CN101120105B - 用于制造钢板淬硬零件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造钢板淬硬零件的方法，至少包括以下方法步骤：a)成形出钢板成型件；b)在成形出成型件之前、期间或者之后对成型件进行必要的端部切除并且进行可能需要的冲孔作业或产生所需的穿孔图案，c)随后将成型件的至少一些区域加热到可使钢材产生奥氏体化的温度，以及d)将零件随后转移到模淬模具内并在模淬模具内进行模淬，在这一过程中，通过零件至少一些区域通过模淬模具的紧贴和模压将零件冷却并由此淬硬。本发明的特征在于，零件由模淬模具支承在正半径的区域内并且零件的至少一些区域在切边的区域内无扭曲地被夹紧固定住。在零件未被夹紧的区域内，零件与至少一个半模隔开一定空隙。

Description

用于制造钢板淬硬零件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造钢板淬硬零件的方法、一种用于实施该方法的装置以及采用该方法和装置制造出的钢板淬硬零件。

背景技术

在汽车制造领域，存在着降低汽车总重量或者在增加配置的情况下不增加汽车总重量的要求。这一点只能在降低某些汽车零件重量的情况下实现。在这种情况下，与现有技术设计相比，特别是尝试明显降低汽车车身的重量。但同时对安全性，特别是车内人员的安全性和汽车在发生事故时的性能的要求不断提高。与为降低汽车车身总重量而减少零件的数量并且特别是还减小零件的厚度相反，所期望的是重量降低的车身外壳在出现事故时表现出更高的强度和刚性且具有确定的形变行为。

车身制造中最常用的原材料为钢材。没有其它材料能够在这样大的范围内低成本地提供具有不同材料特性的零件。

由于要求有所改变，因此在高强度下也要保证高伸长率并因此保证改进冷成形性。此外，可表明钢材强度的范围有所扩大。

特别是从汽车车身制造业的发展前景来看，在此方面要求根据合金的成分，薄钢板零件的强度在1000MPa-2000MPa的范围内。为使零件达到这样高的强度，公知用钢板切割出相应的板坯，将板坯加热达到高于奥氏体化温度的温度并随后在压机上成形出零件，其成形过程期间同时迅速冷却以将材料淬硬。

为产生奥氏体钢板而进行的退火期间在表面上形成一层氧化皮。该氧化皮在成形和冷却之后被去除。这一点通常采用喷砂法进行。在去除氧化皮之前或者之后，进行最终切边和打孔。如果在喷砂之前进行最终切边和打孔，可能会对切边和孔边缘产生不利影响。与淬硬后加工处理步骤的顺序无关，采用喷砂和可比方法去除氧化皮的缺点在于：由此零件经常会发生扭曲。在上面提及的加工处理步骤之后，用防腐保护层进行所谓的零件涂覆。例如涂覆阴极防腐保护层。

这种情况下的缺点是，淬硬零件的再加工成本非常高并由于工件被淬硬而具有很高的耐磨性。此外的缺点是，零件涂层通常不会产生特别显著的腐蚀保护作用，不能进行特别强的冲压。另外涂层厚度并不均匀，而是在零件表面上变化起伏。

在该方法的一种改进型中已公知的还有，用金属板坯冷成形出零件并随后将其加热到奥氏体化温度和然后在校正工具中使其迅速冷却，其中，该校正工具负责在其成形区域中对由于加热而产生扭曲的零件进行校正。随后进行前面介绍的再加工。这种方法可以比前面介绍的方法生产出更加复杂的几何形状，这是因为在同时成形和淬硬时基本上只能产生线性形状，而在这种成形过程中不能实现复杂的形状。

GB 1490535公开了一种用于制造淬硬钢零件的方法，其中，将可淬硬的钢板加热到淬火温度并随后设置在一个成型装置内将钢板成形为所要求的最终形状，并且，在成形期间同时迅速冷却，从而获得马氏体或者贝氏体结构，而钢板保留在成型装置内.例如使用硼合金化的碳钢或者碳锰钢作为基材.根据上面提到的专利申请，所述成形优选采用模压进行，但也可以使用其他方法.成形和冷却优选这样构成并这样迅速进行，以便能够获得细晶粒的马氏体或者贝氏体结构.

EP 1253208A1公开了一种用板坯制造淬硬板型材的方法，该板坯在模压模具上热变形成板型材并被淬硬。板型材上在这种情况下产生从板坯平面上凸起的基准点或凸缘，用于在后面的加工操作中定位板型材。凸缘需要在成形过程中从板坯的无孔区域中成型，其中，基准点以边缘侧的压痕方式或者作为板型材上的贯穿部位或凸缘产生。模压模具上的热成形和淬火由于通过将形变和淬火/回火过程组合在一起而高效进行作业而总体上是有利的。但由于板型材夹紧在模具上并由于热应力，零件上出现不可精确预先确定的扭曲。这种扭曲对后续的加工操作产生不利影响，因此在板型材上提供基准点。

DE 19723655A1公开了一种用于制造钢板制品的方法，其中钢板制品在一对冷却的模具内成型，持续加热并淬硬形成马氏体结构，而该制品始终处于模具内，从而模具作为淬火期间的固定装置使用。在淬硬后需要进行加工的区域内，钢板应保持在软钢范围内，其中模具内的插入物用于防止迅速冷却并由此防止该区域内形成马氏体结构。还有可能的是通过模具内的凹部也可以达到相同效果，从而在钢板与模具之间出现间隙。这种方法中的缺点是，由于在这种情况下可能出现的明显扭曲，因此该方法不适合对结构更为复杂的零件进行模压淬火。

DE 10049660A1公开了一种用于制造局部加强的金属板成形件的方法，其中结构零件的基板在平整状态下与加强板位置确定连接并将该所谓的拼凑复合板随后成形为一个单元。为使该制造方法在方法产品和产品方面得到改进以及与方法方面的手段相关减轻负担，将拼凑复合板在成形之前至少加热到约800-850℃迅速装入，在热态下快速成形并随后在机械保持成形状态的情况下，通过与从内部强制冷却的成形模具接触而以确定的方式进行冷却。特别是就此而言适度的800-500℃的温度范围需要以确定的冷却速度通过。加强板与基板的连接步骤应可以毫无问题地与成形过程结合为一体，其中零件相互硬钎焊在一起，由此同样可以在接触区达到有效防腐的目的。这种方法中的缺点是，特别是，确定的内部冷却使模具可以非常复杂。

DE 2003306公开了一种用于对钢板件进行模压和淬火的方法和装置。目标是将钢板件模压成型和淬硬，其中应避免所公开方法的缺点，特别是在用于模压和淬硬的连续独立的步骤中制造钢板件。特别需要避免的是，淬硬后或者骤冷后的产品相对于所要求的形状出现扭曲，从而需要附加的加工步骤。为实现这一点，钢零件，在将该零件加热到产生奥氏体状态的温度后，被置于一对协同作用的模具零件之间，随后对零件进行模压并同时迅速将零件的热量导入模具零件内。模具零件在整个过程期间保持处于冷却温度，从而在模压下对零件产生骤冷作用。

DE 10120063C2公开的方法是，将以带式提供的原材料制成的汽车用金属型材件输送到轧制成型单元中并变形为轧制型材，在从轧制成型单元排出后感应加热到淬硬所需的温度并随后在冷却单元内骤冷。此后将轧制型材定尺寸地切成型材零件。

US 6,564,604B2公开了一种用于制造具有非常高机械特性的零件的方法，其中零件通过轧制钢板的连续冲压制造和特别是经过热轧和带涂层的零件采用保护钢板表面的金属或者金属合金涂层，且将钢板切割以获得钢板预成型坯，将钢板预成型坯冷成形或者热成形并且或者在热成形后冷却和淬火，或者在冷成形后加热并随后冷却.金属间的合金应在成形之前或者之后沉积到表面上并防腐蚀和钢脱碳；这种金属间混合物对此还可以具有润滑功能.随后从型坯上去除多余的材料.涂层在这种情况下总体上基于锌或者锌铝合金.

EP 1013785A1公开了一种用于用轧制带钢和特别是热轧带钢制造零件的方法。目标是可以提供0.2-2.0mm厚的轧制钢板，其中将其在热轧后进行涂覆并且进行或者冷变形或者热变形，随后进行热处理，其中保证在热成形或者热处理之前、期间和之后无钢脱碳和无氧化地提高温度。为此钢板具有保护钢板表面的金属或者金属合金，随后对钢板提高温度用以成形，随后进行钢板的成形和最后将零件冷却。特别是将带涂层的钢板在热态下模压并以高于临界淬火速度的速度使通过深拉拔产生的零件冷却并且淬硬。此外提供一种适用的合金钢，其中，将该钢板在950℃下奥氏体化，然后在模具内变形和淬硬。所涂覆的涂层特别是包含铝或者铝合金，由此不仅防止氧化和脱碳，而且还产生润滑作用。在这种方法中，与其他已公知的方法相比虽然可以避免钢板件在加热到奥氏体化温度后起氧化皮，这一点正如该文献中所介绍的冷变形那样，但原则上不能采用火法渗铝的钢板，因为火法渗滤层延性过低从而不能产生较大变形。特别是采用这种钢板在冷态下不能实现适用于复杂形状的深拉拔过程。采用这种涂层可以进行热成形，也就是在单个模具内成形和淬硬，但零件此后没有任何阴极保护。另外，这种零件在淬硬后还必须进行机加工或者借助激光进行加工，从而产生已经介绍的缺点，即后面的加工步骤由于材料的淬硬而非常昂贵。此外的缺点是，成型件借助激光或者机械切割的所有区域不再具有防腐保护。

DE 10254695B3公开的方法用于制造金属成型零件，特别是包括用未淬硬可热变形的钢板制造出的半成品的车身零件，首先采用冷变形法特别是采用深拉拔工艺，成形出半成品。随后对零件毛坯在边缘侧上沿与所要制造的零件近似相应的边缘轮廓进行切边。最后将切边的零件毛坯加热并在热成形模具内模压淬硬。按照这种方式生产出的零件在热成形后已经具有所要求的边缘轮廓，从而不必对零件边缘进行最后切边。按照这种方式，制造钢板淬硬零件的周期时间得到明显降低。所使用的钢材是气冷淬火钢，需要时在保护气体大气下加热，以避免加热期间起氧化皮。否则在成型零件热成形后去掉成型零件上面的氧化皮层。该专利文献中提到，在冷成形过程的范围内使零件毛坯成型到接近最终轮廓，其中，“接近最终轮廓”是指成品零件的几何形状随宏观材料流而来的那些部分在冷成形过程结束后完全成型到零件毛坯中。在冷成形过程结束后因此为制造零件的三维形状仅需最小局部材料流所需要的少量形状配合。这种方法中的缺点是，整个轮廓的最终成形步骤一如既往在热态下进行，其中，为避免起氧化皮或者采用必须在保护气体下退火的公知办法，或者必须将对零件去氧化皮。两个过程均必须随后进行防腐涂层的涂覆。

总而言之，上述所有方法的共同缺点是，为达到最佳的冷却效果和避免产生扭曲，力求实现成型件与模具的100％的接触(所谓100％的印记图)。

这种印记图(Touchierbild)要求需要大量劳动力长时间磨合模具，其中利用涂覆的颜料确定尚未整面紧贴在模具上的零件区域.相应地必须对表面持续进行修正.尽管如此，已公知的所有模压淬硬方法的共同之处在于，尽管精心磨合，但仍频繁和不可预见地出现扭曲和切边偏移，从而使得特别是在从模具中取出后零件产生扭转和切边形成位错.由于硬度很高，这些零件不能再后续加工和例如校直.已公知方法中的再加工局限于借助激光进行最终切边.

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于制造钢板淬硬零件的方法，该方法大大缩短模具的磨合时间、减轻了模具磨损并且提供具有高尺寸精度及配合度和无扭曲的可靠零件，从而使得有可能省略对工件的再加工。

该目的利用具有权利要求1限定特征的方法得以实现。有利的变型在从属权利要求中予以说明。

本发明的另一目的在于，提供一种用于制造钢板淬硬零件的装置，该装置减少了磨合时间、降低了磨损、迅速修补并且提供具有高尺寸精度及配合度和无扭曲的可靠零件。

该目的利用具有权利要求19特征的装置得以实现。有利的变型在从属权利要求中予以说明。

依据本发明认识到，模压淬火方面存在的主要问题在于：在使用预成型和特别是深拉拔的钢板磨合模具时，模具在该钢板上磨合并且与该钢板产生几乎完全整面的接触。但磨合淬火模具所使用的预成型和特别是深拉拔的钢板是使用同样处于磨合阶段中的新的成型模具生产的钢板。但一方面由于无论是深拉拔模具还是淬火模具都存在模具磨损和另一方面由于所提供钢板存在厚度公差或者由于通过冷变形，所述材料厚度上存在差别，因此在实践中永远实现不了整个半模与工件完全接触。但这一点也意味着，工件在某些部位上需要很大的力进行模压，而在其它部位上则几乎根本不需用力。在这两种极端情况之间，钢板也可以在处于最大力与几乎不存在力之间的极其不同的部位上被用力夹紧。采用最大力、采用最小力或者采用处于其间的力实施夹紧的这些部位不可预见。但它们通常也处于凸缘区域内。

本发明使得有可能确定，这一点导致零件在强夹紧区域内不可避免的收缩受到阻止，而在夹紧较弱的区域内则或多或少进行无强度预见的收缩。由此产生不同的材料特性和成型件特性，特别是不同的应力状态或收缩。这些情况导致零件发生移动且特别是导致零件产生扭曲。对此还有可能确定，从奥氏体向马氏体的相变以并非不明显的方式导致这种收缩随着温度以非线性方式进行，从而使相应的考虑进一步复杂化。

在根据本发明的方法中，将预成型和特别是深拉拔的零件加热到淬硬所需的温度并随后转移到模具内。依据本发明，放弃尽可能整面夹紧或模压，而是有针对性地进行部分模压。由此可以在采用非常高的压力夹紧的区域内实现可靠的夹紧和保持。但优选采用这样高的局部模压力，使需要时材料、表面不平整度或者局部隆起得到抑制和一定程度上得到避免。由此很容易将材料加工到模具的表面，从而提高模具与工件之间的摩擦。材料因此在模压的区域内按照统一的最大厚度进行调整。但模压机整体所需的成形力可以低于整面的方法，从而可以使用成本明显更低的模压机。零件在这种情况下至少在切边的区域内夹紧保持。本发明意义上的切边既适用于外边缘，也适用于孔或其边缘。

另外，也可以有意地通过其长度或其表面夹紧零件.为此夹紧区可以线状或者网格状延伸通过工件的整个表面或者部分表面.由此在模压的区域内，零件可以具体体现为与尽可能良好速成性能配合的淬硬区域或者淬硬分布构成.例如，可以沿主应力线或力流线模压并在那里由此产生更高的淬硬.此外，通过这种模压或者夹紧可以防止扭曲造成的扭转，特别是在工件成型时.由于需要时冷却率较低而强度更低的不模压区域可以形成零件的变形储备，从而承受负荷的淬硬零件不是-像其他情况下均质淬硬或模压淬硬零件常用的那样-断裂，而是仅少量变形.由此防止零件在事故情况下分离.

在零件不模压的区域内，零件或者单面紧贴在一个半模上并与模具的另一个半模保持空隙，或者与两个半模保持空隙。

依据本发明在不进行模压的区域内，零件至少支承在模具或半模区域的正半径区域内。在具有例如0.5-30mm窄半径的鞍形点区域内，工件具有优点地模压或夹紧。鞍形点在这种情况下这样确定，使鞍形点或者鞍形区的区域内工件与两个空间轴线相关具有一个正半径。

这一点也意味着，工件在一个正半径的区域内仅紧贴在一个半模上，但不紧贴在相对的半模上。可以令人意外地发现，利用这种空隙在依据本发明校正调整时可以对冷却并因此淬硬产生积极影响和特别是进行控制。但依据本发明空隙也可以这样进行调整，使预先选择的区域内零件的淬火少于其他区域内。这一点例如在下列情况下具有意义，即在这样一个零件上应可以在确定的区域内少量淬火并因此仍可变形。此外，在接合区内通过减少原始材料的淬硬可以避免所谓的硬包。依据本发明这个或者这些空隙具有至少0.02mm和优选0.1-2.5mm或者更大的宽度构成。

依据本发明，零件的变形以及零件的切边和打孔基本上或完全在未淬火状态下进行。所使用的板材在未淬火状态下相当好的可变形性可以实现零件复杂的几何形状并使淬火状态下昂贵的事后切边通过淬火过程之前成本更加低廉的机械切割操作取代。

但在工件夹紧的区域内，在夹紧区域的内部，也就是在钢板的内部也可以进行切割操作，例如产生孔或者切口，或者在热状态下切割一部分或者整个外部轮廓。为在钢板内部进行切割，半模在夹紧区域内具有容纳切割工具的相应凹处。为切割轮廓与夹紧区相邻在夹紧区域的外部具有一个切割工具。热切割最好在380℃与800℃之间的零件温度下进行。由此所要自由收缩的区域不受任何方式的影响或者不利影响。

由于零件加热而不可避免的尺寸变化在冷钢板变形时已经予以考虑，从而制造的零件小于最终尺寸0.6-1.0％和特别是小于0.8％。至少在变形时考虑所预计的热膨胀。但零件直至缩小完全最终轮廓精确成型和切边。

冷加工零件时，也就是变形、切割和打孔时，根据该方法的另一实施方式，完全可以仅加工高度复杂性和变形深度的区域以及需要时零件的窄公差区域，特别是像切边、成形边、成型面和需要时的穿孔图案，特别是像具有所要求的最终公差，特别是淬硬成品零件的切边和位置公差的基准孔，其中，在这种情况下零件由于加热的热膨胀予以考虑或补偿。

这一点意味着，零件在第一实施方式中冷变形之后小于淬硬成品零件的额定最终尺寸约0.8％。小于在这种情况下意味着，零件冷变形后在所有三个空间轴线上因此三维成型。热膨胀因此对所有三个空间轴线予以相同考虑。在现有技术中，热膨胀由于例如模具未完全闭合而不能为所有空间轴线考虑，因为在这里只能在z方向上通过不完全成型考虑膨胀。依据本发明，最好模具的三维几何形状或轮廓在所有三个空间轴线上缩小加工。

为实施该方法，首先将未淬硬的镀锌专用薄钢板切割成板坯。

加工的板坯可以是矩形、梯形或者成型板坯。为板坯的切割可以使用所有公知的切割过程。最好使用切割过程期间不会使钢板产生淬火热量的切割过程。

从切割的板坯中随后借助冷变形模具制造成型件。成型件的这种制造包括能够制造这种成型件的所有方法和/或过程。例如适用下列方法和/或过程：

序列组合模具，

链接的单模具，

分级序列模具，

液压模压线，

机械模压线，

爆炸成形、电磁成形、管式液压成形、板坯液压成形和所有冷成形过程。

成形和特别是深拉拔后在所称的传统模具上进行最终切边。

依据本发明，冷态下制造的成型零件小于最终零件正常几何形状约0.8％，从而加热时的热膨胀由此得到补偿。

通过所称过程制造的成型件应冷变形，其中，其尺寸处于用户对成品件所要求的公差范围内。如果在上述的冷变形中出现较大的公差，那么这些公差可以事后极微小地在还要进行的模淬过程期间进行校正。但模淬过程中的公差校正最好仅对成型偏差进行。这种成型偏差因此可以按照一种热校正的方式进行校正。但校正过程应尽可能限制在弯曲过程上，其中，事后不应和不能影响取决于材料量的切边(与成形边之比)，也就是说，如果零件上切边的几何形状不正确，在模淬模具上就不能进行校正。总而言之因此可以确定，与切边相关的公差范围与冷变形和模淬过程期间的公差范围相应。

在依据本发明的方法一种具有优点的实施方式中，冷态下成型时，也就是例如深拉拔时在冷预成型的零件上相邻和切边的区域内如本身公知的那样构成凸缘。构成凸缘之后进行凸缘区域内的外切边。这样做的优点是，在这种切割时与压模的打开和闭合方向平行切割。即使在本来不要求凸缘的零件情况下，尽管如此具有优点的是仍可以在冷态下出于上述切割目的产生该凸缘。然后在模淬过程中清除凸缘，这一点下面还要进一步介绍。

零件完全成型以后，将变形和切边的零件加热到高于780℃，特别是800℃-950℃的退火温度并在该温度上保持几秒钟到几分钟，但至少直至产生所要求的奥氏体。零件在这种情况下膨胀1％，从而退火后和即将装入之前具有0.2％的隆起。

退火过程后零件进行依据本发明的模淬步骤。

下面举例详细介绍加热和模淬。

为实施模淬过程，特别是零件首先由机器人从传送带上取下并装入一个标记站内，以便可以对每个零件可掌握地在模淬之前做出标记。随后机器人将零件放在一个中间载体上，其中，该中间载体通过传送带进入加热炉内并将零件加热。

为进行加热使用例如对流加热的连续式加热炉。但也可以使用其他任何加热机组或加热炉，特别是也可以使用电磁或者微波加热成型件的加热炉。成型件在载体上通过加热炉，其中，具有载体是为了使防腐涂层在加热时不会转移到连续式加热炉的辊道上或者被该辊道研磨。

零件必须加热到最大温度以获得完全淬硬，此后从确定的最低温度(＞700℃)起以＞20K/s的最小冷却速度进行冷却。在随后的模淬时达到这种冷却速度。

为此机器人将零件也取决于厚度在780℃-950℃下，特别是860℃-900℃下从加热炉中取出并装入模淬模具内.操作或处理期间失去约10℃-80℃，特别是40℃，其中，用于装入的机器人最好这样构成，使其以高速将零件尺寸精确地装入模淬模具内.成型件由机器人放置在零件提升器上并随后迅速下移模压机，其中，零件提升器被排出并将零件定位.由此确保零件准确定位和导向直至模具闭合.在模压机并因此模淬模具闭合的时间点上零件仍具有至少780℃的温度.模具表面的温度不足50℃，由此零件迅速降温80℃-200℃.奥氏体/马氏体转换结束后，也就是低于250℃零件已经可以取出.由此与现有技术相反可以节省时间.不言而喻，零件也可以保持在模具内直至进一步冷却.淬火期间空隙可以采用气体和特别是惰性气体进行冲洗.需要时气体可以产生冷却作用.

模具在这种情况下紧贴在通过温度突变承受负荷的工件上，其中，依据本发明的方法特别是在模淬步骤中没有实施变形步骤的情况下可以将模具与其基本材料相关按照耐高温度突变设计。在传统的方法中，模具为此还必须具有很高的耐磨粒磨损性，但它在本案例中不起明显作用并就此而言降低模具成本。

在装入成型件时需要注意的是，将切边和打孔的零件正确配合装入模淬模具内。角度可以通过简单弯曲进行校正，但也可以不去除多余的材料。因此在冷变形的零件上必须在与成型边之比上尺寸精确地进行切边。切边应在模淬时定位，以避免切边位移。

在该方法另一具有优点的实施方式中，特别是在切边的区域内还可以进行热变形。如已经介绍的那样，零件冷加工成型中的优点是，在切边的区域内具有在成品零件上本来不应存在的凸缘。通过这种凸缘在深拉拔方法中的成型，切边可与模具的打开和闭合方向垂直进行，从而可以进行特别精确、准确和简单的切割。在模淬过程中，该形成的凸缘在装入模具内的热零件上在模具闭合时相应重新恢复成型或无材料膨胀地紧贴在模具上。为此在存在凸缘的区域内相应存在一个滑动件，其中，模淬过程的模具首先尽可能闭合，使零件例如已经由模具上部保持在一个确定的区域内并然后移入滑动件，将凸缘压向上面紧贴零件的模具。因为在切边的区域内零件反正被夹紧，所以滑动件将这种夹紧转移到该区域内，其中，这一点通过夹紧和/或后面强制性的收缩以令人意外的方式这样有效实现，使成品零件上几乎看不到此前存在的凸缘弯边并可检验。

原则上一个零件的确定部分也可以采用这种方法利用滑动件在热态下成型或者弯曲，其中，部分热变形与强制性收缩的原理并不矛盾。

随后机器人将零件从模压机中取出并将其放置在一个对其继续冷却的支架上。如果需要的话，冷却可以通过附加送风或者浸入液体加速进行。

通过依据本发明无值得一提的变形步骤的模淬并在支持成型件正半径的同时模具和工件仅在切边的区域内造型连接的情况下，保证工件无扭曲地进行冷却。在常用的变形过程情况下，可掌握的确定冷却只有在变形过程进展到材料紧贴在模具两个半模上或者材料立即各面造型合理地紧贴在半模上的情况下才能进行，这一点导致强度上的不均匀性。在本案例中，成型件仅利用切边区域紧贴在模具两个半模上并以正半径紧贴在模具一个半模上。由此在切边的区域内排除收缩，而在其余零件的区域内进行收缩，这种收缩用于使零件紧贴在模具上和需要时易于再弯曲。由此甚至成功地事后校正深拉拔的模具缺陷。

深拉拔加工的零件按常见方式顺序进行切边.在本发明中，零件上可以具有用于将零件放置在零件提升器上的凸起突舌.这些部分至少在它们连接在本身零件上的区域内同时淬硬.通过特别是零件提升器淬硬后和模具打开之前依据本发明特殊的运动过程，这些突舌以简单的方式被折断.由此可以保证高度的操作可靠性，另一方面突舌不必-像现有技术中常见的那样-事后被折断.

附图说明

下面结合附图通过实例的方式对本发明进行说明，其中：

图1示出了可淬硬钢板试样的膨胀计曲线图；

图2示出了图1所示的曲线，在图中使用箭头表示加热和冷却；

图3示出了图2所示曲线的一部分的详图；

图4示出了可淬硬钢板在不同温度条件下的流变曲线；

图5是所要淬硬的钢板和根据本发明的成套模具的简明示意图；

图6是用于图5所示成套模具的模具滑动件的简明示意图；

图7是用于折断加工板材上的操作突舌的装置；

图8示出了图7所示的装置的另一个实施例；

图9示出了根据本发明的方法的工艺程序；

图10-14示出了根据本发明的应用于汽车零件的工艺程序；

图15是与尺寸变化和待进行处理的零件相关的根据本发明的工艺程序的简明示意图；

图16示出了根据本发明的方法的流程示意图；

图17是具有处于冷成形状态的具有切削凸缘的零件的简明示意图，图中还示出了其成形方向；和

图18示出了用于热成形如图17所示零件的装备有两个滑动件的成形模具。

具体实施方式

依据本发明，所要淬硬的零件在冷态下变形和切割。在冷态下，也就是在淬火之前，零件具有常见钢板上固有的硬度。在这种状态下钢板比较容易切割，也容易变形和特别是深拉拔(图10)。零件在所有三个空间轴线上应小于最终几何形状约0.8％成型。为使零件随后淬火，将零件加热到奥氏体化温度和特别是例如900℃以上。零件的加热在此方面这样进行，使材料的长度变化通过奥氏体产生的结构变化而结束(图1)。从图1可以看出，试样零件在约750℃下线性热膨胀首先随着温度上升到约820℃可逆分布，然后继续上升。线性膨胀中的这种不规则性应在将工件装入模具之前结束。

在模具内，零件(图5、6)至少在切边(边缘)的区域内夹紧。零件现在由于冷却而努力收缩，但在此方面基本上通过夹紧和模具的形状而受到阻止。在此方面，产生相当大的拉应力并导致零件上弹性变形。正半径(图10)“支持”零件，由此零件在相应的区域内紧贴在模具上。通过收缩零件然后接受这种形状，其中，在这里不精确性在冷软零件成型时也得到校正。零件至少持续保留在模具内，直至奥氏体-马氏体转换(图2、3)结束。这一点特别是在约250℃时的情况。随后进行线性收缩。如果零件在约250℃时从模具中取出，那么它可以再自由收缩约0.2％。如果零件保留在模具内，那么零件在成型时回弹约0.2％，但这一点在开始成型时得到考虑。

实践中(图11-14)加工这样进行，首先从钢板中切割出所谓的成型板坯.成型板坯随后成型和特别是深拉拔(图12)并随后切除废料.通常切割顺序进行，从而不是一次切除全部废料，而是分两到三个阶段进行，因为否则边角料不能顺利地从模具中去除.为此(图14)在零件上保留突舌，以便可以将零件放置在所谓的零件提升器上并还可以利用这些突舌从模具中去除.依据本发明，在简单零件的情况下仅进行切割步骤，其中，在该一个切割步骤中保留后面装入模具内所需的突舌(图13、16)，随后将零件利用突舌装入模具内(图7、8)，其中，在突舌装入模具内的区域内产生切口并随后将突舌与整个工件淬火.零件成型时，将切口区域内的突舌通过压力件切断，从而成型后产生一个加工完整的零件.

下面详细介绍用于依据本发明方法的模具。

模具1(图7、8)例如具有一个模具上半模2和一个模具下半模3。所要淬硬的零件4在举例中出于简化在横截面上罐形或帽形构成，具有一个底面5、两个边框6、7和两个纵向凸缘区8、9。底面5利用两个倒圆10、11过渡到边框6、7内。边框6、7利用倒圆12、13过渡到凸缘8、9内。在倒圆10、11的区域内，模具上半模2与成型件4相关形成正半径，在倒圆12、13的区域内，模具下半模3与工件4相关形成正半径。在正半径的区域内，工件4紧贴在各自的半模上。与这些正半径相对存在一直延伸到底面5内或边框6、7内的空隙14。在边框中心的区域内空隙14可以相切，从而零件处于边框的分区域内，需要时也几乎通过整个边框而不与半模接触。在切边15的区域内，模具上半模或者模具下半模与空隙14相邻具有凸起部或者隆起区16这样构成，使工件4的相应区域夹紧在那里。

空隙14具有至少0.02mm和最好0.1-2.5mm或者更大的宽度。

在形状非常简单的情况下，极端情况下完全可以仅在倒圆10、11、12、13的区域内以扇形凸起部的方式支持正半径和工件的其余部分不支承，而是仅在切边15的区域内夹紧。

为在边框的区域内或者在具有窄半径(约0.5-30mm)(图6)的转折点或者鞍形点区域内产生可靠夹紧而不妨碍将工件装入模具内或者防止工件在确定的区域内过早紧贴在模具上，可以在半模之一内或者在模具两个半模2、3内相对存在一个或者多个滑动工具17、18，它们最好在模具闭合时向相对的模淬半模或者彼此相对靠近并例如夹紧边框区域内的孔。由此保证设置在边框区域内的孔在模淬和收缩期间也可靠保持。

为将工件也通过表面或长度特别是采用线形、菱形或网格形的图案夹紧，模具上作为相应线形、菱形或者网格形的余量存在相应线条、菱形或者网格方式的相应图案。这些线条或者这些夹紧连接面在此方面这样相互确定，使其可以可靠夹紧。在这种情况下具有优点的是，这种夹紧连接面仅存在于工件的一面上，也就是半模上，而在另外的半模上保证整面紧贴。通过夹紧条的高压紧力，这一点比在模具两个半模上追求100％的印记图更简单地实现。但也可以与工件相关使用相对的夹紧连接面。夹紧连接面可以或者固定设置在模具内或者以装入件的方式存在。依据本发明特别是在那些部位具有这种夹紧连接面，即工件必须可靠保持，以避免特别是在面积非常大或者非常长的零件情况下由于热应力或冷却应力造成扭转和扭曲。夹紧连接面最好具有5-20mm的宽度。

具有优点的是，在鞍形点的区域内对该相当小的区域实施两侧的整面夹紧。作为鞍形点确定的是模具两个空间轴线的两个正半径所重合的点或区域，其中，两个正半径具有各自一个0.5-30mm相当窄的半径。

但在最简单的情况下，零件仅在切边的区域内压紧并仅在正半径的区域内由各自的半模支承和其余区域上并不紧贴在半模上.在那里零件至少以小空隙与半模相距，其中，空隙的宽度可以根据所要求的冷却效果进行调整.在这种情况下，适用对冷却几乎没有影响例如0.02-0.05mm非常小的空隙，而非常大的空隙例如1.00-2.5mm和更大空隙则对冷却效率并因此对材料的淬硬具有明显影响.

为能够折断所介绍的突舌，在纵向边缘15的区域内在突舌20凸起的部位上存在一个切口工具21(图7、8)，其中，该切口工具21例如是一个模具区域内的凸起部。与切口工具21相对存在一个弹簧压紧装置22，其中，弹簧压紧装置22具有一个向外弯曲分布的接触面23。与压紧装置22相对(图7)设置零件提升器24，其中，零件提升器24具有一个上面放置突舌20的支承凸起部25。在完成淬火后，可以利用凸起部25将突舌20升起，从而它利用切口工具21的支持在切口工具21的区域内在纵向边缘上弯曲升起，其中，压紧装置22在突舌20紧贴在斜面23上的瞬间可以逆弹簧的力升起。在切口工具21的区域内，突舌由于很大的硬度和脆性而被折断。

在另一具有优点的实施方式中(图8)，零件提升器24如压紧装置22那样设置在工件相同的面上，其中，零件提升器24同样弹性支承。与零件提升器24和压紧装置22相对设置切口工具21。相对于与工件相关的零件提升器24在相对的半模2上存在一个向零件提升器24移动并可从其外移的折断工具26，它利用一个侧面的凸起部27可安置在突舌上并将与切口工具21相关的突舌弯曲和折断，其中，工具26放在零件提升器24上和零件提升器利用其凸起部25以及工具利用其凸起部27将突舌20限制在本身之间并在工具26继续运动时，零件提升器逆弹簧28的弹簧力运动，直至突舌20在切口工具21的区域内折断。

该过程在此方面可以这样控制，使折断在对此最佳的温度下进行。

通过这种措施可以大大降低整个设备开支。这样特别是可以取消切割步骤。

但在工件夹紧的区域内也可以在夹紧区域的内部进行切割操作，例如产生孔或者凹口或者在热态下断开外切边的一部分。为此半模在夹紧区域内具有相应的凹处。热落料最好在380℃与800℃之间的零件温度下进行。

在依据本发明方法另一具有优点的实施方式(图17、18)中，冷态下成型时，也就是例如深拉拔时在冷预成型的零件29上相邻并在切边30的区域内以本身公知的方式构成凸缘31。在构成凸缘31后，在凸缘31的区域内进行外切边。这样做的优点是，在这种切割时与压模的打开和闭合方向平行切割。即使在本身不需要凸缘的零件情况下，尽管如此具有优点的是，出于上述切割的目的仍在冷态下产生该凸缘。然后在模淬过程的进程中清除凸缘，这一点下面还要进一步介绍。

在该方法的这种实施方式中，特别是在切边30或者外部轮廓的区域内也进行热变形.如已经介绍的那样，零件29冷加工成型时的优点是，在切边30的区域内具有一个仅用于切割、本来在成品零件29上不应存在的凸缘31.通过在深拉拔方法中构成这样一个凸缘31，切边可与模具的打开和闭合方向垂直进行，从而可以进行特别精确、准确和简单的切割.在模淬过程中，所形成的该凸缘在装入模具1内的热零件29上在闭合模具1时也相应回变或紧贴在模具1上(箭头32).为此在存在凸缘31的区域内相应地存在各一个滑动件33，其中，模具1为模淬过程首先在一定程度上闭合，使零件29例如在确定的区域34内由模具上半模2保持住并然后移入滑动件33(箭头35)，将凸缘31连同相应凸起的区域或者隆起区36压向零件29紧贴的模具1或模具下半模3.因为在切边30的区域内零件29反正已经夹紧，所以滑动件33或区域36承担该区域内的夹紧，其中，通过夹紧和后面的强制性收缩这一点以令人意外的方式良好实现，使成品零件上此前存在的凸缘31弯边几乎看不见并可检验.

以本身相同的方式在切边或者外部轮廓的区域内热态下也可以产生凸缘或者弯曲部位。为此滑动件相应地作用于钢板的凸起区域，将其以所要求的程度弯曲并随后夹紧凸缘、凸缘或者弯曲区域的切边，而需要时符合强制收缩原理的其余区域不被夹紧。

由此例如在零件本来成型整体的临界区域，例如汽车B柱顶部的外面在强制性收缩之前也可以进行热变形，以形成例如顶部凸缘。

全部方法(图16、17)可以按如下过程进行：1.切割板坯，2例如通过深拉拔冷变形，随后进行机械切割步骤，随后加热、模淬，随后需要时净化，例如像超声波净化和随后仓储。因为模淬预先规定节奏间隔时间和仅存在一个切割步骤，所以也可以取消使用通常很复杂的现有模压机和具有四到五个大型模压机的切割生产线，而使用例如仅竖立在平地上速度较慢的模压机。这种模压机没有大型模压生产线那样高的节奏或节奏间隔时间，但在本方法中并不需要这些生产线。可实现的模压力相似，但投资明显降低。为此用于实施该方法(图16)的设备可以积木式构成。也就是说，可以根据所要求的生产改造或者配置设备。因为模压生产线一般情况下在生产线上配备六个模压机，但在模淬过程中需要的模压机数量更少，所以仅需有条件地积木式构成即可，为此可以不削减不必要的模压机。

本发明中的优点是，依据本发明模淬中的过程可以非常容易地模拟，因为由于变形在钢板厚度上不进行净伸长。由于强制性收缩而产生的伸长很小。

此外的优点是，采用本发明无需很长的加工时间并无需复杂加工的原型便可以从相对不精确深拉拔或者在变形中略微扭曲的零件中通过模淬获得具有确定硬度、无扭曲和无扭转的尺寸精确的零件。此外的优点是，依据本发明的方法可以使用相对物美价廉的模压生产线。由此该方法与公知的模压淬硬方法相比明显降低了成本。

在一种有利的实施方式中，半模的夹紧零件由弹性支承的夹紧插入件或者夹紧条组成，它们在施加夹紧力时被压入模具内，从而减少和需要时消除与原始宽度的空隙。

Claims (37)

1.用于制造钢板淬硬零件的方法，至少包括以下方法步骤：

a)成形出钢板成型件；

b)在成形出成型件之前、期间或者之后对成型件进行必要的端部切除并且进行可能需要的冲孔作业或产生所需的穿孔图案；

c)随后将成型件的至少一些区域加热达到使钢材能够产生奥氏体化的温度，以及

d)将零件随后转移到模淬模具内并在模淬模具内进行模淬，在这一过程中，通过零件至少一些区域通过模淬模具的紧贴和模压将零件冷却并由此淬硬，其特征在于，

e)零件由模淬模具支承在正半径的区域内并且零件的至少一些区域在切边的区域内无扭曲地被夹紧固定住，在零件未被夹紧的区域内，零件与至少一个半模隔开一定空隙。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在鞍形区域形成大小为0.5-30mm的相对较窄的半径时，所述零件被夹紧在鞍形区域内，也就是被夹紧在两条空间轴线形成正半径的区域内。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述零件被夹紧在通过其表面和/或通过其长度确定的区域内，以便获得更高的冷却速率和/或降低应力和/或避免产生扭曲。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，除了切边以外，零件通过部分表面或者通过整个表面采用点状分布的图案和/或平面的图案如菱形图案或者网格状图案利用半模上的相应凸起部以无扭曲的方式被夹紧或固定。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，为了利用表面上分布的图案实现夹紧，在成形半模内使用体现为隆起和/或装入夹紧线或装入夹紧条的相应的线状和/或点状分布的图案。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对模具进行调整和加工，从而使得零件能够在夹紧区域的外部自由收缩，由此零件至少在正半径的区域内紧贴在模具上。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述零件仅在正半径的区域内受到支承并且在切边的区域内无扭曲地被夹紧以及在其余区域内，半模与工件隔开一定空隙。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述零件在所有三条空间轴线上应小于最终预期的几何形状0.95％-0.4％成形。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述零件在所有三条空间轴线上应小于最终预期的几何形状0.8％成形。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在冷态下成型后，所述零件被加热到奥氏体化温度，特别是例如900℃以上并且持续保持该温度直至产生所要求的奥氏体。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述零件进行加热，从而使得由于奥氏体化而产生的结构变化所导致产生的零件的长度变化结束。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在将工件装入模淬模具中之前通过奥氏体化产生的非线性热膨胀结束。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述零件在模具内被夹紧后产生收缩，正半径得到支持，由此所述零件在相应的区域内紧贴在模具上，所述零件通过收缩形成正半径的形状，并且成型时的不精确性在冷态下得到校正。

14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述零件或工件至少持续保持该形状，直至奥氏体-马氏体转变结束。

15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述零件进行加热，从而使得所述零件在加热状态下且在封闭的模淬模具中大于所需几何形状0.1％-0.4％。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，对所述零件进行加热，从而使得所述零件在加热状态下且在封闭的模淬模具中大于所需几何形状0.2％。

17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，首先用钢板切割出所谓的成型板坯并将成型板坯随后成型并随后切除废料；废料在切割操作中被切割掉并且在零件上保留突舌，以便能够将该零件放在半模的零件提升器上；突舌在模具中与零件一同淬硬；在突舌与工件的连接区的区域内产生切口并且在将工件从模具中取出之前通过弯曲而将突舌折断。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，通过深拉拔使所述成型板坯成型。

19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将空隙(14)的宽度调节成至少为0.02mm。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，将空隙(14)的宽度调节成0.1-2.5mm或者更大。

21.如权利要求1所述的方法，其特征在于，淬火期间采用气体冲洗所述空隙。

22.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在将工件从模淬模具中取出时，所述工件均匀地呈现出最终几何形状。

23.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在工件被夹紧的区域内，在夹紧区域的内部实施切割操作，特别是在钢板内部产生孔或者切口或者在热态下切除钢板的一部分或者全部外部边缘。

24.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在模淬过程中热成形达到以下效果，使得在先前进行的冷成形过程中产生的凸缘(31)或者所需的新凸缘或者弯曲部通过设置在模具内的滑动件(33)弯曲或者产生或者朝向容纳工件的半模(3)弯曲或者模压在容纳工件的半模(3)上并且将切边夹紧保持在那里。

25.用于实施如前述权利要求中任一项所述方法的模淬模具，其特征在于，所述模淬模具(1)至少具有一个模淬模具上半模(2)和一个模淬模具下半模(3)；所述模淬模具半模在工件倒圆(10、11、12、13)的区域内形成正半径；存在与正半径相对的空隙(14)并且在夹紧工件的区域内特别是在切边(15)的区域内，与空隙(14)相邻的模淬模具半模(2、3)体现为凸起部或者隆起区(16)，从而使得工件(4)的相应区域被无扭曲地夹紧在那里。

26.如权利要求25所述的模淬模具，其特征在于，所述模淬模具为支持正半径仅在倒圆的区域内具有扇形的凸起部，同时在工件的其余区域内设有空隙(14)。

27.如权利要求25所述的模淬模具，其特征在于，为了在边框区域内或者在夹紧方向不与模压机的操作方向一致的区域内实现可靠夹紧，在不妨碍将工件装入模具内或者工件在确定的区域内不致过早紧贴在模具上的情况下，在模淬模具半模(2、3)之一内或者相对在两个模淬模具半模(2、3)内设置一个或者多个滑动工具(17、18)，这些滑动工具在模具闭合时朝向相对的模淬模具半模(2、3)进行移动或者彼此相对靠近。

28.如权利要求27所述的模淬模具，其特征在于，所述这些滑动工具在模具闭合时夹紧在边框区域内的孔上。

29.如权利要求25所述的模淬模具，其特征在于，为使工件上在纵向边缘(15)的区域内存在的突舌在突舌(20)凸起的部位处折断，设置切口工具(21)，所述切口工具在突舌与工件的切边连接区上冲出一个切口。

30.如权利要求25所述的模淬模具，其特征在于，与切口工具(21)相对设置一个弹簧压紧装置(22)，与压紧装置(22)相对设置零件提升器(24)，且零件提升器(24)具有上面靠置突舌(20)的支承凸起部(25)。

31.如权利要求25所述的模淬模具，其特征在于，所述零件提升器(24)和所述压紧装置(22)相对设置在切口工具(21)内，并且在相对于与工件(4)相关的零件提升器(24)在相对的模淬模具半模(2、3)上设置一个相对于零件提升器(24)能够往复移动并且能够利用侧面凸起部(27)靠置在突舌上的折断工具(26)。

32.如权利要求25所述的模淬模具，其特征在于，所述空隙或者多个空隙(14)具有大于0.02mm的宽度。

33.如权利要求25所述的模淬模具，其特征在于，所述空隙或者多个空隙(14)具有0.1-2.5mm或者更大的宽度。

34.如权利要求25所述的模淬模具，其特征在于，在工件被无扭曲地夹紧的区域内设置切割装置和/或冲压装置，并且在夹紧区域内设置用于切割和/或冲压装置以及用于切割或者冲压模具穿过的相应凹处。

35.如权利要求25所述的模淬模具，其特征在于，为了热切割轮廓或者一部分轮廓，设置一个切割工具与夹紧区域相邻且位于其外部。

36.如权利要求25所述的模淬模具，其特征在于，所述模淬模具(1、2、3)上设置有滑动件(33)，所述滑动件在所装入的工件上存在凸缘(31)的区域内或者被设计用于产生新凸缘(31)或者弯曲部，从而使得其将凸缘(31)或者弯曲部压在相对的模淬模具半模(3)上并与此同时弯曲，并且切边(30)和/或工件(29)的凸缘(31)在弯曲后由滑动件(33)和各自的模淬模具半模(2、3)夹紧保持。

37.采用如权利要求1-24中任一项所述的方法且使用如权利要求25-36中任一项所述的装置制造出的淬硬钢零件。

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