用于超高强度钢热成型的由铝制造的快速原型冲压工具制造技术

本公开提供了一种生产用于形成基板的成型工具的方法，所述成型工具具有成型冲头和与成型冲头相对应的配合模具，该方法包括以下步骤：用轻金属制备成型工具的至少成型冲头和在成型工具的至少成型冲头的表面上的至少一个区域上形成保护涂层。保护涂层被施加到被配置为接触基底的区域，并且在一种形式中，轻金属是铝或铝合金。还提供了一种具有成型部件和配合模具的成型工具，其中至少成型工具由轻金属制成并且包括保护涂层。

A rapid prototyping stamping tool made of aluminum for hot forming of ultra high strength steel

The invention provides a method for producing molding tool for forming the substrate, the molding tool with mold punch and punch forming, the method comprises the following steps: forming a protective coating prepared by molding tool light metal forming punch and at least on the surface of at least the forming punch forming tool at least one area. The protective coating is applied to an area configured to contact the substrate, and in one form, the light metal is aluminum or aluminum alloy. A forming tool having molding parts and mating dies is provided, wherein at least molding tools are made of light metal and include protective coatings.

【技术实现步骤摘要】
用于超高强度钢热成型的由铝制造的快速原型冲压工具
本公开涉及一种用于生产具有成型冲头和与其对应的配合模具的成型工具的方法。然而，本专利技术还涉及这种成型工具。
技术介绍
本部分中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可以不构成现有技术。在专利DE3708368C1中公开了一种用于制造热箔冲压块(hotfoilstampingblock)(也就是说例如冲孔工具)的方法，尽管其用于制造印刷电路。专利DE102011007424B4公开了一种用于通过等离子体电解氧化和涂覆的基底在基于轻金属的基底的表面上产生涂层的方法。将基底作为电极与反电极一起浸入液体电解质中。在基底的表面上施加足够高的电压以产生火花放电。电解质包含分散的粘土颗粒。这旨在改善轻金属部件的腐蚀保护，特别是由镁或镁合金制成的那些部件。在许多情况下，承载钢部件(例如汽车工业中的车身部件，也就是说例如A、B、C或D柱、还有诸如梁、框架部分和或保险杠支撑件的部件)由高强度热处理钢例如硼合金钢制成(例如22MnB5)。在这种情况下，如专利WO2007/076766A1所公开的，通过在高于800℃至900℃的温度下退火将钢转变为奥氏体范围，热成型然后以足够高的冷却速率再次冷却以实现形成的马氏体高强度微结构。如果在成型工具中进行淬火，即冷却并且因此硬化，则使用术语“加压硬化(presshardening)”。在例如专利WO2007/076766A1中公开的直接成型方法中，例如，使从轧制带分离的坯件或钢元件首先达到所述温度。然后将加热的预成型件转移到随后的热成型系统中并在加热状态下(例如在压力机中)达到最终形状。另一方面，在间接成型过程中，钢元件首先在第一压力机中冷成型，然后加热，也就是说可能被退火，然后在另一压力机中热成型，即达到最终形状。压力机也可以称为成型工具并且具有成型冲头和与其相对应的配合模具。成型工具由相应地耐用材料(优选钢)制成(也就是说例如铸造)。在成型工具之后，也就是说，例如成型冲头或与其对应的配合模具在每种情况下已经被铸造为预成型件，其需要精加工以给出所需的最终形状，例如通过CNC(Computernumericalcontrol，计算机数字控制)方法。这是一个长期和昂贵的过程。可能的是成型工具的生产需要几个月，也就是说，例如长达三个月。此外用于成型工具的所选材料必须能够承受高温，因为例如如上所述将要形成的基底要达到高于900℃的温度。显然，这种成型工具非常重并且需要相应设计的控制装置以便甚至能够移动相当大的质量。这种装置显然非常昂贵但在其操作期间也是非常耗能的。成型工具必须也可以被涂覆以便例如耐腐蚀或者防止结垢，同时不会不利地影响待成型的钢板的性能及其材料。这种涂层可以通过热喷涂方法施加，例如，通过等离子体粉末喷涂法。在专利US2010/0159264A1中，例如公开了用于铸模的保护涂层是可取的以便能够避免例如铸模的过早更换。尤其是在专利US2010/0159264A1中讨论了熔融铝的腐蚀性，在这以前大大降低了铸模的使用寿命。关于此点，专利US2010/0159264A1提到用于铸模的抗磨、抗侵蚀或抗腐蚀涂层可以以已知的方式通过CVD(ChemicalVaporDeposition，化学气相沉积)或PVD(PlasmaVaporDeposition，等离子气相沉积)方法施加到铸模表面。然而，从经济角度来说在原位被认为是具有挑战性的。此外，通过CVD或PVD方法施加的保护涂层可能在操作期间剥落。为此，专利US2010/0159264A1提出了一种具有过渡金属氧化物或稀土金属氧化物的薄层(即例如锆或铈或其混合化合物)的保护涂层，其被认为防止熔融金属到铸模的粘附。特别地，据说这种涂层在铝铸造或铝熔融工艺的情况下是有利的。用于实施保护涂层的热输入也被认为低于使用PVD或特别是CVD方法，其应该使模具的母体材料经受高达900℃至1000℃的温度。根据专利US2010/0159264A1，应用由羧基金属组成的涂层，随后进行至少400℃的热处理。因此，金属基底或铸模的表面处理是已知的。例如，搪瓷也已知作为保护涂层很长时间。在搪瓷中，物体通过浸渍或喷涂被提供有釉层，然后在800至850℃的温度下烧制。搪瓷层可以实施到例如钢上，但是容易损坏并且因此易于受到冲击影响。对于压力工具，搪瓷因此可能不适合。此外，搪瓷是非常耗能的，其中引入到待涂覆的部件中的热也对其材料的原始机械性能具有不利的影响，尤其是对于轻金属部件。用于轻金属组分(即例如铝组分)的另一种已知的方法是阳极氧化，即电解氧化，其结果是阳极氧化的表面非常硬。在该工艺中，与电沉积方法相反，保护层不沉积在工件上，而是通过将最上面的金属层转化为氧化物或氢氧化物而形成。此外，铝的等离子体电解氧化(Plasmaelectrolyticoxidation，PEO)是已知的。等离子电解氧化可产生2000HV(维氏硬度)的层硬度。在大多数情况下，碱性硅酸盐或磷酸盐溶液用作电解质，如专利DE102011007424B4所公开的。因此，在成型工具的生产和这种成型工具中存在改进的空间。
技术实现思路
本公开提供一种容易地并且以节省时间的方式生产成型工具，同时又是耐用的成型工具的方法。通过本公开还提供了由这种方法生产的成型工具。应该注意的是在以下描述中单独呈现的特征和措施可以以任何期望的、技术上可行的方式组合并且产生本公开的其他形式。根据本公开，该方法包含以下步骤：由轻金属制备成型工具的至少一个成型冲头，通过成型冲头形成基底；以及在成型工具的至少成型冲头的至少一个表面区域上产生保护涂层，该区域与待形成的基底接触。因此，通过本公开，成型工具有利地由例如铝或铝合金的轻金属制成(优选地铸造)。因此，如本文所使用的，术语“轻金属”应当理解为意指密度低于钢的密度的金属。在这种情况下，成型工具具有成型冲头和与其对应的配合模具。特别地，成型冲头可以由轻金属制成。因此，与由钢制成的成型工具相比，形成非常轻的成型工具。这需要相应减小的需移动较少质量的控制装置，尽管可以使用根据本公开的成型工具成形高强度热处理钢，例如硼合金钢(例如22MnB5)。为此目的，将特别是热防护涂层的保护涂层至少实施到可与待形成的基底接触的成型工具的表面。配合模具也可以由轻金属制成。如果配合模具以基本上不动的方式保持，则配合模具也可以由钢制成。同时，保持了关于控制装置的优点，因为只有成型冲头必须相对于配合模具移动。然而，也有利的是由轻金属制造不动的配对模具，并且下面将给出其进一步的细节。有利的是通过等离子体电解氧化(PlasmaElectrolyticOxidation，PEO)，即微弧氧化(MicroarcOxidation，MAO)或等离子体电解沉积(PlasmaElectrolyticDeposition，PED)施加保护涂层。等离子体电解氧化(PEO)的先决条件是在电解质中形成氧化物层(电介质)。在这种情况下，待涂覆的成型工具元件，即例如成型冲头和配合模具，至少部分浸入电解质中并作为电极连接。反电极同样浸入电解质中。当然，成型工具的元件可以连接为反电极，而电极也浸入电解质中。因此，电流的维持可导致电压升高和放电。在大多数情况下，需要至少250V的电压导致本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产用于形成基底的成型工具的方法，所述成型工具具有成型冲头和与所述成型工具对应的配合模具，所述方法包含以下步骤：由轻金属制备所述成型工具的至少所述成型冲头；以及在所述成型工具的至少所述成型冲头的表面上的至少一个区域上形成保护涂层。

【技术特征摘要】
2016.02.29 DE 102016203195.31.一种生产用于形成基底的成型工具的方法，所述成型工具具有成型冲头和与所述成型工具对应的配合模具，所述方法包含以下步骤：由轻金属制备所述成型工具的至少所述成型冲头；以及在所述成型工具的至少所述成型冲头的表面上的至少一个区域上形成保护涂层。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述保护涂层通过等离子体电解氧化或等离子体电解沉积来生产。3.根据权利要求1所述的方法，其中在与待形成的所述基底接触的所述至少一个表面区域上产生所述保护涂层。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述保护涂层由多个层形成。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述成型冲头和所述配合模具由所述轻金属制成预成型件，其中所述预成型件被精加工成最终形状，其中所述保护涂层在每个最终形状的一个区域中产生。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述成型冲头和所述配合模具各自由轻金属块制成，其中每个轻金属块被加工成最终形状，其中所述保护涂层在每个最终形状的至少一个区域中产生。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述保护涂层随后被抛光。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述保护涂层是硬质阳极氧化。9.一种成型工具，包含：成型冲头；以及对应于所述成型冲头的配合...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克·布罗达，雷蒙德·尤金·普夫利奇，克莱门斯·玛丽亚·瓦普特，拉斐尔·科赫，迈克尔·布罗泽，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US