用于生产具有定制性质的PHS零件的3-D打印的冷却通道的制作方法

本公开涉及使用保形冷却和加热来形成具有定制性质的车辆部件。

背景技术：

热冲压是金属成形过程，其可以包括对将要成形的制品或者部件进行加热并且随后在所述制品仍然处于高温时对所述制品进行冲压。举例来说，当对钢制品进行热冲压时，可以将所述制品加热到钢的微结构被转换为奥氏体(例如，奥氏体化)的温度。此温度可以在900℃-950℃左右，这取决于钢的组成。

在一些热冲压过程中，可以冷却向被冲压的制品提供所要的形状的冲压模具的模。被冷却的模可以在制品被冲压时冷却所述制品。如果模的冷却速率充分高，那么可以将被冲压的制品的微结构转换为高强度相。在钢部件的情况下，足够的冷却速率可以产生马氏体微结构。热冲压还可以用于形成由其他金属(例如，铝)制成的制品。举例来说，铝合金可以是使用热冲压过程处理和淬灭的溶解热。

可以由使用例如深钻孔等机械过程在模中形成的冷却通道来冷却用于热冲压过程的模。深钻孔的冷却通道可能会降低控制模的各个区域中的冷却速率的能力，并且可能会限制可用于模中的冷却的热传递表面面积。这些限制可能会降低赋予热冲压制品中的微结构变化的能力。

技术实现要素：

根据实施方案，公开了一种热冲压模。所述热冲压模包括具有冲压表面的主体，以及所述主体内的冷却通道。所述冷却通道定位成将热从所述表面的区传递到所述通道。所述热冲压模还包括所述主体内的与所述通道分离并隔开的加热元件。所述加热元件定位成以比从所述通道到所述表面的所述区的热传递大的速率对所述主体的与所述表面的所述区不同的区进行加热。

根据一个或多个实施方案，所述热冲压模可以具有从所述加热元件到所述主体区的可以与小于约27k/s的冷却速率相对应的热传递速率。从所述通道到所述表面区的热传递速率可以对应于大于约27k/s的冷却速率。在一些实施方案中，所述加热元件可以是加热线圈。在其他实施方案中，所述加热元件可以是被配置成接收加热流体的加热通道。在其他实施方案中，所述加热元件可以是所述主体中的在所述主体区下方的空腔，所述空腔被配置成减少从所述主体区到所述通道的热传递。所述加热元件可以通过所述主体内的绝缘屏障而与所述通道分离。在一些实施方案中，所述绝缘屏障可以是空腔。

根据实施方案，公开了一种热冲压模。所述热冲压模包括具有冲压表面的主体，以及所述主体内的冷却通道。所述冷却通道被配置成从所述表面的区移除热。所述热冲压模还包括所述主体内的加热元件，以便以比从所述通道到所述表面区的热传递大的速率对所述主体的与所述表面区不同的区进行加热。所述热冲压模还包括所述主体内的绝缘屏障，所述绝缘屏障被配置成使所述加热元件与通道之间的热交换最小化。

根据一个或多个实施方案，所述绝缘屏障可以是主体中的空腔。在一些实施方案中，所述加热元件可以是加热线圈。在其他实施方案中，所述加热元件可以是被配置成接收加热流体的加热通道。从所述加热元件到所述主体区的热传递速率可以对应于比从所述通道到所述表面区的热传递速率低的冷却速率。从所述加热元件到所述主体区的热传递速率可以对应于约27k/s以下。从所述通道到所述表面区的热传递速率可以对应于约27k/s以上。所述加热元件到所述主体区的热传递速率可以高于所述加热元件到所述绝缘屏障的热传递速率，并且所述通道的吸热速率可以高于所述绝缘屏障的吸热速率。

根据另一实施方案，公开了一种冲压车辆零件的方法。所述方法包括：使用打印的镶块形成具有冲压表面的模，所述打印的镶块被配置成在模的基体材料内形成冷却通道和加热元件。所述通道和元件被配置成改变所述表面的区处的热传递。所述方法还包括将坯件定位在所述表面上，并且冲压所述坯件以基于对所述表面区的加热和冷却而产生可变强度区域。

根据一个或多个实施方案，对表面区的加热和冷却可以包括使冷却流体流过冷却通道。在其他实施方案中，对表面区的加热和冷却可以包括使加热流体在加热元件中循环或者激活加热线圈。在一些实施方案中，所述形成步骤可以包括将打印的镶块定位在模具中并且将基体材料的主体模制到模中。

附图说明

图1a示出根据实施方案的热冲压模的示意图的透视图。

图1b示出根据实施方案的热冲压模的示意图的部分俯视图。

图2示出具有可变强度区域的车辆零件的部分透视图。

图3a和图3b示出根据另一实施方案的热冲压模的示意图的透视图。

图3c示出图3a至图3b的热冲压模的示意图的部分俯视图。

图4a示出根据另一实施方案的热冲压模的示意图的透视图。

图4b示出图4a的热冲压模的示意图的部分俯视图。

具体实施方式

根据要求，本文公开了本发明的详细实施方案；但是应理解，所公开的实施方案仅示范本发明，本发明可以体现为不同和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能会被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以不同方式实现本发明的代表性基础。

根据一个或多个实施方案，本公开描述热冲压模，所述热冲压模具有3d打印的模镶块以控制加热和冷却以便形成具有定制性质的车辆部件。深钻孔的冷却通道不仅可能会限制模的冷却性质，而且可能形成不了有效的暖区来生产选定区具有不同强度的压制硬化钢(phs)零件。为了生产具有软区域和硬区域的phs零件，使用加热元件镶块来补充保形的3d打印的冷却通道以在冲压表面上形成与表面的被冷却区形成对比的更温暖的区域。因此，可以通过冲压过程来形成具有定制性质(例如，可变强度)的车辆零件。

参看图1a和图1b，示出用于形成phs零件的热冲压模100。根据实施方案，模100包括由基体材料制成的主体110。在一些实施方案中，整个模可以由3d打印的基体材料制成。在其他实施方案中，所述模可以模块化并且包括用于形成模特征的多个3d打印的镶块。主体110包括冲压表面105，所述冲压表面能够接收钢坯件并且被配置成对模100与配对的模(未示出)之间的坯件进行热冲压以形成车辆零件。冲压表面105可以根据所要的冲压零件的形状而塑形。模100还包括在主体110内界定的保形冷却通道120。保形冷却通道120是使用3d打印的模镶块而形成，并且塑形为向冲压表面105的区(或者表面区)提供不同的冷却水平。根据美国序列号(15/467,607)，用于保形冷却通道120的镶块定位在所述模中以用于不同的冷却，所述申请在此以全文引用的方式并入。另外，热冲压模100包括在主体110内界定的加热元件130。根据实施方案，加热元件130是被配置成接收加热流体的加热通道，例如热水流区域或者死流区域。使用3d打印的模镶块形成加热元件130，并且所述加热元件塑形为向与所要零件的可变强度区域相对应的主体区提供加热或者减少冷却。在下文中，基于加热元件130在主体内的地方，主体区是指冲压表面105的与表面区不同的区。参看图1b，通过主体110内的保形冷却通道120和保形加热元件130，钢坯件140可以定位在冲压表面105上并且经过热冲压，使得形成硬区域150和软区域155，在所述硬区域中，冷却通道120已经冷却了冲压表面105的表面区，在所述软区域中，加热元件已经在主体中的与冲压表面105的区不同的区处进行了加热或者已经减少了冷却。因此，如图2中所示，形成具有定制性质的车辆零件。虽然出于说明的目的仅示出车辆零件的两个区域，但可以使用模中的一定数目个打印的镶块来形成任何数目个区域。

参看图3a、图3b和图3c，示出用于形成phs零件的热冲压模300。根据另一实施方案，模300包括由基体材料制成的主体310。主体310包括冲压表面305，所述冲压表面能够接收钢坯件并且被配置成对模300与配对的模(未示出)之间的坯件进行热冲压以形成车辆零件。冲压表面305可以根据所要的冲压零件的形状而塑形。模300还包括在主体310内界定的保形冷却通道320。保形冷却通道320是使用3d打印的模镶块而形成，并且塑形为向冲压表面305的区提供不同的冷却水平。根据美国序列号(15/467,607)，用于保形冷却通道320的镶块定位在所述模中以用于不同的冷却，所述申请在此以全文引用的方式并入。另外，热冲压模300包括在主体310内界定的加热元件330。根据实施方案，加热元件330是加热线圈。使用3d打印的模镶块形成加热元件330，并且所述加热元件塑形为向主体中的与所要零件的可变强度区域相对应的区(与不同于冲压表面305的被冷却区的表面区相对应)提供加热。加热元件330通过在主体310内在加热元件330与冷却通道320之间界定的绝缘屏障360而与冷却通道320分离。绝缘屏障360可以是气穴。使用3d打印的模镶块来形成绝缘屏障360，并且所述绝缘屏障塑形为使冷却通道320与加热元件330绝缘。

参看图3c，通过主体310内的保形冷却通道320和保形加热元件330，钢坯件340可以定位在冲压表面305上并且经过热冲压，使得形成硬区域350和软区域355，在所述硬区域中，冷却通道320已经冷却了冲压表面305的区，在所述软区域中，加热元件已经在与(冲压表面305)的表面区不同的区处进行了加热或者已经减少了冷却。绝缘屏障360允许加热元件330和冷却通道320有效地对冲压表面350进行加热和冷却，以便获得所述位置处的所要的强度性质。虽然出于说明的目的仅示出车辆零件的两个区域，但可以使用模中的一定数目个打印的镶块来形成任何数目个区域。类似地，虽然仅示出一个绝缘屏障360，但可以使用任何数目个绝缘屏障来实现任何数目个单独区域。

参看图4a和图4b，示出用于形成phs零件的热冲压模400。根据另一实施方案，模400包括由基体材料制成的主体410。主体410包括冲压表面405，所述冲压表面能够接收钢坯件并且被配置成对模400与配对的模(未示出)之间的坯件进行热冲压以形成车辆零件。冲压表面405可以根据所要的冲压零件的形状而塑形。模400还包括在主体410内界定的保形冷却通道420。保形冷却通道420是使用3d打印的模镶块而形成，并且塑形为向冲压表面405的区提供不同的冷却水平。根据美国序列号(15/467,607)，用于保形冷却通道420的镶块定位在所述模中以用于不同的冷却，所述申请在此以全文引用的方式并入。另外，热冲压模400包括在主体410内界定的加热元件430。根据实施方案，加热元件130是主体410中的在其中需要改变的phs性质的冲压表面405正下方的空腔。使用3d打印的模镶块来形成加热元件430，并且所述加热元件塑形为减少从冷却通道到与冲压表面405的区不同的与所要零件的可变强度区域相对应的区的冷却。参看图4b，通过主体410内的保形冷却通道420和保形加热元件430，钢坯件440可以定位在冲压表面405上并且经过热冲压，使得形成硬区域450和软区域455，在所述硬区域中，冷却通道420已经冷却了冲压表面405的区，在所述软区域中，加热元件已经在与冲压表面405的区不同的主体区处减少了冷却。因此，如图2中所示，形成具有定制性质的车辆零件。虽然出于说明的目的仅示出车辆零件的两个区域，但可以使用模中的一定数目个打印的镶块来形成任何数目个区域。

加热元件能够经由各种实施方案向与表面区不同的主体区提供热或者减少所述主体区处的冷却，以便在冲压表面上提供可以由于其与冷却的表面区相比时的高温而在钢坯件上形成软区域的区。因此，从加热元件到不同的主体区(与表面的不同于被冷却的表面区的区相对应)的热传递速率大于从冷却通道到表面区(例如，朝向冷却通道的出口)的任何热传递速率，以便提供具有定制性质的车辆零件。热传递速率对应于用于形成软区域的冷却速率，使得不同的主体区处的材料(例如，硼钢)所需的冷却速率小于约27k/s，而从表面区到通道的对应的冷却速率大于约27k/s，使得形成硬区域，因此提供比不同的主体区更冷的表面区。表面区处的冷却速率由于加热元件而大于不同的主体区，使得表面的那些主体区具有比被通道冷却的表面区更高的温度，以便促进形成车辆零件中的可变强度区域。软区域可以依据应用而具有不同的性质。不同的冷却速率将产生不同的机械性质。另外，从加热通道到不同的主体区以及从表面区到冷却通道的热传递速率比任何“交叉的”热传递(即，从加热元件到表面区和/或从不同的主体区到冷却通道)更大(在量值上)。

类似地，绝缘屏障阻止从加热元件和主体区到冷却通道的热传递。从加热元件到主体区的热传递速率大于从加热元件和/或主体区到冷却通道的热传递速率(由于其间的绝缘屏障)。

根据实施方案，公开了一种冲压车辆零件的方法。所述方法包括：使用打印的镶块形成具有冲压表面的模，所述打印的镶块被配置成在基体材料内形成冷却通道和加热元件。所述冷却通道和所述加热元件被配置成改变所述表面的区处的热传递。形成所述模包括将打印的镶块定位在模具中并且将基体材料的主体模制到热冲压模中。所述方法还包括将坯件定位在表面上。所述方法还包括对所述坯件进行冲压，以基于对所述表面区的加热和冷却而产生可变强度区域。冷却包括使冷却流体流动或者循环穿过冷却通道，使得从冲压表面的选择区吸收热。加热包括使加热流体在加热元件中循环，或者激活加热线圈以对与冲压表面的被冷却的选择区不同的选择区进行加热。

根据一个或多个实施方案，提供具有保形冷却通道和加热元件的热冲压模。保形冷却通道和加热元件与冲压表面相互作用，使得分别从表面区移除热，并且将热传递到不同主体区处的表面(与冲压表面的不同于表面区的区相对应)(或者减少所述表面处的冷却)。可以使用3d打印的镶块将所述通道和加热元件铸造在模中，使得可以实现具有高效热传递能力的保形形状。在一些实施方案中，还包括绝缘屏障以减少区之间的热传递，并且也使用保形的3d打印的镶块形成所述绝缘屏障。因此，所述冲压表面相对于被冷却的表面区具有基于被加热的主体区的更温暖的区，使得当冲压坯件时，所得的零件基于那些区中的冲压表面的温度而具有可变强度区域。

虽然上文描述了示例性实施方案，但并不意味着这些实施方案描述本发明的所有可能形式。而是，本说明书中所使用的词语为描述性而非限制性词语，并且应理解，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种改变。另外，可以组合各种实施的实施方案的特征以形成本发明的其他实施方案。

根据本发明，提供一种热冲压模，所述热冲压模具有：具有冲压表面的主体；所述主体内的冷却通道，所述冷却通道定位成将热从所述表面的区传递到所述通道；以及所述主体内的与所述通道分离并隔开的加热元件，并且所述加热元件定位成以大于从所述通道到所述表面的所述区的热传递的速率对所述主体的与所述表面的所述区不同的区进行加热。

根据实施方案，从所述加热元件到所述主体区的热传递速率对应于小于约27k/s的冷却速率。

根据实施方案，从所述通道到所述表面区的热传递速率对应于大于约27k/s的冷却速率。

根据实施方案，所述加热元件是加热线圈。

根据实施方案，所述加热元件是被配置成接收加热流体的加热通道。

根据实施方案，所述加热元件是所述主体中的在所述主体区下方的空腔，所述空腔被配置成减少从所述主体区到所述通道的热传递。

根据实施方案，所述加热元件通过所述主体内的绝缘屏障而与所述通道分离。

根据实施方案，所述绝缘屏障是空腔。

根据本发明，提供一种热冲压模，所述热冲压模具有：具有冲压表面的主体；所述主体内的冷却通道，所述冷却通道被配置成从所述表面的区移除热；所述主体内的加热元件，所述加热元件用于以大于从所述通道到所述表面区的热传递的速率对所述主体的与所述表面区不同的区进行加热；以及所述主体内的绝缘屏障，所述绝缘屏障被配置成使所述加热元件与通道之间的热交换最小化。

根据实施方案，所述绝缘屏障是所述主体中的空腔。

根据实施方案，所述加热元件是加热线圈。

根据实施方案，所述加热元件是被配置成接收加热流体的加热通道。

根据实施方案，从所述加热元件到所述主体区的热传递速率对应于比从所述通道到所述表面区的热传递速率低的冷却速率。

根据实施方案，从所述加热元件到所述主体区的热传递速率对应于小于约27k/s的冷却速率。

根据实施方案，从所述通道到所述表面区的热传递速率对应于大于约27k/s的冷却速率。

根据实施方案，所述加热元件到所述主体区的热传递速率高于所述加热元件到所述绝缘屏障的热传递速率，并且所述通道的吸热速率高于所述绝缘屏障的吸热速率。

根据本发明，一种冲压车辆零件的方法包括：使用打印的镶块形成具有冲压表面的模，所述模被配置成在所述模的基体材料内形成冷却通道和加热元件，使得所述通道和所述元件被配置成改变所述表面的区处的热传递；将坯件定位在所述表面上；以及冲压所述坯件以基于对所述表面区的加热和冷却来产生可变强度区域。

根据实施方案，对表面区的加热和冷却包括使冷却流体流过冷却通道。

根据实施方案，对表面区的加热和冷却包括使加热流体在加热元件中循环或者激活加热线圈。

根据实施方案，所述形成步骤包括将打印的镶块定位在模具中并且将基体材料的主体模制到模中。