用于将梁成型和淬火的装置和方法

专利名称：用于将梁成型和淬火的装置和方法
技术领域：
根据本发明的第一方面，本发明涉及一种用于将梁成型和淬火的装置和方法。
根据本发明的第二方面，本发明涉及一种用于制造经过淬火梁(quenchedbeam)的方法与装置。
背景技术：
由于对交通安全性的要求增加，因此已经修改了车辆所用的缓冲梁的基本设计。当今，公知的是梁由金属板形成并具有封闭的横截面。因此，这种梁的形状使得缓冲器以最佳方式吸收与分布碰撞力、扭转负载、应变及其它形式的负载。然而，这种封闭截面(closed section)使得梁体积庞大且浪费空间，并且通常难以应用于车身中的给定空间中。
一种缓冲梁的设计能解决这些问题。它是一种其中梁为细长的用于车辆的缓冲梁，具有两个端部和封闭的横截面。该梁侧面被分成沿车辆运动的正常方向朝前的前凸缘、朝向车辆的后凸缘、上腹板和下腹板。沿着梁延伸的后凸缘的至少一部分被压向/预定朝向(impressed/intended towards)沿着该梁延伸的前凸缘的至少一部分。所得到的凹陷距梁端部保持特定、有限的距离并向内朝向梁中心部分。沿着该特定的有限距离，所述部分的内侧相互接触，因而梁在其中心部具有最大的容积，而在其端部处具有最小的容积。
车辆前部通常向后朝向该车辆的侧面弯出以便降低空气阻力，改善碰撞力吸收性能并使得设计有吸引力。这种现有技术的缓冲梁具有相应的曲率以便优化空间使用。梁中心部分具有大的容积并由大量材料构成以便能够在碰撞时提供最佳能量吸收。梁的端部形状变化以便简化将梁安装至车辆的操作。
根据所述第一方面，本发明的一个目的在于提供一种装置和方法，其使得可以按照简单、快速且成本有效的方式制造具有这种设计的梁，以提供高的公差精确度。
另外，长期以来还希望能够使弯曲经过淬火的梁的制造简化并减少成本，因此，如果成型和淬火在同一个工具中进行，可以实现形状方面的优良精确度。然而，已经证明难以设计适用于实现足够高的冷却速度的组合式成型和淬火工具，这尤其是当对低合金钢进行淬火时，对于可接受的淬火结果很重要。
先前已知的是通过借助于冷却介质的热传递与散热来快速地冷却形状大致适于弯曲梁的轮廓构件，该冷却介质在存在于成形工具中的梁的外部传送，由此使冷却介质在指状支撑装置之间传送。
因此，先前已知的是一种方法和一种组合式成型和淬火装置，其中设置了指状支撑装置以用于支撑待成型的梁。冷却介质被引入到指状支撑装置之间以便进行淬火。尽管工作相当令人满意，但是与这种方法和装置相关联的问题在于支撑装置与梁外表面之间的接触表面阻止了有效的冷却，从而阻止了淬火，支撑装置有相当多。
特定的冷却问题还与在外表面中具有凹槽、沟道等以便改善弯曲与扭转刚度性能的梁相关。此类凹槽等难以冷却，因而在这些区域中可能发生淬火后的材料性能不同。
为了更好地理解，应当提到，词语″轮廓构件″在下文中使用时是指具有恒定截面型面的呈管状坯料形式的梁坯料，其由辊轧成形机或类似的金属板成型机收集，并且词语梁是指梁坯料以及已经在成型工具中进行成型和淬火之后的轮廓构件或梁坯料。
在此处所示所述的实施例中，当受到加热和被送到用于成型的工具设备时，轮廓构件或梁坯料为直的。然而，可以设想轮廓构件或梁坯料可以在受到加热并被送到工具设备以便成型和淬火成完工的梁之前或冷或热地预成形的实施例。因此，在此情况下，坯料不必一定为直的并且/或者不必一定沿着坯料或轮廓构件具有恒定横截面。当然，工具设备必须相应地修改。
关于术语曲率，在此处使用时，应该了解到，其可为从管状轮廓构件制造空心梁开始的问题，其可兼具表示单或双弯曲表面，即其可沿多个轴线方向弯曲或成型。
由于人们长期以来都希望能够使得弯曲空心梁例如车辆主体的制造更加有效，根据本发明第二方面的如下所述的方法和装置的目的是提供一种实现这种要求的方法，更具体而言，其为淬火提供了有效的冷却速度而不依赖于形成的梁的给定形状。本发明的另一目的是提供用于实现这种方法的装置。

发明内容
根据本发明第一方面的目的是通过呈现所附权利要求1中指定的特征的装置和呈现所附权利要求26中的指定的特征的方法获得的。其它目的和优点通过相应从属权利要求中指定的内容获得。
根据本发明第二方面的目的是分别通过根据所附权利要求30和42的方法和装置获得的。其它目的和优点通过相应从属权利要求中指定的内容获得。


现在联系和结合附图，在实例和优选实施例的基础上对本发明进行以下说明。还将说明其它的优点。在附图中图1示出了在根据本发明的装置中成型的梁；图2示出了根据本发明的装置，成型之前的梁设置在其中；图3示出了设置在根据本发明的装置中的图2中的梁的端部；图4示出了成型的梁的端部；图5示出了弹射装置，其构成下部工具部件的一部分；图6示出了根据本发明的原理而制造的经过弯曲和淬火的中空梁的透视图，其带有敞开的端部；图7简要示出了用于在操作的第一阶段中制造根据图6的梁的装置的纵向剖视图；图8简要示出了用于在操作的第二阶段中制造根据图6的梁的装置的纵向剖视图；图9示出了沿图7中线4-4所观察到的用于制造根据图6的梁的管状轮廓部件的中心部分的剖视图；图10示出了沿图8中线5-5所观察到的梁的端部的剖视图，图11简要示出了在第二可替代实施例中用于在操作的第一阶段制造梁的装置的纵向剖视图，该梁具有大致封闭或半封闭的端部；图12简要示出了在第二可替代实施例中用于在操作的第二阶段制造梁的装置的纵向剖视图，该梁具有大致封闭或半封闭的端部；图13示出了沿图11中线8-8所观察到的管状轮廓构件的中心部分的剖视图；图14示出了沿图12中的线9-9所观察到的梁的端部的纵向剖视图，该梁具有大致封闭的端部；图15简要示出了用于在操作的第二阶段制造梁的装置的一部分的纵向剖视图；以及图16示出了沿图15中线11-11所观察到的梁的端部的剖视图。
具体实施例方式
在图1中示出了上述类型的先前公知的梁1。
将要在根据本发明的装置中成型成这样的梁1的坯料包括平直的梁1，该梁由平带或板成型为具有封闭横截面的梁，见图2和3。所述带已在成型装置中被成型，该成型装置例如是辊轧成形机(rollformer device)。梁侧面被分隔成沿车辆运动的正常方向位于前部的前凸缘1.1；位于车辆后部的后凸缘1.2；上腹板1.3和下腹板1.4。封闭的横截面通过将带的各边缘相互紧固而实现，例如通过点焊、缝焊等将它们焊接在一起，在辊轧成形之后，所述各边缘汇合并且相互抵靠。辊轧成形机还可以在带中制造弯曲部1.5、纵向凹槽1.6和/或横向凹槽1.7，从而使梁进一步成型成为可能，而且还可以改善扭转刚度、弯曲刚度和碰撞作用力吸收的其它性能。在辊轧成形过程中，在腹板侧上，在从腹板侧到前凸缘侧的过渡处，梁接收每个相对侧上的突起部，这构成了该梁的前凸缘1.1的横向延伸，即加宽了前凸缘1.1。这些突起部位于以下所称的凸缘边缘1.8中。该梁在纵向上分隔成两个端部1A和1B以及中心部1C。
当该梁在被进给到根据本发明的装置之前而离开成型装置时，其是完全平直的。
在进给到根据本发明的装置中之前，该梁被加热到适合于梁材料的奥氏体化温度。用于梁的适用材料为硼钢并且用于硼钢的足够温度为850-900℃左右。当该梁达到合适的温度时，将平直的梁进给到根据本发明的装置2中。
基于成型的方法，以下将在此对根据本发明的装置2进行说明，参见图2。在该梁的两个端部1A、1B处，该装置的结构和设计是相同的。基于在一个端部1A处的设计，大致对装置2进行说明。
根据本发明的装置2包括上部工具部件3和下部工具部件4，该梁1在上部工具部件3和下部工具部件4之间定位和成型。两个工具部件3、4包括将梁1稳定在合适位置、将梁1定位的部件；以及当上部工具部件3朝向下部工具部件4移动时，在梁弯曲/弯折以及梁端部1A、1B的压缩两方面一起使梁1成型的部件。下部工具部件4经由设置在底层地面或底板(在附图中未示出)上的底座5。
上部工具部件3设置成借助于引导系统基本上沿竖直方向移向下部工具部件4或从下部工具部件4移开，该引导系统包括例如液压系统(在附图中未详细示出)。当梁进给到装置2中时，引导系统，液压系统被激发和施加压力。上部工具部件3随后被向上推动离开下部工具部件4。
上部工具部件3和下部工具部件4在成型的引导部件中定位成彼此离开一定的距离。当装置2敞开以接受梁1时，上部工具部件3定位在下部件4之上，以使得两个工具部件3、4提供空间6，该空间6为梁1进给到其中的成型空间。
当相对于装置2的位置对梁1定位和检测时，上部工具部件3向下朝向下部工具部件4移动，从而梁发生成型。当梁1定位并且紧固在装置2中并且上部工具部件3应当向下朝向下部工具部件4移动时，可移除液压。随后，上部工具部件3自由落向下部工具部件4并且通过施加压力来很好地进行梁1的成型。上部工具部件3较重并且可以获得较大的作用力。两个工具部件3、4朝向彼此移动以及从而发生的梁1的成型花费大约2秒时间。该装置构成压力机或压力机的一部分。当上部工具部件3向下部工具部件4落下时，梁弯曲并且端部1A、1B在单个操作中即在单个挤压步骤中成型。
当上部工具部件3朝向下部工具部件4移动时，许多上部工具部件3和下部工具部件4的部零件、设备和装置将会与梁1接触。梁1在工具部件3、4之间出现的压力作用下进行成型。梁的前凸缘1.1和后凸缘1.2获得弯曲圆弧形状，而梁的端部1A、1B的体积减小。
借助于压力机进料装置(在附图中未示出)，梁1进给到装置2中，当移除该进料装置时，梁1从进料装置上笔直地落在下部工具部件4上并且到达下部工具部件4的梁接收部件7上的凸缘边缘1.8上，如图2和3所示。随后，梁得以定位从而其搁置在凸缘边缘1.8上，底部侧抵靠在梁接收部件7上，并且因而具有可以向上转动的前凸缘侧1.1。
梁接收部件7具有翼状部件。翼状部件的上侧、上侧/边缘构成支撑表面7.1，梁1接受/搁置在该支撑表面上。支撑表面7.1弯曲成与梁的所需最终曲率一致。
翼状部件7为四个并且成对地设置在梁的每侧。每个翼状部件7具有平直的细长体部，该体部平行于并且沿着梁1而定位。翼状部件7搁置在梁1的凸缘边缘1.8的底部侧1.8上以及搁置在梁的各腹板1.3、1.4的大致各端部1A、1B。翼状部件7相对于梁竖直和横向上的位置来确定位置，并且在成型期间可防止梁材料在横向上移动。翼状部件7将梁1纵向定位，并且防止梁的形状在成型期间塌陷。
每个翼状部件7设置成其能够相对于下部工具部件4转动，从而抵靠在支撑表面7.1的凸缘边缘上的接触表面的大小可以变化。当梁1落下到下部工具部件4上，落下到各翼的支撑表面7.1上时，梁1的凸缘边缘1.8在梁1的每个端部1A、1B处搁置在距离面向各翼的各端部1A、1B的部分7.2处的各支撑表面7.1一较短距离，并且不会与工具部件的任何其它部件接触。还有，梁腹板1.3、1.4与各翼内侧7.3，即转向梁的一侧之间的接触限于在各梁端部处最远的区域。梁1和下部工具部件4之间的这些有限的接触面积使梁的冷却最小化。
翼状部件7可转动地和弹性地设置在下部工具部件4的底座部分4.1。当上部工具部件B朝向梁1移动并且梁向下压向翼状部件7时，翼状部件将转动，从而移动，由此各支撑表面7.1的较大部件将支撑各凸缘部分1.8并且各翼状部件内侧7.3的较大部分将与各腹板1.3、1.4的相继最大部分接触。由此，当施加到梁1上的作用力越大时，由翼状部件执行的梁的引导操作会增加。
每个翼状部件7借助装置8而设置在底座部分4.1上，该装置8使翼状部件7可以相对底座部分转动。装置8为铰接状装置，其具有两个协作的部件8.1、8.2，其中，第一部件8.1连接到翼状部件7上，而第二部件8.2连接到底座部分4.1上。第一部件向外绕第二部件8.2定位，而第一部件8.1可以相对于第二部件8.2转动。两个部件8.1和8.2为两个辊，其中一个辊设置在另一个辊的内部。两个部件8.1和8.2设置有引导件，该引导件例如是摁扣凹槽(在附图中未示出)，该引导件引导移动，以使得具有第一部件8.1的翼状部件进行凸轮运动。该凸轮运动选择成使得翼状部件7不仅提供抵靠在各腹板1.3、1.4上的位置稳定性作用力，而且还产生稍微地挤压梁的作用力。各翼状部件7被弹簧负载(在附图中未示出)，以使得在翼状部件7达到端部位置并且去除成型作用力时，翼状部件7回到启始位置。在成型结束时，翼状部件7接触止动装置4.2，该止动装置构成下部工具部件4的底座4.1的一部分，并且防止翼状部件7相对于底座部件4.1的进一步转动。
各翼状部件7沿朝向梁中心部分1C的方向向下朝向下部工具部件4，在下拐角7.4处可转动地连接在下部工具部件4的底座部分4上。翼状部件7在下拐角7.4处连接到或在这里包括铰接状的装置8的第一部件8.1。各翼状部件在其上边缘处支撑着支撑表面7.1，在上拐角7.5处与转动拐角7.4相对，并且当梁定位在装置2中时，支撑着各凸缘边缘1.8底侧。
下部工具部件包括细长部件9，该细长部件9位于梁1之下并沿着梁的纵向，如图2和3所示。该细长部件具有在竖直面中向下弯曲的端部部分9A、9B，并且所述端部部分9A、9B的曲率与梁在梁端部部分1A、1B处的所需的最终曲率相对应。细长部件的上侧9.1具有端部部分9A、9B，具有延伸部并且形状与所需的最终的内凸缘延伸部的形状相对应，梁在装置2中成型之后梁的形状，如图4所示。细长部件9在上侧在每个端部9A、9B处具有向上指向的成型部分9.1，设置于构成成型部分的梁端部部分1A、1B下方。每个成型部分9.1具有向上指向梁1的向上突出部件，凸轮/凹槽9.2。凸轮9.2还具有与梁的理想最终曲率相对应的曲率。成型部分9.1将梁成型，直到涉及梁端部1A、1B的压缩。
当上部工具部件3向下朝向下部工具部件4以及朝向安放在装置2中的梁1移动时，梁1被向下压靠着凸轮9.2的成型部分9.1，由此通过向上指向的凸轮9.2的作用，梁1后凸缘1.2的材料被压入，辊入，并被朝向梁的纵向中心，即中心轴线再成型。沿着梁端部1A、1B，梁1后凸缘1.2的纵向中心部1.2a被朝向梁前凸缘1.1的纵向中心部分压入，材料被辊入，由此缓冲梁所谓的成型高度B沿着梁端部分1A、1B减小一定距离X，见图1。凹陷/压缩有利地在梁端部最外部处在梁横截面的中心部完成，以便使得两个凸缘1.1、1.2互相接触。有利地，缓冲梁凸缘1.1、1.2在凸缘内侧彼此会合的区域中沿着发生压缩的距离焊接在一起。在梁1上有负载时，焊接接头构成明显的旋转和断裂槽口以防施加于梁上的力。
位于梁中心部分1C下方的细长部件中心部分9C并不与梁1接触。两个带有相应凹槽9.2以用于在每个端部1A、1B处成型梁的成型部分9.1还可构成分立单元，这两个分立单元两个置于/设置于装置2中，位于下部工具部件4处，以便使得当梁被置于装置2中时，位于每个梁端部1A、1B下方。
在成型为带有封闭横截面的梁期间，梁优选地具有纵向弯曲部1.5，该弯曲部1.5用作缺口以促进压缩。后凸缘1.2也可设置有纵向凹槽1.6，该纵向凹槽1.6通过后凸缘1.2的凹陷的作用像隆起一样凸出并且促进成型。材料出现应变进而出现应力的危险被降至最小。
除了压缩之外，当被压向下部工具部件4、压向弯曲成型部分9.1以及压向弯曲凸轮9.2时，缓冲梁后凸缘1.2还通过折弯/弯曲的作用相对于水平延伸部分被成型。当梁离开辊轧成形机时，其是完全平直的。车辆前部通常对着车辆侧面向后弯出以便减少空气阻力，改进碰撞力吸收性能以及使得设计有吸引力。缓冲梁应当具有相应的曲率以便优化空间利用。利用相同的成型工具进行压缩，梁端部就向后弯曲。在辊轧成形处，梁1设置有位于腹板1.4、1.5上的交叉凹槽1.7，所述凹槽促进这种弯曲。凹槽1.7像隆起一样拔出并且出现材料应变进而出现应力的危险被降至最小。后凸缘1.2被朝向前凸缘1.1压缩促进了梁1的弯曲，因为在梁端部1A1B中，梁宽B进而扭转刚度同时被减小。
上部工具部件3包括器具10，即夹具，见图2，其位置在两个工具部件3、4彼此相对运动时，通过将梁保持在中心部分1C处并且防止梁被向上压而将梁稳定化在中心部分处。夹具10设置在上部工具部件1处以使其沿循着梁并且在全部加压步骤期间连续地引导。
上部工具部件3包括力传递可转部件11，即压板，其可相对于上部工具部件3，相对于上部工具部件3的底座部分3.1转动，见图2和3。压板11为四个并且成对定位在梁1的每侧上的梁端部1A、1B处。当上部工具部件3向下朝向下部工具部件4移动时，压板11将力向下作用于梁1上。压板11具有抵靠着梁1的表面11.1，即底侧，其被转向并抵抗着梁凸缘边缘1.8，在梁1的当前位置处靠着凸缘边缘的上侧1.8b，见图3。压板底侧11.1构成具有与梁1的理想曲率相对应的形状的接触表面。底侧11.1以纵向弯曲。首先，每个压板11仅仅通过底侧11.1的一部分，在梁端部1A、1B处抵靠着每个凸缘边缘1.8的有限距离。当上部工具部件3向下运动时，压板11绕着安装点11.2(图中未示出)转动并且压板底侧11.1的更多部分将会紧靠着梁1的凸缘边缘1.8的更长距离。安装点11.2设置于压板上端11.3，压板上端11.3设置在相应的梁端部。
每个压板11具有使梁相对于压板11稳定的设计位置。压板底侧/抵靠侧11.1具有槽11.3，梁凸缘边缘1.8的突出部件1.9抵触于其中，见图3。替代地，槽可构成凸缘边缘1.8的一部分并且突出部件可构成压板11的一部分。
上部工具部件3包括固定部件12，该固定部件12在梁1上施加力并使梁1在位于梁端部1A、1B和中心部分1C之间的区域中弯曲，并且具有带有朝向梁1的接触表面的底侧12.1，沿纵向具有与梁1的理想曲率相对应的形状。固定部件12构成上部工具底座部件3.1的一部分，底侧12.1沿梁纵向，沿朝向梁中心部分1C的方向形成压板接触表面11.1的连续部分。固定部件12包括四个部件，每个部件接触两个凸缘部件1.8中的一个。
上部工具部件3还包括两个支撑装置13，见图3，它们朝向梁1向下并且设置于梁端部1A、1B。每个支撑装置底侧13.1为梁前凸缘1.1的形状提供外部支撑并且防止梁端部1A、1B塌陷。当凸轮9.3压入梁1中的梁后凸缘1.2中时，支撑装置13提供了出现于梁材料中的力的反作用力。支撑装置13还具有将梁1沿纵向居中定位于装置2中的任务。
每个支撑装置13构成了块状设计，位于底侧13.1处，在梁外表面设计以后，在相应的支撑装置13所抵靠着的梁前凸缘侧1.1的设计以后成型。梁前凸缘1.1在纵向中心部分中具有沿着梁10延伸的弯曲部1.5，即凹槽。支撑装置13适合于凹槽设计并且从梁1的外部侧置于槽中，当上部工具部件3向下朝向下部工具部件4运动时，填充槽以便使得梁1的这个区域中不会出现形状变化。
当梁被弯曲时，支撑装置13沿循着向下的上部工具部件运动。支撑装置13被邻近上部工具部件3设置并且通过上部工具部件3上的销(图中未示出)线性地引导。销向下引导支撑装置13。引导为机械方式。
当上部工具部件2向下朝向下部工具部件4移动时，夹具10、压板11、固定部件12和支撑装置13将梁1，即基本上梁端部1A、1B，向下压在翼状部件7和带有凸轮9.3的成型部分9上。梁后凸缘1.2通过与成型部分9A，9B接触在形状方面发生变化，上部工具部件3和下部工具部件4压在梁1上并且梁1又压在上部工具部件3和下部工具部件4上，全部梁1在上部工具部件3和下部工具部件4的弯曲部分之后被折弯/弯曲。
夹紧力出现在翼状部件的支承表面7.1，它们的上缘与压板的底侧11.1之间，在成型期间，在当工具部件3、4抵靠着梁1时的成型最后的部件时以及在成型以后，该夹紧力将梁1保持在工具部件3、4之间的特定位置。
在成型完成的梁1以后，缓冲梁1被淬火，见图1。在淬火期间，梁仍被置于装置2中。淬火通过将成型梁1的急冷进行。冷却介质被通过管(图中未示出)传递至装置，该管通向喷嘴(图中未示出)，冷却介质通过该喷嘴被送出到梁上方和/或通过梁空腔。梁的弯曲形状使得其特别适合于在位于一个端部的梁端部开口处引入冷却介质并且使得冷却介质通过位于另一个端部的另一个开口流出。根据本发明的第二方面的用于冷却的优选实施例在稍后进行描述。
下部工具部件4还包括弹射器14，见图5，梁在成型期间安放在该弹射器14上，当来自上部工具部件3的向下压紧力被除去时，该弹射器14将梁1向上推出下部工具部件4。弹射器14设置有弹簧机构15，当上部工具部件3朝向下部工具部件4移动时，该弹簧机构受到压缩并且能量被存储于该弹簧机构15中。当上部工具部件3远离下部工具部件4移动时，弹簧机构15中的能量被释放，由此弹射器14向上移动并且梁1被从下部工具部件抬出。
这种装置使得可以成型设计成带有封闭横截面的单件的缓冲梁以及在淬火期间使梁稳定。用于提供安全车辆的缓冲梁的制造变得简单、成本效果合算并且质量合格。
在根据本发明的装置中成型之后，梁的外部尺寸始终等于或小于他们被成型之前。在延伸部的任何部分中，梁都并未变得更长、更宽或更高。另外，梁并未受到任何削弱材料减少。
在图6中，示出了经过弯曲与淬火的空心梁21，其从梁成型轮廓构件开始通过在轮廓磨机或辊轧成形机设备中定型而制造。作为轮廓构件所用的坯料，使用条或板，其具有带有封闭横截面的所述梁的形状，并且示出了位于一个端部23中的第一开口22和位于另一个端部23’中的第二开口22’。封闭的横截面按照已知方式通过利用焊接，例如点焊、缝焊等等，将条边缘固定而获得，该条边缘在辊轧之后会合并彼此抵靠。梁21具有横向的局部凹陷24，并且，即使图中并未示出，也可以设置有纵向凹槽以便进一步改进梁21的扭转和抗弯刚度。在制造车辆所用的缓冲梁或主体的情况下，设置所述纵向凹槽可具有特殊意义，因此纵向凹槽和横向局部凹陷有助于梁21的吸震性能。应当说，对本发明所属技术领域的普通技术人员而言，词语“成型”和“弯曲”在下文中使用时基本上指的是用于将空心轮廓构件成型为具有理想形状的梁的方法。
梁21已经沿着纵轴25弯曲，因此分别示出了一个凸起26和一个凹处27。另外，梁21沿着凹入主侧27具有很长的纵向材料凹陷28，其设置成使得梁在中心部分29中呈现最高的型面高度而在端部23、23’处呈现最低的型面高度。在梁的凸起主侧上，设置了多个纵向的较小的定型凹槽30，它们有助于梁刚度以及防止梁翘曲。关于所述定型凹槽30，还可参考图20。
在图7和8中，示出了用于制造根据图6的梁的组合式成型和淬火装置31的纵向剖面图。
在图7中，示出了处于第一操作阶段的组合式成型和淬火装置31，而在图8中示出了处于第二操作阶段的组合式成型和淬火装置31。
成型和淬火装置31包括支撑部件32∶1-32∶n，它们彼此可动并且设置成在它们之间支撑地接收轮廓构件的截面，并且通过相对于彼此操纵而在它们之间将轮廓构件成型为具有理想形状的梁。由于在这种情况下成型基本上只在竖直平面中发生，所以在这种情况下支撑部件由标示为3的上部第一工具部件和标示为4的下部第二工具部件承载。在呈液压缸形式的设置和操纵装置35的操作下，两个工具部件可彼此相向和相离运动，并且意欲接收轮廓构件并在它们之间将被加热至奥氏体化温度的轮廓构件，即梁坯料成型为完工的梁21。
如上所述，上部和下部工具部件3、4设置有上述的支撑部件32∶1-32∶n，它们的任务是既在它们之间成型管状轮廓构件又将如此形成的梁21保持在成型装置中以便进行随后的淬火步骤。
在图9中，以横截面示出了处于成型之前的开始位置并沿着图7的线2-2观察到的坯料中心部分29，在图10中，以沿着图8的线5-5观察的横截面示出了坯通过成型形成的梁的端部23。
由于工具部件3、4和由此包括的支撑部件32∶1-32∶n基本上取决于梁21的预定形状并且所述支撑部件照此并不构成本发明的这个第二方面的任何实质性部件，所以设计、定位或其相互可动性并未详细描述。如上所述的装置2为适用于应用本发明的这个第二方面的装置的一个实施例。
通过仔细研究图7和8可以理解，成形和淬火装置31包括与图中未示出的用于输出受迫冷却介质流的源紧密连接的装置36和用于接收并按受控方式除去此类冷却介质的装置37。所述冷却介质优选地包括水，水经过输出装置36被引导到空心梁21，并且在经过梁以后通过接收装置37从梁引出。所述输出装置和接收装置36、37分别位于下部第二工具部件4并由此位于加热的轮廓构件27主侧26意欲以防其弯曲成凹形的工具部件上。输出装置36包括放出喷嘴38，而接收装置37包括收集喷嘴39，该喷嘴38、39相对于完工的成型梁21设置在工具部件之间的相对位置以便使得端部23、23’中的梁开口22、22’处于邻近所述喷嘴38、39或基本上对着所述喷嘴38、39(见图8)。在成型期间，梁21所用的轮廓构件被推动或弯曲以便使得梁端部23中的第一开口22与输出装置36放出喷嘴38会合并且形成流动传送连接。以同样的方式，另一个梁端部23’被弯曲以便使得另一个梁开口22’与收集装置37收集喷嘴39会合并且形成流动传送连接。关于所述流动传送连接的建立，冷却介质可通过第一开口22穿过梁21被引入，并且在经过梁之后通过其它梁开口22’引出。
为了开始和致动设备并由此在梁完工时产生冷却介质通过梁的受迫流动，成型和淬火装置包括装置40例如呈光电元件或开关的形式，其可设置成用于检测工具部件3、4相对位置，或者像在这种情况下，设置成对准邻近收集装置37收集喷嘴39的梁21第一开口22。因此，通过经由输出装置经梁的一个端部23中的开口22将冷却介质引入空心梁中，以及经由收集装置37和梁21另一个端部23’中的开口22以受控方式将冷却介质在经过梁21之后引出，就这样提供了梁21的急冷。
在图11和12中，示出了第二实施例中的成型和淬火装置31，其主要地用于成型或者弯曲在端部23、23’中具有基本上封闭或相当有限的开口、半封闭式的类型的梁21，即带有有限的通路以便将冷却介质通过梁21的相应端部引出的梁21。
在图13中，以横截面示出了处于成型之前的起始位置并沿着图11中的线8-8观察的梁21所用的坯料的中心部分，而在图14中，示出了成型之后的沿着图12中的线9-9观察的所制造梁21端部横截面。由于成型和淬火装置31包括的上部和下部工具部件3、4的设计，并且其中包括的支撑装置32∶1-32∶n基本上完全由梁的预定形状确定，因此对于这种设计的梁而言，这些将不做详细描述。
与如上所述相反，用于放出冷却介质的受迫流的输出装置36排出喷嘴38，即本实施例中的喷嘴位于邻近梁21中心部分29处。更具体而言，使用多个相对于彼此按一定角度和距离设置的排出喷嘴38，这些喷嘴定位成使得他们在成型之后转向或终止于梁的呈现出凹进的主侧27。
为了使得冷却介质能够被经由排出喷嘴38引导到梁内腔，梁在已弯曲成凹形的主侧27设置有孔41，这些孔41用作梁中的第一开口22以及用于将冷却介质引入梁。这些孔41的定位使得他们在梁成型期间被驱动会合并与下部工具部件中的相对于彼此相隔一定距离定位的排出喷嘴建立流动连接。由于梁端部基本上封闭并且只容许放出有限的冷却介质，所以不仅梁的一端而是两个梁端部23、23’用于放出冷却介质。
为了收集从梁21引出的冷却介质，设置了两个收集喷嘴39、39’作为收集装置37，其中一个设置在梁的一个端部中的第一开口22的区域内，而另一个设置在梁的另一个端部23’中的第二开口22’的区域内。像如上所述的情况中那样，收集装置37的收集喷嘴39、39’相对于梁设置在工具部件3、4之间的相对位置，以便使得当梁完工时，收集喷嘴39、39’位于刚好分别在梁端部23、23”中的第一和第二开口22、22’前面或基本上对着第一和第二开口22、22’的位置。因此，仅在梁的最后成型阶段，也建立了流动连接以便将冷却介质经由所述收集喷嘴39、39’和梁第一和第二22、22’开口引出。
当梁完工时，设备的启动和致动以及冷却介质通过梁的受迫流动的产生通过检测装置40进行，该检测装置40检测工具部件3、4的相对位置，或者象在这个实例中那样，检测完工的梁21的第一开口22的相对于输出装置36排出喷嘴38的位置，第一开口22在这种情况下由两个孔41形成。类似地，检测装置还检测完工的梁21的第二开口和收集装置37的两个收集喷嘴39、39’之间的相对位置关系，该第二开口在这种情况下限定为梁相应的端部中的开口。
因此，通过经由孔41将冷却介质引入空心梁21中心部分29中，以及在经过梁空腔之后，经由梁端部23、23’中的开口22、22’将冷却介质从梁引出，就这样提供了梁的急冷。为了提供特别有效的冷却，应该了解到，在对称梁的情况下，孔41还有输出装置36的排出喷嘴38应当位于尽可能靠近梁21的中心部分29。替代地，排出喷嘴38以及设置在梁21中的相应的孔可沿着梁以适当方式分布。在不对称梁的情况下，好像从中心部分，孔41的定位优选地使得冷却介质流朝向梁的相应端部23，23’大约是相同的。
被加热到优选的、适当的淬火温度或奥氏体化温度的轮廓构件，例如大约850-900℃的硼钢，被放置在两个工具部件3、4之间并弯曲，或者以另一种方式成型为具有工具形状确定的梁。在将轮廓构件成型为梁之后，它被通过由冷却介质排除热量而快速地冷却，冷却介质在梁仍然锁定在成型工具31中时被引导通过梁空腔。
参看图15和16，示出了装置的一个实施例，其不同于上述举例说明的装置之处在于冷却介质专门经由一端23穿过梁，即一个梁端部23中的开口既用作用于引导冷却介质进入梁空腔中的第一开口22又用作用于将冷却介质从梁引出的第二开口22’。在这种情况下，开口的双重功能通过图15和图16中的箭头45、46示例说明。
应该了解到当梁21的一个端部23按这种方式兼用于输入与输出冷却介质时，另一个梁端通常封闭或限制地开口以便使得其不会成为容许冷却介质的所需通路。为了将冷却介质引入梁中，邻近开口22设置了用于放出冷却介质的受迫流的排出喷嘴38和收集喷嘴39。
所述排出喷嘴38和收集喷嘴39分别相对于梁位置设置在工具部件3、4之间以便使得当梁完工时，他们处于刚好在梁端部23中的单个开口22前面或基本上对着梁端部23中的单个开口22延伸出的位置。
以上参考示例性优选实施例描述了本发明。当然，在不背离本发明的基本思想而不会可以设想其它实施例以及微小的修改和增加。
因此，在本发明的思想范围内，对于装置的部件而言，完全可以具有其它解决方案和细节设计。以上描述并不被认为是对本发明的限制，而被认为是对充分理解本发明的所有部件和方面的指导。这些描述集中于缓冲梁，但是这些装置和方法当然可用于类似的其它类型梁，即用于其它目的的梁的成型和制造。
另外，正如前面所述，轮廓构件或梁坯料不必一定为直的和/或必须具有恒定横截面，而是可以在受热之前至少在冷预成形之后或冷或热地预成形为不同形状以及成型为完工的梁形状以及淬火。
权利要求
1.一种用于由坯料成型梁(1、21)的装置(2、31)，坯料为呈梁形式的轮廓构件，这种梁为细长式，具有两个端部(1A、1B、23、23’)、一个中心部分(1C、29)和封闭的横截面，并且包括至少一个前凸缘(1.1)、一个后凸缘(1.2)、一个上腹板(1.3)和一个下腹板(1.4)，梁在成型之前意欲根据梁材料被加热到选定的奥氏体化温度以便淬火，其特征在于其包括设置成配合工作以及接收经过加热的梁并将梁成型的上部工具部件(3)和下部工具部件(4)，并且其包括设置成用于对着沿着梁延伸的前凸缘(1.1)的至少一个部分(1.1a)印压沿着梁延伸的后凸缘的至少一个部分(1.2a)的部件(9、9A、9B)，并且所产生的凹陷基本上离梁端部并朝向梁中心部分(1C、29)隔开特定的有限距离(X)，以便使得部分(1.1a、1.2a)内侧基本上沿着距离(X)彼此抵靠，因此梁(1、21)在成型以后沿着特定的有限距离(X)在中心部分具有最大的容积而在端部(1A、1B、23、23’)具有最小的容积，以及设置成用于相对于梁中心部分向后弯曲梁端部的部件(9-13，32∶1-32∶n)。
2.根据权利要求1所述的装置，其中下部工具部件(4)包括具有支撑表面(7.1)的梁接收部件(7、32∶n)，所述支撑表面(7.1)设置成用于在每个端部处抵靠着梁底侧/后凸缘(1.2)以及抵靠着梁腹板(1.3、1.4)，以便在成型期间沿竖直方向和侧向确定梁位置并且防止梁材料沿侧向移动。
3.根据权利要求2所述的装置，其中支撑表面(7.1)被弯曲以便使得它们与完工的梁的理想曲率相对应。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其中梁接收部件(7)为四个并且成对地设置在梁的每侧上。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的装置，其中每个梁接收部件(7)为翼状部件(7)并可通过包括两个配合部件(8.1、8.2)的装置(8)可转动地设置在下部工具部件(4)处，所述两个配合部件(8.1、8.2)包括连接至翼状部件(7)的第一部件(8.1)和连接至下部工具部件(4)的另一个部件(8.2)，因此当上部工具部件(3)朝向下部工具部件(4)移动时，对着梁的每个支撑表面接触表面的尺寸增加。
6.根据权利要求5所述的装置，其中两个配合部件(8.1、8.2)设置有一个导向器，该导向器按照对着梁的凸轮运动引导梁接收部件(7)的移动。
7.根据权利要求2-6中任一项所述的装置，其中翼状部件(7)弹性地设置在下部工具部件(4)处以便使得它们在翼状部件(7)到达一端位置并且成型力已经除去时回复至起始位置。
8.根据权利要求2-7中任一项所述的装置，其中下部工具部件(4)在每个梁端包括一个细长部件(9、9a、9B)，该细长部件(9、9a、9B)设置在梁下方，沿循梁的纵向延伸部分，在梁端部具有与梁的理想最终曲率相应的曲率，并且其将梁成型直到涉及梁端部分的压缩。
9.根据权利要求8所述的装置，其中每个细长部件(9、9A、9B)在上侧具有向上指向的部分(9.1)，该向上指向部分(9.1)构成了包括向上突出部、向上对着梁指向的凸轮/凹槽(9.2)的成型部分。
10.根据权利要求2-9中任一项所述的装置，其中上部工具部件(3)包括在上部工具部件(3)对着下部工具部件(4)移动时对梁施力的力传递部件(11)。
11.根据权利要求10所述的装置，其中力传递部件(11)即压板，可相对于上部工具部件(3)转动地设置以便使得相应部件(11)首先在梁端部只利用底侧(11.1)的有限部分抵靠着梁前凸缘(1.1)的有限距离，从而在上部工具部件(3)对着下部工具部件(4)运动时，绕着安装点(11.2)转动以便使得压板底侧(11.1)的更多部分将会抵靠着梁的更长距离。
12.根据权利要求11所述的装置，其中力传递部件(11)为四个并且在梁的每侧上成对地设置在梁端部。
13.根据权利要求11或12所述的装置，其中力传递部件底侧(11.1)沿纵向弯曲以与完工的梁的理想曲率一致。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的装置，其中每个力传递部件(11)包括一个设置成与梁的部件(1.9)配合的部分(11.3)以便实现梁相对于力传递部件(11)的定位稳定化。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的装置，其中上部工具部件(3)包括固定部件(12)，该固定部件(12)设置成在梁端部和中心部分之间的区域中利用力影响梁并且使梁弯曲，并且该固定部件(12)设置有底侧(12.1)，该底侧(12.1)设置成抵靠着并朝向梁，并且沿纵向具有与完工的梁的理想曲率对应的形状。
16.根据权利要求15所述的装置，其中固定部件(12)沿梁纵向形成力传递部件接触区域(11.1)的连续部分。
17.根据权利要求1-16中任一项所述的装置，其中上部工具部件(3)包括向下朝向梁指向的装置(13)，该装置(13)在底侧(13.1)上仿照梁前凸缘侧(1.1)设计成型，相应的装置在梁端部抵靠着它并且它用于为梁前凸缘(1.1)的形状提供外部支撑以及将梁(1)定中于装置中。
18.根据权利要求1-17中任一项所述的装置，其中梁在成型期间安放在该弹射器(14)上，当来自上部工具部件(3)的向下压紧力被除去时，该弹射器(14)将梁1向上推出下部工具部件(4)。
19.根据权利要求18所述的装置，其中弹射器(14)设置有弹簧机构(15)，当工具部件(3、4)彼此相向移动时，能量被存储于该弹簧机构15，梁被压在弹射器(14)上，当工具部件(3、4)彼此背离移动时，能量被释放。
20.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中提供了用于对完工的梁(11)进行淬火的装置(36、37、38、39、39’、40、41)，所述装置包括连接至用于提供冷却介质的源的排出喷嘴(38)，并且排出喷嘴在成型装置中相对于完工的梁被定位，从而使得在所述排出喷嘴和梁中的第一开口(22)之间建立流动连接，并且其中冷却介质被经由梁中的第二开口(22’)引出。
21.根据权利要求20所述的装置，其中提供了用于以受控方式接收和收集经由第二开口(22’)引出梁的冷却介质的装置(39)。
22.根据权利要求20、21或22所述的装置，其中用于将冷却介质送入梁中的输出装置和用于接收和以受控方式收集并引导冷却介质远离梁的装置由下部工具部件(4)承载。
23.根据权利要求22所述的装置，其中用于放出冷却介质的输出装置(36)被设置在下部工具部件(4)上，以便使得在梁完工时，输出装置与存在于一个梁端的梁第一开口(22)或设置为梁中心部分中的孔(41)保持流动连接。
24.根据权利要求22或23所述的装置，其中用于收集并以受控方式引导冷却介质离开的收集装置被设置在下部工具部件上，以便使得在梁完工时，收集装置与存在于一个梁端的第二梁开口(22’)保持流动连接。
25.根据权利要求20、21、22、23或24所述的装置，其中用于引导冷却介质进入和离开梁空腔的梁第一和第二开口定位为梁中的一个开口。
26.一种用于成型梁的方法，坯料为呈梁形式的轮廓构件，这种梁为细长式，具有两个端部、一个中心部分和封闭的横截面，并且包括至少一个前凸缘、一个后凸缘、一个上腹板和一个下腹板，梁在成型之前意欲根据梁材料被加热到选定的奥氏体化温度以便淬火，其特征在于使用的装置(2、31)包括上部工具部件(3)和下部工具部件(4)，上部工具部件(3)和下部工具部件(4)配合工作并且在它们之间设置梁(1、21)并将梁(1、21)成型，并且其中沿着梁延伸的后凸缘(1.2)的一部分(1a)被利用装置(2、31)的部件(9、9A、9B)压在沿着梁延伸的前凸缘(1.1)的至少一个部分(1.1)上，并且所产生的凹陷基本上离梁端部(1A、1B、23、23’)并朝向梁中心部分(1C、29)隔开特定的有限距离(X)，以便使得部分(1.1、1.2)内侧基本上沿着距离(X)彼此抵靠，此后梁沿着特定的有限距离(X)在中心部分具有最大的容积而在端部具有最小的容积，并且其中梁端部利用装置的部件(9-13、32∶1-32∶n)相对于梁中心部分向后弯曲。
27.根据权利要求26所述的方法，其中成型梁在淬火过程期间被保持在装置中。
28.根据权利要求26或27所述的方法，其中对完工的梁的淬火通过向至少梁内腔运送冷却介质以便冷却梁来进行。
29.根据权利要求28所述的方法，其中在梁成型的完工步骤期间，用于分别将冷却介质送入/出梁内腔的梁的至少一个开口(22、22’)被迫会合，并因此分别与排出喷嘴(38)和收集喷嘴(39)建立流动连接。
30.一种用于对空心梁成型和淬火的方法，其中被加热到淬火温度并优选地通过辊轧制造的管状轮廓构件被放置于通过支撑部件提供的成型装置中，它们彼此可动并且设置成在它们之间支撑地接收轮廓构件的部分，并且通过相对于彼此操纵而将轮廓构件成型为具有理想形状的梁，并且其中由此形成的梁通过与去热的冷却介质接触以便除热而被淬火，其特征在于冷却介质经过梁(1、21)空腔。
31.根据权利要求30所述的方法，其中冷却介质经由第一(22)和第二(22’)梁开口经过梁空腔。
32.根据权利要求30或31所述的方法，其中使用与用于放出加压冷却介质的源紧密连接的排出喷嘴(38)来经由第一梁开口(22)将冷却介质送入梁中。
33.根据权利要求31或32所述的方法，其中使用用于接收和带走冷却介质的收集喷嘴(39)以受控方式经由第二开口(22’)将冷却介质引出梁。
34.根据权利要求32或33所述的方法，其中在成型的完工步骤期间，梁第一开口(22)被迫会合并且由此与排出喷嘴(38)建立流动连接。
35.根据权利要求33所述的方法，其中在成型的完工步骤期间，梁第二开口(22′)被迫会合并且由此与收集喷嘴(39)建立流动连接。
36.根据权利要求32所述的方法，其中通过沿朝向所述排出喷嘴的方向将梁的一个主侧(27、1.2)弯曲成凹形，梁第一开口(22)被迫会合并且由此与排出喷嘴(38)建立流动连接。
37.根据权利要求33、34、35或36所述的方法，其中通过沿朝向所述收集喷嘴的方向将梁的一个主侧(27、1.2)弯曲成凹形，梁第二开口(22′)被迫会合并且由此与收集喷嘴(39)建立流动连接。
38.根据权利要求31-37中任一项所述的方法，其中梁的一个端部(23)用作用于将冷却介质送入梁空腔中的第一开口，而另一个梁端(23’)用作用于将冷却介质从梁引出的第二开口(22’)。
39.根据权利要求31-38中任一项所述的方法，其中梁设置有至少一个孔(41)，所述至少一个孔(41)用作中心部分(29)中的第一开口(22)，冷却介质通过该孔被送入梁并且经由梁相应端部(23、23’)中的第二开口(22’)送出梁。
40.根据权利要求39所述的方法，其中中心部分(29)中的孔(41)在成型和淬火步骤之前的步骤中设置。
41.根据权利要求32-40中任一项所述的方法，在梁第一开口(22)和排出喷嘴(39)之间建立的流动连接由检测装置(40)在冷却介质被被送入并穿过梁空腔之前检测。
42.一种用于对空心梁成型和淬火的装置(2、31)，包括成型装置，其中被加热到淬火温度并优选地通过辊轧制造的管状封闭截面轮廓构件被放置于该成型装置中，成型装置包括多个支撑部件，这些支撑部件彼此可动并且设置成在它们之间支撑地接收轮廓构件的部分，用于相对于彼此操纵支撑部件从而将轮廓构件成型为具有理想形状的梁的装置，和用于通过提供用于除热的冷却介质而将设置在支撑部件之间的梁淬火的装置，由其特征在于用于将梁淬火的装置包括输出装置(36)，该输出装置(36)为放出冷却介质包括与用于放出冷却介质的源相连的排出喷嘴(38)，并且其中排出喷嘴(38)在成型装置中相对于完工的梁的位置使得在所述排出喷嘴和梁中的第一开口(22)之间建立流动连接，由此冷却介质被经由梁中的第二开口(22’)引出。
43.根据权利要求42所述的装置，其中用于接收和以受控方式收集冷却介质的装置(37)经由第二开口(22’)引出梁。
44.根据权利要求43所述的装置，其中用于经由第二开口接收和以受控方式将冷却介质引出梁(21)的装置(37)包括收集喷嘴(39)。
45.根据权利要求42-44中任一项所述的装置，其中成型装置支撑部件由第一和第二可彼此来回运动的工具部件(3、4)承载，所述工具部件(3、4)设置成通过彼此朝向移动而用于接收轮廓构件并将其成型。
46.根据权利要求45所述的装置，其中位于第一和第二工具部件(3、4)之间以便成型为梁的轮廓构件具有主侧(27、1.2)，其用于对着第二工具部件(34)弯曲成基本上凹形的形状。
47.根据权利要求45或46中任一项所述的装置，其中用于将冷却介质送入梁中的装置(36)和用于接收和以受控方式收集并引导冷却介质远离梁的装置(37)由第二工具部件(34)承载。
48.根据权利要求42-47中任一项所述的装置，其中用于放出冷却介质的输出装置(36)被设置在第二部工具部件(34)上，以便使得在梁完工时，输出装置与存在于一个梁端(23)中的梁第一开口保持流动连接。
49.根据权利要求32-48中任一项所述的装置，其中用于收集并以受控方式引导冷却介质离开的收集装置(36)被设置在第二工具部件(34)上，以便使得在梁完工时，收集装置与存在于梁第二端(23’)中的第二梁开口(22’)保持流动连接。
50.根据权利要求42-47中任一项所述的装置，其中用于放出冷却介质的输出装置(36)被设置在第二工具部件(34)上，以便使得在梁完工时，输出装置与设置为梁中心部分(29)中的孔(41)的梁第一开口保持流连接。
51.根据权利要求42所述的装置，其中分别用于运送冷却介质进入和离开梁空腔的梁第一和第二开口(22、22’)包括梁中的单个开口。
52.根据权利要求51所述的装置，其中分别用于运送冷却介质进入和离开梁空腔的梁第一和第二开口(22、22’)设置在一个梁端(23’)中。
全文摘要
本发明公开一种由坯料成型横梁的装置，该坯料为呈具有封闭截面、端部(1A、1B)、中心部分(1C)和前凸缘、后凸缘、上腹板和下腹板的横梁形式的轮廓构件。该梁在被加热至奥氏体化温度为淬火。这种装置特征在于，其包括设置成用于接收经过加热的梁坯料并将其成型的上部工具部件(3)和下部工具部件(4)，这种装置包括设置成用于印压后凸缘的端部(1.2a)以便使得梁(1)在成形之后沿着特定距离(X)在中心部分具有最大的容积而在端部(1A、1B)具有最小的容积的部件(9、9A、9B)，以及用于弯曲梁端部的部件。这种装置还包括用于引导冷却介质通过梁的内部空腔的装置。本发明还涉及用于将空心梁成型和淬火的方法。
文档编号C21D1/673GK1984730SQ200580023750
公开日2007年6月20日 申请日期2005年5月13日 优先权日2004年5月13日
发明者拉尔斯·尼尔森, 彼得·维克斯特龙 申请人:阿克拉泰克尼克公司