CN104525752A - 等截面硼钢钢管的热成形及水冷工艺 - Google Patents
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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工艺,其特征是,包括以下工艺步骤:(1)将硼钢钢管加工成与最终工件形状尺寸基本相似的零件;(2)将硼钢钢管零件在加热装置中加热到850~950℃;(3)将硼钢钢管零件传送至热成形压力机的模具中;(4)模具部分区域闭合完成或全部闭合完成后,轴向缸向工件移动,轴向缸前端设置有封头,用于将工件两端密封;向缸通过封头的端部水孔向工件内快速注入冷却水,并采取封头一端注水另一端排水的循环方式,对工件进行循环冷却;所述冷却水的压力为低中压,优选0.1~25MPa;冷却水为防锈软水,温度控制在5~45度;(5)卸压开模。本发明可以生产出材料机械强度达到1500MPa的零件。
Description
技术领域
本发明涉及一种等截面硼钢钢管的热成形及水冷工艺,属于热处理塑性成形及热处理技术领域。
背景技术
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。
表1
C | Si | Mn | P | S | Cr | B | |
min | 0.20 | 0.20 | 1.00 | - | - | 0.15 | 0.0015 |
max | 0.25 | 0.35 | 1.30 | 0.025 | 0.015 | 0.25 | 0.0050 |
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A内部充当凸模,外部随产品形状的模具钢B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。
管件内高压成形工艺,通常其前道要配合有弯管和/或预成型工艺,在内高压成形工艺之前,得到与最终工件形状尺寸基本相似的零件,同时避免高压成形模具闭合过程中产生夹料,避免成形过程中出现开裂和起皱等缺陷。如果以上问题可以避免,可以省去弯管和/或预成型工艺,直接进行内高压。为简略计,弯管和/或预成型工艺本发明不再详细讨论。
目前常见管件成形工艺为常温下内高压成形。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1000MPa。
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。
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
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工艺,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。
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及水冷工艺,其特征是,包括以下工艺步骤:
(1)弯管和预成型:在常温下对硼钢钢管进行弯管和/或预成型加工,将硼钢钢管加工成与最终工件形状尺寸基本相似的零件;
(2)加热:将硼钢钢管零件在加热装置中加热到850~950℃,加热装置中采用保护气氛;
(3)传送工件:将经步骤(2)加热后的硼钢钢管零件传送至热成形压力机的模具中;当硼钢钢管零件的厚度在0.5~3.5mm范围内时,传送时间控制在3~10秒,室温传送;当硼钢钢管零件的厚度小于0.5mm时,传送速度控制在3秒以内;
(4)模具成形:硼钢钢管零件在模具中由热成形压力机进行热成形冲压,热成形压力机采用液压压机或伺服压机,热成形冲压包括以下过程:
a、模具闭合成形:模具的上、下模表面分别对应最终工件的上下型面,以得到和最终工件一致的形状;
b、轴向缸推料:模具部分区域闭合完成或全部闭合完成后,轴向缸向工件移动,轴向缸前端设置有封头,用于将工件两端密封;
(5)保压淬火:硼钢钢管零件高压成形后模具保持闭合状态,热成形压力机的压力保持不变,轴向缸通过封头的端部水孔向工件内快速注入冷却水,并采取封头一端注水另一端排水的循环方式,对工件进行循环冷却;所述冷却水的压力为低中压,优选0.1~25MPa;冷却水为防锈软水,温度控制在5~45度;
(6)卸压开模:硼钢钢管零件经保压和冷却水淬火后,冷却水沿封头水路排出工件;随后轴向缸向外侧移动复位,压机上行,模具打开,取走工件。
所述步骤(2)中,当硼钢钢管零件为无镀层硼钢钢管零件时,采用氮气保护或氮气加甲醇或甲烷保护气氛;当硼钢钢管零件为铝硅镀层的硼钢钢管零件时,采用干燥空气或者氮气保护;当硼钢钢管零件为锌镀层的硼钢钢管零件时,采用干燥空气保护。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)本发明可以得到强度高达1500MPa的高强度钢管;
(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1000MPa,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;
(3)本发明在淬火过程中,向管件内通入低中压冷却水,可以有得到均匀的马氏体组织,机械性能等更均匀。
(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——机加工——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
图1a~图1f为管件内高压成形工艺的流程图,其中:
图1a为投料过程的示意图。
图1b为模具闭合过程的示意图。
图1c为管件内预充流体的示意图。
图1d为加压的示意图。
图1e为轴向液压缸轴向推料成形的示意图。
图1f为开模取料的示意图。
图2为本发明所述管件热成形生产设备的结构示意图。
图3为所述热成形模具的示意图。
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、封头6、通水孔7、压力机8、上模座9、下模座10、轴向液压系统11、轴向水供给系统12。
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
本发明所述硼钢钢管的气胀热成形工艺,包括以下工艺步骤:
(1)弯管和预成型:在常温下对硼钢钢管进行弯管和/或预成型加工,将硼钢钢管加工成与最终工件形状尺寸基本相似的零件;
(2)加热:将硼钢钢管零件在加热装置中加热到850~950℃,使硼钢钢管零件均匀奥氏体化;其中,硼钢钢管零件可分为带镀层和不带镀层两种;加热装置内的保护气氛根据硼钢钢管表层特点采用适当配方,例如:无镀层硼钢钢管零件采用氮气保护或氮气加甲醇或甲烷等保护气氛;如果为铝硅镀层的硼钢钢管零件采用干燥空气或者氮气保护;如果为锌镀层的硼钢钢管零件,采用干燥空气保护;
(3)传送工件:如图1a所示,将经步骤(2)加热后的硼钢钢管零件传送至热成形压力机的模具中;传送速度及传送环境温度应当控制在合理的范围内,一般随硼钢钢管零件的厚度而变化,例如:当硼钢钢管零件的厚度在0.5~3.5mm范围内时,传送时间应随着厚度的减小而缩短,控制在3~10秒,室温传送;当硼钢钢管零件的厚度小于0.5mm时,传送速度控制在3秒以内,使降温度速度慢于室温下的自然冷却速度;
(4)模具热成形:硼钢钢管零件在管件水冷热成形生产设备中进行热成形冲压,如图2、图3所示,管件热成形生产设备包括压力机8,压力机8中安装热成形模具,热成形模具包括上模座9和下模座10,上模座9和下模座10用于传递和承载压力机8给硼钢钢管工件施加的压力,上模座9和下模座10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9下表面安装上模成形镶块1,在下模座10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;在所述热成形模具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的后端与轴向液压系统11(轴向液压缸或气缸)连接,在热成形模具两端的封头水中心分别设置通水孔7,通水孔7的前端与硼钢钢管工件3的内部连通,通水孔7的后端连接轴向水供给系统12;
热成形冲压包括以下过程:
a、模具闭合成形:如图1b所示,模具的上、下模表面分别对应最终工件的上下型面,以得到和最终工件一致的形状;模具的上、下模内部具有冷却装置,为高压胀气之后的淬火工艺提供冷却源;上、下模设置适当定位装置和导向装置,确保模具上下运动及投取工件的稳定性和准确性;
b、轴向缸推料:如图1c、图1d、图1e所示,模具部分区域闭合完成或全部闭合完成后,轴向缸向工件移动,轴向缸前端设置有封头,用于将工件两端密封;随后中低压冷却水站进气阀门打开,冷却水从封头最前端的通水孔通入具备初始压力的高压气体,充塞硼钢钢管零件;冷却水向硼钢钢管零件内部增压,同时配合以轴向缸轴向推料动作,形成内压力——轴向缸位移曲线,完成硼钢钢管零件在高温下的高压成形;其中,所述轴向缸的行程0~200mm可调,轴向缸推力随着硼钢钢管零件的管径大小及内压力而变化,一般为0.1~25MPa,内压力(即冷却水的压力)是指0.1~25MPa全程可调,优选1~5MPa;
步骤b中,冷却水为防锈软水,温度控制在5~45度。
(5)保压淬火:如图1e所示,经步骤b硼钢钢管零件高压成形后模具保持闭合状态,热成形压力机的压力和/或内高压压力保持不变或进行调整,以适当的冷却速度淬火;
(6)卸压开模:如图1f所示,硼钢钢管零件经保压淬火后冷却至晶相转变完成后,冷却水阀门处于关闭状态,排水阀打开,冷却水沿出气通道排出工件;随后轴向缸向外侧移动复位,压机上行,模具打开,取走工件。
实施例一:所述硼钢钢管的气胀热成形工艺,硼钢钢管的材质:硼钢22MnB5,料厚2.6mm,等截面外径100mm,长度850mm;
上述工件通过以下步骤进行具体加工处理:
1、硼钢直管备料,料厚2.6mm,外径100mm,长度1000mm;
2、在加热装置中加热至900℃将硼钢管完全奥氏体化;
3、如图1a所示,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;
4、如图1b所示,模具两侧轴向缸推动其前端封头封住管件,形成密闭腔体;
5、如图1c、图1d、图1e所示,压机下行,零件热成形完成,压机压力300吨;
6、如图1e所示,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,同时,通过模具封头前端冷却通路,向管件密闭腔体内充入中低压冷却水,压强20MPa,流速20m3/小时,零件保压淬火完成;
7、如图1f所示,取出工件,得到强度为1500MPa的马氏体组织;
8、镭射热压胀形件两端,得到所需尺寸工件。
实施例二:所述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2mm,截面外径130mm不变,展开长度1050mm。
上述工件通过以下步骤进行具体加工处理:
1、硼钢直管备料,料厚2.0mm,管外径130mm,长1200mm;
2、在加热装置中加热至900℃将硼钢管完全奥氏体化;
3、如图1a所示,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,零件热成形完成;
4、如图1b所示,模具两侧轴向缸推动其前端封头封住管件,形成密闭腔体;
5、如图1c、图1d、图1e所示,通过模具封头前端冷却通路,向管件密闭腔体内充入中低压冷却水,压强10MPa,流速20m3/小时,压机压力300吨,压力机继续停留在下死点位置,保持闭合状态,维持300吨的压机压力和10MPa的液体压强2秒,零件水冷淬火完成;
6、如图1f所示,取出工件,得到强度为1500MPa的马氏体组织。
Claims (2)
1.一种等截面硼钢钢管的热成形及水冷工艺,其特征是,包括以下工艺步骤:
(1)弯管和预成型:在常温下对硼钢钢管进行弯管和/或预成型加工,将硼钢钢管加工成与最终工件形状尺寸基本相似的零件;
(2)加热:将硼钢钢管零件在加热装置中加热到850~950℃,加热装置中采用保护气氛;
(3)传送工件:将经步骤(2)加热后的硼钢钢管零件传送至热成形压力机的模具中;当硼钢钢管零件的厚度在0.5~3.5mm范围内时,传送时间控制在3~10秒,室温传送;当硼钢钢管零件的厚度小于0.5mm时,传送速度控制在3秒以内;
(4)模具成形:硼钢钢管零件在模具中由热成形压力机进行热成形冲压,热成形压力机采用液压压机或伺服压机,热成形冲压包括以下过程:
a、模具闭合成形:模具的上、下模表面分别对应最终工件的上下型面,以得到和最终工件一致的形状;
b、轴向缸推料:模具部分区域闭合完成或全部闭合完成后,轴向缸向工件移动,轴向缸前端设置有封头,用于将工件两端密封;
(5)保压淬火:硼钢钢管零件高压成形后模具保持闭合状态,热成形压力机的压力保持不变,轴向缸通过封头的端部水孔向工件内快速注入冷却水,并采取封头一端注水另一端排水的循环方式,对工件进行循环冷却;所述冷却水的压力为0.1~25MPa,冷却水为防锈软水,温度控制在5~45度;
(6)卸压开模:硼钢钢管零件经保压和冷却水淬火后,冷却水沿封头水路排出工件;随后轴向缸向外侧移动复位,压机上行,模具打开,取走工件。
2.如权利要求1所述的等截面硼钢钢管的热成形及水冷工艺,其特征是:所述步骤(2)中,当硼钢钢管零件为无镀层硼钢钢管零件时,采用氮气保护或氮气加甲醇或甲烷保护气氛;当硼钢钢管零件为铝硅镀层的硼钢钢管零件时,采用干燥空气或者氮气保护;当硼钢钢管零件为锌镀层的硼钢钢管零件时,采用干燥空气保护。
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PB01 | Publication | ||
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C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
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