用于制造成型構件的方法和設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種借助設備用于制造成型構件的方法，其中，具有空心區域并至少部分地由鋼材組成的工件引入設備的工具中，并且其中，通過設備的對接沖頭在壓力下將流體引入位于工具中的工件的空心區域而且工件在該設備中熱成型。本發明另外還涉及一種用于使具有空心區域并至少部分地由鋼材組成的工件成型的設備，該設備具有:用于容納工件的工具和至少一個對接沖頭，該對接沖頭用于將流體引入位于工具中的工件的空心區域。
【背景技術】
[0002]現有技術中已知，由鋼材制成的工件、比如管道或扁坯，或由工件制成的構件、比如型材，在其成型過程中或成型之后硬化。在此，根據鋼材種類使工件或構件達到Acl或Ac3溫度以上的溫度，從而主要存在奧氏體結構，并隨后冷卻或淬火。這樣調整的馬氏體結構隨后賦予構件增加的硬度，從而可以制成重量雖輕但相對穩固的構件。
[0003]特別是在大規模生產硬化型材的過程中，在過去僅能夠相對以較簡單的方式轉換空心型材中的形狀。相反地，例如可以通過由多個部分、比如半鑄件組裝成型材實現復雜的形狀。但是，將這些部分組裝成型材所必需的連接可能會對型材的穩定性、重量和制造過程產生負面的影響。
[0004]用于制造具有復雜結構的構件(比如型材)的其他方案遵循所謂的熱吹塑成型。在熱吹塑成型過程中，通過對接沖頭在壓力下將通常氣態的熱流體引入通過對接沖頭密封的工件的空心區域中，例如管內部。在高壓下引入的流體由外側的賦形工具(所謂的內高壓成型或“高壓液壓成型”)成型為工件和/或外側的賦形工具擠壓處于適當壓力下的工件(所謂的“低壓液壓成型”)。在后面一種情況下，引入的流體用于在工件的空心區域中固定特定的體積，從而隨后可以從外部通過工具使工件成型。
[0005]如果制成的構件需要硬化，可以在一個單獨的工藝步驟中使構件硬化。但是這代表為了賦予硬化型材復雜形狀而成本相對較高的解決方案。因此，在現有技術中追求在設備中實現熱吹塑成型以及硬化的方案。
[0006]為此，例如現有技術DE 698 03 588 T2中公開了適宜的設備和方法。其中提出了，通過由壓力下引入的冷介質取代占優勢的加熱介質，空心的鋼制工件通過已加熱的且在壓力下使用的介質吹塑成型并隨后在成型工具中淬火。
[0007]雖然以這種方式可以實現對具有復雜形狀的硬化構件的制造過程的改造，但是也表明，現有技術中以這種方式制成的構件，特別是在其末端區域(即流體引入工件空心區域的位置)并不具有令人滿意的質量。特別是由此并不能提供沿其整個長度完全硬化的型材。工件在這些區域中的變形程度也并不令人滿意，從而可能會導致過早的材料失效。出于這一原因，在成型或硬化之后通常需去除這類構件或型材的端部，但這樣會導致過多的材料廢料或廢品比例并因此損害該方法的經濟性。
【發明內容】
[0008]由這一技術背景出發，本發明的目的在于，說明一種方法和設備，該方法或設備允許低成本地制造具有復雜形狀的構件并同時實現了令人滿意的構件硬化。
[0009]根據本發明的第一教導，上述目的通過這樣一類方法得以實現，即，在對接沖頭區域中對抗工件的冷卻，特別是在熱成型過程中。在此，既可以通過額外的裝置也可以通過設備本身對抗該冷卻。
[0010]已顯示，為了在壓力下將流體引入工件的空心區域中并且使工件熱成型，由于對接沖頭或設備與工件的接觸使工件的一部分熱量在對接沖頭的區域中經對接沖頭而散失，因此對接沖頭的存在或在對接沖頭區域中的設備本身的存在是產生上述缺陷的原因。由此在熱成型過程中會使得工件在對接沖頭的區域中的溫度以及在鄰接的工件區域中的溫度降低，或者已經不能達到足夠高的溫度。在超過Acl或Ac3溫度的加熱過程中、在隨后的熱成型過程中、優選在溫度超過鋼材的Acl或Ac3溫度的情況下以及在隨后進行的快速冷卻過程中工件的理想的溫度變化過程由此受到影響。
[0011]現通過在對接沖頭區域中對抗工件的冷卻，可以使工件在對接沖頭區域中不希望的溫度變化過程的負面效應減小或最小化。由此可以在對接沖頭的區域中也實現令人滿意的可變形性并可以制成基本上完全硬化的構件，從而可以減少或甚至避免在對接沖頭的區域中的材料廢料。同時可以充分利用吹塑成型的優勢，即，制造復雜的形狀。另外還顯示，按照本發明的方法有利于工件材料從對接沖頭的區域中向后推進并能夠實現較高的變形程度。
[0012]因此可以提供一種方法，該方法允許低成本地制造具有復雜形狀的構件并同時實現了令人滿意的構件硬化。
[0013]對抗工件冷卻特別應理解為，以這樣的程度對抗冷卻，即，特別是在工件的熱成型過程中，基本上可以阻止由冷卻引起的工件中的相變。工件溫度也可以在對接沖頭的區域中保持在再結晶溫度以上或鋼材的Acl或甚至Ac3溫度以上。直到熱成型之后，例如通過淬火，可使工件再次處于該溫度以下。
[0014]這些工件通常是可以成型成為構件、特別是型材的半成品。這些工件特別優選是可以成型成管狀型材的管狀工件。管狀工件例如可以具有兩個開口，例如在每個端部具有一個開口。在這種情況下，為工件的每個開口設置有一個對接沖頭。但是還能夠考慮的是，使用具有一個或多于兩個開口的工件。在這種情況下可以設置相應數量的對接沖頭。所制成的構件、特別是管狀型材特別適合作為車身構件，比如作為汽車車身的支柱或支架。按照本發明的方法能夠實現的優點特別在汽車領域中受期望，比如在較輕的重量下構件的高強度以及低成本的制造。
[0015]工件的鋼材例如可以是錳硼鋼。根據不同的合金，這類鋼可以通過硬化達到超過1500MPa最高2000MPa的抗拉強度。
[0016]此外，對于按照發明的方法優選具有0.5至3.0mm之間壁厚的工件。
[0017]用于成型的流體具有的溫度優選在工件鋼材的Acl或Ac3溫度以上。該流體優選為氣體，但原則上也可以設置為液體。通過流體足夠高的溫度可以對抗在熱成型過程中工件的過度冷卻。
[0018]流體也可以替代性地以非調溫的方式例如在室溫下引入工件。特別是具有低導熱性的流體是非常適宜的，因為至少在熱成型的持續時間中不會出現工件的過度冷卻。
[0019]例如在工件引入工具之前或者在設備中，可以使工件達到用于熱成型的溫度，SP達到再結晶溫度以上的溫度、優選達到鋼材的Acl或Ac3溫度以上溫度。
[0020]工具優選至少部分地圍繞工件。工具例如形成為鑄模。該工具例如包括兩個鑄模半部，工件可以放入這兩個鑄模半部中。該工具優選是賦形工具并且例如至少區域性地具有待制構件的凹模形狀。
[0021]為此，對接沖頭在其外圓周面上優選具有密封區域，通過該密封區域工件的空心區域相對外側區域密封。根據待成形的工件的形狀也可以設置兩個或多個對接沖頭。對接沖頭可以具有額外的功能，即，在熱成型期間將工件的材料向后推進。在多于一個對接沖頭的情況下，在所有或僅一個對接沖頭的區域中抵抗工件的冷卻。
[0022]一方面，在設備中的熱成型通過已引入工件空心區域中的流體本身得以實現，從而實現了工件的成型。在此，工件以基本上指向外側的變形力擠壓工具。在高壓下將流體引入工件空心區域中之前，形成為鑄模的工具通常完全地環繞工件。另一方面，在壓力下引入的流體也可以用于在工件空心區域中固定特定的體積。該成型例如可以通過設備的工具從外部進行。直到在適當的壓力下將流體引入之后，形成為鑄模的工具在此才完全地相互閉合。上述方法原則上也可以相互結合地使用。
[0023]根據按照本發明方法的一種設計，通過在對接沖頭