專利名稱：制造熱成型模的方法和具有磨損保護的熱成型模的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于板材構件熱加工的熱成型模，包括上模和下模，它們具有由 易于機械加工的非鐵金屬構成的基體和在基體上設置的模具襯層，所述基體具有冷卻通 道，所述模具襯層形成熱成型模的模具空腔的邊界。本發明還涉及一種制造用于板材構件熱成形加工的熱成型模的方法，該熱成型模 包括上模和下模，它們具有由易于機械加工的非鐵金屬構成的基體和在基體上設置的模具 襯層，所述基體具有冷卻通道，所述模具襯層形成熱成型模的模具空腔的邊界。本發明同樣還涉及一種用于從熱成型模的基體分離模具襯層的方法。
背景技術：
由現有技術已知熱成型模，它們在汽車領域內為了熱加工由工具鋼例如Cr7V構 成的車身結構件而制造。這些模具未涂層地使用，以及為了減少磨損而加以涂層地使用。在這種熱成型模的制造中，大約足有40 %的制造成本是歸于機械加工。在這里，成 本的絕大部分是由純粹的切削加工時間和用于冷卻通道及冷卻孔的加工時間所構成。這些 冷卻通道/冷卻孔要在模具中通過鉆孔和/或銑削制作，其中，例如實施深孔鉆是比較麻煩 的。由于工具鋼非常硬，變形加工模通過很大部分切削加工的制造方式不僅很耗費時 間，而且成本也很高。同時，用于制造實際的變形加工模的模具/工具本身也經受很大的磨 損。變形加工模(其在日常的生產作業中用于板材構件的變形加工)同樣經受很大的 磨損。這種變形加工模或各個部分的更換聯系著高的成本和高的更換費用。必須要將整個 變形加工模從其模具支架中取出。熱成型模由工具鋼構成，其只具有較小的熱導率。在最近時期采用了具有更好熱 導率的特種工具鋼，但在約60W/mk便達到上限。值得追求的是還要更高的熱導率，這一點 利用其他材料雖然可能實現，但材料耐磨性卻達到不到要求。
發明內容
本發明的目的是，降低用于制造和維護熱成型模的成本，并同時保持或提高利用 傳統的鋼制熱成型模所達到的生產率。上述目的按照權利要求1的特征這樣實現，即，模具襯層構造為可拆卸地與基體 連接的磨損保護板。上述目的還利用一種按照權利要求6特征的用于制造熱成型模的方法得以實現。此外，上述目的還利用一種按照權利要求9特征的用于從熱成型模的基體分離磨 損保護板坯的方法得以實現。另外，上述目的還通過一種按照權利要求10特征的用于板材構件的熱成形加工 的熱成型模得以實現。
本發明的有利的實施方案是各從屬權利要求的組成部分。由此便提供了下述優點例如可以由一種工具鋁合金來實現模具基體的制造。這 樣使用的工具鋁合金能夠實現與工具鋼比起來顯著更快速和顯著更經濟的基體切削加工。一般而言，工具鋁大致同鋼一樣貴，不過工具鋁具有較小的密度，因此在相同質量 時具有較大的體積，該較大的體積可供切削加工之用。因此，工具鋁的較大體積對于材料成 本影響不大。磨損保護板應該保護基體免受磨損，并由耐磨性較高的材料構成。磨損保護板比 基體薄得多，并且可以說只是對工件的接觸層。用于為磨損而設的磨損保護板的材料耗用 是很少的。成本利益相當高。磨損保護板可以容易地更換，而不損壞基體。如果磨損保護 板被磨壞，它并不影響到基體，因此可以多次重復使用基體。而且，配有很薄模具襯層的較 厚的基體能夠實現可以在較短時間內排出很大的熱量，這一點特別是允許在變形加工模 中實現加壓淬火，或者一般來說有助于縮短循環時間或改進生產率。在本發明的范圍內，基 體具有比鋼更高的熱導率。優選地，磨損保護板至少局部地通過焊接與基體相連。這樣制得的材料接合式連 接提供了磨損保護板往基體的良好熱傳遞。熱成型模的磨損保護板在閉合狀態下形成一模 具空腔。在首先嵌入薄板坯時，使該薄板坯填滿整個模具空腔并且在兩側全面地貼靠在磨 損保護板上，從而在任何時候都能提供一種經由磨損保護板往基體的良好散熱。在本發明的另一優選實施形式中，磨損保護板機械可拆卸地與基體相連，其中，在 磨損保護板與基體之間設有軟膏狀的導熱劑。軟膏狀的導熱劑保證從磨損保護板向基體的 特別好的熱傳遞。所說導熱劑，在本發明的范圍內也可被理解為一種液態的金屬，通過毛細 作用而保留于縫隙中。也有可能使磨損保護板經由粘合劑與基體相連。對于大面積的熱成型模，以及特 別是因為磨損保護板在成形過程中僅僅部分地受剪切力載荷，作為經濟的材料接合式接合 方法，粘合是適宜的，其保證磨損保護板在基體上足夠牢固的配合。在本發明的范圍內，在一種優選的實施形式中，按照本發明給導熱劑和/或還有 粘合劑摻以熱導率較高的微粒，以便改善熱傳導。這種添加物優選包括鋁粒或銅粒或銀粒、 氮化硼、金剛砂、石墨、鋯石或碳納米管或者至少兩種上述材料的組合。其中特別優選的是，所使用的粘合劑是可熱溶解的。因此，如果更換磨損保護板， 就可以特別簡單、快速和經濟地從基體上去掉粘合劑，以便能施加新的粘合劑及新的磨損 保護板。本發明設定的目的還通過一種按照權利要求6特征的方法得以實現，措施是將 模具襯層構造為可拆卸地與基體連接的磨損保護板，其中，為了成型磨損保護板，將兩個磨 損保護板坯以及同時將設置在磨損保護板坯之間的一個構件板坯共同地由基體加以變形 成形。但在本發明的范圍內也可設想在外部制造磨損保護板。該方法特別的優點是，可以在一個工序中制造出兩個磨損保護板。其中，將一個上 面的磨損保護板坯、一個構件板坯和一個下面的磨損保護板坯插入熱成型模中并直接進行 冷或者熱變形加工。如此制成的這些磨損保護板可以直接保留于熱成型模之中或之上，或 者可以經由附加的措施進行固定(粘合、焊接、機械固定)。還存在優選的可能性，即，使磨 損保護板通過在熱成型模內的散熱而淬火/硬化。
用于從熱成型模的基體分離磨損保護板坯的方法是權利要求8的主題。將帶有磨 損保護板坯的基體裝入一加熱爐中，在該加熱爐中熔化位于基體與磨損保護板之間的焊料 或粘合劑或者使位于基體與磨損保護板之間的粘合劑由熱解除粘合，隨后將磨損保護板從 基體分離。所說的由熱解除粘合(thermischem Entkleben)，在此可被理解為通過加熱粘合 連接的方式來消除粘附力而不損壞基體，例如將整個的上模和/或下模在加熱爐加熱到所
需要的溫度。在另一種可選實施形式中，模具襯層由一種磨損保護涂層構成。該磨損保護涂層 可以直接涂覆到基體上。因此可以實現從磨損保護涂層往基體的理想的熱傳遞。或者可選的是，磨損保護涂層由澆鑄在基體上的鋼構成。由工具鋼構成的磨損保 護涂層同樣能提供高的耐磨性(磨損保護)，同時散熱良好。當然，這樣的磨損保護針對外 形輪廓必須進行精整加工而得到。磨損保護涂層應該由一種比基體更硬的材料構成。它可以具有小于30mm、特別優 選小于IOmm以及特別是小于5mm的厚度。用作為磨損保護涂層的材料比基體的材料具有 更小的熱導率。若磨損保護涂層的厚度保持盡可能小，則仍然能實現從待成形的板材構件 經由磨損保護涂層往基體的很高的熱傳遞。從而能夠實現待制造的板材構件的良好散熱。在另一優選實施形式中，磨損保護涂層由一種金屬噴涂層(火焰噴涂層)構成。金 屬噴涂層在這里特別的優點是，它在磨損以后可以重新加以涂覆并且可以通過對模具襯層 的切削加工重新恢復到所要求的形狀。優選的是，基體具有大于60W/mk的熱導率。特別優選的是，采用一種具有約130W/ mk的熱導率的工具鋁合金。這樣的工具材料能夠在熱成形過程中和此后不久實現特別良好 的散熱，這一點對于生產速度有積極的影響作用。在按照本發明制成的熱成型模中，有可能是在基體中鑄入冷卻通道。可以鑄入銅 管、精煉鋼管、鋁管或鋼管，它們以后作為冷卻通道用于冷卻流體的導引管路。借此，允許將 特別良好地和在制造技術上有利地構造的多種多樣的流動路徑適配于待制造的板材構件 的相應幾何形狀。
借助示意性附圖，由以下說明、優選實施形式可得出本發明的其他的優點、特征、 特性和方面。它們只是用于更加容易地理解本發明。其中示出圖1處于嵌接的熱成型模的橫剖視圖；圖2a)具有磨損保護板的上模和b)具有金屬噴涂層的上模；圖3具有磨損保護板的上模的利用焊接的實施形式和利用導熱軟膏的實施形式， 以及圖4上模，示出了鑄入的冷卻通道。
具體實施例方式在附圖中，對于相同的或類似的部分/部件采用了同樣的標記，其中，即使是出于 簡化之目的而未作重復描述，相應的或相當的優點也可實現。
圖1表示出按照本發明的熱成型模1的橫剖視圖。該熱成型模1是以閉合狀態示 出的。被變形加工的板材構件2處在上模3與下模4之間。上模3和下模4在此包括具有 冷卻通道5的基體6。排熱流體流過這些冷卻通道5。在基體6上，在板材構件那側設有一 模具襯層7。模具襯層7保護基體6免受高磨損并且形成模具空腔8的邊界。由于板材構 件2被加熱而進行制造的板材構件2經由模具襯層7往基體6的熱傳遞W。接著該熱傳遞 W，是在基體6內部的熱傳導。由所制造的板材構件2放出的熱量從基體6排入冷卻通道5 中并且最后被排入冷卻介質。圖加示出了作為磨損保護板9的模具襯層7。磨損保護板9通過力鎖合、形狀鎖 合和/或材料接合的連接固定在上模3的基體6上。同時在磨損保護板9與基體之間可以 設置導熱劑10或粘合劑11。但也可以在磨損保護板9與基體6之間設置焊料或液態金屬。
為了在上模3和下模4上制造出磨損保護板9，將一個三重薄板(包括上面的磨損 保護板坯12、構件板坯13和下面的磨損保護板坯12)置入熱成型模1中。通過熱成型模1 的變形加工過程，不僅由構件板坯13制造出板材構件2，而且還由磨損保護板坯12制造出 磨損保護板9。為了從基體6中除去磨損保護板9，可以將兩構件一起裝入加熱爐14中。這樣，通 過加熱而解除了基體6與磨損保護板9之間的連接，兩個構件便可彼此分離。在另一優選的實施形式中，也可以通過焊料15制造磨損保護板坯12與基體6之 間的連接。圖3示出上模3的剖視圖，其中，通過一種磨損保護涂層17構成一模具襯層16。 將磨損保護涂層17可以用涂層方法涂覆到上模3的基體6上并通過切削加工進行精整加 工。在一種優選的實施方案中，將磨損保護涂層17構造為金屬噴涂層18。圖3示出了磨損 保護涂層17的未加工狀態。圖4示出上模3的橫剖視圖，它按照本發明具有一磨損保護板9，該磨損保護板在 加入導熱劑10的情況下被固定在上模3上。在圖4中，基體6是構造為鑄件。在該鑄件 中可鑄入用于排熱流體的流動導向的冷卻通道5，如示意的那樣，它們適配于模具的外形輪
廓。
附圖標記
1熱成型模
2板材構件
3上模
4下模
5冷卻通道
6基體
7模具襯層
8模具空腔
9磨損保護板
10導熱劑
11粘合劑
12磨損保護板坯
13構件板坯
14加熱爐
15焊料
16模具襯里
17磨損保護涂層
18金屬噴涂層
W熱傳遞
權利要求
1.用于板材構件O)的熱成形加工和加壓淬火的熱成型模(1)，包括上模C3)和下模 G)，它們具有由易于機械加工的非鐵金屬構成的基體(6)和在所述基體(6)上設置的模具 襯層(7)，所述基體具有冷卻通道(5)，所述模具襯層形成所述熱成型模(1)的模具空腔(8)的邊界；其特征在于，所述模具襯層(7)構造為可拆卸地與所述基體(6)連接的磨損保護板 ⑶。
2.按照權利要求1所述的熱成型模，其特征在于，所述磨損保護板(9)至少局部地通過 焊接與所述基體(6)相連。
3.按照權利要求1或2所述的熱成型模，其特征在于，所述磨損保護板(9)機械可拆 卸地與所述基體(6)相連，其中，在磨損保護板(9)與基體(6)之間設有軟膏狀的導熱劑 (10)。
4.按照權利要求1至3之一項所述的熱成型模，其特征在于，所述磨損保護板(9)經由 粘合劑(11)與所述基體(6)相連。
5.按照權利要求4所述的熱成型模，其特征在于，所使用的粘合劑(11)能由熱解除粘I=I O
6.制造用于板材構件( 熱成形加工的熱成型模(1)的方法，該熱成型模包括上模 (3)和下模G)，它們具有由易于機械加工的非鐵金屬構成的基體(6)和在所述基體(6)上 設置的模具襯層(7)，所述基體具有冷卻通道(5)，所述模具襯層形成熱成型模(1)的模具 空腔(8)的邊界；其特征在于，將所述模具襯層(7)構造為可拆卸地與所述基體(6)連接的 磨損保護板(9)，其中，為了成型所述磨損保護板(9)，將兩個磨損保護板坯(12)以及同時 將設置在磨損保護板坯(12)之間的一個構件板坯(13)共同地由基體(6)熱壓成形和加壓 淬火。
7.按照權利要求6所述的方法，其特征在于，在成型過程中給所述磨損保護板(9)配 備粘合劑(11)或焊膏(15)，從而使磨損保護板被同時熱壓成形、加壓淬火并且連接于模具 (1)的基體(6)。
8.按照權利要求6或7所述的方法，其特征在于，在所述基體(6)與所述磨損保護板 (9)之間設置軟膏狀的導熱劑(10)。
9.用于從按照權利要求1至5之一項所述的熱成型模(1)的基體(6)分離磨損保護板 坯(12)的方法，其特征在于，將帶有磨損保護板(9)的基體(6)裝入一加熱爐(14)中，在 該加熱爐中熔化位于基體(6)與磨損保護板(9)之間的焊料(15)或粘合劑(11)或者使位 于基體(6)與磨損保護板(9)之間的粘合劑由熱解除粘合，隨后將磨損保護板(9)從基體 (6)分離。
10.用于板材構件O)的熱成形加工的熱成型模，包括上模和下模(3、4)，它們具有由 易于機械加工的非鐵金屬構成的基體(6)和在所述基體(6)上設置的模具襯層(16)，所述 基體具有冷卻通道(5)，所述模具襯層形成所述熱成型模(1)的模具空腔(8)的邊界；其特 征在于，模具襯層(16)由一種磨損保護涂層(17)構成。
11.按照權利要求10所述的熱成型模，其特征在于，所述磨損保護涂層(17)由澆鑄在 所述基體(6)上的鋼構成。
12.按照權利要求10所述的熱成型模，其特征在于，所述磨損保護涂層(17)由一種金 屬噴涂層(18)構成。
13.按照權利要求1至12之一項所述的熱成型模，其特征在于，所述基體(6)具有大于 60ff/mk的熱導率。
14.按照權利要求1至13之一項所述的熱成型模，其特征在于，所述基體(6)由鋁合金 構成。
15.按照權利要求1至14之一項所述的熱成型模，其特征在于，冷卻通道( 是鑄入所 述基體(6)中的。
16.按照權利要求15所述的熱成型模，其特征在于，所述冷卻通道(5)由銅、精煉鋼、鋁 或鋼構成。
全文摘要
本發明涉及制造熱成型模的方法和具有磨損保護的熱成型模。用于板材構件(2)熱成形加工的熱成型模(1)包括至少一個受冷卻的上模和一個下模(3、4)。其中，所述上模或下模(3、4)具有基體(6)，該基體構造有一模具襯層(7)。基體(6)優選由鋁合金構成，模具襯層(7)優選由工具鋼構成。模具襯層(7)優選作為磨損保護板(9)或金屬噴涂層(18)被施加到基體(6)上并且能夠通過盡可能小的厚度實現板材構件(2)往上模或下模(3、4)的特別良好的熱傳遞(W)。為了提高散熱能力，上模或下模(3、4)的相應基體(8)設有冷卻通道(5)。這些冷卻通道(5)用于排熱流體的流動導向。
文檔編號B21D37/16GK102139326SQ201010588730
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月15日 優先權日2009年12月16日
發明者C·本特勒爾, J·德爾, M·佩爾曼 申請人:本特勒爾汽車技術有限公司