流水線的工具裝置、流水線和用於製造熱加工構件的方法與流程

2023-05-29 02:43:16

本發明涉及一種用於集成在流水線中的工具裝置，該流水線用於製造由從熱成形鋼帶製成的薄板構成的熱加工構件，本發明涉及一種具有該工具裝置的流水線。本發明還涉及一種用於通過上述的流水線製造由薄板構成的熱加工構件的方法。

背景技術：

在現有技術中已知這種流水線，在其中薄板被熱加工並且接著被模壓淬火，以便由此生產熱加工構件。

例如，專利文獻de102012110649b3作為最接近現有技術公開了一種用於生產熱加工的和模壓淬火的鋼板產品的熱成形流水線。該熱成形流水線具有用於薄板的溫度控制的溫度控制站和用於薄板的熱加工的、與溫度控制站有距離地並且單獨地布置的熱成形工具。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在於，提供一種在功能上改進的工具裝置(werkzeuganordnung)，該工具裝置用於集成在用於製造由薄板構成的熱加工構件的流水線中。

所述技術問題通過按照本發明的工具裝置解決，即一種工具裝置，尤其是連續工具，用於集成在用於由薄板製成熱加工構件的流水線中，薄板由熱成形鋼帶加工，所述工具裝置具有：

殼體，殼體限定出工具裝置相對於工具裝置的環境的內部空間，

用於薄板的溫度控制的溫度控制站，

用於薄板的熱加工的熱加工站，

其中，溫度控制站和熱加工站共同布置在內部空間中。

所述技術問題通過按照本發明的流水線解決，即一種流水線，其具有按照本發明的工具裝置，其中，所述流水線包括薄板，其中在溫度控制站和熱加工站之間的傳送路程具有長度，所述長度相應於薄板的沿行進方向定向的最大的寬度和間隙的寬度。

所述技術問題通過按照本發明的方法解決，即一種用於通過流水線、尤其按照本發明的流水線製造由薄板構成的熱加工構件的方法，其中，所述流水線包括薄板和工具裝置、優選按照本發明的工具裝置，其中，工具裝置包括薄板在其中溫度控制的溫度控制站，其中，工具裝置包括殼體，殼體限定出工具裝置相對於工具裝置的環境的內部空間，其中，工具裝置包括薄板在其中熱加工的熱加工站，其中，溫度控制站和熱加工站共同布置在內部空間中。

在此提供一種工具裝置、尤其一種連續工具，該工具裝置被構造用於集成在流水線中。在流水線中可以由薄板、尤其包括鋼合金的薄板生產熱加工構件。薄板指的是由熱成形鋼帶加工、尤其切割成的部件，其中，熱成形鋼帶尤其包括鋼合金。優選地，薄板或者熱成形鋼帶由未鍍層的鋼合金、例如由硼錳鋼構成。備選地，薄板或者熱成形鋼帶可以包括鋼合金和例如由鋁或者鋅構成的金屬層。例如由薄板構成的熱加工構件構造為鋼板部件，例如車輛部件、尤其車身部件。

工具裝置具有殼體。殼體限定出工具裝置相對於工具裝置的環境的內部空間。優選地，殼體完全地包圍工具裝置。尤其地，在生產熱加工構件期間殼體是關閉的。為了導入熱成形鋼帶和為了從工具裝置中取出熱加工構件，殼體可以被打開。優選地，殼體為此具有第一和第二閘門。

例如，工具裝置包括上部工具和下部工具，它們通過至少一個用於加工薄板和/或熱加工構件的工具行程(werkzeughub)構成。優選地，內部空間布置在上部工具和下部工具之間。在此優選的是，上部工具和下部工具自身構成殼體的一部分。可選的是，工具裝置、尤其殼體具有平衡元件，平衡元件用於平衡工具行程和用於相對環境密封式地區隔。沿行進方向工具通過第一和第二閘門相對環境區隔。

第一閘門可以優選地實施在切割站之前，第二閘門優選地實施在變形站之後、尤其在分離裝置之後。不過閘門在工具裝置內部的位置也是可以的，其中優選地，溫度控制站、熱加工站以及硬化裝置應位於兩個閘門之間並在內部空間中。

工具裝置包括溫度控制站，溫度控制站構造用於薄板的溫度控制或溫度調節。優選地，溫度控制站構造為使薄板至少部段式地加熱到至少400攝氏度、尤其到至少700攝氏度、特別到至少900攝氏度和/或到最大1100攝氏度。

工具裝置具有熱加工站，熱加工站構造用於薄板的熱加工。例如，熱加工站構造為熱加工壓力機。溫度控制站和熱加工站共同布置在工具裝置的內部空間中。優選地，熱加工站接在溫度控制站之後地布置在內部空間中。尤其地，溫度控制站和熱加工站被工具裝置的殼體完全地包圍。

有利的是，通過共同布置在工具裝置的內部空間中可以減小和/或很大地避免薄板的通常出現在從溫度控制站到熱加工站傳送時的熱量損失。尤其對於具有小於1mm的材料厚度的薄的薄板這是特別有利的，因為其比具有較大材料厚度的薄板更快冷卻。有利的還有，通過避免薄板的快速冷卻可以實現相對於不具有殼體的傳統工具裝置至少30％的能量節約。由此可以尤其節省用於加工熱加工構件的能源成本並且可以節約資源地生產。

本發明的優選的實施方式規定，工具裝置的內部空間相對於工具裝置的環境可以氣密式地屏蔽。尤其地，內部空間通過殼體相對於環境氣密式地屏蔽。在本發明的範圍內還可能的是，工具裝置包括保護氣裝置，保護氣裝置構造用於在工具裝置的內部空間中產生保護氣氣氛。例如，保護氣氣氛可以通過殼體構成。由此可以避免尤其在各站之間傳送期間薄板上生成氧化皮。此外，可以不再使用昂貴的薄板覆層用於避免生成氧化皮。

在本發明優選的實施方式中，溫度控制站和熱加工站通過工具裝置的傳送帶互相連接。優選的是，傳送帶構造用於從溫度控制站向熱加工站內傳送薄板。尤其地，薄板在溫度控制站和熱加工站之間傳送時傳送帶駛過的傳送路程僅布置在工具裝置的內部空間中。特殊地，在兩個站之間的傳送期間薄板不與環境發生接觸。由此可以使內部空間和薄板的溫度保持儘可能不變。可以明顯地減少薄板傳送期間的熱量損失。

本發明的優選的實施方式規定，傳送帶由熱成形鋼帶構成。尤其地，熱成形鋼帶作為傳送帶按如下製造，使得薄板通過同樣由熱成形鋼帶加工的薄板連接件、例如連接片或者環件與這樣產生的傳送帶保持連接。在本發明範圍內還可能的是，傳送帶構造為輸送帶或者鏈條。

在本發明的優選實施方式中，熱加工站包括硬化裝置。尤其地，硬化裝置集成在熱加工站中。特殊地，硬化裝置布置在工具裝置的內部空間中。優選地，硬化裝置構造為冷卻由薄板變形的熱加工構件，以便產生預期的材料性質。通過在硬化裝置內的不同的冷卻條件也可以在完全硬化的熱加工構件之外還生產在至少一個區域部分地硬化的熱加工構件，以便在優選更高的延展性的情況下具有另外的強度級別。可選地作為補充的是，硬化裝置例如包括冷卻裝置，冷卻裝置用於使熱加工構件冷卻至近似地相應於或者相等於環境的環境溫度的溫度。

在本發明的優選的實施方式中，溫度控制站具有熱源，熱源構造用於溫度控制、尤其加熱薄板。優選的是，熱源構造為感應式熱源、電阻式熱源或者接觸式熱源。在本發明中還可能的是，溫度控制站設計用於加熱薄板的至少一個部段和同時用於冷卻薄板的至少一個另外的部段。為了部段的冷卻，溫度控制站可以除了熱源還具有冷源，例如以冷卻劑填充的管路。

備選地或者可選地作為補充地，溫度控制站構造為，將薄板的至少一個第一部段加熱到第一溫度和將薄板的至少一個第二部段加熱到第二溫度。尤其地，應該由此在薄板的各個部段中實現不同的組織和/或晶格狀態，例如鐵氧體、奧氏體或者珠光體等等，以便在之後的熱加工構件中由此構成不同硬度的部段。為了第二部段加熱至第二溫度，溫度控制站優選地包括至少一個獨立的熱傳導區域，使得最開始的可用熱能在該區域中不能完全地傳導到薄板上。備選地或者可選地作為補充地，第二熱傳導區域與薄板的第二部段有距離地布置，並且以此向第二部段上傳導較少的熱能。優選地，溫度控制站為了包括第一部段包括至少一個第一熱傳導區域，第一熱傳導區域完全接觸薄板的第一部段並且因此在該區域中可用的熱能可以完全地傳導到薄板上。

備選地，溫度控制站也可以具備多個級別，用於產生需要的結構和/或結晶狀態的必要的加熱分布在所述級別上，以便能相應地減少總流程的生產周期。

在溫度控制站中優選地僅加熱薄板的區域，必要時也加熱薄板連接件的區域，尤其是在傳送帶構造為熱成形鋼帶時。特別優選的是，傳送帶作為熱成形鋼帶不加熱或者幾乎不加熱，以便消除熱畸變效果和/或不通過熱量輸入對傳送裝置內的強度有不利的影響。

可選的是，工具裝置包括準備站，在準備站上熱成形鋼帶準備用於在其他站內的進一步的處理。優選的是，熱成形鋼帶在準備站中捲起為卷材、尤其所謂的繞卷(coil)。為了從熱成形鋼帶製成薄板，卷材被逐漸卷開並且優選地導入為了從熱成形鋼帶切割薄板的切割站。

優選地，工具裝置包括切割站，切割站設計用於從熱成形鋼帶切割出薄板。尤其地，切割站布置在工具裝置的內部空間中。其具有的優點在於，由於在空間上靠近溫度控制站所以可以減小傳送路程和/或傳送時間並且可以由此減少在工具裝置中和/或在流水線中用於生產熱加工構件的生產周期。

在本發明的範圍中還可能的是，工具裝置包括用於薄板的冷加工和/或精切的冷加工站。尤其地，冷加工站構造用於薄板的冷加工和/或後期切割。尤其優選的是，冷加工站僅布置在工具裝置的內部空間中。優選的是，冷加工站在工具裝置的內部空間中接在切割站之後和/或布置在切割站和溫度控制站之間。

本發明還涉及一種流水線，其具有按照本發明的工具裝置。流水線包括薄板並且優選地包括熱成形鋼帶。

在本發明優選的實施方式中，薄板具有寬度，當薄板在傳送帶上傳送時所述寬度沿行進方向定向。在溫度控制站和熱加工站之間的傳送路程具有長度，其相應於最大兩倍的薄板寬度、優選相應於最大1.5倍的薄板寬度並且尤其相應於最大薄板寬度。尤其地，在傳送裝置構造為通過熱成形鋼帶構成的傳送帶時，最大的傳送路程優選地由薄板的寬和在傳送帶上布置在兩個薄板之間的間隙得出。由此可以以有利的方式實現減小到最小的傳送路程，使得在溫度控制站和熱加工站之間傳送時可以最大程度地限制薄板的冷卻。

優選的是，薄板在溫度控制站中可以部段式地、尤其選擇式地或者完全地加熱。優選地這可以通過薄板的上述的部段式的加熱、例如通過溫度控制站的不同的熱傳遞區域進行。

在本發明的優選實施方式中，流水線包括熱加工構件，熱加工構件由薄板製成。優選地，當溫度控制站裝載了薄板時，薄板具有裝載狀態。當薄板作為熱加工構件從熱加工站輸出時，薄板具有輸出狀態。

在本發明的優選實施方式中，薄板在裝載狀態中具有第一部件溫度，第一部件溫度相應於和/或等於環境的環境溫度。在輸出狀態中，熱加工構件具有第二部件溫度。特別優選的是，第二部件溫度提高了第一部件溫度的最大百分之50、優選最大百分之35、特殊地最大百分之20。尤其地，第二部件溫度近似和/或相等於環境的環境溫度。冷卻至近似環境溫度例如通過集成在硬化站中的冷卻裝置實現。其優點在於，在熱加工構件從工具裝置通過閘門輸出時和/或輸出後，環境不被明顯加熱。因此可以避免環境的環境溫度不會升至令人不適的較高的值。此外當熱加工構件大概處於環境溫度時其還可以被簡便和安全地處理。

本發明還涉及一種方法，即一種用於通過流水線、尤其按照本發明的流水線製造由薄板構成熱加工構件的方法，其中，所述流水線包括薄板和工具裝置、優選按照本發明的工具裝置，其中，工具裝置包括薄板在其中溫度控制的溫度控制站，其中，工具裝置包括殼體，殼體限定出工具裝置相對於工具裝置的環境的內部空間，其中，工具裝置包括薄板在其中熱加工的熱加工站，其中，溫度控制站和熱加工站共同布置在內部空間中。

附圖說明

本發明的其它特徵、優點和功能由下面的本發明優選實施例的說明得出。附圖中：

圖1示出具有多個加工站的、用於集成在用於製造由薄板構成熱加工構件的流水線中的工具裝置，其中，加工站布置在工具裝置的內部空間中；

圖2示出圖1中的流水線，其中熱加工構件由薄板構成，其中薄板事先由熱成形鋼帶切割得到；

圖3以作為連續工具的總視圖示出剖切工具裝置的變型設計的縱截面，其中，加工站布置在連續工具的內部。

相互對應的或者相同的部分在附圖中分別配設相同的附圖標記。

具體實施方式

圖1示出工具裝置1，其用於集成在流水線2中。流水線2構造用於從薄板4(圖2)製造熱加工構件5(圖2)。薄板4由熱成形鋼帶3(圖2)加工、尤其由熱成形鋼帶3切割而成。薄板4或者熱成形鋼帶3由未覆層的或者覆層的鋼合金構造。在流水線2中加工的熱加工構件5構造為鋼板件、例如車輛部件、尤其車輛的車身部件。

工具裝置1具有殼體6，殼體相對於工具裝置1的環境8限定出工具裝置1。殼體6完全地包圍工具裝置1的內部空間7。工具裝置1是密封式地、尤其通過殼體6從環境8中鎖閉的。尤其地，工具裝置1例如通過殼體6氣密式地相對環境8鎖閉。工具裝置1包括保護氣裝置，保護氣裝置例如通過殼體6構成。由此使得在殼體6關閉時在內部空間7中籠罩有保護氣氣氛，以便避免在布置於內部空間7內的溫度控制站13和熱加工站14之間傳送時薄板4上生成氧化皮。

殼體6具有第一閘門9a和第二閘門9b，通過閘門可以開啟工具裝置1。熱成形鋼帶3通過第一閘門9a導入工具裝置1。加工成的熱加工構件5(圖2)通過第二閘門9b從工具裝置1中輸出。

工具裝置1具有準備站10、切割站11、可選的冷加工冷加工站12、溫度控制站13和熱加工站14。熱加工站14包括硬化裝置14a和可選的分離裝置14b。

在準備站10上，熱成形鋼帶3(圖2)以卷材的形式、尤其以所謂的繞卷(coil)的形式準備。切割站11從熱成形鋼帶3上切割薄板4(圖2)。其在冷加工冷加工站12上變形，例如精切、衝裁和/或彎曲。

在溫度控制站13中，薄板4部段式地或者完全地進行溫度控制、尤其加熱。為此，溫度控制站13包括感應式地、電阻式地或者接觸式地工作的熱源。尤其地，薄板4在溫度控制站13中部段式地或者完全地被調溫到、尤其加熱到最小400攝氏度、尤其最少700攝氏度、特殊地最少900攝氏度和/或最大1000攝氏度。

在薄板4部段式的溫度控制中，薄板4的至少一個第一部段4a(圖2)加熱到第一溫度，薄板4的至少一個第二部段4b(圖2)加熱到第二溫度，其中，兩個溫度互相不一樣。為此，溫度控制站13具有例如第一和第二溫度控制元件20、21(圖3)。由此在薄板4的鋼合金中在第一和第二部段4a、4b中構成不同的組織和/或晶格狀態。在之後的熱加工構件5中由此構成不同硬度的部段。還可能的是，溫度控制站13包括冷卻裝置20、21作為第一或第二溫度控制元件，冷卻部段4a、4b中的一個被冷卻，相對地另一個部段被加熱。

熱加工站14例如構造為熱加工壓力機。其將被調溫的薄板4例如在深衝過程中變形為熱加工構件5。特別重要的是，薄板4具有適合用於熱加工的溫度。由於工具裝置1的內部空間7通過殼體6密封式地閉塞，所以可以明顯減小在薄板4從溫度控制站13至熱加工站14的傳送時的熱量損失。這對於薄的薄板4、例如具有小於1mm的厚度的薄板是有優點的，因為這種薄板比具有較大厚度的薄板4冷卻的更快。

通過集成在熱加工站14中的硬化裝置14a使得熱加工構件5通過冷卻而硬化。為此，硬化裝置14a包括冷卻裝置22(圖3)。分離裝置14b從至少一個薄板連接件17分離薄板4，薄板4尤其當傳送裝置15通過熱成形鋼帶3構成時、通過薄板連接件連接在至少一個傳送裝置15上。

前述站10、11、12、13、14是一個接一個連接的和/或串聯地布置的。在此，準備單元10布置在內部空間7之外，其他站11、12、13、14、14a、14b布置在工具裝置1的內部空間7中。在準備站10中準備的熱成形鋼帶3通過第一閘門9a導至切割站11。為此，站10、11、12、13、14通過工具裝置1的至少一個傳送裝置15(圖2)相互連接。薄板4由此可以從準備站10至切割站11，經冷加工冷加工站12和溫度控制站13直到熱加工站14傳送。在各站10、11、12、13、14之間的由傳送裝置15駛過的傳送路程構造得儘可能的短，以便縮短工具裝置1的生產周期和以此節省成本。

輸送裝置15可以通過傳統的輸送帶或者鏈條構成。圖2示出輸送裝置15作為通過熱成形鋼帶3構成的傳送帶，其中，熱成形鋼帶3從準備站10作為制前薄板3a導入切割站11用於切割和用於構成薄板4。單個薄板4在傳送帶15上通過間隙23相互間隔地布置。薄板4在其邊緣16上可選地通過至少一個薄板連接件17連接在通過熱成形鋼帶3構成的傳送帶上。可選地，熱加工站14包括用於使由薄板4構成的熱加工構件5從薄板連接件17分離的分離裝置14b。

圖2示出流水線2，其具有熱成形鋼帶3、薄板4和熱加工構件5。如圖1所示，流水線2包括具有前述站10、11、12、13、14、14a、14b和傳送裝置15的工具裝置1。

熱成形鋼帶3作為卷材或者所謂的繞卷(coil)在準備站10上準備並且卷開。熱成形鋼帶3的自由端部和在其上相接的制前薄板3a傳送到切割站11並在那裡切割成薄板4。

若存在可選的冷加工冷加工站12，則薄板4通過傳送裝置15傳送到冷加工冷加工站。薄板4在那裡冷加工，例如精切、衝裁和/或彎曲。

薄板4通過傳送裝置15繼續傳送至溫度控制站13。在溫度控制站13中薄板4被溫度控制、尤其加熱到一個確定的溫度或者部段式地加熱到多個不同的溫度，用於實現薄板4的後續熱加工。

在圖2中示出薄板4的部段式的加熱，其中，薄板4的第一部段4a具有與薄板4的第二部段4b不同的其他的溫度。溫度控制站13具有至少一個第一熱傳導區域，第一熱傳導區域加熱第一部段4a，方法是第一熱傳導區域例如完全地接觸第一部段4a並且由此使得在該區域中可用的熱量完全地傳導至薄板4上。為了將第二部段4b加熱到另外的溫度，溫度控制站13包括至少一個獨立的和/或與第二部段有距離地布置的熱傳導區域，使得一開始可用的熱量在該區域中不完全地傳導至薄板4上。在薄板4部段式地或者完全地加熱後，傳送裝置15將薄板4直接傳送至熱加工站14。

在溫度控制站13和熱加工站14之間的傳送路程w具有長度，該長度相應於最大兩倍的、優選地最大1.5倍的並且尤其最大為薄板4的寬度，其中，在薄板4在傳送裝置15上傳送時，薄板4的寬度b沿行進方向r延伸。當傳送裝置15構造為通過熱成形鋼帶3構成的傳送帶時，傳送路程w優選地由薄板寬度b和間隙23得出。具有的優點尤其在於，在溫度控制站13和熱加工站14之間的傳送路程w被減小，因為以此可以限制在傳送期間薄板4的冷卻並且由此可以使得用於工具裝置1的能源成本最多節省30％。

經調溫的薄板4在熱加工站14中熱加工、尤其深衝和/或壓製成為熱加工構件5。接著熱加工構件5在熱加工站14的硬化裝置14a中硬化，方法是其在那裡被劇烈冷卻。薄板連接件17在分離站14b中分離。接著硬化的和冷卻的熱加工構件5從熱加工站14中並且通過閘門9從工具裝置中輸出。

當熱加工站14裝載薄板4時，薄板4具有第一部件溫度。在由薄板4加工的熱加工構件5從熱加工站14輸出時其具有第二部件溫度。第二部件溫度相應於或者近似等於環境8的環境溫度。尤其地，第二部件溫度相對第一部件溫度升高最大百分之50、優選地百分之35、特殊地百分之20。由於部件溫度適配於環境溫度，所以從工具裝置1輸出之後的熱加工構件5可以實現方便地和安全地被處理。此外，環境溫度不會通過從工具裝置1輸出的熱加工構件5非預期地加熱。

圖3示出通過作為本發明的其他實施例的工具裝置1的縱截面。工具裝置1構造為連續工具。工具裝置1具有上部工具18和下部工具19。上部工具18和下部工具19與閘門9a、9b共同圍出內部空間7。殼體6向上和向下尤其通過上部工具18和下部工具19構成。在端側上，第一和第二閘門9a、9b構成隔板。可選地作為補充地，工具裝置1的縱向側通過平衡元件隔離，尤其當縱向側通過工具行程暴露時。

內部空間7相對於環境8氣密式地、尤其密封地隔離。準備站10布置在環境8中在內部空間7外。所有其餘站11、12(可選)、13、14、14a、14b都布置在內部空間7中。第一閘門9a保證氣密式的隔離和必要時保證在內部空間7中的保護氣氣氛，熱成形鋼帶3首先通過第一閘門9a導向切割站11。

按照圖3，溫度控制站13分成兩個級別，以便獲得兩個節奏的溫度控制時間。不過也可以實施為具有一個級別或者多於兩個級別的實施方式。在圖3所示的第一級別中，溫度控制站13具有第一溫度控制元件20用於薄板4的或者薄板4的區域的溫度預控制。在第二級別中，溫度控制站13具有第二溫度控制元件21用於將薄板4的或者薄板4的區域溫度控制到所需的最終溫度。熱加工站14和硬化站14a設置在一個級別中。

上文中已經詳細公開了至少一個實施例，但是要承認存在大量按照本發明的變型設計方案。同樣要承認，至少一個實施例僅具有示例性特徵並且不是對保護範圍、應用領域或者配置的限制。確切地說，本公開內容是實施至少一個實施例的指引。因此應該承認，可以實施至少一個實施例的元件的功能或者布置的不同變型，而不脫離通過權利要求和其等效範圍確定的範圍。

附圖標記列表

1工具裝置

2流水線

3熱成形鋼帶

3a制前薄板

4薄板

4a第一部段

4b第二部段

5熱加工構件

6殼體

7內部空間

8環境

9a前部的閘門

9b後部的閘門

10切割站

11冷加工冷加工站

12溫度控制站

13熱加工站

14a硬化裝置

14b分離裝置

15傳送裝置

16薄板邊

17薄板連接件

18上部工具

19下部工具

20第一溫度控制元件

21第二溫度控制元件

22冷卻裝置

23薄板之間的間隙

b寬度

r行進方向

w傳送路程