一模具表面424的第一模具组件412、具有第二模具表面432的第二模具组件414和具有第三模具表面436的可动模具块416。第一模具表面424、第二模具表面432和第三模具表面436构造成配合以在其间形成模腔438，从而将工件440接纳在模腔438中。第一模具组件412与第二模具组件414之间的沿着第一轴线a”-a”的相对运动使模腔438在打开位置与闭合位置之间移动。模具块416能够在横向于第一轴线a”-a”的方向上相对于第一模具组件412移动，并且模具块将基本上横向于由第一模具组件412和第二模具组件414施加至工件440的力f’的力sf”施加到工件440上。
系统410还包括与第一模具组件412、第二模具组件414和可动模具块416在操作上相关联的冷却系统418。在一个实施方式中，冷却系统418的元件可以是与冷却系统18的对应元件基本相似的并且可以以与冷却系统18的对应元件类似的方式起作用。虽然未示出，但是第一模具组件412，第二模具组件414和可动模具块416各自包括与其相关联的冷却结构或通道，使得第一模具表面、第二模具表面和第三模具表面在模腔438闭合时对与它们接触的工件440进行冷却。
该实施方式与前述实施方式除了下面将要提到的差别之外是类似的。
在一个实施方式中，第一模具本体422包括开口423以接纳可动模具块416和凸轮驱动器构件446。在一个实施方式中，开口423具有l形构型。
在一个实施方式中，成形系统410包括气缸弹簧448，气缸弹簧448构造成在模腔处于闭合位置时在凸轮驱动器构件446上施加向上的力。在一个实施方式中，气缸弹簧448的元件可以是与气缸弹簧48的对应元件基本相似的并且可以以与气缸弹簧48的对应元件类似的方式起作用。
在一个实施方式中，凸轮驱动器构件446具有面向上的倾斜凸轮表面450，面向上的倾斜凸轮表面450构造和布置成与可动模具块416的面向下的倾斜凸轮表面452配合或接合。
在一个实施方式中，成形系统410可以包括螺杆弹簧装置449，螺杆弹簧装置449构造成将可动模具块416保持在期望的位置以对工件440(通过第三模具表面)施加力。在一个实施方式中，螺杆弹簧装置449可构造成使凸轮驱动器构件446缩回，并且因此使可动模具块416从其力施加位置缩回。
在说明性实施方式中，在成形系统410的每侧(右侧和左侧)示出有一个可动模具块416。然而，每侧的可动模具块的数目可以变化。例如，在一个实施方式中，成形系统410可以包括每侧两个可动模具块的构型或每侧三个可动模具块的构型。
在一个实施方式中，第一模具本体422的开口423是使得可动模具块416的模具表面436能够与工件440的邻接的接触表面接触或接合的贯通开口。
现将对成形系统410的操作进行描述。
当模腔处于打开位置时，成形过程以被加热的工件440放置在下部模具本体430上的构型开始。在工件440安装在下部模具本体430上之后，上部模具组件412通过冲压机或压头而下降(至其模具位置)，直到上部模具组件412的面向下的下部夹持表面与金属板坯件440的面向上的表面接合，使得工件440被置于上部模具本体422的模具表面424、可动模具块416的模具表面436和下部模具本体430的模具表面432之间为止。
如图5所示，当模腔处于闭合位置时，气缸弹簧448操作成在凸轮驱动器构件446上施加力。在一个实施方式中，气缸弹簧448操作成在凸轮驱动器构件446的底表面447上施加向上的力。由气缸弹簧448施加在凸轮驱动器构件446的底表面447上的力使得凸轮驱动器构件446沿向上的方向移动。在一个实施方式中，凸轮驱动器构件446的运动是线性的纵向向上的运动。
当凸轮驱动器构件446沿向上的方向移动时，凸轮驱动器构件446的面向上的倾斜凸轮表面450对可动模具块416的面向下的倾斜凸轮表面452推或挤，使得可动模具块416朝向成形系统410的中央向内移动。也就是说，凸轮驱动器构件446的向上运动使可动模具块416抵靠下部模具本体430，从而对工件440产生压力。在一个实施方式中，可动模具块416的运动是(朝向成形系统110的中央的)线性横向运动。
凸轮驱动器构件446构造成促使可动模具块416的模具表面436紧靠模具表面436所邻接的工件440的接触表面，从而增加可动模具块416与工件440之间的接触面积，并且在工件440与可动模具块416之间提供改进的热传递路径。凸轮作用已经实现了可动模具块部分416的移位，以在工件440与可动模具块416之间施加最大的接触压力。在一个实施方式中，由第三模具表面436对工件440施加的增大的力增强了第三模具表面436与工件440之间的热传递。可动模具块416向所成形零件的侧壁施加压力。这提供了足够的接触压力，从而实现了可接受的热传递系数，这又使整个零件转变成马氏体。
在一个实施方式中，热成形构件是车身构件或车身组件。在一个实施方式中，通过本申请的系统形成或生产的车身部件可以包括外部车身面板构件、车身支柱(例如，a柱、b柱等)、车辆侧面碰撞保护构件、车辆门槛构件、车辆框架部件、车辆保险杠梁、车辆保险杠支架、车门柱加强构件、车顶框架构件、车顶面板构件、车顶梁、车辆后端横向构件、车辆摇臂构件、车门侵入横梁和车辆前端横向构件。
在一个实施方式中，成形系统可以包括坯件或工件保持器，该坯件或工件保持器是构造成防止坯件或工件在成形过程和/或淬火过程期间移动的机构。在另一实施方式中，坯件或工件保持器可以是可选的。
在一个实施方式中，成形系统可以包括布置在下部模具本体内的一对脱模结构(未示出)。脱模结构可以构造成在成形过程之后使热成形部件(即，在热成形部件形状配合到下部模具组件的模具表面的情况下)脱模。在另一实施方式中，脱模结构可以是可选的。
在一个实施方式中，热成形部件可以在冷却过程或淬火过程期间被保持在成形系统内部，以在热成形部件被冷却和/或硬化的同时仍保持热成形部件的期望的形状。在一个实施方式中，可以使用固定装置来在冷却过程期间保持热成形部件的尺寸。在另一实施方式中，固定装置可以是可选的。
根据本申请的教示的成形系统的构造允许以精确的方式控制模具表面上的每个点处的淬火速率。这对于大批量生产是特别有利的，因为可以在实现奥氏体到马氏体转变的同时采用相对较短的总循环时间。
在一个实施方式中，热成形构件可以被称为热冲压构件或热定形构件。例如，热冲压允许形成复杂的零件几何形状，使最终产品达到超高强度的材料性能。
尽管已经出于说明的目的对本专利申请进行了详细描述，但是应当理解的是，这种详述仅仅是为了说明的目的，并且本专利申请不限于所公开的实施方式，而是相反地，本专利申请旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内的改型和等同布置。此外，应当理解的是，本专利申请预期的是，在可能的范围内，任何实施方式的一个或更多个特征可以与任何其他实施方式的一个或更多个特征组合。