CN105215164A - 用于热冲压成形的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于热冲压成形的装置及方法，用于热冲压成形的装置包括下部模具，该下部模具具有对应于产品材料的底部的形状。上部模具具有对应于所述产品材料的顶部的形状并与所述下部模具压制所述产品材料。坯件保持器设置在所述上部模具内部并将坯件固定在所述上部模具与所述下部模具之间。凸轮具有对应于所述产品材料的凸缘的形状并通过沿所述坯件保持器的内侧向上或向下移动来使所述产品材料的凸缘成形。

Description

用于热冲压成形的装置和方法
相关申请的交叉引证
本申请要求于2014年6月18日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请号10-2014-0074420的优先权的权益，其全部内容通过引证方式结合于此。
技术领域
本公开内容涉及一种用于热冲压成形(hotstamping)的装置和方法。
背景技术
在汽车工业中对超高强度钢的使用已经增加，以减轻车身的重量并提高碰撞时的安全性。热冲压成形(也称为“热压成形”)已被用作形成1500MPa的超高强度钢的方法之一。
热冲压成形是通过将坯件加热到奥氏体区域、冲压成形坯件、然后在模具中使坯件快速冷却而相变为马氏体以生产超高强度车身部分的工程方法。
热冲压成形经常用于确保碰撞构件(诸如中柱、车顶纵梁、保险杠以及车身上的防撞梁(impactbeam))的强度，并通过去除加强构件来减轻重量。
根据相关技术，首先使通过热冲压成形形成的产品材料的凸缘和模具彼此接触，且因此凸缘处的热量首先被去除。
因此，首先在凸缘上发生马氏体的相变，所以凸缘处的伸长减小，且材料不能顺利地供给，因此而发生断裂。
另外，当凸缘此后被焊接时，焊接部分的强度减小且因此很容易断裂。
在此背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此，它可包括不构成在这个国家中对本领域的普通技术人员已熟知的现有技术的信息。
发明内容
本发明构思的示例性实施例提供一种用于热冲压成形的装置及其方法。
根据本发明构思的示例性实施例，一种用于热冲压成形的装置包括下部模具，该下部模具具有对应于产品材料的底部的形状。上部模具具有对应于产品材料的顶部的形状并与下部模具压制产品材料。坯件保持器设置在上部模具内部并将坯件固定在上部模具与下部模具之间。凸轮具有对应于产品材料的凸缘的形状并通过沿坯件保持器的内侧向上或向下移动来使凸缘成形。
装置还可包括第一凸轮致动器，该第一凸轮致动器耦接至上部模具并在一端处具有第一倾斜部分。第二凸轮致动器在一端处具有第二倾斜部分并且在另一端处具有第三倾斜部分，该第二倾斜部分选择性地与第一倾斜部分接触。第四倾斜部分形成于凸轮的一端处并与第三倾斜部分接触。随着上部模具向下移动时，第一凸轮致动器的第一倾斜部分与第二凸轮致动器的第二倾斜部分彼此接触，以使第二凸轮致动器移动。第二凸轮致动器的第三倾斜部分推动第四倾斜部分，以使凸轮向上移动。
装置还可包括弹性构件，该弹性构件设置在上部模具与坯件保持器之间且通过凸轮的向上移动而被压缩。
装置还可包括导轨，该导轨设置在第二凸轮致动器上方和下方并为第二凸轮的左/右滑动提供路径。
装置还可包括导轨，该导轨设置在凸轮的侧部上并为凸轮的向上或向下移动提供路径。
下部模具、上部模具、坯件保持器以及凸轮可包括冷却系统。
冷却系统还可包括用于使冷却介质循环的冷却通道。
冷却系统还可包括用于冷却冷却介质的冷却塔并包括用于通过泵压力传送冷却介质的泵。
根据本发明构思的另一示例性实施例，一种热冲压成形的方法包括将坯件固定在用于热冲压成形的装置的下部模具与上部模具之间。通过下部模具和上部模具压制坯件并使坯件成形。与下部模具和上部模具接触的部分被快速冷却，且产品材料的凸缘被慢速冷却。凸缘通过凸轮成形。
通过凸轮成形凸缘的步骤可在与下部模具和上部模具接触的部分开始转变之后通过使坯件快速冷却来进行相变。
在没有贝氏体和铁素体的转变反应的情况下，可通过从奥氏体区域快速冷却到马氏体转变结束温度以下来进行相变。
快速冷却速度可以是50℃/s至150℃/s，并且慢速冷却速度可以是5℃/s至20℃/s。
坯件可包含0.01wt％(重量百分比)至0.03wt％的Ni、0.1wt％至0.5wt％的Cr、0.001wt％至0.012wt％的Mo，且还包含0.001wt％至0.005wt％的B，并且余量(balance)可包含Fe和不可避免地包含在钢中的杂质。
根据本发明的示例性实施例，产品材料的凸缘的成形可在具有高伸长率的奥氏体区域中进行，所以可防止断裂并改善可成形性。
附图说明
图1是示出了根据本发明构思的示例性实施例的用于热冲压成形的装置的结构的视图。
图2是示出了由根据本发明构思的示例性实施例的用于热冲压成形的装置的坯件保持器所固定的坯件的视图。
图3是示出了根据本发明构思的示例性实施例的用于热冲压成形的装置中的向下移动的上部模具的视图。
图4是示出了根据本发明构思的示例性实施例的用于热冲压成形的装置中的处于上部位置中的凸轮的视图。
图5是示出了根据本发明构思的示例性实施例的用于热冲压成形的装置的坯件保持器、上部模具和下部模具、凸轮以及坯件彼此接触时的转变曲线的曲线图。
图6是示出了根据本发明构思的示例性实施例的坯件中的铁素体、珠光体和贝氏体的转变延迟的影响的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将详细描述本发明构思的示例性实施例。然而，示例性实施例作为示例而提供，且本发明不限于此，而是限定在下面将要描述的权利要求的范围内。
为了描述的清楚和方便，附图中示出的部件的线和尺寸的厚度可被放大。
此外，下面描述的术语是考虑到本公开的功能而确定的术语，并且可通过用户和操作人员或客户的意图以不同的方式来解释。
因此，术语的定义应在整个说明书中的内容的基础上进行理解。
图1是示出了根据本发明构思的示例性实施例的用于热冲压成形的装置的结构的视图。
参照图1，根据本发明构思的示例性实施例的用于热冲压成形的装置可用于热压成形设备，该热压成形设备通过冲压成形和快速冷却在高温下加热的坯件1而获得高强度的成形产品。
根据本发明构思的示例性实施例的用于热冲压成形的装置包括下部模具20，该下部模具具有对应于产品材料的底部的形状。上部模具30具有对应于产品材料的顶部的形状并与下部模具20压制产品材料。坯件保持器10设置在上部模具30内部并将坯件1固定在上部模具30与下部模具20之间。凸轮40具有对应于产品材料的凸缘的形状，并且该凸轮通过沿坯件保持器10的内侧向上或向下移动来使产品材料的凸缘成形。
装置还可包括第一凸轮致动器41，该第一凸轮致动器设置在上部模具30的右下侧处并且在端部处具有倾斜表面。当上部模具30向上或向下移动时，第一凸轮致动器41的倾斜表面从右到左方向或从左到右方向沿第二凸轮致动器42的倾斜表面移动并且与该第二凸轮致动器的倾斜表面接触。在第一凸轮致动器41向上或向下移动时，在一侧处具有倾斜表面的第二凸轮致动器42从右到左方向或从左到右方向沿第一凸轮致动器41的倾斜表面滑动并且与该第一凸轮致动器的倾斜表面接触。第二凸轮致动器42在另一侧处具有倾斜表面，并且通过滑动到左边/右边与凸轮40的下端部接触而使凸轮40向上/向下移动。
为第二凸轮致动器的左/右滑动运动提供路径的导轨(未示出)可设置在第二凸轮致动器42上方和下方。此外，为凸轮40的向上/向下运动提供路径的导轨(未示出)可设置在凸轮40的侧部处。
下部模具20、上部模具30、坯件保持器10以及凸轮40可在其中包括冷却系统50。冷却系统可包括作为冷却介质的冷却剂或制冷剂，并且该冷却系统还包括用于使冷却介质循环的冷却通道。
冷却系统还可包括用于冷却冷却介质的冷却塔并包括用于使用压力传送冷却介质的泵(其未示出)。
图2是示出了由根据本发明构思的示例性实施例的用于热冲压成形的装置的坯件保持器所固定的坯件的视图。图3是示出了根据本发明构思的示例性实施例的用于热冲压成形的装置中的向下移动的上部模具的视图。图4是示出了根据本发明构思的示例性实施例的用于热冲压成形的装置中的处于上部位置中的凸轮的视图。
坯件1由硬化(hardened)材料构成并且被加热到成形温度以上。即使在坯件的连续冷却中，成形温度也可以是超过马氏体转变开始温度Ms的奥氏体区域温度。
当装载坯件1时，坯件保持器10向下移动并固定坯件1。在坯件被固定之后，上部模具30向下移动并使坯件1成形。
当上部模具完全向下移动时，坯件1的与坯件保持器10、下部模具20以及上部模具30接触的部分通过被快速冷却到温度Mf(马氏体转变结束温度)以下而转变成马氏体。
快速冷却速度可以是50℃/s至150℃/s、70℃/s至130℃/s或90℃/s至110℃/s。
在上部模具30与坯件1接触之前，坯件保持器10和坯件1彼此接触，从而在向马氏体的相变过程中，坯件1的与坯件保持器10接触的部分转变，然后坯件1的与下部模具20以及上部模具30接触的部分开始转变，如图5中的线(a)和(b)所示。
在坯件1中，不与坯件保持器10、下部模具20以及上部模具30接触的凸缘通过空气慢速冷却。
当通过坯件1的上部模具30和下部模具20而进行的压制以及成形完成时，凸轮40向上移动并使凸缘成形。通过凸轮40进行的凸缘的成形可在奥氏体区域中完成。
坯件1的与凸轮40接触的凸缘通过空气慢速冷却并且在其与凸轮40接触之前保持在奥氏体区域中，如图5的线(c)所示，然后其通过快速冷却到温度Mf(马氏体转变结束温度)以下而转变成马氏体。
此外，相变可以不具有贝氏体和铁素体的转变反应。
慢速冷却速度可以是5℃/s至20℃/s。快速冷却速度可以是50℃/s至150℃/s、70℃/s至130℃/s或90℃/s至110℃/s。
参照图1至图4，凸轮40可通过第一凸轮致动器41和第二凸轮致动器42向上移动。
第一凸轮致动器41与上部模具30结合并在一端处具有第一倾斜部分。选择性地与第一倾斜部分接触的第二倾斜部分形成于第二凸轮致动器42的一端处，且第三倾斜部分形成于另一端处。第四倾斜部分形成于凸轮40的一端处并与第三倾斜部分接触。
随着第一凸轮致动器41沿上部模具30向下移动，第一凸轮致动器41的第一倾斜部分和第二凸轮致动器42的第二倾斜部分彼此接触，从而使第二凸轮致动器42移动。第二致动器42的第三倾斜部分推动凸轮40的第四倾斜部分，因此，凸轮40向上移动。
此外，弹性构件11设置在上部模具30内的上端部与坯件保持器10之间，因此通过凸轮40的向上移动使坯件1压缩以使凸缘成形。
根据本发明构思的示例性实施例的热冲压成形的方法包括以下步骤：通过下部模具和上部模具压制并使坯件成形。坯件的由下部模具和上部模具压制的成形部分被快速冷却，并且坯件的凸缘被慢速冷却。在与下部模具和上部模具接触的成形部分开始转变之后，通过凸轮使凸缘成形。
坯件可包含0.01wt％(重量百分比)至0.03wt％的Ni、0.1wt％至0.5wt％的Cr、0.001wt％至0.012wt％的Mo，并还可包含0.001wt％至0.005wt％的B，且坯件的余量(balance)可包含Fe以及不可避免地包含在钢中的杂质。
通过向坯件中添加Ni、Cr、Mo，如图6所示，铁素体、珠光体以及贝氏体转变曲线沿时间轴移动到右边，并且因此转变被延迟。因此，由于在延迟过程中，坯件保持在奥氏体区域中，坯件的成形可在奥氏体区域中开始。
虽然参照附图描述了本发明构思的示例性实施例，但是本发明的构思不限于示例性实施例并可以各种方式进行修改。此外，应理解，在不脱离改变的本公开的范围和必要组成部分的情况下，本公开可由本领域技术人员以其他详细方式来实现。因此，上述示例性实施例仅仅是实例且不应当被解释为在所有方面被限制。

Claims (18)

1.一种用于热冲压成形的装置，包括：
下部模具，具有对应于产品材料的底部的形状；
上部模具，具有对应于所述产品材料的顶部的形状，并且所述上部模具与所述下部模具压制所述产品材料；
坯件保持器，设置在所述上部模具内部，并且所述坯件保持器将坯件固定在所述上部模具与所述下部模具之间；以及
凸轮，具有对应于所述产品材料的凸缘的形状，并且所述凸轮通过沿所述坯件保持器的内侧向上或向下移动来使所述产品材料的所述凸缘成形。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括：
第一凸轮致动器，耦接至所述上部模具，并且所述第一凸轮致动器在一端处具有第一倾斜部分；以及
第二凸轮致动器，在一端处具有第二倾斜部分并且在另一端处具有第三倾斜部分，所述第二倾斜部分选择性地与所述第一倾斜部分接触，
其中，第四倾斜部分形成于所述凸轮的一端处并且与所述第三倾斜部分接触，
随着所述上部模具向下移动，所述第一凸轮致动器的所述第一倾斜部分与所述第二凸轮致动器的所述第二倾斜部分彼此接触，并且所述第二凸轮致动器移动，并且
所述第二凸轮致动器的所述第三倾斜部分推动所述第四倾斜部分，并且所述凸轮向上移动。
3.根据权利要求2所述的装置，还包括：
弹性构件，设置在所述上部模具的上端部内侧与所述坯件保持器之间，
其中，所述凸轮的向上移动使所述弹性构件压缩。
4.根据权利要求2所述的装置，还包括：
导轨，设置在所述第二凸轮致动器上方和下方并且为所述第二凸轮致动器的左/右滑动提供路径。
5.根据权利要求4所述的装置，还包括：
导轨，设置在所述凸轮的侧部上并且为所述凸轮的向上或向下移动提供路径。
6.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述下部模具、所述上部模具、所述坯件保持器以及所述凸轮具有冷却系统。
7.根据权利要求6所述的装置，其中：
所述冷却系统包括用于使冷却介质循环的冷却通道。
8.根据权利要求7所述的装置，其中：
所述冷却系统还包括用于冷却所述冷却介质的冷却塔并包括用于使用泵压力传送所述冷却介质的泵。
9.根据权利要求2所述的装置，其中：
所述下部模具、所述上部模具、所述坯件保持器以及所述凸轮具有冷却系统。
10.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述坯件是通过被加热到成形温度以上而形成的硬化材料。
11.一种热冲压成形的方法，包括以下步骤：
将坯件固定在用于热冲压成形的装置的下部模具与上部模具之间；
通过所述下部模具和所述上部模具压制坯件并使坯件成形；
快速冷却所述坯件的一部分，该部分与所述下部模具和所述上部模具接触，并且慢速冷却产品材料的凸缘，所述凸缘不与所述下部模具和所述上部模具接触；以及
通过凸轮使所述凸缘成形。
12.根据权利要求11所述的方法，其中：
在通过所述凸轮使所述凸缘成形的步骤中，所述凸缘通过所述凸轮成形于奥氏体区域中。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括以下步骤：
通过从所述奥氏体区域将所述坯件快速冷却到马氏体转变结束温度(Mf)以下来进行相变，
其中，在没有贝氏体和铁素体转变反应的情况下进行相变。
14.根据权利要求13所述的方法，其中：
快速冷却的速度是50℃/s至150℃/s，并且慢速冷却的速度是5℃/s至20℃/s。
15.根据权利要求11所述的方法，其中：
所述坯件包含0.01wt％至0.03wt％的Ni、0.1wt％至0.5wt％的Cr、0.001wt％至0.012wt％的Mo，且还包含0.001wt％至0.005wt％的B，并且所述坯件的余量包含Fe以及不可避免地包含在钢中的杂质。
16.根据权利要求12所述的方法，其中：
所述坯件包含0.01wt％至0.03wt％的Ni、0.1wt％至0.5wt％的Cr、0.001wt％至0.012wt％的Mo，且还包含0.001wt％至0.005wt％的B，并且所述坯件的余量包含Fe以及不可避免地包含在钢中的杂质。
17.根据权利要求13所述的方法，其中：
所述坯件包含0.01wt％至0.03wt％的Ni、0.1wt％至0.5wt％的Cr、0.001wt％至0.012wt％的Mo，且还包含0.001wt％至0.005wt％的B，并且所述坯件的余量包含Fe以及不可避免地包含在钢中的杂质。
18.根据权利要求14所述的方法，其中：
所述坯件包含0.01wt％至0.03wt％的Ni、0.1wt％至0.5wt％的Cr、0.001wt％至0.012wt％的Mo，且还包含0.001wt％至0.005wt％的B，并且所述坯件的余量包含Fe以及不可避免地包含在钢中的杂质。
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