CN104889218A - 一种获得变强度热冲压零件的方法及模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热冲压成形领域。一种获得变强度热冲压零件的方法，其特征在于包括如下步骤：1)模具准备；2)准备阶段；3)冲压阶段：将充分奥氏体化的零件坯料迅速从加热炉中转移至模具上；上模固定镶块与上模活动镶块同步下行，直至模具闭合，完成热冲压成形；4)保压淬火阶段：零件非变强度区在模具冷却系统的作用下进行淬火，奥氏体完全转变为马氏体组织；而零件变强度区对应的上模活动镶块和下模活动镶块，维持闭合保压状态1s～3s后，与零件变强度区表面脱离接触，并形成间隙；5)回程取件阶段：上模固定镶块及上模活动镶块同步上行，模具开启，将零件取出。本发明可使热冲压件不同区域具有不同的组织和强度，实现了单一零件的多性能要求。

Description

一种获得变强度热冲压零件的方法及模具

技术领域

本发明涉及热冲压成形领域，更具体地说，涉及一种变强度热冲压零件的制造方法及模具。

背景技术

随着能源危机与环境问题的不断突出以及人们对汽车安全的日益重视，安全、节能和环保已成为当今汽车行业的发展趋势。热冲压成形技术能有效地解决高强度钢板冲压性能差、回弹大等问题，是实现节能减排和汽车轻量化的有效途径。

热冲压成形技术是将钢板加热至奥氏体状态，快速冲压成形后保压淬火，以获得具有马氏体组织的超高强钢零件的成形方式。热冲压成形后，得到的零件强度可达1500MPa以上,应用热冲压成形技术，可以在保证零件强度不降低的情况下减少板材厚度和重量，实现汽车的轻量化。

传统的热冲压成形工艺只能得到全部为马氏体组织的超高强度钢零件，无法满足零件不同区域具有不同力学性能的要求。然而，对于汽车中立柱、保险杠支架、门内板等车身安全结构件，一方面需要足够的强度来保证其承受冲击时不被破坏；另一方面也需要零件的某些部位具有较好的塑性，以提高零件的整体耐撞性能。为最大程度地发挥材料性能、实现零件力学性能与车身安全性能的最优匹配，亟需解决热冲压零件变强度制造的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种获得变强度热冲压零件的方法及模具，可使热冲压件不同区域具有不同的组织和强度，实现了单一零件的多性能要求，以有效解决传统热冲成形工艺无法成形变强度热冲压零件的技术难题。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种获得变强度热冲压零件的方法，包括如下步骤：

1)模具准备；

2)准备阶段：模具处于开启状态，上模固定镶块4处于上止点，上模活动镶块8的型面和上模固定镶块4的型面与下模活动镶块11的型面和下模固定镶块3的型面处于分离状态；在上液压缸7的作用下，上模活动镶块8下行；在下液压缸12的作用下，下模活动镶块11上行；最终，上模活动镶块8与上模固定镶块4，下模活动镶块11与下模固定镶块3分别形成光滑、完整的上、下模冲压型面；

3)冲压阶段：将充分奥氏体化的零件坯料(如：加热到900℃～950℃充分奥氏体化的零件坯料)10迅速从加热炉中转移至一种获得变强度热冲压零件的模具(热冲压模具)的下模固定镶块3和下模活动镶块11上(此过程在3s内完成)；下模固定镶块3及下模活动镶块11保持静止不动；上模固定镶块4与上模活动镶块8同步下行，直至模具闭合【上模与下模(包括下模固定镶块3和下模活动镶块11)闭合】，完成热冲压成形；

4)保压淬火阶段：下模具固定镶块3和上模固定镶块4维持闭合并保压，零件非变强度区在模具冷却系统的作用下进行淬火(如：以大于27℃/s的冷却速度，冷却速度较快)，奥氏体完全转变为马氏体组织；而零件变强度区15对应的上模活动镶块8和下模活动镶块11，维持闭合保压状态1s～3s后，分别在上液压缸7和下液压缸12的带动下，上模活动镶块8上行，下模活动镶块11下行，使上模活动镶块8的型面、下模活动镶块11的型面与零件变强度区15表面脱离接触，并形成间隙(如：2mm～150mm的间隙)；零件变强度区15的热量散失方式由原来的热传导为主转变为热对流和热辐射为主，冷却速率变缓，变强度区的奥氏体不能全部转变为马氏体组织；

5)回程取件阶段：上模固定镶块4及上模活动镶块8同步上行，模具开启(上模活动镶块8的型面和上模固定镶块4的型面，与下模活动镶块11的型面和下模固定镶块3的型面，处于分离状态)，将零件(变强度热冲压零件，或半成品)取出。

步骤2)～步骤5)为一个完整的工作循环，重复上述步骤2)～步骤5)，可实现变强度热冲压零件的连续制造。

在上述方法中，所述零件坯料的形状、尺寸可根据具体零件反求得出，这样既可以节省材料又便于零件成形。

所述零件坯料在加热炉中最佳的奥氏体化加热温度为900℃～950℃，一般需要保温3min～5min，以保证坯料充分地奥氏体化。

所述加热后的零件坯料转移至模具的过程中，速度要快，以避免坯料暴露在空气中的时间过长造成严重氧化以及热量的过多散失，一般情况下转移过程应在3s内完成。

所述冲压阶段，模具活动镶块必须处于闭合状态，与模具固定镶块部分形成光滑、完整的冲压型面，目的是为了保证成形后的热冲压零件表面光滑、完整。

所述带动上、下模活动镶块运动的动力可以通过液压系统给予，也可以通过电动系统或其他系统给予。

所述热冲压完成后，上、下模活动镶块应保压1s～3s后再进行分离，目的是保证热冲压零件变强度区成形充分，提高零件成形的精度。但是，上、下模活动镶块保压时间不宜过长，应在温度降至马氏体转变起始点之前与零件变强度区分离。

所述上、下模活动镶块与零件变强度区脱离接触，形成的间隙距离控制在2mm～150mm。

实现上述方法的一种获得变强度热冲压零件的模具，包括上模安装板6、下模安装板1、导柱2、导套5、上模固定镶块4、上模活动镶块8、下模固定镶块3、下模活动镶块11、上液压缸7、下液压缸12；上模固定镶块4固定在上模安装板6上，上模固定镶块4上设有冷却通道9(冷却通道9与冷却管道相连通，提供冷却)，上模固定镶块4上还设有上模活动镶块安装通孔，上模活动镶块8的上部位于上模活动镶块安装通孔内，上模活动镶块8的上端通过上液压缸7与上模安装板6相连(上模活动镶块8的上端与上液压缸7的活塞杆相连，上液压缸7的缸体与上模安装板6相连)；下模固定镶块3位于上模固定镶块4的下方，下模固定镶块3固定在下模安装板1上，下模固定镶块3上设有冷却通道(冷却通道9与冷却管道相连通，提供冷却)，下模固定镶块3上还设有下模活动镶块安装通孔，下模活动镶块11的下部位于下模活动镶块安装通孔内，下模活动镶块11的下端通过下液压缸12与下模安装板1相连(下模活动镶块11的下端与下液压缸12的活塞杆相连，下液压缸12的缸体与下模安装板1相连)；上模安装板6上固定导套5(导套5可采用多个，导套5位于上模固定镶块4的外侧)，下模安装板1上固定有导柱2(导柱2可采用多个，与导套5的个数相同；导柱2位于下模固定镶块3的外侧)，导柱2的上端穿入导套5中；下模活动镶块安装通孔内的下模固定镶块3上设有V型滑动导轨13，下模活动镶块11上设有V型滑动导槽14，V型滑动导槽14与V型滑动导轨13相配合，上模活动镶块安装通孔内的上模固定镶块4上设有V型滑动导轨13，上模活动镶块8上设有V型滑动导槽14，V型滑动导槽14与V型滑动导轨13相配合。

所述上模活动镶块8、下模活动镶块11均位于热冲压零件的变强度区，上模固定镶块4、下模固定镶块3均位于热冲压零件的非变强度区。

所述上模固定镶块4、下模固定镶块3可采用整体式结构。为便于冷却通道的加工，上、下模固定镶块也可采用镶拼式结构。

上模活动镶块安装通孔为1-20个，上模活动镶块为相应的个数；下模活动镶块安装通孔为1-20个，下模固定镶块为相应的个数(即设置一套或多套模具活动镶块)。

所述冷却通道可采用随形布置、随场布置或其它布置形式，冷却通道分布的疏密、管径的大小、距模具型面的距离等参数设定应根据具体冷却需求而定，但必须保证零件非变强度区的冷却速度在27℃/s以上，确保此区域奥氏体完全转变为马氏体组织。

所述变强度区上、下模活动镶块中可不设冷却通道。

所述上、下模活动镶块分别在上、下液压缸的作用下沿V型滑动导轨上下运动，目的是保证上、下模活动镶块运动的稳定性和精度。

所述上、下液压缸共用一套液压控制系统，从而保证上、下模活动镶块同步运动。

所述液压系统应有较高的稳定性、控制精度和响应灵敏度，以保证上、下模活动镶块精确、快速运动。

本发明的有益效果在于：根据热冲压零件不同区域的不同强度要求，在相应位置设置一套或多套模具活动镶块。热冲压完成后，模具活动镶块型面与变强度区零件表面脱离接触，形成一定的间隙，使零件变强度区的热量散失方式由原来的热传导为主转变为热对流和热辐射为主，从而降低了热冲压零件变强度区的冷却速率，使该区域奥氏体不能完全转变为马氏体；而零件的非变强度区在冷却系统的作用下快速冷却淬火，形成完全的马氏体组织，从而使热冲压件不同区域具有不同的组织和强度，实现了单一零件的多性能要求，提高了零件的综合力学性能。本方法简单实用，易于实现，在汽车零部件的热冲压成形中具有广阔的应用前景。

附图说明

图1a是本发明准备阶段结束时刻的模具状态示意图。

图1b是图1a沿A-A线的剖视图。

图2是本发明冲压阶段结束时刻模具状态示意图。

图3是本发明保压淬火阶段结束时刻模具状态示意图。

图4是本发明回程取件阶段结束时刻模具状态示意图。

图5是本发明变强度B柱示意图。

图中：1-下模安装板；2-导柱；3-下模固定镶块；4-上模固定镶块；5-导套；6-上模安装板；7-上液压缸；8-上模活动镶块；9-冷却通道；10-零件坯料；11-下模活动镶块；12-下液压缸；13-V型滑动导轨；14-V型滑动导槽；15-零件变强度区。

具体实施方式

下面以汽车变强度B柱零件为例结合附图1a、1b～4，进一步说明本发明的内容及其具体实施步骤。

一种获得变强度热冲压零件的方法，包括如下步骤：

步骤一：模具准备。

一种获得变强度热冲压零件的模具，包括上模安装板6、下模安装板1、导柱2、导套5、上模固定镶块4、上模活动镶块8、下模固定镶块3、下模活动镶块11、上液压缸7、下液压缸12；上模固定镶块4固定在上模安装板6上，上模固定镶块4上设有冷却通道9(冷却通道9与冷却管道相连通，提供冷却)，上模固定镶块4上还设有上模活动镶块安装通孔，上模活动镶块8的上部位于上模活动镶块安装通孔内，上模活动镶块8的上端通过上液压缸7与上模安装板6相连(上模活动镶块8的上端与上液压缸7的活塞杆相连，上液压缸7的缸体与上模安装板6相连)；下模固定镶块3位于上模固定镶块4的下方，下模固定镶块3固定在下模安装板1上，下模固定镶块3上设有冷却通道(冷却通道与冷却管道相连通，提供冷却)，下模固定镶块3上还设有下模活动镶块安装通孔，下模活动镶块11的下部位于下模活动镶块安装通孔内，下模活动镶块11的下端通过下液压缸12与下模安装板1相连(下模活动镶块11的下端与下液压缸12的活塞杆相连，下液压缸12的缸体与下模安装板1相连)；上模安装板6上固定导套5(导套5可采用多个，导套5位于上模固定镶块4的外侧)，下模安装板1上固定有导柱2(导柱2可采用多个，与导套5的个数相同；导柱2位于下模固定镶块3的外侧)，导柱2的上端穿入导套5中；下模活动镶块安装通孔内的下模固定镶块3上设有V型滑动导轨13，下模活动镶块11上设有V型滑动导槽14，V型滑动导槽14与V型滑动导轨13相配合；上模活动镶块安装通孔内的上模固定镶块4上设有V型滑动导轨13，上模活动镶块8上设有V型滑动导槽14，V型滑动导槽14与V型滑动导轨13相配合。

其中上模活动镶块8、下模活动镶块11均位于热冲压零件的变强度区，上模固定镶块4、下模固定镶块3均位于热冲压零件的非变强度区。

步骤二：准备阶段。从上一个工作循环结束时刻开始，此时模具处于开启状态，上模固定镶块4处于上止点，上模活动镶块8的型面和上模固定镶块4的型面与下模活动镶块11的型面和下模固定镶块3的型面处于分离状态；在上液压缸7的作用下，上模活动镶块8下行；在下液压缸12的作用下，下模活动镶块11上行；最终，上模活动镶块8与上模固定镶块4，下模活动镶块11与下模固定镶块3分别形成光滑、完整的上、下模冲压型面(参阅附图1)。

步骤三：冲压阶段。将加热到900℃～950℃充分奥氏体化的零件坯料10迅速从加热炉中转移至一种获得变强度热冲压零件的模具(热冲压模具)的下模固定镶块3和下模活动镶块11上，此过程在3s内完成。下模固定镶块3及下模活动镶块11保持静止不动；上模固定镶块4与上模活动镶块8同步下行，直至与下模(包括下面固定镶块3和下模活动镶块11)闭合，完成热冲压成形；在此过程中，始终保证上模活动镶块8与上模固定镶块4同步运动，从而保持光滑、完整的模具冲压型面；与此同时，下模活动镶块11与下模固定镶块3静止不动，同样保持光滑、完整的模具型面，目的是保证热冲压零件成形后表面光滑、完整(参阅附图2)。

步骤四：保压淬火阶段。下模固定镶块3和上模固定镶块4维持闭合并保压，零件对应区域(非变强度区)在模具冷却系统的作用下以大于27℃/s的冷却速度进行淬火，冷却速度较快，奥氏体完全转变为马氏体组织；而零件变强度区15对应的上模活动镶块8和下模活动镶块11，维持闭合保压状态1s～3s后，分别在上液压缸7和下液压缸12的带动下，上模活动镶块8上行，下模活动镶块11下行，使上模活动镶块8的型面、下模活动镶块11的型面与零件变强度区15表面脱离接触，并形成5mm的间隙；零件变强度区15的热量散失方式由原来的热传导为主转变为热对流和热辐射为主，冷却速率变缓，变强度区的奥氏体不能全部转变为马氏体组织(参阅附图3)。

步骤五：回程取件阶段。模具开启，上模固定镶块4及上模活动镶块8同步上行，模具打开(上模活动镶块8的型面和上模固定镶块4的型面，与下模活动镶块11的型面和下模固定镶块3的型面，处于分离状态)，将零件(变强度热冲压零件)取出(参阅附图4)。

步骤二～步骤五为一个完整的工作循环。重复上述步骤，可实现变强度热冲压零件的连续制造。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种获得变强度热冲压零件的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)模具准备；

2)准备阶段：模具处于开启状态，上模固定镶块(4)处于上止点，上模活动镶块(8)的型面和上模固定镶块(4)的型面与下模活动镶块(11)的型面和下模固定镶块(3)的型面处于分离状态；在上液压缸(7)的作用下，上模活动镶块(8)下行；在下液压缸(12)的作用下，下模活动镶块(11)上行；最终，上模活动镶块(8)与上模固定镶块(4)，下模活动镶块(11)与下模固定镶块(3)分别形成光滑、完整的上、下模冲压型面；

3)冲压阶段：将充分奥氏体化的零件坯料(10)迅速从加热炉中转移至一种获得变强度热冲压零件的模具的下模固定镶块(3)和下模活动镶块(11)上；下模固定镶块(3)及下模活动镶块(11)保持静止不动；上模固定镶块(4)与上模活动镶块(8)同步下行，直至模具闭合，完成热冲压成形；

4)保压淬火阶段：下模固定镶块(3)和上模固定镶块(4)维持闭合并保压，零件非变强度区在模具冷却系统的作用下进行淬火，奥氏体完全转变为马氏体组织；而零件变强度区对应的上模活动镶块(8)和下模活动镶块(11)，维持闭合保压状态1s～3s后，分别在上液压缸(7)和下液压缸(12)的带动下，上模活动镶块(8)上行，下模活动镶块(11)下行，使上模活动镶块(8)的型面、下模活动镶块(11)的型面与零件变强度区表面脱离接触，并形成间隙；零件变强度区的热量散失方式由原来的热传导为主转变为热对流和热辐射为主，冷却速率变缓，变强度区的奥氏体不能全部转变为马氏体组织；

5)回程取件阶段：上模固定镶块(4)及上模活动镶块(8)同步上行，模具开启，将零件取出。

2.根据权利要求1所述的一种获得变强度热冲压零件的方法，其特征在于：步骤2)～步骤5)为一个完整的工作循环，重复上述步骤2)～步骤5)，可实现变强度热冲压零件的连续制造。

3.根据权利要求1所述的一种获得变强度热冲压零件的方法，其特征在于：所述零件坯料在加热炉中奥氏体化加热温度为900℃～950℃，保温3min～5min。

4.根据权利要求1所述的一种获得变强度热冲压零件的方法，其特征在于：将充分奥氏体化的零件坯料迅速从加热炉中转移至一种获得变强度热冲压零件的模具的下模固定镶块和下模活动镶块上的过程中，转移过程应在3s内完成。

5.根据权利要求1所述的一种获得变强度热冲压零件的方法，其特征在于：所述间隙距离控制在2mm～150mm。

6.根据权利要求1所述的一种获得变强度热冲压零件的方法，其特征在于：零件非变强度区在模具冷却系统的作用下进行淬火，是以大于27℃/s的冷却速度冷却。

7.实现权利要求1所述方法的一种获得变强度热冲压零件的模具，其特征在于：包括上模安装板(6)、下模安装板(1)、导柱(2)、导套(5)、上模固定镶块(4)、上模活动镶块(8)、下模固定镶块(3)、下模活动镶块(11)、上液压缸(7)、下液压缸(12)；上模固定镶块(4)固定在上模安装板(6)上，上模固定镶块(4)上设有冷却通道(9)，上模固定镶块(4)上还设有上模活动镶块安装通孔，上模活动镶块(8)的上部位于上模活动镶块安装通孔内，上模活动镶块(8)的上端通过上液压缸(7)与上模安装板(6)相连；下模固定镶块(3)位于上模固定镶块(4)的下方，下模固定镶块(3)固定在下模安装板(1)上，下模固定镶块(3)上设有冷却通道(9)，下模固定镶块(3)上还设有下模活动镶块安装通孔，下模活动镶块(11)的下部位于下模活动镶块安装通孔内，下模活动镶块(11)的下端通过下液压缸(12)与下模安装板(1)相连；上模安装板(6)上固定导套(5)，下模安装板(1)上固定有导柱(2)，导柱(2)的上端穿入导套(5)中；下模活动镶块安装通孔内的下模固定镶块(3)上设有V型滑动导轨(13)，下模活动镶块(11)上设有V型滑动导槽(14)，V型滑动导槽(14)与V型滑动导轨(13)相配合；上模活动镶块安装通孔内的上模固定镶块(4)上设有V型滑动导轨(13)，上模活动镶块(8)上设有V型滑动导槽(14)，V型滑动导槽(14)与V型滑动导轨(13)相配合。

8.根据权利要求7所述的一种获得变强度热冲压零件的模具，其特征在于：上模活动镶块(8)、下模活动镶块(11)均位于热冲压零件的变强度区，上模固定镶块(4)、下模固定镶块(3)均位于热冲压零件的非变强度区。

9.根据权利要求7所述的一种获得变强度热冲压零件的模具，其特征在于：所述上模固定镶块、下模固定镶块可采用整体式结构，也可采用镶拼式结构。

10.根据权利要求7所述的一种获得变强度热冲压零件的模具，其特征在于：上模活动镶块安装通孔为1～20个，上模活动镶块为相应的个数；下模活动镶块安装通孔为1～20个，下模活动镶块为相应的个数。