CN104438585A - 一种减小热成形钢板冲孔冲头磨损的模具 - Google Patents

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陈扬
孙财
李向荣
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Abstract

本发明涉及一种减小热成形钢板冲孔冲头磨损的模具，包括下模座和上模座，上模座固定连接在压机滑块上，压机滑块由压机驱动上、下移动，在上模座上固定冲头，上模座下表面连接压料块，在下模座上固定凹模套，下模座上定位工件；其特征是：所述冲头的下端设置台阶，台阶的边缘位于冲头边缘刃口的内侧，并且台阶凸出于冲头的下端面。所述台阶的根部与顶部之间为均匀过渡的斜面，该斜面由刃口的边缘向刃口的中心偏斜。所述台阶的横截面面积小于冲孔的横截面。本发明在不增加额外成本也不损失生产效率的前提下，有效减小冲头的磨损，延长冲头使用寿命。

Description

一种减小热成形钢板冲孔冲头磨损的模具
技术领域
本发明涉及一种减小热成形钢板冲孔冲头磨损的模具，尤其是一种经过热成形处理后的高强度及超高强度钢板的冲孔模具，属于热成形钢板的分离技术领域。
背景技术
高强度钢板强度高，特别是在正火或正火加回火状态有较高的综合力学性能，高强度钢板的应用是同时确保轻量化和碰撞安全性的有效手段，因此在大型船舶、桥梁、电站设备、中、高压锅炉、高压容器、机车车辆、起重机械等工程行业领域中应用广泛。而热成形钢板作为一种新兴事物，其生产工艺不同于普通的高强度钢板，热成形钢板的生产工艺通常包括成形和淬火冷却两个阶段，其中，成形阶段需要在高温下由模具一次冲压成形，淬火冷却阶段需要通过控制一定的冷却速度迅速冷却，从而使钢板发生从奥氏体微观组织向马氏体微观组织的转变，由此得到极高的强度和硬度，以常见硼钢为例，热成形处理后其强度达到1500Mpa左右。一般的高强度钢板的抗拉强度在400MPa～450MPa左右，而热成形钢材加热前抗拉强度即已达到500 MPa～800MPa，加热成形后则可提高至1300～1600 MPa，其强度为普通高强度钢材的3～4倍，其硬度仅次于陶瓷，但又具有钢材的韧性，以常见热成形硼钢钢板为例，强度达到1500MPa，延伸率为5%左右，已经远远超过一般意义的高强钢，其分离工艺难度远远高于普通钢板和常见高强钢钢板。
对于热成形钢板的冲孔，由于钢板本身强度和硬度非常高，冲头磨损非常严重，最终产生冲孔毛刺，影响工件质量。为此，常用的方法为使用高硬度的粉末冶金钢，甚至在粉末冶金钢的基础上增加TD、PVD涂层等表面处理技术，冲头的成本由此变得非常昂贵，而冲头的寿命提升幅度并不明显，通常在5,000～20,000冲次仍然需要更换冲头。
通过分析冲孔时候的静水压力可以发现，造成冲头磨损非常严重的主要原因在于冲孔后工件孔径小于冲头尺寸，从而在冲头脱离工件之前，被工件紧紧“箍”住。而工件冲孔后孔径小于冲头尺寸，根本原因在于，冲孔时冲头有沿孔径径向对工件挤压的力，当冲孔破裂后工件沿孔径径向回弹，从而使得孔径小于冲头尺寸，将冲头紧紧“箍”住。而相对于修边磨损轻微，冲孔磨损严重主要是由于其为封闭曲线，对冲头径向拉力的反约束大幅度加重了这种径向回弹。目前所有的冲头解决方案都局限在如何提高冲头材料的性能，而没有从根本上考虑如何减轻甚至消除这种径向回弹。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种减小热成形钢板冲孔冲头磨损的模具，在不增加额外成本也不损失生产效率的前提下，有效减小冲头的磨损，延长冲头使用寿命。
按照本发明提供的技术方案，所述减小热成形钢板冲孔冲头磨损的模具，包括下模座和上模座，上模座固定连接在压机滑块上，压机滑块由压机驱动上、下移动，在上模座上固定冲头，上模座下表面连接压料块，在下模座上固定凹模套，下模座上定位工件；其特征是：所述冲头的下端设置台阶，台阶的边缘位于冲头边缘刃口的内侧，并且台阶凸出于冲头的下端面。在为工件冲孔时，台阶先接触到工件，并使工件产生0.2～5%的塑性变形而不破裂，随后冲头边缘刃口接触到工件，切断材料完成冲孔。
进一步的，所述台阶的根部与顶部之间为均匀过渡的斜面，该斜面由刃口的边缘向刃口的中心偏斜。
进一步的，所述台阶的横截面面积小于冲孔的横截面。
进一步的，当冲孔为圆孔时，台阶的横截面为圆形，台阶的根部和冲头边缘刃口之间的距离为0.2～5mm。
进一步的，当冲孔为异形孔时，台阶横截面形状与冲孔形状一致，或者为圆心和冲孔中心重合的圆形；所述台阶根部和冲头边缘刃口之间的距离为0.2～5mm。
进一步的，所述台阶的高度为0.2～3mm。
进一步的，所述台阶的外周面为外凸的弧面或平面，弧面高度为0.2～2.8mm。
进一步的，所述台阶顶部的边缘可设置倒角，倒角为R0.5～R3。
进一步的，所述冲头的材质选择冷作工具钢SKD11、D2、高速钢或粉末冶金钢。
进一步的，所述冲头与凹模套的冲孔之间保持间隙，该间隙为工件厚度的5%～15%。
本发明具有以下技术效果：
（1）本发明的实质是针对封闭曲线冲孔时的径向回弹，提出如何减小径向回弹的解决方案。由于在冲孔之前进行台阶预先接触工件，沿径向拉伸工件呈拉应力状态，与冲头冲孔时径向挤压工件的力相反，从而很大程度上抵消了工件材料因冲头径向挤压产生的弹性变形，冲孔完成后回弹量大幅度缩小，工件冲孔后“箍”住冲头的现象根本上减轻了，从而最终减小了冲头的磨损。不论采用何种材质的冲头，本发明的冲头使用寿命都远优于未进行预冲孔工艺方案的冲头使用寿命；
（2）对于异形冲孔，本发明采用圆形台阶截面为与异形冲孔中心重合的圆形，加工更加方便，成本更加经济。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为冲头刃口接触工件的状态图。
图3为图2的I放大图。
图4为冲孔后的示意图。
图5为所述冲头的结构示意图。
图6为图5的仰视图。
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
如图1～图6所示：所述减小热成形钢板冲孔冲头磨损的模具包括下模座1、凹模套2、工件3、上模座4、冲头5、压料块6、刃口7、台阶8等。
如图1所示，本发明包括下模座1和上模座4，上模座4固定连接在压机滑块上，压机滑块由压机驱动上、下移动，在上模座4上固定冲头5，上模座4下表面连接压料块6，上模座4与压料块6弹性连接；在所述下模座1上固定凹模套2，下模座1上定位工件3；如图5、图6所示，所述冲头5的下端设置台阶8，台阶8的边缘位于冲头5边缘刃口7的内侧，并且台阶8凸出于冲头5的下端面，即在冲孔时台阶8比冲头5的刃口7先接触到工件3；
如图5所示，所述台阶8的根部与顶部之间为均匀过渡的斜面，该斜面由刃口7的边缘向刃口7的中心偏斜；
如图5所示，所述台阶8的横截面面积、高度以及外表面形状，须根据工件3所需冲孔的孔径和材料厚度进行工艺设计，总原则为控制台阶8比刃口7先接触到工件3的过程中，工件3仅产生弹塑性变形而不破裂，即台阶8作用下工件3变形的弧长不超过工件3材料成形破裂的极限（如图2、图3所示），随工件3孔径和材料厚度而有差异，一般变形后的弧长比工件3原弧长长0.2%～5%；随后，在冲头刃口的作用下是工件沿冲孔边线破裂，完成冲孔。
所述台阶8的横截面面积小于冲孔的横截面，台阶8的边缘位于沿冲孔的边缘内侧；当冲孔为圆孔时，台阶8的横截面为圆形，台阶8的根部和冲头5边缘刃口7之间的距离依据工件孔径和材料厚度不同而有差异，优选0.2～5mm；当冲孔为异形孔时，台阶8横截面既可以为与冲孔形状一致的异形，也可以为圆心和冲孔中心重合的圆形，台阶8根部和冲头5边缘刃口7之间的距离依据工件孔径和材料厚度不同而有差异，优选0.2～5mm。
所述台阶8的高度依据工件孔径和材料厚度不同而有差异，优选0.2～3mm。
所述台阶8的外周面可以是外凸的弧面，弧面高度依据工件孔径和材料厚度不同而有差异，优选0.2～2.8mm，也可以为平面；考虑加工工艺，优选平面。
所述台阶8顶部的边缘可设置倒角，倒角半径依据工件厚度不同而有差异，倒角为R0.5～R3；也可以不进行倒角，为R0。
所述冲头5的材质，选择优质冷作工具钢SKD11、D2、高速钢、粉末冶金钢等，也可以进行涂层等表面处理。
所述冲头5与凹模套2的冲孔之间保持间隙，该间隙为工件3厚度的5%～15%。
实施例一：一种硼钢钢板的冲孔工艺，工件材质：硼钢22MnB5，料厚1.6mm，长度400mm，宽200mm，所冲孔为圆孔，直径D10mm；
如图1～图4所示，上述工件通过以下方式进行具体加工处理：冲头最前端设置台阶，冲压时台阶比冲头的刃口先接触到工件，台阶接触工件的过程中，工件仅产生弹塑性变形而不破裂，随后，在冲头刃口的作用下，工件沿冲孔边线破裂，完成冲孔；其中，冲头的材料选取粉末冶金钢，硬度HRC61±度，台阶的直径为6mm，高度为2mm。
实施例二：一种硼钢钢板的冲孔工艺，该工件为汽车用B柱，钢板的材质：硼钢22MnB5，料厚1.2mm，长度1250mm，宽430mm，所冲孔为圆孔，直径为12mm；
如图1～图4所示，上述工件通过以下方式进行具体加工处理：冲头最前端设置台阶，冲压时台阶比冲头的刃口先接触到工件，台阶接触工件的过程中，工件仅产生弹塑性变形而不破裂，随后，在冲头刃口的作用下，工件沿冲孔边线破裂，完成冲孔；其中，冲头的材料选取粉末冶金钢，硬度HRC61±度，台阶的直径为8mm，高度为1.5mm。

Claims (10)

1.一种减小热成形钢板冲孔冲头磨损的模具，包括下模座（1）和上模座（4），上模座（4）固定连接在压机滑块上，压机滑块由压机驱动上、下移动，在上模座（4）上固定冲头（5），上模座（4）下表面连接压料块（6），在下模座（1）上固定凹模套（2），下模座（1）上定位工件（3）；其特征是：所述冲头（5）的下端设置台阶（8），台阶（8）的边缘位于冲头（5）边缘刃口（7）的内侧，并且台阶（8）凸出于冲头（5）的下端面。
2.如权利要求1所述的减小热成形钢板冲孔冲头磨损的模具，其特征是：所述台阶（8）的根部与顶部之间为均匀过渡的斜面，该斜面由刃口（7）的边缘向刃口（7）的中心偏斜，该斜度为0～45⁰。
3.如权利要求1所述的减小热成形钢板冲孔冲头磨损的模具，其特征是：所述台阶（8）的横截面面积小于冲孔的横截面。
4.如权利要求3所述的减小热成形钢板冲孔冲头磨损的模具，其特征是：当冲孔为圆孔时，台阶（8）的横截面为圆形，台阶（8）的根部和冲头（5）边缘刃口（7）之间的距离为0.2～5mm。
5.如权利要求3所述的减小热成形钢板冲孔冲头磨损的模具，其特征是：当冲孔为异形孔时，台阶（8）横截面形状与冲孔形状一致，或者为圆心和冲孔中心重合的圆形；所述台阶（8）根部和冲头（5）边缘刃口（7）之间的距离为0.2～5mm。
6.如权利要求1所述的减小热成形钢板冲孔冲头磨损的模具，其特征是：所述台阶（8）的高度为0.2～3mm。
7.如权利要求1所述的减小热成形钢板冲孔冲头磨损的模具，其特征是：所述台阶（8）的外周面为外凸的弧面或平面，弧面高度为0.2～2.8mm。
8.如权利要求1所述的减小热成形钢板冲孔冲头磨损的模具，其特征是：所述台阶（8）顶部的边缘可设置倒角，倒角为R0.5～R3。
9.如权利要求1所述的减小热成形钢板冲孔冲头磨损的模具，其特征是：所述冲头（5）的材质选择冷作工具钢SKD11、D2、高速钢或粉末冶金钢。
10.如权利要求1所述的减小热成形钢板冲孔冲头磨损的模具，其特征是：所述冲头（5）与凹模套（2）的冲孔之间保持间隙，该间隙为工件（3）厚度的5%～15%。
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