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用于使毛坯熱成型的系統(tǒng)和方法

文檔序號:3118290閱讀:140來源:國知局
用于使毛坯熱成型的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于使毛坯(P)熱成型的系統(tǒng),其具有至少一個加熱裝置(4)和至少一個壓制裝置(2),所述壓制裝置被布置在所述至少一個加熱裝置(4)的下游,其中在壓制裝置(2)的下游提供至少一個再加熱裝置(6),以用于通過熱量至少部分地作用于在壓制裝置中成型的毛坯(P)上。
【專利說明】用于使毛坯熱成型的系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于使毛坯熱成型的系統(tǒng),以及一種用于使毛坯熱成型的相應(yīng)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]金屬板的熱成型在部件的加工中,特別地用于車體,是一個相對新的發(fā)展趨勢。在本申請的上下文中,被用于該情況中的金屬板根據(jù)成型【技術(shù)領(lǐng)域】中所用的貿(mào)易語言也被稱為“毛坯”。毛坯通常由相應(yīng)地被切割成一定的尺寸、沖壓、連接和/或預(yù)成型的金屬板構(gòu)成。然而,本發(fā)明的方法不僅能夠用于相應(yīng)地制備好的金屬板,還能夠用于所使用的原料。所以,本發(fā)明涉及所有工件和半成品,其能夠例如通過壓制和/或深沖壓在相應(yīng)的成型操作中被成形。
[0003]熱成型使得能夠自由回跳加工具有復(fù)雜幾何形狀的高強度部件,并且使得能夠顯著地降低例如其所生產(chǎn)的車體的重量,以及改進例如在相應(yīng)車輛中的乘客的安全性。
[0004]由于對結(jié)構(gòu)部件的強度和剛度有更嚴格的要求,特別是在車輛中,所以對于這些應(yīng)用越來越多地使用高強度和超高強度的鋼材。增加的強度可以降低車輛的重量,使得特別地,能夠降低污染物的排放和燃油消耗。在當前的車型中,熱成型部件的使用可以降低超過30kg的重量。
[0005]熱成型方法本質(zhì)上是成型和硬化技術(shù)的組合。相應(yīng)鋼材的使用,例如,例如錳硼鋼可以獲得高達l,500MPa的強度。在模壓淬火方法中,例如,毛坯被加熱到高于完全成奧氏體溫度的溫度,例如,高于850°C,隨后毛坯在工具中被淬火。這樣獲得具有所需強度的所需馬氏體結(jié)構(gòu)。在工具中成型加工和淬火加工的組合有時也被稱為模壓淬火或成型硬化。
[0006]在用于汽車車體的超高強度材料的熱成型中,例如,所謂的輥底式爐被用于預(yù)熱毛坯。這種爐的加熱通常借助于被電加熱的輻射管或借助于氣體燃燒器來實現(xiàn)。為了實現(xiàn)最短加工循環(huán)時間,有利的是在系統(tǒng)中提供預(yù)熱部件的一定“儲備”?;鼗痄摬牡臒崽幚頃r間是限定相應(yīng)壓制的循環(huán)時間的決定性參數(shù)。輥底式爐具有高達40米的長度,所以具有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)要求,所述結(jié)構(gòu)要求包括有效除去余熱。被用作用于預(yù)熱部件的輥底式爐的替換的轉(zhuǎn)鼓式窯也具有相應(yīng)的缺點。它們也借助于輻射管被加熱,在效率上很不令人滿意。
[0007]模壓淬火部件的特征在于它們高的強度和剛度。如上所述,這使得可以降低金屬板的厚度并且因此降低重量。然而,問題是低的斷裂延伸率,這能導(dǎo)致在隨后的加工步驟期間例如當焊接在其他部件上時形成裂紋。這是為什么希望以模壓淬火的方式實現(xiàn)例如車體部件的某些區(qū)域,并且實現(xiàn)相同部件的其他區(qū)域使得它們具有較高的延展性并因此能夠吸收由于塑性變形而產(chǎn)生的更多能量。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)嘗試產(chǎn)生這種局部的不同特性或所謂的“定制特性”,包括有目的地影響相應(yīng)的半成品的合金構(gòu)成,所謂的“定制焊接毛坯”的制造,即由不同材料連接成的毛坯,借助于感應(yīng)加熱技術(shù)或傳導(dǎo)加熱技術(shù)被部分(局部)加熱,借助于局部加熱部分地回火模壓淬火工具的某些區(qū)域并且遮掩某些部件區(qū)域,以便抑制相應(yīng)的輥底式爐中的加熱(以及因此成為奧氏體)。然而,這些方法精細復(fù)雜,因此常常不令人滿意并且非常昂貴。
[0009]因此,需要改進的選擇方案,以用于制造具有局部不同特性的毛坯。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]基于這些情況,本發(fā)明提出了一種用于使毛坯熱成型的系統(tǒng),以及相應(yīng)的用于使毛坯熱成型的方法,其具獨立權(quán)利要求的各個特征。優(yōu)選的實施方案形成從屬權(quán)利要求以及下面的描述。
[0011]由于根據(jù)本發(fā)明所提出的至少部分再加熱的操作,所以能以特別有效的方式獲得具有局部不同特性的毛坯和部件,其中在壓制裝置中成型或模壓淬火毛坯之后實施所述再加熱操作。根據(jù)本發(fā)明,尤其可以實現(xiàn)具有所需材料特性的非常復(fù)雜的形狀,例如在任何位置處具有增加的延展性。
[0012]如上所述的術(shù)語“毛坯”應(yīng)該在本申請的上下文中被全面地解釋。該術(shù)語包括金屬板、半成品產(chǎn)品、連接的和/或預(yù)成型的部件,其在相應(yīng)的系統(tǒng)中被熱成型,特別是模壓淬火。
[0013]本發(fā)明的特別有利的方面涉及使用預(yù)混合的氫-氧燃燒器或燃氣-氧氣燃燒器。例如,這種類型的燃燒器基本上從例如DE10345411A1已知。例如,預(yù)混合燃氣-氧氣燃燒器被用于所謂的玻璃部件,特別是鉛晶質(zhì)玻璃或鈉鈣玻璃的部件的熱光滑法。在這種情況下,玻璃部件的至少部分表面通過燃燒器被加熱和熔化。相應(yīng)的燃燒器也被公知為所謂的Hydropox燃燒器,并且以該商標名稱被本 申請人:所出售。
[0014]預(yù)混合燃氣-氧氣燃燒器,特別是氫氧燃燒器的特征在于特別高的傳熱效率。比起所謂的外部混合燃燒器,燃氣和氧氣的燃料混合物已經(jīng)被供給到預(yù)混合燃氣-氧氣燃燒器的燃燒器頭部,而不是最終在相應(yīng)的燃燒器頭部中產(chǎn)生。預(yù)混合燃燒器產(chǎn)生特別強烈的火焰,其適合于熔化較大的表面面積,該表面面積還可能具有凹陷或其他不規(guī)則的特征。根據(jù)本發(fā)明,相比于外部混合的燃燒器,確定這是決定性的優(yōu)點。外部混合的燃燒器僅僅能夠產(chǎn)生柔和的火焰,其特別是不能夠穿透到表面的角落、孔或凹陷中。因此,使用預(yù)混合燃燒器可以局部加熱相應(yīng)毛坯的某些區(qū)域,特別是具有不同形狀的區(qū)域。盡管通過外部混合燃燒器延長加熱也可以實現(xiàn)高溫,但是可能發(fā)生整個毛坯被加熱不是僅僅所需區(qū)域被加熱。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的特別優(yōu)選的實施方案,實現(xiàn)至少一個再加熱裝置,使得它能夠被立體導(dǎo)向和/或立體移動。例如,根據(jù)本發(fā)明所使用的再加熱裝置可以被安裝在工業(yè)機器人上。這使得可以沿著成型毛坯的表面或在該表面上準確地引導(dǎo)和定位再加熱裝置,使得它能夠在所需的區(qū)域(部分地)中被均勻地加熱到所需的溫度范圍,例如6500C _850°C,特別是 7000C _800°C,優(yōu)選約 750。。。
[0016]加熱裝置(特別是用于在壓制裝置中成型操作之前完全地加熱毛坯)優(yōu)選以奧氏體化裝置的形式被實現(xiàn)。在該情況中完全的奧氏體化是優(yōu)選的。奧氏體化提供所需的材料特性,其使得可以隨后壓制并同時冷卻或淬火毛坯,然后至少部分加熱(再加熱)毛坯。特別地,相應(yīng)的奧氏體化裝置被設(shè)計用于局部加熱毛坯到750-1050°C,特別是800-1000°C,例如850-950°C的溫度。相應(yīng)的溫度取決于各個材料并且位于奧氏體化溫度之上。例如,上述錳硼鋼的奧氏體化溫度在大約850°C。如果相應(yīng)的毛坯被預(yù)加熱到稍微低于奧氏體化溫度的溫度,那么通過相應(yīng)的燃燒器能快速達到奧氏體化溫度或者超過,特別是在毛坯的預(yù)定區(qū)域中。在壓制或成型操作期間,在這種冷卻加工中,毛坯優(yōu)選被冷卻到100-200°C的溫度,其中冷卻到室溫和250°C之間的任何溫度也是可能的。
[0017]而且,有利的是,相應(yīng)的系統(tǒng)的特征還在于具有至少一個用于將毛坯裝載到系統(tǒng)中的裝載裝置和/或至少一個用于將毛坯傳送到系統(tǒng)的至少一個壓制裝置中的傳送裝置和/或至少一個用于將毛坯傳送到再加熱裝置的傳送裝置。
[0018]所述至少一個加熱裝置有利地包括至少一個鏈斗式爐。例如,可以使用通常公知的垂直鏈斗式爐,其具有改進的能量效率并且特別是傳統(tǒng)的輥底式爐的替代品,傳統(tǒng)的輥底式爐如上所述具有大的結(jié)構(gòu)尺寸因此具有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)要求。例如,鏈斗式爐能夠被電加熱或者通過燃料加熱,并且能夠在相應(yīng)的溫度范圍內(nèi)操作,使得確保有效的和可靠的加熱加工。
[0019]根據(jù)毛坯的各個材料調(diào)節(jié)各個溫度。如上所述,錳硼鋼的完全奧氏體化溫度在大約850°C。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠容易地從可獲得的材料參數(shù)中得到相應(yīng)的溫度。
[0020]有利的是,還通過至少一個預(yù)混合氫-氧燃燒器或燃氣-氧氣燃燒器來加熱裝置。這同樣可實現(xiàn)對毛坯非常有效的,并且特別是區(qū)域加熱。
[0021]盡管這種加熱裝置,特別是奧氏體化裝置,在本發(fā)明中被優(yōu)選用于毛坯的完全奧氏體化,但是它還可以被用于部分地加熱毛坯,特別是用于奧氏體化毛坯,即用于加熱或奧氏體化毛坯的某些區(qū)域或局部區(qū)域。在該情況下,預(yù)混合氫-氧燃燒器中的至少一個燃燒器火焰可以被引導(dǎo)至待部分加熱,特別是奧氏體化的區(qū)域上。因此,相應(yīng)的燃燒器裝置特別地可以實現(xiàn)對區(qū)域的限定局部奧氏體化,在所述區(qū)域中可隨后例如通過模壓淬火獲得高的局部強度。然而,在模壓淬火操作之后在非奧氏體化區(qū)域中確保材料足夠的延展性。這樣,可以想到的是,例如,可以使得在成型操作之前借助于加熱裝置通過這種部分加熱加工在毛坯的第一區(qū)域中,以及在隨后的成型操作中借助于再加熱裝置通過加熱加工在毛坯的第二區(qū)域中具有所需的延展性。
[0022]在相應(yīng)的系統(tǒng)中,加熱裝置,特別地奧氏體化裝置,和預(yù)加熱裝置有利地以一個結(jié)構(gòu)單元的形式實現(xiàn)。這使得可以實現(xiàn)緊湊且能量效率的系統(tǒng),該系統(tǒng)具有小的結(jié)構(gòu)尺寸并且例如僅僅需要一個隔熱。
[0023]本發(fā)明的方法包括以下步驟:將毛坯裝載到本發(fā)明的系統(tǒng)中,在加熱裝置,特別是奧氏體化裝置中至少局部加熱或奧氏體化所述毛坯,在壓制裝置中通過壓制使毛坯成型并且隨后在再加熱裝置中至少部分加熱所述毛坯。如上所述,所述壓制操作還可以涉及模壓淬火加工。
[0024]本發(fā)明用于使毛坯熱成型的系統(tǒng)和方法同樣地受益于上述優(yōu)點。
[0025]不用說的是上述特征以及下面將描述的特征,不僅僅能夠在分別所述的組合中被使用,而且在不偏離本發(fā)明范圍的情形下能夠在其他組合或個體中被使用。
[0026]在附圖中示意性地圖解了本發(fā)明的示范性實施例,并且參考附圖在下面更詳細地描述該實施例。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖I顯示了根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選的實施方案,用于使毛坯熱成型的系統(tǒng)的示意圖。
[0028]圖2顯示了適用于本發(fā)明的一個實施方案的燃燒器頭部的示意圖。
[0029]圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案,用于使毛坯熱成型的方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0030]如果適用,在附圖中相同功能或操作的元件用相同的附圖標記來表示,并且出于簡化的目的它們的描述不被重復(fù)。
[0031]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選的實施方案,用于使毛坯熱成型的系統(tǒng)。該系統(tǒng)整體由附圖標記10來表示。它的特征是裝載裝置3,其中相應(yīng)的毛坯P,例如沖壓的金屬板件能夠沿箭頭的方向(下部水平箭頭)被裝載到相應(yīng)的系統(tǒng)中。提供加熱裝置4并且其特征是所示意的鏈斗式爐4a。毛坯P沿箭頭的方向被傳送到加熱裝置4的下部區(qū)域中,升起(如垂直箭頭所表示),并且在被升起的同時被持續(xù)地加熱。毛坯可以在鏈斗式爐4a中以使它們奧氏體化的方式被加熱。然而,圖1顯示的實施方案中,加熱裝置4的特征是被布置在鏈斗式爐4a下游的奧氏體化裝置4b。在該情況中,鏈斗式爐用于預(yù)熱毛坯。
[0032]毛坯P再次離開鏈斗式爐4a的上部區(qū)域,即沿箭頭的方向(上部水平箭頭)。隨后,它們通過奧氏體化裝置4b,該奧氏體化裝置的特征是燃燒器14以三火焰燃燒器的形式表示。燃燒器14可以具有任意個數(shù)的燃燒器火焰。燃燒器14還可以移動并且連續(xù)地作用在毛坯P的不同區(qū)域上。為此,可以提供相應(yīng)的移動裝置,該移動裝置還能夠例如通過使用相應(yīng)的控制以完全自動的方式驅(qū)使。毛坯P沿箭頭的方向通過奧氏體化裝置4b,同時被加熱到位于相應(yīng)的材料的奧氏體化溫度之上的溫度(例如,900°C )。
[0033]隨后毛坯P到達傳送裝置5,借助于該傳送裝置毛坯被傳送到壓制工具8。壓制工具8以所需的方式使毛坯成型,其中毛坯在成型操作期間被同時冷卻到約200°C或更低。
[0034]由于該優(yōu)選以超過30K/sec的速率發(fā)生的冷卻或淬火加工,在毛坯的奧氏體化區(qū)域中產(chǎn)生馬氏體結(jié)構(gòu)或硬質(zhì)結(jié)構(gòu)。
[0035]如上所述,成型的毛坯在該狀態(tài)下具有約200°C的溫度。在該狀態(tài)下,現(xiàn)在借助于再加熱裝置16成型的毛坯被部分地加熱,所述再加熱裝置的特征是至少一個預(yù)混合氫-氧燃燒器18或燃氣-氧氣燃燒器。這樣,硬質(zhì)結(jié)構(gòu)被轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌辖Y(jié)構(gòu),所述混合結(jié)構(gòu)例如在成型毛坯被加熱的位置處具有改進的延展性。
[0036]例如,再加熱裝置16可以被安裝在(未圖示的)工業(yè)機器人上,使得燃燒器18能夠被立體移動和導(dǎo)向。這使得可以沿著部件表面準確地引導(dǎo)燃燒器18,使得它能夠在所需的區(qū)域中被均勻地加熱到約650至850°C的溫度。這樣獲得的結(jié)構(gòu)改變導(dǎo)致例如降低的硬度和增加的伸長率或延展性。在實驗測試中,例如,可以提高延展性高達18%。
[0037]燃燒器18可以具有任意的幾何形狀(還可以具有較小的直徑,例如用于焊接點區(qū)域),并且因此能夠加熱部件的或成型毛坯P的各個區(qū)域。在這種情況下,能量傳遞非常有效,并且處理時間能夠被降低到幾秒。
[0038]相比于其他的加熱技術(shù),例如,由于內(nèi)側(cè)半徑不能被恰當?shù)丶訜岫贿m用于立體幾何形狀或毛坯形狀的感應(yīng)加熱,本發(fā)明具有明顯的優(yōu)點。
[0039]相比于傳統(tǒng)的激光輔助方法,本發(fā)明的方法還提供了優(yōu)點。盡管激光輔助方法通常能夠執(zhí)行相似的任務(wù),但是高能量密度和相對小的聚焦表面需要非常高的努力,例如用于加熱較大的連貫區(qū)域,使得該類型的方法在實際應(yīng)用中效率較低。
[0040]本發(fā)明的方法可以隨后以高度靈活和有效的方式加熱毛坯,特別是立體成型的毛坯,例如UHS鋼的硬毛坯的部分區(qū)域,其中材料的延展性能夠增加到足夠的值用于有目的的變形。
[0041]根據(jù)本發(fā)明所使用的燃燒器使得可以實現(xiàn)例如表面積高達10乘以20cm2的焦曲面。特別優(yōu)選的是使用可以實現(xiàn)2cm X 2cm或4cm X 2cm的焦曲面的燃燒器。
[0042]在圖2中圖解了本發(fā)明的燃燒器頭部的優(yōu)選實施方案。
[0043]在圖2中,由附圖標記22來表示根據(jù)本發(fā)明的適合的預(yù)混合燃燒器頭部。
[0044]根據(jù)本發(fā)明所使用的預(yù)混合氫-氧燃燒器的特征是通道221,氫氧混合物能夠通過該通道被供給到燃燒器頭部22,并且能夠產(chǎn)生非常強烈的燃燒器火焰,確保非常良好的能量傳送。這使得可以,特別是,以更可靠的方式將所需的熱量作用在具有凹部或更復(fù)雜輪廓的區(qū)域上。在這種情況下,相應(yīng)的氣體混合物因此已經(jīng)以混合物的形式退出燃燒器噴嘴223并且在該位置處被點燃。
[0045]圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明一個特別優(yōu)選的實施方案,方法100的流程圖。在第一步驟101中相應(yīng)的毛坯P由金屬板沖壓成。在第二步驟102中,這些毛坯例如,借助于裝載裝置被裝載到本發(fā)明的熱成型系統(tǒng)中。該裝載過程可連續(xù)發(fā)生。在步驟103中,毛坯P在系統(tǒng)中被預(yù)加熱,其中上述裝置可以用于該目的。然后,在步驟104中發(fā)生上述類型的奧氏體化。在奧氏體化之后,在步驟105中,毛坯P借助于傳送裝置被傳送到壓制工具中,然后在步驟106中在所述壓制工具中毛坯被成型或壓制并且同時淬火。在壓制工具中淬火加工之后,在該狀態(tài)下可具有復(fù)雜的立體形狀的模壓淬火毛坯借助于再加熱裝置,特別是預(yù)混合氫-氧燃燒器或燃氣-氧氣燃燒器以所需的方式被部分加熱(步驟107),使得在加熱的區(qū)域中能夠獲得具有所需特性(例如,改進的延展性)的混合結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于使毛坯(P)熱成型的系統(tǒng),所述系統(tǒng)具有至少一個加熱裝置(4)和至少一個壓制裝置(2),所述壓制裝置被布置在所述至少一個加熱裝置(4)的下游并且用于使毛坯成型,其特征在于,在壓制裝置(2)的下游提供至少一個再加熱裝置(16),所述再加熱裝置用于使熱量至少部分地作用于在所述壓制裝置中成型的毛坯(P)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng),其特征在于,所述再加熱裝置(16)的特征是至少一個預(yù)混合氫-氧燃燒器或預(yù)混合燃氣-氧氣燃燒器(18)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng),其特征在于,所述再加熱裝置(16)能夠被立體移動和/或?qū)颉?br> 4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng),其特征在于,所述加熱裝置(4)為奧氏體化裝置的形式。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)還具有用于將毛坯裝載到系統(tǒng)中的裝載裝置(3)和/或用于將毛坯傳送到所述至少一個壓制裝置中的至少一個傳送裝置和/或用于將成型的毛坯傳送到所述至少一個再加熱裝置(16)中的至少一個傳送>j-U ρ?α裝直。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng),其特征在于,所述加熱裝置(4)包括至少一個鏈斗式爐。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng),其特征在于,所述加熱裝置的特征是至少一個預(yù)混合氫-氧燃燒器或預(yù)混合燃氣-氧氣燃燒器。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng),其特征在于,所述壓制裝置(8)以如下的方式被實現(xiàn):在使毛坯成型的同時,將毛坯冷卻到室溫至300°C,特別是150°C至250°C或者小于.200°C的溫度。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng),其特征在于,已成型毛坯的部分區(qū)域在所述再加熱裝置(16)中被加熱到約650-850°C,特別是700-800°C,優(yōu)選約750°C的溫度。
10.一種用于使毛坯熱成型的方法,其中所述毛坯被裝載到根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng)中,在所述系統(tǒng)的加熱裝置中被加熱到奧氏體化溫度,在壓制裝置中成型并且同時被冷卻,然后在再加熱裝置中被至少部分地加熱到約650-850°C,特別是700-800°C,優(yōu)選約750°C的溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法,其特征在于,涂覆毛坯被熱成型,特別是涂覆有鋁、硅酮或鋅的毛坯被熱成型。
【文檔編號】B21J1/06GK104174795SQ201410279641
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月23日
【發(fā)明者】M·博爾斯 申請人:林德股份公司
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