Охлаждающее устройство для листовой заготовки

Дата публикации и выдачи патента Номер заявки ОХЛАЖДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИСТОВОЙ ЗАГОТОВКИ При обработке давлением металлической листовой заготовки (P) заготовка (P) нагревается до заданной температуры, затем охлаждается с помощью охлаждающего устройства (10) и затем вкладывается в пресс и подвергается формованию. При этом предусмотрено, чтобы заготовка (P) в охлаждающем устройстве (10) приводилась по меньшей мере одной из ее поверхностей и, в частности, обеими поверхностями в непосредственный контакт с охлаждающим элементом (16,19) и зажималась, в частности, между охлаждающими элементами (16, 19). Соответствующее охлаждающее устройство для металлической заготовки (P) имеет первый охлаждающий элемент(16) и второй охлаждающий элемент (19), которые передвигаются друг относительно друга, и между ними может быть зажата заготовка (P).(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ШУЛЕР СМГ ГМБХ УНД КО. КГ 015975 Изобретение относится к охлаждающему устройству для металлической листовой заготовки. Под термином "листовая заготовка" понимается в дальнейшем предпочтительно плоский металлический лист, однако заготовка также может быть уже предварительно обработана давлением и иметь форму, отличную от плоской. В качестве примеров далее будем исходить, однако, из плоской листовой заготовки. Давно известно и является обычным, что металлическую листовую заготовку можно вложить в гидравлический пресс между верхней и нижней половинами штампа и затем половины штампов можно переместить друг к другу и при этом можно отформовать заготовку соответственно заданным формам на фасонных поверхностях штампов. При так называемой закалке в штампе листовая заготовка с целью увеличения твердости сначала нагревается до температуры примерно 800-1000C, затем вставляется в пресс и подвергается обработке давлением и выдерживается в прессе под усилием формовки, соответственно прессования, до тех пор,пока листовая заготовка, соответственно отформованная из нее деталь, охлаждается до температуры ниже заданной целевой температуры. Однако охлаждение продолжается относительно долго. Так как пресс в течение этого времени не может использоваться, производство отдельных деталей требует очень много времени и относительно нерентабельно. Для повышения эффективности способа известно, что нагретую листовую заготовку перед установкой в формовочный пресс подвергают предварительному охлаждению, проводя листовую заготовку через тоннель, в котором она обдувается воздухом и/или инертным газом и охлаждается вследствие этого до температуры примерно 400-500C. Таким образом время, которое должна проводить заготовка, соответственно отформованная деталь в прессе, существенно уменьшено, однако соответствующий охлаждающий туннель требует большого пространства, так как должен быть предусмотрен относительно длинный участок охлаждения, чтобы охлаждать детали упомянутым способом. В DE 10339119 B3 на фиг. 3 показано охлаждающее устройство 9, имеющее один верхний и один нижний охлаждающие элементы, которые могут переставляться гидравлически. С помощью такого охлаждающего устройства листовая заготовка может быть охлаждена как целое, однако невозможно охлаждать листовую заготовку по частям или на отдельных участках. В основе изобретения лежит задача создать охлаждающее устройство для металлической листовой заготовки, с помощью которого можно простым и компактным образом осуществить способ обработки давлением металлической листовой заготовки и обеспечить быстрое и эффективное охлаждение и формование заготовки. Эта задача решается устройством согласно признакам п.1 формулы изобретения. При этом предусмотрено, что охлаждающее устройство для металлической листовой заготовки содержит первый охлаждающий элемент и второй охлаждающий элемент, которые установлены с возможностью перемещения относительно друг друга и зажатия между ними заготовки, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере один температурный датчик для регистрации фактической температуры заготовки во время процесса охлаждения, причем первый охлаждающий элемент и/или второй охлаждающий элемент выполнены из нескольких частей, причем части охлаждающего элемента установлены с возможностью перемещения независимо друг от друга. Охлаждающие элементы являются частью, в частности, гидравлического зажимного устройства и могут перемещаться относительно друг друга посредством гидравлического приводного или перестановочного устройства. Изобретение исходит из соображения, что нагретая листовая заготовка охлаждается посредством непосредственного контакта с охлаждающими элементами, т.е. за счет контактного охлаждения. Нагретая заготовка вставляется между раздвинутыми относительно друг друга охлаждающими элементами,после чего они соединяются и накладываются с противоположных сторон предпочтительно всей поверхностью на заготовку и охлаждают ее. Оказалось, что за счет непосредственного контактного охлаждения можно достичь, с одной стороны, очень быстрого охлаждения заготовки, и, кроме того, занимаемая площадь соответствующего охлаждающего устройства относительно незначительна. Предпочтительно охлаждающее устройство построено по принципу гидравлического зажимного устройства, которое имеет один первый, предпочтительно нижний охлаждающий элемент и один второй,предпочтительно верхний охлаждающий элемент, которые с помощью гидравлического приводного или перестановочного устройства могут перемещаться между зажимным положением, когда охлаждающие элементы сдвинуты, и открытым положением, когда охлаждающие элементы отведены друг от друга. С целью охлаждения заготовка вкладывается между охлаждающими элементами, после чего они соединяются настолько, что заготовка удерживается между охлаждающими элементами и предпочтительно зажимается. Зажимное усилие охлаждающих элементов, оказываемое на заготовку, может использоваться при этом для проведения формования заготовки. В частности, предусмотрено создавать предварительное пластическое формование заготовки посредством зажимного усилия охлаждающих элементов. Альтернативно также возможно, чтобы создаваемое зажимное усилие от охлаждающих элементов на заготовке было настолько незначительно, что охлаждающие элементы не вызывают никаких деформаций или вы-1 015975 зывают во всяком случае исключительно упругие деформации в заготовке, так что заготовка после окончания процесса охлаждения снова обладает ее первоначальной геометрией, в частности как плоская листовая заготовка. После окончания процесса охлаждения гидравлическое перестановочное устройство, которое удерживает охлаждающие элементы в непосредственном контакте с поверхностями заготовки, активизируется таким образом, что охлаждающие элементы разъединяются и заготовка может выниматься и переставляться предпочтительно в гидравлический пресс, в котором собственно проводится процесс обработки давлением. В возможной форме осуществления процесса охлаждения может быть предусмотрено, чтобы пользователь предварительно выбирал зажимное усилие, оказываемое на листовую заготовку охлаждающими элементами, а также время, в течение которого заготовка должна быть зажата между охлаждающими элементами, и процесс охлаждения протекал в соответствии с этим. В предпочтительной форме выполнения изобретения, тем не менее, предусмотрено, чтобы во время процесса охлаждения регистрировалась фактическая температура заготовки, и охлаждение продолжалось до тех пор, пока не будет достигнута заданная целевая температура или она не будет ниже целевой. Сравнение фактической температуры и заданной температуры, соответственно целевой температуры,производится обычным способом в управляющем устройстве, которое заканчивает процесс охлаждения и отводит друг от друга охлаждающие элементы, если достигнута целевая температура или более низкая температура. В предпочтительной форме выполнения изобретения предусмотрено, что фактическая температура заготовки регистрируется не только в одном месте, а одновременно в различных областях заготовки. Чтобы обеспечивать определенное охлаждение заготовки, она должна практически одновременно своими обеими поверхностями приходить в контакт с соответствующим охлаждающим элементом. Чтобы поддерживать при этом минимальную передачу тепла перед созданием зажимного усилия охлаждающих элементов, в усовершенствованном варианте изобретения предусмотрено, чтобы до начала процесса охлаждения заготовка удерживалась между охлаждающими элементами на расстоянии от них и только при соединении охлаждающих элементов приводилась с ними в контакт. С этой целью в охлаждающем устройстве могут быть предусмотрены передвижные распорные элементы, которые выступают вверх, в частности над нижним охлаждающим элементом, и на которые заготовка может быть уложена на расстоянии относительно охлаждающего элемента. Когда охлаждающие элементы перемещаются друг к другу и закрываются, верхний охлаждающий элемент нажимает на верхнюю сторону заготовки,вследствие чего передвижные распорные элементы вдвигаются в нижний охлаждающий элемент полностью, так что заготовка также и своей нижней поверхностью входит в контакт с нижним охлаждающим элементом. Предпочтительно по меньшей мере один из охлаждающих элементов и, в частности, нижний охлаждающий элемент имеет регулируемые распорные элементы, на которые заготовка может быть уложена на расстоянии относительно охлаждающего элемента так, что нагретая заготовка только непосредственно перед закрытием охлаждающих элементов входит в контакт с нижним охлаждающим элементом. После окончания процесса охлаждения может случиться так, что заготовка прилипнет к верхнему охлаждающему элементу и при разведении охлаждающих элементов приподнимается вместе с ним. Чтобы в этом случае отделить заготовку от верхнего охлаждающего элемента, в верхний охлаждающий элемент могут быть вставлены выталкивающие штифты, предпочтительно приводимые в действие гидравликой. Наряду с листовыми заготовками, которые по всей их поверхности имеют по меньшей мере примерно постоянную толщину, известны также листовые заготовки, которые по их поверхности имеют области различной толщины и обозначаются как "Tailored Blanks" (профилированная листовая заготовка) или "Patchwork Blanks" ("лоскутная"/разнокалиберная листовая заготовка). Если такие заготовки зажимаются между охлаждающими элементами, каждый из которых выполнен плоским на своей обращенной к заготовке поверхности, то заготовка находится в контакте с охлаждающими элементами только в утолщенных областях, так что происходит неравномерное охлаждение. Чтобы можно было надежно и эффективно охлаждать также заготовку с различной по поверхности толщиной, в усовершенствованном варианте изобретения может быть предусмотрено, чтобы каждый охлаждающий элемент был выполнен из нескольких частей, причем части охлаждающего элемента могут переставляться независимо друг от друга. Например, один охлаждающий элемент может быть выполнен из шести-восьми частей охлаждающего элемента, которые расположены рядом и вместе образуют охлаждающий элемент. Каждая часть охлаждающего элемента может приподниматься и опускаться с помощью гидравлического привода независимо от других частей охлаждающего элемента, так что охлаждающий элемент за счет соответствующего регулирования частей охлаждающего элемента может подгоняться к контуру поверхности охлаждаемой заготовки. Так как к каждой части охлаждающего элемента присоединен собственный гидравлический привод,отдельные части охлаждающего элемента могут производить на заготовку также различные зажимные усилия, причем гидравлические приводы частей охлаждающего элемента управляются различным образом.-2 015975 Кроме того, в усовершенствованном варианте может быть предусмотрено, чтобы температура отдельных частей охлаждающего элемента также устанавливалась независимо, так что заготовка может подвергаться местами различному охлаждению, чтобы, например, более толстые области заготовки охлаждать сильнее, чем более тонкие области заготовки, и достигать, таким образом, практически одновременно во всей заготовке желаемой целевой температуры. Под понятием "охлаждение" нужно понимать снижение фактической температуры заготовки до желаемой целевой температуры. С этой целью охлаждающие элементы на выходе должны иметь температуру, которая лежит ниже целевой температуры, причем температура охлаждающих элементов может лежать, однако, выше температуры окружающей среды. Дальнейшие подробности и признаки изобретения видны из следующего описания примера выполнения со ссылкой на чертежи. Показано на фиг. 1 - вид охлаждающего устройства спереди, представленный схематично, с частичным разрезом; на фиг. 2 - вид сбоку охлаждающего устройства по фиг. 1, представленный схематично, с частичным разрезом; на фиг. 3 - альтернативное выполнение нижнего охлаждающего элемента. Представленное на фиг. 1 и 2 охлаждающее устройство 10 имеет четыре вертикальные опоры 12,каждая из которых опирается на грунт Е и расположена в углу прямоугольника. Каждые две смежные опоры 12 на своих верхних и их нижних концах с помощью поперечин 12a и 12b соединены друг с другом в раму. На верхней стороне каждой верхней поперечины 12a смонтирован выступающий вверх фиксированный поршень 22a, на верхний конец которого насажен с возможностью перемещения цилиндр 22b. Поршень 22a и цилиндр 22b образуют вместе гидравлическое регулирующее устройство 11. Оба цилиндра 22b жестко связаны друг с другом с помощью мостика 17, на нижней стороне которого удерживается верхняя половина 18 штампа. Верхняя половина 18 штампа содержит одну установленную на мостике 17 верхнюю опорную плиту 18a, на нижней стороне которой удерживается пластинчатый охлаждающий элемент 19. В опорной плите 18a расположено большое количество гидравлических исполнительных элементов 24 в виде блоков поршень-цилиндр, каждый из которых соединен с соответствующим выталкивающим штифтом 25, пронизывающим охлаждающий элемент 19. В нижней области охлаждающего устройства 10 расположен стол 13, который закреплен с помощью опор 14 между вертикальными опорами 12, причем опоры 14 посредством управляющего устройства 23 могут регулироваться по высоте, как это обозначено двойными стрелками В. На верхней стороне стола 13 под верхней половиной 18 штампа расположена нижняя половина 15 штампа, которая имеет нижнюю опорную плиту 15a, на верхней стороне которой расположен пластинчатый охлаждающий элемент 16. В опорную плиту 15a вставлено большое количество гидравлических исполнительных элементов 20 в виде блоков цилиндр-поршень, каждый из которых связан с соответствующими штифтообразными распорными элементами 21, пронизывающими охлаждающий элемент 16. Мостик 17 с верхней половиной 18 штампа может опускаться за счет активизации гидравлического перестановочного устройства 11 в направлении нижней половины 15 штампа (см. двойную стрелку A) настолько, что плоская металлическая листовая заготовка P зажимается между верхней половиной 18 штампа и нижней половиной 15 штампа, соответственно между соответствующими охлаждающими элементами 19 и 16. Охлаждающие элементы 16 и 19 охлаждаются известным способом и, в частности, обтекаются охлаждающей средой. В дальнейшем объясняется принцип действия охлаждающего устройства 10. Заготовка P, которая в представленном примере выполнения является плоской металлической листовой пластиной с постоянной толщиной, нагревается в не представленной здесь, подключенной перед штампом позиции до температуры примерно 900C и вкладывается затем в охлаждающее устройство 10, причем она своей нижней поверхностью укладывается на распорные элементы 21, выступающие вверх из охлаждающего элемента 16 нижней половины 15 штампа. При этом заготовка P удерживается на расстоянии от охлаждающего элемента 16. Это состояние представлено на фиг. 1 и 2. Затем активизируются гидравлические перестановочные устройства 11, вследствие чего мостик 17 с верхней половиной 18 штампа опускается до тех пор, пока охлаждающий элемент 19 верхней половины 18 штампа не войдет в контакт с верхней стороной заготовки P. При этом исполнительные устройства 24 верхней половины 18 штампа деактивированы, так что выталкивающие штифты 25 вдвигаются в охлаждающий элемент 19. При дальнейшем опускании верхней половины 18 штампа листовая заготовка P нажимает сверху на верхнюю сторону охлаждающего элемента 16 нижней половины 15 штампа, причем распорные элементы 21 вдвигаются в охлаждающий элемент 16. В этом закрытом состоянии охлаждающего устройства 10 заготовка P зажимается между обоими охлаждающими элементами 16 и 19 с незначительным усилием. Нижняя поверхность охлаждающего элемента 19 верхней половины 18 штампа, обращенная к заготовкеP, и обращенная к заготовке P верхняя сторона охлаждающего элемента 16 нижней половины 15 штампа соответственно выполнены плоскими, так что при закрытии охлаждающего устройства 10 не возникает-3 015975 совсем никакой или, по меньшей мере, никакой остаточной деформации заготовки. Во время процесса охлаждения фактическая температура заготовки P регистрируется в нескольких местах посредством соответствующих датчиков, и сигналы температуры передаются в не представленное здесь управляющее устройство, которое за счет подъема мостика 17 и верхней половины 18 штампа открывает охлаждающее устройство 10 только тогда, когда фактическая температура лежит ниже заданной целевой температуры. Может оказаться, что заготовка P при открытии охлаждающего устройства 10 прилипла к нижней поверхности охлаждающего элемента 19 верхней половины 18 штампа и с ней приподнимается. В этом случае активизируются исполнительные элементы 24 выталкивающих штифтов 21, которые отделяют заготовку P от верхней половины 18 штампа. На фиг. 1 показана плоская пластина P, которая имеет постоянную толщину по всей поверхности. Известны, однако, также листовые заготовки, которые имеют области различной толщины, и зажимание которых было бы недостаточным при применении цельного, плоского охлаждающего элемента. Фиг. 3 показывает вариант нижней половины 15 штампа, у которого охлаждающий элемент 16 выполнен из трех рядом расположенных частей 16a, 16b и 16c. Каждая часть 16a, 16b и 16c охлаждающего элемента снабжена собственным гидравлическим приводным устройством 26a, 26b и 26c, вследствие чего части 16a, 16b и 16c охлаждающего элемента могут подниматься и опускаться независимо друг от друга. Таким образом, можно устанавливать части 16a, 16b и 16c охлаждающего элемента относительно друг друга так, что также и для заготовок с областями различной толщины достигается хороший зажим. Хотя на фиг. 3 представлен только вариант выполнения нижней половины штампа, альтернативно или дополнительно к этому верхняя половина штампа может быть выполнена также аналогичным способом, причем ее охлаждающий элемент 19 выполнен из нескольких частей соответственно с собственным гидравлическим приводным устройством. На фиг. 3 охлаждающий элемент 16 разделен на три части 16a, 16b и 16c. Охлаждающий элемент может быть разделен также на большее число частей, причем оказалось рациональным разделение охлаждающего элемента на 6-8 частей, которые расположены в схеме 23 или 24. Перестановка по высоте стола 13 и, тем самым, нижней половины 15 штампа служит для того, чтобы можно было подгонять позицию верхней кромки нижней половины штампа к транспортировочной высоте автоматических устройств перемещения, например захватных приспособлений или роботов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Охлаждающее устройство (10) для металлической листовой заготовки (P), содержащее первый охлаждающий элемент (16) и второй охлаждающий элемент (19), которые установлены с возможностью перемещения относительно друг друга и зажатия между ними заготовки (P), отличающееся тем, что для перемещения охлаждающих элементов (16, 19) оно снабжено гидравлическими исполнительными элементами, причем первый охлаждающий элемент (16) и/или второй охлаждающий элемент (19) выполнены из нескольких частей (16a, 16b, 16c), причем части (16a, 16b, 16c) охлаждающего элемента установлены с возможностью перемещения независимо друг от друга. 2. Охлаждающее устройство по п.1, отличающееся тем, что части (16a, 16b, 16c) охлаждающего элемента выполнены с возможностью приложения к заготовке (P) различных зажимных усилий. 3. Охлаждающее устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что предусмотрено регулирование температуры частей (16a, 16b, 16c) охлаждающего элемента независимо друг от друга. 4. Охлаждающее устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что по меньшей мере один из охлаждающих элементов (16) имеет регулируемый распорный элемент (21) для размещения на нем заготовки (P) на расстоянии от охлаждающего элемента (16). 5. Охлаждающее устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере один температурный датчик для регистрации фактической температуры заготовки (P) во время процесса охлаждения.