用於對板材進行熱成形和/或加壓淬火的受冷卻的模具以及製造用於該模具的冷卻裝置的方法與流程

2023-06-29 12:30:31 2

本發明涉及一種用於對板材進行熱成形和/或加壓淬火的模具。另外，本發明還涉及一種製造用於該模具的冷卻裝置的方法。

背景技術：
所說熱成形通常理解為對板材在其再結晶溫度以上進行的成形加工。所說加壓淬火或者模淬理解為對首先經過加熱的板材在同時冷卻(在數秒之內)的情況下進行的成形加工，通過這種方式，除了對板材加以造型之外還使強度提高。由現有技術已知用於熱成形和加壓淬火(例如直接和間接加壓淬火)的各種不同的方法變型方案。熱成形模具和加壓淬火模具典型地構造有整合的冷卻裝置，以便能夠對與經加熱的板材接觸相聯的模具作用面進行主動冷卻和能夠將通過經加熱的板材進入到模具中的熱能有針對性地從模具中導出。這些冷卻裝置通常是設置在模具內的冷卻孔或冷卻道，這些冷卻孔或冷卻道被(特別是水基的)冷卻介質通流而過，以便由此對模具作用面進行主動冷卻。作為現有技術可參閱DE102007003745A1。由DE102007040013A1已知一種用於對板材進行加壓淬火的模具，在該模具中，冷卻裝置由帶有加設的冷卻道的冷卻嵌件和安置在該冷卻嵌件上的蓋(或者殼)所構成，在該蓋上同樣也構造有模具作用面。

技術實現要素：
本發明的目的是，提供一種用於對板材進行熱成形和/或加壓淬火的模具，帶有至少一個整合在模具內的冷卻裝置，該模具能夠簡單和經濟地製造。上述目的通過本發明的模具得以實現。上述目的還通過製造用於該模具的冷卻裝置的方法得以實現。在一種用於對板材進行熱成形和/或加壓淬火的模具中，該模具具有多個能夠以冷卻劑通流的冷卻裝置，以便藉此能夠至少局部地對與所述板材接觸相聯的模具作用面進行主動冷卻，其特徵在於：至少一個冷卻裝置包括帶有模具作用面的殼元件，其中，該殼元件在其背對所述模具作用面的背面上具有多個獨立的、能夠由冷卻劑通流的冷卻腔，並且在這些冷卻腔中的每一個內設置有至少一個用於冷卻劑的導流元件，在每個冷卻腔中設置有構造成單件式導流體的導流元件，所述導流體由塑料材料或者塑料複合材料構成或者所述導流體由鋁材構成。在一種用於製造冷卻裝置的方法中，該冷卻裝置用以使用在按照本發明所述的模具中：作為金屬銑削件或者金屬鑄件製造所述殼元件；將液態的塑料材料或者金屬材料注入所述殼元件的冷卻腔中並使注入的塑料材料或者金屬材料硬化；和從所述冷卻腔中將通過硬化而形成的導流體脫模以及在必要時對這些導流體進行個體的精加工。優選的發展設計和構造方案對於兩個發明主題來說類似地可得自下文的闡述。本發明的模具具有多個整合在模具內的並且能夠以冷卻劑通流的冷卻裝置，而至少是有一個這樣的冷卻裝置，以便藉此能夠至少局部地對與板材接觸相聯的模具作用面進行主動冷卻，或者能夠將熱量從模具中排走。在此規定：本發明的模具的至少一個冷卻裝置包括帶有一個構造在其上的模具作用面或者一個模具作用面區段的殼元件，其中，該殼元件在背對該模具作用面的背面上具有多個獨立的、能夠由冷卻劑通流的冷卻腔，並且在這些冷卻腔中的每一個內設置有至少一個用於冷卻劑的導流元件。利用所述至少一個導流元件實現了各相應冷卻腔的確定的通流流動。也就是說，所述至少一個導流元件用來控制通過冷卻腔的冷卻劑體積流量。各相應的導流元件插置並固定到殼元件內相應附屬的冷卻腔中。殼元件的冷卻腔典型地設計有不同的空間輪廓或者造型。因此，設置在冷卻腔內的導流元件具有不同的結構或造型。特別是規定：僅僅通過對這些導流元件的加工或者修整來實現在冷卻腔與插置於其內的導流元件之間的個體化獨特匹配，其中該加工可以隨時進行(就是說，在模具已經工作運行之後也可以)。如下文還將進一步詳細闡述的那樣，導流元件可以由特別容易加工的材料構成。因此在很大程度上取消了昂貴的切削或者說切屑加工處理，如其在由現有技術已知的模具和其冷卻裝置中所需要的那樣。利用本發明的思想，與由現有技術已知的設計相比，在對用於要成形的板材的幾何造型可能性沒有限制的情況下，明顯地降低了製造成本和費用(特別是還有材料費用)。另外，在製造過程中還產生了節省時間。維修和保養過程也變得時間更短和更加經濟。殼元件具有優選多個相同和/或不同構造的冷卻腔。然而殼元件也可以具有僅僅一個單獨的冷卻腔。殼元件的各冷卻腔優選構造為可以分開獨立地通流的冷卻腔，也就是說，每個冷卻腔被獨立地以冷卻介質饋給和通流。優選規定：兩個相鄰的冷卻腔是通過設置在它們之間的支撐肋劃分開的。該支撐肋也可以用作殼元件在模具基體(或類似結構)上的支撐，殼元件固定在該模具基體上。通過這種方式顯著提高了薄殼件穩定性和抗壓強度。特別優選地規定：在殼元件的每個冷卻腔內配有一個構造成單件式物體(下文也稱為導流體)的導流元件或者設置在其內。每個物體或者說導流體在其造型上與相應附屬的冷卻腔匹配，它定位或者置入該冷卻腔內。優選規定：在導流體的外表面與冷卻腔的內壁(冷卻腔壁)之間至少部分地具有或者存在一個間隙(下文也稱為流動間隙)，冷卻劑可以確定地穿過該間隙流動或者說一定的冷卻劑體積流量可以被引導穿過該間隙，其中，對在一定程度上可以說是通過導流體的表面的冷卻劑體積流量實施控制。為了調節流動條件，導流體可以至少局部地配置減少或者增加流體摩擦的表面和/或塗層。此外，這樣的導流體不具備用於殼元件的支撐功能或者穩定功能，而僅僅用於在有關的冷卻腔內形成某一確定的冷卻劑體積流量。此外，這樣的導流體還可以構造成多件式的或者說由多個部分物體組合而成。此外，可以有針對性地利用所謂的湍流促進器(Turbulenzpromotor)來影響通過冷卻腔的流動，以便例如調定湍流的或層流的流動。特別優選規定：使冷卻劑能夠全方位地環流/繞流設置在冷卻腔內部的導流體，通過這種方式尤其是防止了導流體的過熱。在此情況中，存在著在導流體的表面與冷卻腔壁之間的一種表面偏移該表面偏移可以是一致的或者恆定的。然而優選規定：它是局部不同的表面偏移。也可以設置大量的流動板片來代替這樣的導流體，這些流動板片布置在冷卻腔內。對於這一點還將在下文中與附圖相關聯地加以進一步詳細的闡述。導流體以優選的方式由塑料材料或者由塑料複合材料(樹脂材料和類似樹脂的材料或者複合材料也應該屬於此)構成。特別優選導流體為塑料鑄造體。作為可選方案，導流體也可以由鋁材或者類似的金屬材料構成。塑料材料和鋁材的特點在於重量輕以及容易的可加工性和可切削性，因此導流體能夠以簡單的方式與相應附屬的冷卻腔個體化獨特地匹配。可以利用至少一個保持軌(或者保持板條之類)將設置在殼元件的不同冷卻腔中的導流體連接成或聯合成一個結構單元。通過保持軌還可以將導流體固定和定位在冷卻腔內部。殼元件可以是金屬鑄件，其中，冷卻腔已經存在於鑄造毛坯件中並且冷卻腔壁基本上保持未加工狀態(亦即特別是無需切削加工的修整)。也就是說，作為金屬鑄件製造的殼元件具有基本上未經加工的冷卻腔。然而冷卻腔壁可以配置塗層，例如配置噴塗的塑料塗層。這樣構成的殼元件證明為比較經濟的。作為可選方案，殼元件例如也可以構造為金屬銑削件。特別是它是一個單件式(就是說製造在一塊構件上的)金屬鑄件或者金屬銑削件。本發明的模具可以具有一個模具下部和一個(可相對運動的)模具上部，其中，在所述模具下部中以及在所述模具上部中均設有相對置的如前面的說明所述的冷卻裝置，然而其冷卻腔是彼此錯開地設置的。通過這種方式可以防止集熱點或者極熱點，並且冷卻效率總體上得到最佳化。利用並列權利要求，本發明的目的還通過用於製造使用在本發明的模具中的冷卻裝置的方法得以實現。該製造方法包括至少下列製造工序或流程步驟：-作為金屬銑削件或者金屬鑄件製造(帶有冷卻腔的)殼元件；-將液態的塑料材料或者金屬材料注入殼元件的基本上未經加工的冷卻腔中並使注入的塑料材料或者金屬材料硬化或冷卻(該硬化典型地在較短的時間內進行；必要時冷卻腔可以事先塗覆有分離劑或者加襯有薄膜)；和-從冷卻腔中將通過硬化或冷卻形成的導流體脫模以及在必要時為了匹配於相應的冷卻腔和特別是為了調節特定匹配的流動間隙而對這些導流體進行個體的精加工。此外，前述的和下面的關於本發明模具的說明類似地適用於該製造方法，反之亦然。附圖說明下文將參照示意圖示例性地和以非限制方式進一步詳細地闡述本發明。在附圖中示出的和/或在下文中闡述的各項特徵可以獨立於具體的特徵組合地成為發明的一般性特徵。圖1示出了屬於本發明的模具的模具下部的剖視圖；圖2示出了圖1所示模具下部按照給出的剖面走向的剖面；圖3以與圖2相同的表示法示出了一種可選的實施可能性。具體實施方式圖1示出了屬於加壓淬火模具(熱成形模具可以基本上相同地構造)的模具下部100。僅僅示意性地示出屬於該加壓淬火模具的、原則上可以構造成與模具下部100相同的模具上部200。模具部件100和200具有模具作用面120和220，在這些模具作用面之間可以使經過加熱的板材成形並同時進行冷卻。為了能夠對與經過加熱的板材接觸相聯的模具表面120進行主動冷卻，模具下部100具有多個冷卻裝置。模具上部200同樣具有這樣的冷卻裝置。可替換地固定在一個模具基體110上的金屬質殼元件130和140屬於所述冷卻裝置。下文將進一步詳細地闡述左側的冷卻裝置，為此示出了殼元件140的剖視圖。右側的帶有殼元件130的冷卻裝置以相同方式構成。在本發明的模具上也可以設置僅一個帶有殼元件的冷卻裝置來代替兩個或者多個帶有殼元件的冷卻裝置。同樣在本發明的模具上也可以補充地設置現有技術中其他已知的冷卻裝置或者冷卻系統(例如傳統的冷卻孔或者冷卻道)。殼元件140具有一個模具作用面區段120′。從背對該模具作用面區段120′的、平置於基體110上的背面出發，多個冷卻腔141延伸進入殼元件140之中，這些冷卻腔可以由冷卻介質(特別是水)通流。每個冷卻腔141都被獨立地通流，其中未示出在模具基體110上引導的、用於冷卻劑的流入和流出。彼此相鄰的冷卻腔141是通過支撐肋142分割開的，其中，所述支撐肋142支撐在(僅僅示範性地)平坦的模具基體110上，這樣改善了殼元件140的抗壓強度和收縮性並且延長使用壽命。考慮到模具作用面區段120′的構造形狀，冷卻腔141具有個體化獨特的造型和不同的深度(以及因此不同的容積)，其中這樣地確定相應的深度尺寸，即如所示出的那樣在空隙部或者說冷卻腔141的基底上產生一個相對模具作用面區段120′的相同的厚度間隔(殼厚)。換言之，也就是說冷卻腔141構造成關於模具作用面區段120′輪廓接近的，因而在模具作用面區段120′的輪廓的走向中得到幾乎均勻的壁厚(殼厚)，以便這樣實現對模具作用面區段120′的均勻冷卻。然而，同樣可以通過能夠比較簡單實現的不同的壁厚或者殼厚獲得對冷卻性能的個體化獨特的微調(特別是為了適配於構件特性)。由於藉助支撐肋142的支撐，殼厚在模具作用面區段120′的區域中可以保持很小，這有利於對模具作用面區段120′的冷卻。由於藉助支撐肋142進行支撐之故，殼元件120在模具作用面區段120′的區域中還可以高硬度地構造。在此規定：在每個冷卻腔141內設置有一個芯式的(kernartig)導流元件143。如下文還將進一步詳細闡述的那樣，導流元件143用於將冷卻劑確定地引導通過冷卻腔141。導流元件是一種由塑料材料(或者容易加工的金屬材料諸如鋁材)構成的單件式物體(下文稱為導流體)。但是原則上導流元件或者導流體143也可以構造成多件式的。每個導流體143在其造型上都與附屬的或者對應的冷卻腔141的造型相匹配。一個杆狀的或者軌道狀的連接件標記為147，所有插置到殼元件140內的導流體143都固定在該連接件上(例如通過螺栓連接)，通過這種方式提供了一種易於操作的結構單元。圖2示出了殼元件140的剖面，其中，該剖面根據圖1中給出的剖面走向A-A穿過冷卻腔141以及插置於其內的芯式的導流體143。單件式導流體143關於其環繞的外部輪廓或者說周邊輪廓而言是這樣地獲得的，即，在導流體143與冷卻腔141的相對置的冷卻腔壁之間產生一個流動間隙145，冷卻劑可以確定地穿過該流動間隙流動(如利用流動箭頭所圖示的那樣)以及這樣實現了對冷卻劑體積流量的控制。流動間隙145的間隙大小可以局部地根據需要來調整，通過導流體143上塑料材料的減料或者在必要時的加料實現這一點。可以在導流體143的環繞的周面中加設用於冷卻劑的流動溝槽或類似結構。導流體143可以在端側與腔壁接觸(如在圖1中示出的那樣)。然而優選規定：可以這樣地相對附屬的或者對應的冷卻腔141的造型或者其冷卻腔壁構建導流體143的造型，即，在每個位置上或者到處存在一個恆定寬度的或者局部不同寬度的流動間隙145，使得冷卻介質可以完全(也就是說也包括端側)地環流/繞流所述導流體143。通過這種方式，可以極為有效地防止導流體143過熱。導流體143固定在杆狀的連接件147上並在這裡被保持在冷卻腔141內部以及被固定在所示出的位置中。連接件147可以與殼元件140螺栓連接。在圖1中僅僅示意性示出的模具上部200可以如模具下部100那樣按同樣的方式構成。屬於模具下部100的殼元件140內的冷卻腔141與模具上部200上的相對置的殼元件中的冷卻腔241錯開地設置，因而不會由於對模具作用面120和220可能不充分的冷卻而產生極熱點。特別是這樣地形成模具上部200中的冷卻腔241與模具下部100中的冷卻腔141的錯開，使得其中一個模具部件的冷卻腔被在另一模具部件的冷卻腔之間的支撐肋所覆蓋(在模具閉合時)。前面所介紹的冷卻裝置可以比較簡單地、經濟地和快速地製造。殼元件140可以作為單件式金屬銑削件或者金屬鑄件製造。(在必要時也可以考慮多件式的焊接結構。)無需對冷卻腔壁(內壁)進行昂貴的加工，然後可以將液態的塑料材料或者金屬材料注入到冷卻腔141中，以便這樣製造導流體143。為使脫模更加容易和/或為了調定流動間隙145，在澆注之前可以給冷卻腔141塗覆分離劑(或類似物)或者加襯薄膜(例如蠟膜)。另外還可以設置有出模斜度。在硬化或冷卻之後，特別是實心的導流體143便可以從冷卻腔141中取出並在必要時進行精加工(優選手動實施這一點)，其中，特別是塑料材料(或者鋁材)的精加工由於重量和機械加工性能之故證明為非常簡單。可以只通過對導流體143的加工來調定在導流體143與相應附屬的冷卻腔壁(該冷卻腔壁特別是保持未加工狀態)之間的流動間隙145。理想的是，在澆鑄之前就已經如此地提供或者預備了冷卻腔141，即無需對導流體143進行精加工便已得到最佳的流動間隙145。導流體143可以通過保持板條或保持軌147固定在殼元件140上並定位在其位置中。圖3以與圖2相同的表示法示出了本發明的冷卻裝置的一種可選的實施可能性。相同的部件標註以相同的附圖標記。然而為了加以區分而補充地使用了字母「a」。在圖3示出的實施可能性中，代替前面結合圖1和2所闡述的單件式導流體，為了在冷卻腔141a中實現對冷卻劑體積流量的控制，設置有大量的流動板片148a。各流動板片148a可以部分地重疊。流動板片148a例如由金屬材料製成並且固定在一保持軌149a上(例如通過焊接)。作為可選方案，流動板片148a也可以由塑料材料製成。板片-構造特別適合於小型的和/或狹窄的冷卻腔。前述冷卻裝置除了用在熱成形模具和加壓淬火模具中之外還可以使用於其他的模具中，如特別是用在製造CFK(碳纖維增強複合材料)-構件的模具中。本發明的模具通過很小改動就能夠使用於製造CFK-構件過程中的溼壓工藝，其中，將冷卻裝置變換成用油或用水工作的加熱裝置。附圖標記列表100模具下部110模具基體120模具作用面130殼元件140殼元件141冷卻腔142支撐肋143導流體145流動間隙147保持軌148a流動板片149a保持軌200模具上部220模具作用面241冷卻腔