CN104492901A - 等截面硼钢钢管的热成形及水冷模具 - Google Patents

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陈扬
孙财
李向荣
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Abstract

本发明涉及一种等截面硼钢钢管的热成形及水冷模具,包括上模座和下模座,在上模座下表面安装上模成形镶块,在下模座上表面安装下模成形镶块,上模成形镶块的下表面和下模成形镶块的上表面为硼钢钢管工件的成型面;其特征是:在所述硼钢钢管工件的两端分别设置封头,封头的前端深入硼钢钢管工件的管端内部并形成紧密接触,封头的后端与轴向液压缸或气缸连接,在封头的中心设置水冷通路,水冷通路的前端与硼钢钢管工件的内部连通,水冷通路的后端连接水冷系统。所述封头的前端直径小于后端直径。本发明在产品设计等截面的条件下,可以生产出材料机械强度达到1500MPa的零件。

Description

等截面硼钢钢管的热成形及水冷模具
技术领域
[0001] 本发明涉及一种等截面硼钢钢管的热成形及水冷模具,属于热处理塑性成形及热 处理技术领域。
背景技术
[0002] 硼钢钢管作为一系列热成形钢管,生产工艺分为成形和淬火冷却2个阶段,其中: 成形阶段需要在高温下由模具冲压成形;淬火冷却阶段需要通过控制一定的冷却速度,可 以发生从奥氏体微观组织向马氏体微观组织的转变,得到极高的强度和硬度;根据硼钢种 类不同,其强度可以达到500〜2000MPa。常见热成形后强度达到1500MPa的硼钢化学成分 如表1所示。
[0003] 表 1
[0004]
Figure CN104492901AD00031
[0005]目前常见管件成形工艺为常温下内高压成形。管件内高压成形工艺,利用高压流 体产生的压力,充塞在管件内部充当凸模,外部随产品形状的模具钢充当凹模,经历投料、 模具闭合、管件内预充流体、加压、同时轴向液压缸轴向推料成形和开模取料几个阶段完成 管件成形。其中,根据产品及成形性的需要,过程先后会有交叉。受限于制管工艺及材料自 身机械性能的限制,所应用的管件强度有限,抗拉强度很难超过lOOOMPa。
[0006] 目前常见硼钢钢管热成形多为普通热冲压工艺,其中又以等截面周长的产品为 主。该类产品的生产通常采用两种工艺:一种是冷冲压成形完全后,进行感应淬火等热处理 手段,得到马氏体组织。但这种方法的缺点是淬火生产效率低,工件的工序多而且复杂,包 括冷冲压成形和感应淬火两大工序,制造成本高。
[0007] 另一种工艺是冷冲压预成型后,在热成形工位由热成形模具完成最终成形,并在 工件的两端用模具封头嵌入管件空心内部,相当于模具凸模,并在模具和封头的内部布置 水路,完成对工件的快速冷却。但这种方法的缺点是工件的中部,特别是封头最前端无法与 模具形成紧密配合,因而在该区域冷却效率低,常常无法形成马氏体组织,成为产品强度的 "洼地"。
发明内容
[0008] 本发明的目的是克服现有技术中存在的不足,提供一种等截面硼钢钢管的热成形 及水冷模具,在产品设计等截面的条件下,可以生产出材料机械强度达到1500MPa的零件。
[0009] 按照本发明提供的技术方案,所述等截面硼钢钢管的热成形模具,包括上模座和 下模座,在上模座下表面安装上模成形镶块,在下模座上表面安装下模成形镶块,上模成形 镶块的下表面和下模成形镶块的上表面为硼钢钢管工件的成型面;其特征是:在所述硼钢 钢管工件的两端分别设置封头,封头的前端深入硼钢钢管工件的管端内部并形成紧密接 触,封头的后端与轴向液压缸或气缸连接,在封头的中心设置水冷通路,水冷通路的前端与 硼钢钢管工件的内部连通,水冷通路的后端连接水冷系统。
[0010] 进一步的,所述封头的前端直径小于后端直径。
[0011] 与现有技术相比,本发明具有以下优点:
[0012] (1)本发明可以得到强度高达1500MPa的高强度钢管;
[0013] (2)本发明在高温下对工件进行热成形,可以有效降低成形需要的压力机成形力。 随着温度的升高,硼钢材料的屈服强度迅速降低,延伸率提高,因此,和常温下内高压成形 工艺比较,压力机成形力大为降低。要达到同等或相似强度的零件,和常温下内高压成形相 比较,热成形所需压力机压力可以降低到常温下内高压成形的1/3甚至更低,例如汽车用 DP1000双相钢的强度为lOOOMPa,比热成形后硼钢的强度1500MPa要低很多,但是常温下内 高压DP1000钢管所配备的压力机通常为5000吨,而等截面热成形钢管所配备的压力机可 设为800吨;
[0014] (3)本发明在淬火过程中,向管件内通入低中压冷却水,充满整个工件而没有死 角,可以有得到均匀的马氏体组织,机械性能等更均匀。
[0015] (4)本发明为直接热成形淬火工艺,淬火后无回弹。现有管件常温下内高压成形工 艺,都存在工件成形后回弹的问题,模具常常要多次试模一一机加工一一试模,来调节回弹 补偿量,达到合格尺寸;热成形工艺淬火过程保压,得到的马氏体组织后无回弹。
附图说明
[0016]图1为本发明所述硼钢钢管的高压气体胀形热成形及水冷模具的结构示意图。
[0017] 图中序号:上模成形镶块1、下模成形镶块2、硼钢钢管工件3、水冷通路5、封头6。
具体实施方式
[0018] 下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
[0019] 如图1所示:本发明所述等截面硼钢钢管的热成形及水冷模具包括上模座和下模 座,上模座和下模座用于连接模具和设备,同时传递和承载设备给硼钢钢管工件施加的压 力,上模座和下模座的材质选择QT600、HT300、GM241等铸件,也可选择45#等钢板拼接而 成;在所述上模座下表面安装上模成形镶块1,在下模座上表面安装下模成形镶块2,上模 成形镶块1的下表面和下模成形镶块2的上表面为硼钢钢管工件3的成型面;在所述硼钢 钢管工件3的两端分别设置封头6,封头6的前端与硼钢钢管工件3的管端接触,封头6的 后端与轴向液压缸或气缸连接,封头6的前端直径小于后端直径,在硼钢钢管工件3两端的 封头6中心分别设置水冷通路5,水冷通路5的前端与硼钢钢管工件3的内部连通,水冷通 路5的后端连接水冷系统;
[0020] 所述上模成形镶块1和下模成形镶块2的材质选用用SKD61、Cr7V、8407、Divar、 QR0-90等优质热作模具钢;
[0021] 所述封头6的材质与上模成形镶块1和下模成形镶块2 -致。
[0022] 实施例一:所述等截面硼钢钢管的热成形及水冷工艺,硼钢钢管的材质:硼钢 22MnB5,料厚2. 6mm,等截面外径100mm,长度850mm;
[0023] 上述工件通过以下步骤进行具体加工处理:
[0024] 1、硼钢直管备料,料厚2. 6mm,外径100mm,长度IOOOmm;
[0025] 2、在加热装置中加热至900°C将硼钢管完全奥氏体化;
[0026] 3、在6秒钟内将硼钢管料放置在模具中,压机初始开口高度800mm,并以300mm/s 的速度闭合、成形;
[0027] 4、模具两侧轴向缸推动其前端封头插入管件,封住管件端部,形成密闭腔体;
[0028] 5、通过模具封头前端水冷通路,向管件密闭腔体内充入冷却水,压强2. 5MPa,压机 压力300吨,零件热成形完成;
[0029] 6、热成形完成后,压力机继续停留在达下死点位置,保持闭合状态,维持300吨的 压机压力和2. 5MPa的液体压强2秒,零件保压淬火完成;
[0030] 7、取出工件,得到强度为1500MPa的马氏体组织;
[0031] 8、镭射热压胀形件两端,得到所需尺寸工件。

Claims (2)

1. 一种等截面硼钢钢管的热成形及水冷模具,包括上模座和下模座,在上模座下表面 安装上模成形镶块,在下模座上表面安装下模成形镶块,上模成形镶块的下表面和下模成 形镶块的上表面为硼钢钢管工件的成型面;其特征是:在所述硼钢钢管工件的两端分别设 置封头,封头的前端深入硼钢钢管工件的管端内部并形成紧密接触,封头的后端与轴向液 压缸或气缸连接,在封头的中心设置水冷通路,水冷通路的前端与硼钢钢管工件的内部连 通,水冷通路的后端连接水冷系统。
2. 如权利要求1所述的等截面硼钢钢管的热成形及水冷模具,其特征是:所述封头的 前端直径小于后端直径。
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