熱模成型組件以及制造熱處理部件的方法
【專利說明】熱模成型組件以及制造熱處理部件的方法
[0001]在先申請的交叉引用
[0002]本PCT專利申請要求于2013年2月6日提交的名稱為“Hot Die Forming AssemblyAnd Method Of Making A Heat Treated Part”的美國臨時專利申請序列號61/761，265 的優(yōu)先權(quán)，該申請的全部公開內(nèi)容被看作是本申請公開內(nèi)容的一部分并且因此通過參引并入本申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明總體上涉及對部件進行定形以及熱處理。
【背景技術(shù)】
[0004]很多金屬部件例如汽車部件的制造既需要定形操作又需要熱處理操作。多種不同類型的定形操作包括例如沖壓、擠壓、機械加工、乳制成型、液壓成型等。熱處理操作通常包括將部件加熱至預(yù)定溫度例如奧氏體相變溫度，并且使該部件以預(yù)定速率冷卻。所選的冷卻速率將影響金屬的顯微結(jié)構(gòu)并且因此影響部件的機械性能。
[0005]—種特殊類型的定形操作包括將金屬坯料放置到模具組件中并且使具有一定式樣的一對模具圍繞坯料閉合，以使坯料變形成具有預(yù)定形狀的工件。接下來，將模具彼此分開并且將工件從模具組件移除。在將工件從模具組件移除之后，對工件進行熱處理以提供所需的顯顯微結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一方面包括一種制造工件的方法。該方法包括準備模具組件的步驟，該模具組件包括一對模具，其中，模具中的至少一個模具具有模座、多個成型件和至少一個可壓縮構(gòu)件，多個成型件與模座以可操作的方式聯(lián)接，至少一個可壓縮構(gòu)件夾置在模座與成型件中的至少一個成型件之間。該方法以將坯料定位在模具組件中的一對模具之間的步驟繼續(xù)。該方法以使模具中的至少一個模具朝向另一模具移動的步驟繼續(xù)。該方法以壓縮至少一個可壓縮構(gòu)件，以使成型件中的至少一個成型件相對于成型件中的其他成型件移動的步驟繼續(xù)。該方法以通過多個成型件使坯料變形的步驟繼續(xù)。該方法以如下的步驟繼續(xù):將所述一對模具分開預(yù)定距離，使得成型件中的至少一個成型件與已變形的坯料分開，同時至少一個可壓縮構(gòu)件擴展以使成型件中的至少一個成型件與已變形的坯料保持接合。該方法還包括如下的步驟:在將所述一對模具分開預(yù)定距離之后，通過與已變形的坯料接合的至少一個成型件以傳導(dǎo)的方式冷卻小于已變形的坯料的整個表面。
[0007]使用相同的設(shè)備對坯料的預(yù)定部分既進行定形處理也進行熱處理。這允許在部件的制造中減少制造時間并且提高的成本效益。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該方法還包括在以傳導(dǎo)的方式冷卻小于已變形的工件的整個表面的步驟之后，將模具中的至少一個模具朝向另一模具移動，以使所有成型件與已變形的工件接合的步驟，以及以傳導(dǎo)的方式冷卻已變形的工件的大致整個表面的步驟。這由于允許在模具組件內(nèi)對大致整個部件進行熱處理而是有利的。此外，閉合模具組件具有補償工件中可能由于不均勻冷卻而引起的任何變形的效果。
[0009]本發(fā)明的另一方面提供一種用于將坯料定形成工件的成型組件。該成型組件包括一對模具，所述一對模具能夠朝向彼此以及遠離彼此地移動。模具中的至少一個模具具有模座、多個成型件和至少一個可壓縮構(gòu)件，多個成形件與模座以可操作的方式聯(lián)接，至少一個可壓縮構(gòu)件夾置在模座與成型件中的至少一個成型件之間。至少一個可壓縮構(gòu)件由能夠彈性變形的材料制成，以使成型件中的至少一個成型件相對于相鄰的成型件移動。具有成型件的至少一個模具還包括用于吸取來自工件的熱量的冷卻系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0010]通過參照結(jié)合附圖考慮下文的詳細描述，本發(fā)明的這些及其他特征和優(yōu)點將容易地領(lǐng)會，同時變得更好地理解，其中:
[0011]圖1為示例性部件的立體正視圖；
[0012]圖2為圖1中示出的部件的一部分的顯微結(jié)構(gòu)的放大圖；
[0013]圖3為圖1中示出的部件的不同部分的顯微結(jié)構(gòu)的放大圖；
[0014]圖4為具有一對處于打開位置的模具的示例性模具組件的立體圖；
[0015]圖5為圖4中示出的模具組件的模具中的一個模具的截面圖；
[0016]圖6為圖4的模具的處于閉合位置的截面圖；以及
[0017]圖7為圖4的模具的處于中間位置的截面圖。
【具體實施方式】
[0018]參照附圖，其中，貫穿若干附圖，相同的附圖標記表示相應(yīng)的部件，圖1中總體上示出了由鋼或鋼合金制成的一體式?jīng)_壓汽車部件20的示例性實施方式。如圖1至圖3中所示，示例性汽車部件20根據(jù)不同的冶金顯微結(jié)構(gòu)分成多個部分22、24或區(qū)域。具體地，示例性部件20包括相互間隔開并具有第一顯微結(jié)構(gòu)的兩個部分22 (在下文中被稱為“未回火部”)和相互間隔開并具有與第一顯微結(jié)構(gòu)不同的第二顯微結(jié)構(gòu)的兩個部分24(在下文中被稱為“回火部”)。在示例性汽車部件20中，未回火部22的第一顯微結(jié)構(gòu)是未回火馬氏體(圖2中示出)，并且回火部24的第二顯微結(jié)構(gòu)是回火馬氏體(圖3中示出)。不同的顯微結(jié)構(gòu)對未回火部22和回火部24提供不同的機械性能或特性，從而允許部件20針對特定的應(yīng)用進行優(yōu)化?？梢曰诓考?0所需的應(yīng)用來選擇部件20上不同部分22、24的位置、幾何形狀和特定的顯微結(jié)構(gòu)。例如，回火部24可以位于部件20的需要增大韌性的區(qū)域，未回火部22可以位于部件20的需要增大硬度的區(qū)域。如下文將進一步詳細論述的，部件20還可以設(shè)置有任意所需數(shù)量的不同的顯微結(jié)構(gòu)，并且特定的顯微結(jié)構(gòu)可以是例如馬氏體、回火馬氏體、貝氏體、珠光體等的任意組合。部件20可以是例如車身的A柱、B柱或C柱、或懸架系統(tǒng)的控制臂、或一系列其他汽車或非汽車部件。
[0019]在模具組件26上進行沖壓過程期間以及緊接在該模具組件26上進行沖壓過程之后，利用如在沖壓過程中使用的同一模具組件26將未回火部22和回火部24形成為一體式部件20?，F(xiàn)參照圖4，示例性實施方式的模具組件26包括上模具28和下模具30，該上模具28和下模具30能夠在打開位置(圖4中示出)、閉合位置(圖6中示出)與中間位置(圖7中示出)之間相對彼此地移動。模具28、30中的每一者均具有模座32、34和多個成型件36、38，并且成型件36、38中的每一者均具有背離相應(yīng)的模座32、34的成型表面。如所示出的，成型表面彼此配合以呈現(xiàn)用于將坯料定形成部件20的腔40。在示例性實施方式中，每個模具28、30的成型件36、38具有相似的高度。然而，應(yīng)當領(lǐng)會的是，可以替換地采用具有不同高度的成型件。
[0020]液壓缸或氣壓缸或由彈性可壓縮的材料(例如，氯丁橡膠)或制成的多個可壓縮構(gòu)件42、44或盤或夾置在模座32、34與相應(yīng)的成型件36、38之間，以允許成型件36、38在模具組件26的操作過程期間相對彼此運動，如下文將進一步詳細論述的。現(xiàn)參照圖5，當下模具30處于打開位置時，可壓縮構(gòu)件中的兩個可壓縮構(gòu)件42a(下文的“薄的可壓縮構(gòu)件42a”)具有第一厚度h，并且可壓縮的構(gòu)件中的兩個可壓縮構(gòu)件42b(下文的“厚的可壓縮構(gòu)件42b”)具有比第一厚度^更大的第二厚度12。這樣，由于成型件36具有相似的高度，因此，當下模具30處于打開位置時，與薄的可壓縮構(gòu)件42a接合的成型件36的成型表面比與厚的可壓縮構(gòu)件42b接合的成型表面36的成型表面相對更低，或者與薄的可壓縮構(gòu)件42a接合的成型件36的成型表面相對于與厚的可壓縮構(gòu)件42b接合的成型表面36的成型表面凹進。換言之，在相鄰的成型表面之間存在臺階部，并且臺階部的高度與薄的可壓縮構(gòu)件42a和厚的可壓縮構(gòu)件42b的厚度差異對應(yīng)。還需要領(lǐng)會的是，成型件中的一個或更多個(但不是全部)成型件可以直接附接至模座中任一模座，或者附接至模座而在其中沒有夾置可壓縮構(gòu)件。
[0021]在示例性實施方式中，可壓縮構(gòu)件42、44由具有高熱導(dǎo)率的橡膠材料制成。然而，應(yīng)當領(lǐng)會的是，可壓縮構(gòu)件42、44可以由任何適合的彈性可壓縮的材料替代地制成?？蓧嚎s構(gòu)件42、44還可以由不同的材料制成。
[0022]再參照圖4，模座32、34中的每一者均具有用于接納冷卻劑的入口 44、46、用于分配冷卻劑離開相應(yīng)的模座32的出口 48、50以及在入口與出口之間延伸的冷卻劑通道。如下文將進一步詳細論述的，在模具組件26的操作期間，諸如水之類的冷卻劑在定形過程完成之后穿過入口 44、46、出口 48、50和冷卻接通道用以對部件20進行選擇性地冷卻或熱處理。
[0023]將金屬坯料定形并熱處理以形成例如圖1至圖3中示出的部件20的部件的過程以將坯料加熱至預(yù)定溫度開始，預(yù)定溫度為例如大于500攝氏度(°C)或材料的奧氏體溫度，對于鋼而言，材料的奧氏體溫度為大約730°C。接下來，如圖6中所示，上模具28和下模具30移動到一起以將坯料20夾置在成型件36與38的成型表面之間，并使坯料20變形直到坯料20符合腔40的形狀為止(圖4中所示)，如所示出的，在變形過程期間，使厚的可壓縮構(gòu)件42b、44b比薄的可壓縮構(gòu)件42a、44a偏移或壓縮更大的距離，從而消除相鄰的成型件36、38的成型表面之間的臺階部，并且允許形成沒有臺階部的大體平滑的部件20。在示例性實施方式中，所有四個成型件36、38在變形過程期間與坯料20抵接。
[0024]在坯料20在模具組件26的腔40中變形期間或緊接在坯料20在模具組件26的腔40中變形之后，使部件20在上模具28與下模具30之間進行熱處理，以為部件20的材料提供預(yù)定的顯微結(jié)構(gòu)和機械性能。熱處理過程包括將上模具28和下模具30彼此分開預(yù)定距離，使得厚的可壓縮構(gòu)件42b、44b比薄的可壓縮構(gòu)件42a、44a彈性擴展更大的距離，從而使與厚的可壓縮構(gòu)件42b、44b聯(lián)接的成型