專利名稱：用模壓淬火制造具有材料特性不同的相鄰部位的金屬件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一種借助模壓淬火制造具有材料特性不同的相鄰 部位的金屬件的方法。
背景技術(shù)：
實(shí)踐中使用這種方法來通過模壓淬火由例如錳硼鋼制造具有高
達(dá)1500MPa的均勻硬度分布的構(gòu)件。由于在淬火工序后殘留有少量 延展性，因而由此類鋼材制造的構(gòu)件通常首先進(jìn)行預(yù)成型，然后加 熱至奧氏體化溫度并接著在型腔中高壓速冷。通過這種手段獲得的 零件除了具有高硬度外還具有很好的尺寸精度。
例如，DE 1 03 41 867 Al公開了 一種屬于上述現(xiàn)有沖支術(shù)的用于 模壓淬火的方法。根據(jù)這一方法可以通過以下方式制造淬火薄板型 材，首先由板材下料成型出半成品，再將該薄板型材加熱至淬火溫 度，最后將加熱后的薄板型材在預(yù)定的沖壓下于類似深拉模具的裝 置中適當(dāng)冷卻。其中，在本方法的第一步中制造出的半成品已經(jīng)大 致符合待生產(chǎn)構(gòu)件的最終形狀。
為實(shí)施上述公知方法而使用的裝置具有通道狀冷卻裝置，根據(jù) 待散的熱量不同，分別使用油、水、冰水或鹽溶液對(duì)所述冷卻裝置 進(jìn)行沖洗。為了在成品上形成具有硬度相互不同的區(qū)域，所述冷卻
裝置可以彼此分開控制。
盡管由此借助例如DE 1 03 41 867 Al所/>開的方法可獲得^f艮多
優(yōu)點(diǎn)，但是仍然需要一種在加工上簡單可行的方法，以實(shí)現(xiàn)由薄板

發(fā)明內(nèi)容
為了滿足上述要求，本發(fā)明提出 一種用于制造具有材料特性不 同的相鄰部位的金屬件的方法，在該方法中，將加熱至成型溫度的 薄板件在成型模具中成型為最終形狀的構(gòu)件，其中，所述成型模具
具有溫度調(diào)節(jié)裝置，該溫度調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)模具的至少在成型過 程中與薄板件接觸的部位的溫度，在該方法中，在考慮成型模具的
溫度受控的部位和薄板件的與所述模具部位對(duì)應(yīng)的各區(qū)域的接觸時(shí) 間基礎(chǔ)上，控制成型速度。
除了在DE 1 03 41 867 Al中公開的用于制造具有材料特性不同 (例如強(qiáng)度或變形性)區(qū)域的成品構(gòu)件的措施外，根據(jù)本發(fā)明，對(duì) 分別加工的薄板件成型為最終形狀的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，即所述模具的 與其相鄰部位溫度不同的受溫度調(diào)節(jié)的區(qū)域在力求加工結(jié)果優(yōu)化的 時(shí)間間隔內(nèi)與薄板件的特殊待加工區(qū)域開始接觸，并在考慮其它通 常成型條件的基礎(chǔ)上使所述接觸保持同樣優(yōu)化的時(shí)間長度。通過這 一方式，借助本發(fā)明方法能在最少的過程時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)出具有與其它 部位材料特性不同的精確區(qū)域的薄板件。
如果要根據(jù)本發(fā)明在成品構(gòu)件上產(chǎn)生硬度高于其周邊的區(qū)域， 為此首先根據(jù)本發(fā)明將薄板件加熱至成型溫度，在相應(yīng)的快速冷卻 過程中從該溫度開始形成淬火組織。在此情況下，所述溫度調(diào)節(jié)裝 置為冷卻裝置，該冷卻裝置將各個(gè)與其對(duì)應(yīng)的成型模具部位冷卻至 較低溫度，從而在與所述冷卻部位接觸時(shí)，薄4反件的相關(guān)區(qū)域以足 以形成力求的淬火組織的冷卻速度一皮淬火。
然而反過來也可以在成品構(gòu)件上形成石更度比其周邊小的區(qū)域。 為此將本發(fā)明的溫度調(diào)節(jié)裝置設(shè)計(jì)為加熱裝置，該加熱裝置將所述 模具的與成品薄板件的低硬度區(qū)域?qū)?yīng)的部位保持在高溫下，從而 使得與所述模具部位接觸的薄板獲得較軟的組織。
如果有多個(gè)溫度調(diào)節(jié)裝置，則能夠根據(jù)目標(biāo)有針對(duì)性地將模具 的被冷卻和被加熱部位緊密相鄰設(shè)置，從而將成品薄板件中具有不 明確混合組織的區(qū)域的延伸減至最少，所述區(qū)域處于高硬度區(qū)和相
鄰周邊區(qū)域之間的過渡區(qū)，從而在成品中產(chǎn)生具有材庫牛特性不同的 優(yōu)化的精確分界區(qū)域。
本發(fā)明將成型速度和有待在成品中制造的材料特性不同的區(qū)域 的位置以及延伸聯(lián)系起來，在這一點(diǎn)上意義重大。因而，為了在成 品中制造出特別硬的區(qū)域，應(yīng)按照本發(fā)明對(duì)所述成型速度進(jìn)行選擇， 使得相關(guān)區(qū)域盡可能快地與模具的強(qiáng)冷部位接觸。反過來，當(dāng)為在 構(gòu)件某處產(chǎn)生軟化組織而需要使該處特別慢地冷卻時(shí)，也可以例如 降低成型速度。
此外，通過以下方式有利于有針對(duì)性地鑄造在成品狀態(tài)下具有特 殊材料特性的特定區(qū)域，即在成型過程中于薄板件的邊緣區(qū)域作用 根據(jù)成型速度調(diào)節(jié)的壓緊力。
原則上講，本發(fā)明方法適用于所有由金屬材料制成的、在加熱或
冷卻中結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化的薄板件。但特別優(yōu)選的是本發(fā)明方法可用 于由鋼材制成的薄板件。正是在用于由鋼材制成的薄板件時(shí)，本發(fā) 明的優(yōu)點(diǎn)能特別明顯地體現(xiàn)。
從加工技術(shù)方面來看，本發(fā)明的 一種特別有利的設(shè)計(jì)方案的特征 在于，在本發(fā)明方法中作為毛坯所使用的薄板件是平整的板材下料。 與現(xiàn)有技術(shù)不同，在本發(fā)明方法的所述變型中，尚未成型的平整薄 板件被加熱至各自的成型溫度，從此溫度開始能實(shí)現(xiàn)在接下來的成 型過程中生成的薄板的局部不同的材料特性。接著例如將加熱后的 所述薄板件按照深拉工藝在成型模具中拉伸。同時(shí)在成型模具中對(duì)
或加熱處理。從而省去在開頭所討論的現(xiàn)有技術(shù)中一直需要的至少 一整步工序(預(yù)成型)的情況下，獲得由薄板制成的最終形狀的構(gòu) 件，所述構(gòu)件具有精確確定的、局部界定的區(qū)域，所述區(qū)域具有與 成品的相鄰區(qū)域不同的特殊材料特性，如高硬度。
本發(fā)明方法的另 一 優(yōu)點(diǎn)是特別適合用于具有不同厚度區(qū)域的薄 板件的加工。正是在此類薄板件的成型加工中，本發(fā)明能形成希望 的帶有特定材料特性的局部界定區(qū)域，所述區(qū)域使得能夠?qū)⒊尚退?br> 度、模具的各溫度控制與薄板件的非均勻厚度相匹配，從而獲得優(yōu) 化的加工結(jié)果。特別優(yōu)選所述薄板件是由不同的金屬塊通過材料連
接，特別是焊接組合而成。所述薄板件通常稱為"特制白板(Tailored Blanks)"。所述薄板件例如由具有與在實(shí)際中由特制白板制成的 產(chǎn)品所受到的載荷相適應(yīng)的厚度或材料特性(如硬度和韌性)的薄 寺反塊組成。
所述成型模具可以是任意種類的適合于待加工構(gòu)件的相應(yīng)造型 的模具，所述模具在各個(gè)被成型薄板件上施加所需的成型力或擠壓 力。為此，特別優(yōu)選那些具有凹模和沖模的模具，所述沖模為了成 型而能在凹模中調(diào)節(jié)。
本發(fā)明方法特別適合于在實(shí)際應(yīng)用中受到交變載荷的車身零部 件的制造。根據(jù)本發(fā)明可以特別好地制造減振支柱套管，在此，例 如在減振支柱罩區(qū)域要求高強(qiáng)度，而在所述減振支柱套管的凸緣區(qū) 域要求高延展性。通過在本發(fā)明成型加工中以很高的冷卻速度對(duì)所 述區(qū)域快速冷卻，借助本發(fā)明能夠在減振支柱罩區(qū)域獲得特另"強(qiáng)的 純馬氏體組織。通過使模具與減振支柱套管的其它部位延時(shí)接觸， 也能在這些部位同樣形成所需要的巴氏體、珠光體、鐵素體及其混 合組織，從而滿足對(duì)延展性或強(qiáng)度的各種需要。
本發(fā)明方法的另 一特別優(yōu)選的應(yīng)用是制造與碰撞相關(guān)的車輛零 部件，當(dāng)發(fā)生碰撞事故時(shí)，這些零部件在保持優(yōu)良強(qiáng)度的同時(shí)必須 具有高的能量吸收能力。在此情況下，本發(fā)明通過有針對(duì)性地在特 定部位對(duì)成型沖莫具進(jìn)行加熱，從而能在成品中形成能保證特別高的 殘余伸長的區(qū)域。


以下借助示出了實(shí)施例的附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。附圖分別 示出了
圖1是處于第一工作位置的模具的剖視圖。 圖2是處于第二工作位置的模具的剖視圖。
圖3是處于第三工作位置的模具的剖視圖。 圖4是處于第四工作位置的模具的剖視圖。
圖5是在所述模具中制造的構(gòu)件。
具體實(shí)施例方式
模具1設(shè)計(jì)成深拉裝置類型并具有設(shè)置在固定位置的凹模2。在 凹模2中形成有凹槽3，所述凹槽3形成待制造的由型材構(gòu)成的構(gòu)件 B的外輪廓。
此外，所述模具1具有用于確定待制造構(gòu)件B的內(nèi)部輪廓的沖模 4。所述沖模4借助未示出的定位裝置從遠(yuǎn)離凹模2的初始位置(圖 1 )運(yùn)動(dòng)至沖模4的最終位置，在所述最終位置所述沖模4完全進(jìn)入 所述凹模2中(圖3)。此處，所述定位裝置包括用于控制所述沖模 4進(jìn)入凹模2的速度的控制裝置。
所述沖模4具有橫截面為錐形的基本輪廓，所述基本輪廓帶有端 面5和相對(duì)所述端面5傾斜延伸的側(cè)面6、 7。所述沖模4受到與其 合為一體的支承件8的支承，所述支承件8的側(cè)向邊緣部9、 10在 沖模4的上邊緣以輪緣的形式側(cè)向伸出所述沖模4的側(cè)面6、 7。其 中，邊緣部9、 1Q的下邊緣面11、 12以水平對(duì)準(zhǔn)的形式連接到所述 沖模4的側(cè)面6、 7。
在此處所述的實(shí)施例中，平整的尚未預(yù)成型的薄板件E在模具1 中加工，所述薄^^反件以特制白^^反的形式由兩個(gè)相互焊4妄在 一起的鋼 材薄板件Tl、 T2組成。此處，為了降低重量，所述第一薄板件Tl 比第二薄板件T2要薄。
在進(jìn)入所述凹模2的凹槽3時(shí)，所述沖模4的首先與薄板件E 相接觸的端面5的區(qū)域中設(shè)置有冷卻通道13。所述冷卻通道13為冷
卻裝置形式的其它部分未示出的溫度調(diào)節(jié)裝置的一部分。根據(jù)所要 求的冷卻程度不同而分別在所述冷卻通道13中流過水、冰水、^l冷
的鹽液、液氮或其它適合快速帶走大量熱量的冷卻介質(zhì)。
在與所述薄板件E的較厚的薄板件n對(duì)應(yīng)的過渡部位，加熱裝
置形式的其它部位同樣未顯示的第二溫度調(diào)節(jié)裝置的加熱條14位于
沖模4中，所述沖模4的側(cè)面7在所述過渡部位匯入所述支承件8 的下邊纟彖面12。
在凹模2中凹槽3的側(cè)面15區(qū)域同樣設(shè)置有第三溫度調(diào)節(jié)裝置 的通道16,所述側(cè)面15與沖模4的側(cè)面6對(duì)應(yīng)，該第三溫度調(diào)節(jié)裝 置同樣未詳細(xì)示出。將冷卻油通過所述溫度調(diào)節(jié)裝置的通道16,所 述冷卻油在這一 區(qū)域起著適度冷卻所述凹模的作用。
為了制造構(gòu)件B，首先將所述薄板件E在未顯示的爐中加熱至奧 氏體化溫度。接著將所述薄板件E放入成型模具中，從而所述薄板 件的邊緣與凹模2的上側(cè)接觸。如果對(duì)于薄板件E在成型模具1中 的進(jìn)一步成型有必要，可使用未示出的壓緊裝置在成型過程中壓住 所述薄板件E的邊緣。其中，所述壓緊裝置所施加的壓緊力可根據(jù) 各成型速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)所述薄板件E的材料在凹槽3中的優(yōu) 良填補(bǔ)流動(dòng)。
因此，所述沖模4以很高速度置于所述薄板件E上，從而使所述 沖模4的被強(qiáng)烈冷卻的端面5快速與薄板件E的對(duì)應(yīng)平面部El緊密 接觸。以這一方式對(duì)所述薄板件E的部位El進(jìn)行快速淬火，從而在 所述部位El形成硬度高于所述薄板件E的與部位El相鄰的其它部 位E2和E3的區(qū)i或。
隨后降低所述沖模4的進(jìn)給速度，這是為了特別是在所述部位 E2和E3中不產(chǎn)生能形成硬度組織的冷卻作用。其中，特別是在所述 加熱條14區(qū)域所述沖模4僅僅是緩慢地帶走熱量，從而在所述薄板 件E的與所述沖模4的所述區(qū)域相接觸的區(qū)域獲得較軟的韌性組織。 在通過借助流過通道16的冷卻油適當(dāng)冷卻的側(cè)面來冷卻的區(qū):l或中， 所述薄板件E的部位E2在變形過程中形成一個(gè)區(qū)域，在該區(qū)域所述 淬火部位El逐漸過渡至成品構(gòu)件B的軟的、易屈服區(qū)域。
當(dāng)所述沖模4完全進(jìn)入所述沖模2的凹槽3中并且所述薄板件E 完成沖壓獲得待加工構(gòu)件B的最終形狀后，所述沖模4再次回到其 初始位置。由于所述薄板件E因冷卻而收縮，所述成品構(gòu)件B此時(shí)
仍然保持在所述沖模4上，從而很容易將所述成品構(gòu)件B從所述凹 模2中取出并隨后從所述沖模4上分離。
這種通過薄板件E的成型制成的構(gòu)件B具有第一區(qū)域Zl,所述 第 一 區(qū)域Z1的硬度高于所述構(gòu)件B的其它相鄰區(qū)域Z 2和Z 3的石更度。 與所述區(qū)域Z3相連的區(qū)域Z4的硬度顯著降低，但是延展性很高。 所述區(qū)域Z4對(duì)應(yīng)所述薄板件E在成型過程中處于加熱條14區(qū)域的 僅僅受到很低程度冷卻的區(qū)域。所述區(qū)域Z2對(duì)應(yīng)于所述薄板件E在 成型過程中處于所述凹模2的側(cè)面15區(qū)域的受到適度冷卻的區(qū)域， 并且相應(yīng)地具有中等硬度。
附圖標(biāo)記
1 模具
2 凹模
3 凹槽
4 沖模
5 所述沖模4的端面 6、 7 所述沖模4的側(cè)面 8 支承件
9、 10 所述支承件8的側(cè)向邊緣部
11、 12 所述支承件9、 IO的側(cè)向邊緣部
13 冷卻通道
14 力口熱條
15 所述凹槽3的側(cè)面
16 通道 B 構(gòu)件
E 薄板件
E1，E2，E3 薄板件E的部位
T1，T2 薄板件E的薄板件
Zl， Z2, Z3， Z4構(gòu)件B的區(qū)&戈
權(quán)利要求
1.一種用于制造具有材料特性不同的相鄰區(qū)域(Z1、Z2、Z3)的金屬件(B)的方法，在該方法中，將加熱至成型溫度的薄板件(E)在成型模具(1)中成型為最終形狀的構(gòu)件(B)，其中，所述成型模具(1)具有溫度調(diào)節(jié)裝置，該溫度調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)至少在成型過程中與薄板件(E)接觸的模具部位(5、7、16)的溫度，在該方法中，在考慮成型模具(1)的溫度受控的部位(5、7、16)和薄板件(E)的與所述模具部位(5、7、16)對(duì)應(yīng)的各區(qū)域(E1、E2、E3)的接觸時(shí)間基礎(chǔ)上，控制成型速度。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述薄板件(E)由 鋼材制成。
3. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述薄板件 (E)是平整的板材下料。
4. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述薄板件 (E)具有不同厚度(Tl、 T2)的區(qū)域。
5. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述薄板件 (E)由彼此材料連接的不同薄板件(Tl、 T2)組合而成。
6. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述成型溫 度對(duì)應(yīng)淬火溫度，在冷卻時(shí)從所述淬火溫度開始在薄板件(E)中形 成淬火組織。
7. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述成型模 具(1)具有凹模(2)和沖模(4),所述沖模(4)為了成型而能 在所述凹模(2)的凹槽(3)中調(diào)整。
8. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述溫度調(diào) 節(jié)裝置是冷卻裝置(13、 16)。
9. 如權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于， 所述溫度調(diào)節(jié)裝置是加熱裝置(14)。
10. 如權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于， 所述成型模具(1)的至少一個(gè)部位(7)設(shè)置有作為溫度調(diào)節(jié)裝置的冷卻裝置(13、 16)，而且所述成型模具的至少另一個(gè)部位設(shè)置 有作為溫度調(diào)節(jié)裝置的加熱裝置(14)。
11.如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在成型過程 中，所述薄板件的邊緣區(qū)域受到根據(jù)成型速度調(diào)節(jié)的壓緊力作用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造金屬構(gòu)件(B)的方法，所述方法能在所述金屬構(gòu)件(B)上形成具有材料特性不同的相鄰區(qū)域(Z1、Z2、Z3)。這根據(jù)本發(fā)明通過以下方式實(shí)現(xiàn)，將加熱至成型溫度的薄板件(E)在成型模具(1)中成型為最終形狀的構(gòu)件(B)，其中，所述成型模具(1)具有溫度調(diào)節(jié)裝置，該溫度調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)模具的至少在成型過程中與薄板件(E)接觸的部位(5、7、16)的溫度。在成型過程中對(duì)成型速度進(jìn)行控制，使得期待具有高硬度的構(gòu)件區(qū)域比期待具有較低硬度的相鄰區(qū)域更快地與被冷卻的成型模具產(chǎn)生接觸。本發(fā)明方法特別適用于加工彼此通過材料連接組合的厚度不同的金屬件(“特制白板”)。
文檔編號(hào)C21D1/673GK101189350SQ200680019204
公開日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2006年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月30日
發(fā)明者F-J·倫策, H·本肯, S·西科拉, T·黑勒 申請(qǐng)人:蒂森克虜伯鋼鐵公司