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實際塑型和冷卻過程是淬硬處理的關鍵工序，同時負有生產的部件質量的決定性責任。通過工業4.0的理念，可以使過程質量得以提升

中心部件是整個過程環節中的聚合過程控制。它不僅可以縮短周期時間。設備傳感器由新的軟件連接，過程參數由事先設定的參數平衡，出現錯誤立即確認。這樣變動就可以在很短的時間內得到反映，避免產生廢品。研究院特意研發的接觸加熱設備則作為一種新型加熱方式進行測試和改進。在切割邊緣方面，弗勞恩霍夫研究院的科學家們在能源集約激光鋼材切割方面提供了可能的處理方法。

從潛在模型到真正實現的工藝環節

淬硬處理在過去幾年中越來越多地應用在汽車工業中。板材半成品首先在溫度約為950℃的熔爐中加熱，然后再成型壓床中塑型過程中冷卻。與傳統的處理方式相比，它在實現同等甚至更高的結構部件穩定性的過程中可以減少材料投入。由此產生的輕型結構潛力不僅僅在汽車工業上，同時在農業機械、特種車輛、有軌機動車、船和飛行器制造上都受到關注。

其工序原則首先在處理方式復雜性、大量的作用變量以及目前對作用關聯性的工藝常識了解不足等條件下，始終在類似系列應用方面是個大挑戰。

弗勞恩霍夫IWU研究所模塊化工藝環節的生成遵循了研究院的研究方法，過程優化不僅僅局限于單一程序步驟，而是在整個工藝環節的相互作用中進行校驗。工具冷卻的重要科學依據，可能的加熱原則以及過程設計遵循研究所與開姆尼茨工業大學共同開發的集群卓越的“節能產品和工藝創新生產工程”。在2014年召開的該集群的成果發表會上，還額外介紹了淬火壓床生產線模塊，它已經能夠反映出程序數據，并且初步允許在弗勞恩霍夫IWU按計劃建立生產。

圖1  在新的程序工藝中投入了一種力學多伺服壓力機

遵循熨斗原則的可替代加熱

可以作為示范組件的，是位于B柱下方，被稱為B柱之足的組件。這個以安全性為重的部件憑借自身復雜的幾何特征以及較高的拉伸深度，為超越傳統壓床淬火方法的限制提供了可能。

弗勞恩霍夫IWU研究所研發的模塊化工藝環節由四個獨立的過程組成。切邊鋅銅合金經過研究所研發的全自動操作系統輸送，實現了最小的熱量損耗，并且將材料首先輸送到加熱設備，然后輸送到壓床里。科研人員在此準備了替代方案。傳統方式會使用滾動路，慢慢加熱材料。為了實現較高的并且產生隨本地變化的加熱率，弗勞恩霍夫與Schwartz有限公司合力開發了新式接觸加熱設備。與熨斗原則類似，熨斗或模板相反地將熱能有針對性地傳輸到工件的特定范圍內。加熱設備由兩個步驟組成，這樣可以讓板材或者在各個步驟中均勻加熱，或者分區域區別加熱。在步驟過程中，在六個區域中均可以對工件進行溫度調節，這樣熱板是可是實現的。這樣，研究人員在板材的加熱過程中可以對部件的特定區域的強度變化進行干預，這對于后續的切割工序和碰撞工序都是有好處的。加熱將通過特殊的能效燃燒噴嘴來完成，它可以在15秒內將鋼板溫度加熱到950℃。

工具冷卻是關鍵工序

實際塑型和冷卻過程是淬硬處理的關鍵工序，同時負有生產的部件質量的決定性責任，因此對塑型設備和工具系統都提出了更高要求。傳統上使用液壓沖壓。它靈活的處理方式非常適合熱塑型工序，然而卻顯示出推桿工序速度的缺陷。與之相反，伺服壓力機得益于其高度的靈活度和工序速度提供了極大的可能性，塑造淬硬工序的效率和資源效益。基于這一原因，在新的工序環節中使用的是機械學上的伺服液壓機。

圖2  為了設計和驗證研究，首先要搭建一個虛擬的工序環節3D模型，來反映接近實際情況的程序數據

在淬硬成型工序中，溫度管理處于核心位置，因為在塑型和冷卻過程中可以就特定區域有針對性地設置零部件的特質要求，比如說為了改善碰撞工序。傳統方法上，工具冷卻是通過安裝在工具上方附近的水流冷卻管來完成的。科研人員同樣找到了新的途徑，在他們的試驗裝置中結合了兩種不同的冷卻系統：在模具中，在鑄造工具的過程中將倒入一個管道結構，它將作為零部件在力學機械精加工后的冷卻系統。印模在承載式外殼結構中設計。零部件基體在表層的管道中銑切。緊接著基體由一個活躍外殼揭開，由此構成一個閉合的冷卻系統。這是根據逆流原則建成的。所有的冷卻管道都可以分別控制。這樣冷卻便可以精確地調節。此外，這個系統還有第二個，也就是決定性的優勢：相較于封閉的冷卻循環，制冷媒介從注入到排出不停地被加熱，導致溫度不均勻，弗勞恩霍夫研究院工具和成型技術研究所的冷卻功效及其零部件表層冷卻系統始終保持廣泛地均勻性。

能源和資源高效化的修整工藝縮短了周期時間

鑄模程序鏈的最后一道工序是部件切割以及所謂的修整。傳統方法是在造型過程后放下，運輸到激光切割設備處。由于激光切割設備時間周期對淬硬過程本身明顯超出，使得零部件在硬壓生產線上進行刪除、放置和分離加工。為了縮短這一工藝環節的時間周期，提高能效，科研人員針對零部件修整研究出兩種可行方法。一種方法是熱切割，將切割操作直接集成到塑型過程中，在冷卻階段通過附加在閉合工具中的設備完成。這樣，分離過程就在零部件還沒有冷卻硬化的狀態下完成，明顯減少了必須的能耗和損耗。

圖3  運用IWU研發的制冷系統，還可以通過在成型和冷卻過程中特別的溫度控制手段，來有目的性地設置部件特性，用來改善碰撞特性

另外一種用來處理最大強度的零部件切割的方法，是在模具成型鏈條中設置一個單獨的設備，運用快速切割的原則，也就是所謂的絕熱分割。機器部件將通過液壓脈沖進行加速，于是它們在分離程序中產生的動能幾乎全部被轉化為分離能量。在非常狹小的分離空間內，生產原料的溫度在短時間內上升很快，從而使其軟化并且形成一個剪切帶。通過這種絕熱分離可以實現優質切割面質量，較低的零件形變和較低的工具損耗。

操作、加熱、塑型和切割等過程不同的數據，例如材料溫度、部件溫度、沖壓力度及材料位置等將通過傳感器來掌握，在IWU研究所研制的軟件中互相聯通并且集中信息。 科學基礎構成了由數字和經驗支撐的敏感性分析，以數學模塊的形式來掌握，集成一體化知識庫。由此，整個過程都反映在信息端上，描述出其關聯性。如果偏離了預定過程參數，研究人員可以通過科技控制連接對整個系統直接進行調控。這種能效科技和對整個過程環節的聯網而形成的組合，在工業4.0意義上，為智能化標準淬硬程序提供了重要的實踐知識。