CN103934360A - 超高强度钢热冲压、温冲裁复合成形工艺及模具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超高强度钢热冲压、温冲裁复合成形工艺及模具，通过复合模具的使用，将冲裁复合于热冲压过程中，使板料在马氏体形成温度以上完成切边、冲孔。主要流程为：加热至完全奥氏体化的超高强度钢板料置于复合模具中，先进行冲压成形，同时冷却淬火；此过程中，需要冲裁部分板料被局部加热，保持温热状态，在成形结束后，进行温冲裁，并进一步保压冷却。本发明有效解决了超高强度钢后期切边冲孔质量差、精度低、成本高、周期长的问题，对生产实践具有重要的现实意义。

Description

超高强度钢热冲压、温冲裁复合成形工艺及模具

技术领域：

本发明涉及超高强度钢热冲压、温冲裁复合成形工艺及模具，属于热冲压成形技术领域。

背景技术：

安全、环保、节能是当前汽车制造业发展的主要趋势。据资料显示，汽车重量每减轻10％，可节省燃油3％～7％。超高强度钢热冲压件的使用，能在实现汽车轻量化的同时，大幅提高整车碰撞安全性，近年来得到了广泛关注。其主要工艺过程是将室温下组织为铁素体与珠光体的硼锰钢板加热至奥氏体状态，然后送入内部设有冷却管道的模具中快速冲压成形，同时冷却淬火，得到均匀马氏体组织成形件。对于边缘精度要求高或设有通孔的零件，往往还需要进行后续的切边、冲孔工序。

然而，由于马氏体成形件的强度和硬度特别高，分别能达到1500MPa、HV480，使用传统冷加工方式切边、冲孔时，所需冲裁力大，而且常会造成模具磨损甚至失效，严重影响模具的使用寿命以及零件的最终成形质量。目前生产厂家多采用激光切割技术，但加工成本高、生产周期长。

中国专利文献CN101486062A公开了《高强度钢零件的热成形和切边一体化工艺及模具》。该专利在热成形模具上设有切边工具，当奥氏体化板料完成冲压成形后，上、下油缸推动切边工具运动对板料进行切边，最后向模具内通入冷却介质，实现板料淬火。实际生产中，装有油缸的模具很难制造，且在切边时上下油缸协作运动不易控制；没有考虑到温度对零件尺寸精度的影响，温度太高时冲裁精度差；此外，为了满足板料高温切边，该工艺在热冲压过程中未同时进行冷却淬火，得到组织不能保证完全马氏体，零件性能可能会受到影响。中国专利文献CNIO314363OA公开了《一种热冲压复合模》。该专利以管道拉弯方式加工出复杂的模具冷却系统，并通过铸造，嵌入模具，得到了用于热冲压件成形、冲孔和淬火的复合模具。理论上可行，但对于通过铸造方式嵌入模具的管道，材料选择有难度；且没有考虑板料传热问题，即使冷却管道避开了冲孔位置，其他部位的冷却也会造成冲孔位置降温迅速；由于板料边缘与空气接触，冷却速度快，此方法不适用于切边；在模具中冷却系统只有两条长的横向冷却水路，冷却效果差，而且会导致入水口与出水口冷却效果不一致，影响零件性能的均匀性，在热冲压中是不可取的。

为了更好地解决超高强度钢热冲压件后续加工问题，经过数值模拟和大量的实验研究后，本发明提出一种超高强度钢热冲压、温冲裁复合成形工艺及模具，可以有效提高热冲压生产线的生产效率，改善零件的冲裁质量。

发明内容：

本发明提供一种超高强度钢热冲压、温冲裁复合成形工艺及模具，用于解决超高强度钢热冲压件后期切边冲孔质量差、精度低、成本高、周期长的问题。

本发明的上述目的是这样实现的，说明如下：

一种超高强度钢热冲压、温冲裁复合成形工艺，通过复合模具的使用，将冲裁复合于热冲压过程中，使板料在马氏体形成温度以上完成切边、冲孔。主要流程为：加热至完全奥氏体化的超高强度钢板料置于复合模具中，先进行冲压成形，同时冷却淬火；此过程中，需要冲裁部分板料被局部加热，保持温热状态，在成形结束后，进行温冲裁，并进一步保压冷却。

所述温冲裁过程中，最佳冲裁温度为550℃。此温度下冲裁，所需冲裁力小，得到的零件断面质量好，尺寸精度高。

一种超高强度钢热冲压、温冲裁复合成形模具，主要由成形凹模、成形凸模、冲裁凹模、冲裁凸模、压边圈等组成。温冲裁模块复合安装于热冲压模具中，可拆卸。其中冲裁凹模内设有顶料装置。复合模具需配备热电偶测温装置，监测板料冲裁边部分的温度。

所述复合模具中仅在冲压部分凸、凹模内设置冷却管道，为了保证冷却效果，管道纵向分布。

所述冲裁凹模中的顶料块内装有加热元件，对冲裁部分进行局部加热，使板料降温缓慢，冲裁过程中保持温热状态。为了避免热量向模具其他部位传递，影响淬火效果，在顶料块周围加有隔热层。

所述冲裁凸模与固定板配合导向，二者之间设有弹簧，通过弹簧的作用使温冲裁的过程中，热冲压模块能够继续保压冷却。

所述冲裁模块的凸、凹模间隙为板料厚度的15％。经过实验优化分析，采用此间隙，在保证零件断面质量的同时，所需冲裁力最小，尺寸精度最高。

所述板料为超高强度钢22MnB5。

本发明通过复合模具的采用，将超高强度钢的温冲裁复合于热冲压过程中进行，与传统加工方式相比，具有诸多优点。由于板料在塑性大、强度低的温热状态下完成冲裁，所需冲裁力小，有效减小了模具磨损，降低了生产成本；将切边、冲孔复合于热冲压过程中，减少了后期加工工序、缩短了零件生产周期；通过实验及模拟证明，温冲裁得到的零件断面质量好、尺寸精度高。

附图说明：

图1为超高强度钢热冲压示意图；

图2为超高强度钢温冲裁示意图。

其中：1、下模座，2、成形凹模，3、成形凸模，4、冲裁凸模，5、冷却管道，6、上模座，7、冲裁凸模，8、弹簧，9、压边圈，10、板料，11、电阻加热元件，12、隔热层，13、顶料块，14、弹簧

具体实施方式：

下面以帽形件成形及切边过程为实例，结合附图所示进一步说明本发明的内容及其具体实施方式。

本发明的超高强度钢热冲压、温冲裁复合成形工艺，包括如下步骤：将加热至奥氏体化状态的板料置于复合模具中→压力机将力施加在冲压模块，凸凹模闭合，完成板料的热冲压成形→模具内通有冷却介质，同时对板料进行淬火→压力机将力移在冲裁模块，实现板料的温冲裁→由于弹簧的作用，使冲压部分继续保压冷却→复合成形结束，取出成形零件及废料。

本发明的超高强度钢热冲压、温冲裁复合成形模具包括成形凹模2、成形凸模3、冲裁凸模4、冲裁凸模7、压边圈9等主要部件。

参阅附图1，超高强度钢的热冲压示意图。将加热至900～950℃保温5～7min得到的奥氏体化状态的板料快速移送到成形、冲裁复合模具中，放置于成形凹模2表面，压边圈9向下运动，与成形凹模2配合一起压紧板料。压力机将力施加在冲压模块，带动成形凸模3向下运动直至下限位点，与成形凹模2贴合完成板料热冲压成形过程。在此过程中模具冷却管道5内，一直通入冷却水，对板料热冲压部分进行淬火。

参阅附图2，超高强度钢的温冲裁示意图。由于复合模具冲裁模块内不设有冷却管道，且顶料块13内设有电阻加热元件11，板料需要冲裁的部分降温缓慢，在冲裁时仍保持温热状态，塑性好，强度低。当热电偶测量到需冲裁区域的板料温度降至接近550℃时，压力机将力移在冲裁模块，带动冲裁凸模7向下运动与冲裁凹模4配合将多余部分切下，完成温冲裁过程。在冲裁过程中，弹簧8处于压缩状态，上模座6受到向下的压力，使冲压模块仍处于合模保压状态，保证板料的成形质量及冷却效果。

本发明所述的超高强度钢热冲压、温冲裁复合成形工艺，通过采用复合模具，将超高强度钢零件的切边、冲孔复合于热冲压过程中，在550℃左右的温热状态下进行，不仅能减小所需冲裁力，得到断面质量好，尺寸精度高的热冲压零件，还可以提高模具寿命，降低生产成本，有效解决了超高强度钢后续加工质量差、精度低、成本高、周期长的问题，对生产实践具有重要的现实意义。

Claims (8)

1.一种超高强度钢热冲压、温冲裁复合成形工艺，其特征在于：通过复合模具的使用，将冲裁复合于热冲压过程中，使板料在马氏体形成温度以上完成切边、冲孔。主要流程为：加热至完全奥氏体化的超高强度钢板料置于复合模具中，先进行冲压成形，同时冷却淬火；此过程中，需要冲裁部分板料被局部加热，保持温热状态，在成形结束后，进行温冲裁，并进一步保压冷却。

2.根据权利要求1所述的超高强度钢热冲压、温冲裁复合成形工艺，其特征在于所述温冲裁过程中，最佳冲裁温度为550℃。

3.一种超高强度钢热冲压、温冲裁复合成形模具，其特征在于：主要由成形凹模、成形凸模、冲裁凹模、冲裁凸模、压边圈等组成。温冲裁模块复合安装于热冲压模具中，可拆卸。其中冲裁凹模内设有顶料装置。复合模具需配备热电偶测温装置，监测板料冲裁边部分的温度。

4.根据权利要求3所述的超高强度钢热冲压、温冲裁复合成形模具，其特征在于所述复合模具中仅在冲压部分凸、凹模内设置冷却管道，管道纵向分布。

5.根据权利要求3所述的超高强度钢热冲压、温冲裁复合成形模具，其特征在于所述冲裁凹模中的顶料块内装有加热元件，周围加有隔热层。

6.根据权利要求3所述的超高强度钢热冲压、温冲裁复合成形模具，其特征在于所述冲裁凸模与固定板配合导向，二者之间设有弹簧。

7.根据权利要求3所述的超高强度钢热冲压、温冲裁复合成形模具，其特征在于所述冲裁模块的凸、凹模间隙为板料厚度的15％。

8.根据权利要求1及3所述的超高强度钢热冲压、温冲裁复合成形工艺及模具，其特征在于所述板料为超高强度钢22MnB5。