用于热冲压的工具和制造该工具的方法技术

提出了一种用于对金属片材进行热冲压的工具，该工具至少部分地由基部块和功能层形成，其中，功能层包括冷却通道和多个功能层，所述多个功能层彼此叠置地构建而建立了至基部块的连接并且所述多个功能层包括被设计为冷却通道阵列并以激光烧结方法产生的冷却通道。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于对金属片材进行热冲压的工具，该工具由至少一个基部块形成，该工具具有功能层，其中，功能层包括冷却通道。本专利技术还涉及一种制造用于热冲压的工具的方法。
技术介绍
在金属片材的热冲压中使用的工具部段必须例如通过提供冷却流体穿过形成在工具部段内的冷却通道来进行冷却。冷却通道通常被常规地机加工而成，并且冷却通道通常在该工具的生产期间被钻孔或铣削。该生产方法在存在复杂的工具几何形状时限制了均匀的冷却。已知热生产方法由于较短的产品开发时间和产品种类的增加而广泛地用于较小批量的工具制造和模具制造。几年来，已经使用了金属和非金属原始材料，其目的是通过计算机辅助设计(CAD)数据直接生成工具。这种通常以粉末形式提供的工具材料通过激光辅助方法进行处理。激光生成和选择性激光烧结是适用于生产工具和模具的激光辅助方法的两个不同的示例。原则上，激光生成可以与激光涂敷过程相比较，或者也可以与激光堆焊相比较。在激光生成中，要被生产的部件通过使原始材料部分或完全地熔化并相继地将单独的涂层片材添加在另一单独的涂层片材的顶部上而生成。然而，可以利用这种方法获得的精确度太低而不能满足关于高质量工具的要求。在选择性激光烧结中，粉末床中的粉末颗粒借助于激光束而被部分熔化或熔合，并且随后粘合在一起以在冷却之后形成固体层。常规的选择性激光烧结系统包括激光器、束成形和束引导单元、用于软件编辑和处理的处理器、粉末剂量单元和构建平台。激光束通过例如旋转镜单元和F-Theta透镜的偏转单元被引导到构建平台上。处理器单元基于编辑过的CAD数据来控制偏转单元。构建平台承载其上建立有部件的基部并且被设计成是平坦的。另一选择是在没有基部的情况下进行操作，其中，部件由周围的材料支承。然而，在利用该方法的变体时，必须确保构建平台的高度是可调节的。同样平坦的粉末贮存器和呈叶片或辊形式的擦拭器单元用于供应新材料。通过重复以下所述的过程步骤，可以一层一层地生成所需部件。首先，施加所需的粉末层厚度，其中，应该能够获得用于均匀涂层的足够量的粉末。粉末借助于刮片或辊以例如0.001至0.2mm的厚度施加在构建平台的整个表面上。通过根据部件的轮廓来控制激光束以使层递增地烧结或熔合到粉末床中。构建平台然后略微地降低，并且施加新的层。粉末通过提升粉末平台来提供或者由于刮片中的供应而被提供。用作热源的激光辐射的功率密度基于粉末系统而被调节及供应，使得形成中的温度循环使一部分材料部分地熔合或熔化，由此，所生成的本体被给予了结构强度。特别地在金属和陶瓷原始材料的情况下，为了防止对烧结结果造成不利影响的熔化物的氧化，在处理室中的惰性气体或者特殊金属气体气氛下，在系统中频繁地执行选择性激光烧结过程。通过US2011/0229595A1已知一种用于生产铸造工具和冲压工具的方法，该方法可以用于产生具有适当布置的温度控制介质通道的自由形式的加热器。借助于热喷涂方法，产生了一种可以包括部分预制的温度控制通道的结构。更具体地，利用热喷涂来建造第一绝缘层，并且然后将消失模具(lostmold)或者预制的通道元件固定至第一绝缘层。额外的绝缘材料被喷涂在模具或者通道元件周围，并且最后施加可机加工的金属层。该过程需要若干步骤来制造及定位消失模具或通道元件，以将消失模具或通道元件固定至绝缘层，并且喷涂各个层。提供一种用于制造克服现有技术的上述缺点中的至少一些缺点的工具将是有益的。
技术实现思路
本专利技术的至少一个实施方式的目的是形成一种下述工具：该工具具有高精度且具有温度控制通道，温度控制通道可以基于CAD数据以简单的方式产生，并且温度控制通道允许对要生产的工具和部件的形状进行最佳的冷却调节。根据实施方式，提供了一种用于对金属片材进行热冲压的工具，该工具包括：基部块和功能层，其中，功能层包括冷却通道并且包括多个不同的层，所述多个不同的层以彼此叠置的方式构建而建立了至基部块的连接并且所述多个不同的层包括被设计为冷却通道阵列并以激光烧结方法产生的冷却通道，其中，冷却通道中的至少两个冷却通道不具有相同的物理行进方式。激光烧结方法有利地形成了单独适于该工具的设计的冷却通道阵列。根据实施方式，提供了一种用于对金属片材进行热冲压的工具，该工具包括基部块和功能层，其中，该基部块由第一材料制成并且在其内限定有轮廓，该轮廓接近于工具的成形表面的预定形状；该功能层形成在基部块的轮廓内，该功能层限定了多个冷却通道，所述多个冷却通道中的每个冷却通道利用激光烧结工艺而在功能层内形成为连续的空间，所述多个冷却通道中的至少两个冷却通道彼此相比具有不同的三维形状，功能层包括多个子功能层，所述多个子功能层以彼此叠置的方式布置，并且所述多个子功能层包括至少第一子功能层、第二子功能层和第三子功能层，其中，该第一子功能层用于建立至基部块的第一材料的连接；该第二子功能层容纳多个冷却通道；该第三子功能层由工具钢制成并提供该工具的成形表面的预定形状。根据实施方式，提供了一种用于生产热冲压工具的方法，该方法包括：在激光烧结系统的粉末床内设置基部块，该基部块中限定有轮廓，该轮廓接近于工具的成形表面的预定形状；通过对粉末材料的连续层进行激光烧结而在轮廓内形成功能层，通过对粉末材料的连续层进行激光烧结而在轮廓内形成功能层包括：形成用于建立至基部块的第一材料的连接的第一子功能层；形成包含多个冷却通道的第二子功能层，每个冷却通道在功能层内形成为连续的空间，并且其中，所述多个冷却通道中的至少两个冷却通道彼此相比具有不同的三维形状；以及形成由工具钢制成并且提供工具的成形表面的预定形状的第三子功能层。在实施方式中，冷却通道中的至少一些冷却通道与相应的相邻冷却通道相比具有不同的行进方式或三维形状。术语“行进方式”指的是冷却通道在其入口端与出口端之间所行进的路径。这样，两个通道在通道中的一个通道可以叠置在另一个通道上的情况下被认为具有相同的行进方式。不同的冷却通道的行进方式可以例如基于工具的成形表面的已知的最终形状来确定。以此方式，可以确定每个冷却通道的行进方式以提供冷却通道与成形表面之间的所需间隔，以便获得最佳的冷却特性。在实施方式中，冷却通道阵列的冷却通道具有不同的截面。例如，至少一个冷却通道的截面形状和/或尺寸与另一个冷却通道的截面形状和/或尺寸不同。由于不同的截面，冷却通道阵列的冷却行为在工具的不同位置处被最优化。在实施方式中，冷却通道阵列的冷却通道之间的间隔变化。例如，两个相邻冷却通道之间的间隔沿着所述两个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对金属片材进行热冲压的工具，所述工具至少部分地由基部块(1)和功能层(7)形成，所述功能层(7)包括冷却通道(4)，其中，所述功能层(7)包括多个子功能层，所述多个子功能层彼此叠置地构建而建立至所述基部块的连接并且所述多个子功能层包括被设计为冷却通道阵列并以激光烧结方法产生的冷却通道(4)，其中，所述冷却通道(4)中的至少两个冷却通道不具有相同的三维行进方式。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.09 DE 102013225311.7;2014.01.09 DE 10201421.一种用于对金属片材进行热冲压的工具，所述工具至少部分地由基部块(1)和功能
层(7)形成，所述功能层(7)包括冷却通道(4)，其中，所述功能层(7)包括多个子功能层，所
述多个子功能层彼此叠置地构建而建立至所述基部块的连接并且所述多个子功能层包括
被设计为冷却通道阵列并以激光烧结方法产生的冷却通道(4)，其中，所述冷却通道(4)中
的至少两个冷却通道不具有相同的三维行进方式。
2.根据权利要求1所述的用于热冲压的工具，其中，所述冷却通道(4)中的每一个冷却
通道与相应的相邻冷却通道(4)相比具有不同的行进方式。
3.根据权利要求1或2所述的用于热冲压的工具，其中，所述冷却通道阵列(3)的冷却通
道具有不同的截面。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于热冲压的工具，其中，所述冷却通道的入
口(13)和所述冷却通道的出口(14)分别连接至分配器管线(15，15’)。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的用于热冲压的工具，其中，所述功能层包括粘
附层(8)、冷却层(9)、结构层(10)和处理层(11)，所述冷却层(9)包括所述冷却通道。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的用于热冲压的工具，其中，至少一个冷却通道
(4)包括用于在温度控制流体中引起湍流的至少一个湍流发生器。
7.根据权利要求6所述的用于热冲压的工具，其中，所述至少一个湍流发生器(20)包括
位于所述至少一个冷却通道(4)的壁中的结构。
8.根据权利要求6所述的用于热冲压的工具，其中，所述至少一个湍流发生器(20)包括
所述至少一个冷却通道(4)的所述壁上的突起。
9.根据权利要求6所述的用于热冲压的工具，其中，所述至少一个湍流发生器(20)包括
叶片状结构。
10.根据权利要求6所述的用于热冲压的工具，其中，所述至少一个湍流发生器(20)包
括具有底切的结构。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的用于热冲压的工具，其中，所述工具包括一
个或更多个基部块(1)，其中，所述一个或更多个基部块中的至少一个基部块或者所述一个
或更多个基部块中的一个基部块的至少一个部段构造有通过激光烧结方法产生的所述功
能层(7)。
12.一种用于生产根据权利要求1所述的工具的方法，其中，所述功能层通过激光烧结
的方式来施加。
13.一种用于对金属片材进行热冲压的工具，包括：
基部块(1)，所述基部块(1)由第一材料制成并且在所述基部块(1)内限定有接近于所
述工具的成形表面的预定形状的轮廓；以及
功能层(7)，所述功能层(7)形成在所述基部块(1)的所述轮廓内，所述功能层(7)限定
了多个冷却通道(3)，所述多个冷却通道(3)中的每个冷却通道(4)利用激光烧结工艺在所
述功能层(7)内形成为连续的空间，所述多个冷却通道(3)中的至少两个冷却通道(4)彼此
相比具有不同的三维形状，所述功能层(7)包括多个子功能层，所述多个子功能层以彼此叠
置的方式布置，并且所述多个子功能层包括至少：
第一子功能层(8)，所述第一子功能层(8)用于建立至所述基部块(1)的所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：爱德华·施莱歇特，詹森·威尔逊，马克·法比舍克，吉姆·梅茨，尼克·亚当，
申请(专利权)人：麦格纳国际公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA