用于制造至少部分硬化的板构件的方法和压机的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种用于制造至少部分硬化的板构件的方法和压机。
【背景技术】
[0002]在成型技术中已知，在压机中通过至少一级式的成型操作将金属带材料、尤其是钢制成板构件。为此要将板从带展开，并且从带切割成一定几何形状的板坯。接着在具有至少一个冲压模具级的压机中进行成型。
[0003]恰恰在汽车制造领域经常要制造复杂的几何形状，并且在构件上除了成型之外也要同时调整出一定的机械特性。为此，热成型，也已知为压淬或者模淬，多年来广泛用于制造机动车的底盘部件和结构构件。
[0004]DE102008034596A1描述了一种用于在两个相继的模具级中制造至少部分硬化的板构件的方法，其中，每个模具级具有设置在压机中的上模和下模并且通过压机的合模运动闭合上模和下模，并且因此加热到奥氏体化温度的板坯热成型为板构件。通过保持闭合以及板坯与半模的接触，成型的板坯迅速冷却。此外，通过在半模之间设置间隙或者通过在上模或者下模中使用具有不同热导率的不同材料产生仅部分硬化的板构件。
[0005]DE102009057382A1描述了一种具有多个模具级的用于对加热到奥氏体化温度的板坯进行热成型的方法和压机，用于制造硬化的板构件。在冷却的成型模具级中进行热成型之后，应在另一个冷却的模具级中将板构件硬化，并且接着进行冷切割。压机应当以高的生产率工作，因此，建议将具有上模和下模的模具级尽可能早地合模并且尽可能晚地开模。
【发明内容】
[0006]从前面提到的现有技术出发，本发明的任务在于，提出一种用于制造硬化的板构件的可以大规模工业化生产的可靠的方法以及压机，所述压机具有提高的生产能力和更高的产品质量。
[0007]涉及方法的任务通过权利要求1的特征实现。从属权利要求2至11描述有利的实施方案。
[0008]此外，涉及产品的任务通过权利要求12的特征实现。其从属的权利要求13至18均构成有利的实施方案。
[0009]提出一种用于制造至少部分硬化的板构件的方法，所述方法在包括压机台、压机冲击器和多个模具级的压机中进行。在此，执行以下步骤:
[0010].将板坯至少部分地加热到大于奥氏体化温度Ac3的温度，
[0011 ].将加热的板坯放入到压机的第一成型模具级中，
[0012].在该成型模具级中将板坯热成型为板构件，其中，压机在此执行合模运动，
[0013].将成型模具级以第一保持时间保持闭合，
[0014].在第一保持时间期间冷却成型的板坯，以及
[0015].将成型的板坯传送到第二模具级中，
[0016].在至少第二保持时间内通过在第二模具级中进行冷却对板坯至少部分地硬化。
[0017]该方法的特征在于，成型模具级在压机从上止点到下止点的合模运动期间通过至少一个弹性的调整件相对于压机运动，使得在压机到达下止点之前结束热成型并且开始保持闭合，和/或在压机的下止点被完全经过之后，在压机向上运动的期间才通过弹性的调整件结束成型模具级的保持闭合，其中，上模以及下模具有可输送冷却介质的冷却通道。
[0018]因此实现高经济性的制造工艺，尤其用于工业化的大批量制造，并且同时改善过程质量和构件质量。具体而言，通过成型非常早地开始和结束以及最大程度利用用于对在各模具级中的成型的板构件进行淬火的保持时间，使得板构件的热成型和硬化的周期时间减少。此外，通过一个/多个弹性的调整件可以补偿成型模具级的上模和下模定位中的不准确度以及板坯表面特性和厚度的不连续性。
[0019]板坯通过热成型进一步加工为板构件，其中，在以下说明中，如果不涉及通过成型导致的特性，而是更详细地描述方法步骤、尤其是热处理和压机，那么这两种概念也(指板坯和板构件)并列地使用。
[0020 ]在本发明范畴中，板坯通过已知的加热方法至少部分地加热到使用的钢合金的奥氏体化温度以上的温度。在本发明范畴中，使用高加热速率的加热装置是有意义的，例如通过具有感应或者传导加热的接触物质的接触加热、直接的燃烧器加热或者具有炉膛过热温度的炉加热实现。它们的组合或者与其它已知的炉类型相结合也是可能的，例如当使用金属涂层的板坯。
[0021]奥氏体化温度Ac3也称作再结晶温度，其中，奥氏体化温度的高低取决于准确的合金组分。对于按本发明的方法，使用锰硼钢被证明是合适的，所述锰硼钢在加热后通过迅速冷却或激冷通过由奥氏体组织转变为马氏体组织彻底淬透。机械特性屈服极限Rp0.2和抗拉强度Rm随硬度增大，而最大弯曲角和伸长率A50减小。
[0022]保持时间按本发明可理解为这样的时间段，在该时间段中，至少成型模具级和第二模具级的上模以及下模闭合，即至少部分地与成型的板坯或与板构件紧密地接触。
[0023]传送的概念包括引起将板构件从一个模具级输送到时间上跟随的下一个模具级中的每个操作运行，包括从相应的模具级中取出和放入到相应的模具级中。
[0024]压机的止点按本发明定义为，压机在工作周期中正好到达开模位置(上止点)和正好到达最大合模位置(下止点)。根据压机类型对于维修或者改装过程可达到的压机最大开模位置与此不同，其可能会大于上止点。
[0025]优选在成型模具级中的热成型的期间或者热成型结束之后进行切边和/或者冲孔，尤其是在压机完全合模之前。其优点在于，随后的冲孔或切边不会在板构件的冷的和硬化的状态下进行，并且因此避免工具磨损和额外的处理程序。由于在压机完全合模之前还进行冲孔或切边，所以合模运动可以用于驱动冲孔或切边所需的切割机构。接着将切边的板构件为了进一步(至少部分地)迅速冷却传送到第二模具级中。
[0026]第二模具级优选(至少局部地)在压机的合模运动期间通过至少一个弹性的调整件相对于压机运动，使得在压机到达下止点之前开始保持闭合(Zuhalten)。但是第二模具级的保持闭合也可以在压机的下止点完全被经过之后，至少部分地通过弹性的调整件在压机向上运动期间才结束。最优选地第二模具级通过至少一个弹性的调整件相对于压机支承，使得在合模运动的主要时间部分(Zeitanteil)期间和向上运动的主要时间部分期间保持上模和下模闭合。在此，超过压机的合模运动和/或者向上运动的各自30%的时间部分视为“主要”。
[0027]此外，成型模具级以及优选还有第二模具级可以通过弹性的调整件以机械、液压或者气动的方式弹性支承。在此，弹性的调整件本身可以被动地纯机械地作用，方法是其将与冲压力相反作用的力持续施加到上模或下模上。作为简单示例可以列举的有螺旋弹簧或者由其它机械弹簧构成的弹簧组。但也可以对至少一个弹性的调整件进行主动控制，以便在冲压运动期间调整调整件的各种各样的调整力变化曲线。后者可以实现在足以用于热成型的调整力水平以及保持闭合所需的较高的调整力水平之间进行区分，但是在此弹性的调整件也可以保护与其连接的执行机构。因此保持时间总体上也可以缩短以用于执行板构件的迅速冷却和硬化。
[0028]板构件的传送按本发明地优选通过传送系统、尤其是通过具有夹钳的线性导向的传送梁在1至4秒、优选在2至3秒的传送时间内在至少两个模具级之间进行。因此可能的是，在各模具级之间的板构件的运动期间的热损耗尽可能低地保持，并且理想地情况下可省去复杂的多轴操作装置。在此可以设置为，在压机到达上止点之前就已经使得传送系统的夹钳靠近导向到板构件上。为此，尤其是可在模具级中设置用于使传送系统无碰撞通过或者用于使夹钳靠近地导向到板构件上的凹部，使得板构件随着上模与下模的分开立即取出和继续运动，也就是在保持时间结束之后通过传送系统或者通过成型模具级的夹钳取出和继续运动。
[0029]此外，用按本发明的方法还能以特别简单和可靠的方式制造仅部分地硬化的板构件。“部分地”在本发明的范畴中意味着，板构件包括具有相对低的强度和屈服极限的至少一个第一区段(该第一区段具有优选没有硬化的或者仅在小程度上硬化的组织)以及具有高强度Rm和屈服极限Rp0.2但是减小的伸长率A50的至少一个第二区段并且具有基本上马氏体组织。这意味着板构件的第一区段具有400和800兆帕(MPa)之间、尤其450和650Mpa之间的抗拉强度，并且主要具有铁素体珠光体组织成分。
[0030]优选在成型模具级中设定板构件的冷却温度，所述冷却温度在板坯的第一区段中大于马氏体组织转变所需的马氏体转变开始温度Ms并且在第二区段中小于Ms，其中，尤其是板坯在第一区段中尤其冷却到540至660°C的冷却温度。除了冷却温度之外，在第二区段中重要还有保持每秒25卡尔文(K/s)以上、尤其70K/s以上的高冷却率，以便保证在该区段中组织的充分硬化。通过将冷却板坯的第一区段以较小的程度冷却并且冷却到与在第二区段中的冷却相比较高的温度，实现抑制板坯中的组织从奥氏体状态转变为马氏体，但是同时开始从奥氏体到铁素体和/或珠光体的组织转变。
[0031]为了在第一区段中获得延展性特别好并且能够可靠地不开裂地成型的、尤其可变形的构件，可以在第二模具级中设定板构件的冷却温度，该冷却温度在第二保持时间结束时在第一区段中为在350至500°C之间，并且在第二区段中小于完全马氏体组织转变所需的马氏体转变终止温度Mf，其中，板构件在第二区段中优选冷却到小于200