CN107520308A - 一种高强钢伺服中温冲压工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强钢伺服中温冲压工艺，包括以下步骤：S1、将高强钢板料加热至奥氏体化状态，并保温一段时间，使其完全奥氏体化；S2、将完全奥氏体化的高强钢板料,冷却至马氏体开始转变温度Ms以上的某一较低温度；S3、将冷却后的高强钢板料迅速转移至冲压模具中,得到高强钢构件；S4、将冲压结束后的高强钢构件保留在冲压模具内进行保压淬火，完成马氏体转变；S5、将冲压模具中冷却至马氏体转变终止温度以下的高强钢构件取出。本发明可以在连续冲压条件下，降低模具表面温度，从而避免模内淬火时出现贝氏体等软相，提高构件质量，并且可以最大限度的减轻由于模具温度升高导致的热疲劳、热塑性变形和过度磨损，提高模具使用寿命。

Description

一种高强钢伺服中温冲压工艺

技术领域

本发明属于板材塑性加工技术领域，具体涉及一种高强钢伺服中温冲压工艺。

背景技术

为了满足汽车、航空航天等节能减排要求，必须提升构件强度，减轻构件重量。采用超高强钢热冲压成形技术可以制造超高强度构件，减少构件厚度和构件数量，轻量化效果明显。

在传统的高强度钢热冲压成形工艺中，板料加热后转移至模具内，在与模具型面最初接触时板料温度一般高达800℃，随后的成形过程中高温板料的热量大部分被转移到模具中，这必然导致模具温度上升。连续生产时，水道冷却效果良好的情况下，模具温度高达200℃；水道冷却效果不好时，模具温度甚至超过400℃。模具温度过高会产生严重的危害，主要体现在以下几个方面：(1)保压淬火阶段冷却速率过低，发生扩散型相变，生成铁素体、贝氏体等软相，导致热冲压件的强度过低；(2)为了使板料的温度降至马氏体相变结束温度(280℃)以下，需要延长保压时间，导致生产效率降低、生产节拍放缓；(3)为克服高温所带来的问题，无形地增加了模具冷却系统设计、加工、安装和维护等方面的难度和费用；(4)高温加速模具疲劳失效、塑性变形和磨损，导致模具寿命下降，模具成本大幅度增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强钢伺服中温冲压工艺，与传统的热冲压成形技术相比，它可以在连续冲压条件下，降低模具表面温度，从而避免模内淬火时出现贝氏体、铁素体等软相，提高构件性能，并且可以最大限度地减轻模具由于温度升高导致的过度磨损及表面变形。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高强钢伺服中温冲压工艺，包括以下步骤：

S1、将加工成所需形状的高强钢板料加热至奥氏体化状态，并保温一段时间，使其完全奥氏体化；

S2、将完全奥氏体化的高强钢板料冷却至马氏体开始转变温度Ms以上的某一较低温度；

S3、将冷却后的高强钢板料迅速转移至冲压模具中进行冲压成形，得到高强钢构件；

S4、将冲压结束后的高强钢构件保留在冲压模具内进行保压淬火，完成马氏体转变；

S5、将冲压模具中冷却至马氏体转变终止温度以下的高强钢构件取出，进行后续工序。

按上述技术方案，步骤S1中，所述高强钢板料在轧制成形后，其初始组织为铁素体和珠光体，屈服强度为280MPa～400MPa，抗拉强度大于450MPa；所述高强钢板料在加热奥氏体化后，其水淬组织为均匀的马氏体，抗拉强度为1400MPa～2000MPa。

按上述技术方案，步骤S2中，采用固体冷却方式对高强钢板料进行冷却，所述固体冷却方式为使用高热传导率的固体与高温高强钢板料接触以降低板料温度。

按上述技术方案，步骤S2中，采用流体冷却方式对高强钢板料进行冷却，所述流体冷却方式为将流体冷却介质喷射到高温高强钢板料以降低板料温度。

按上述技术方案，所述流体冷却介质为气体、液体或气液混合体。

按上述技术方案，步骤S3中，冲压模具中采用伺服压力机对高强钢板料进行变速冲压。

本发明，具有以下有益效果：本发明在板料进入冲压模具成形之前进行了一定的冷却，使得板料在模具中成形时初始温度较低，以实现模具温度的降低，这样就能保证板料在模具中可以进行快速充分地冷却，有利于形成所需的马氏体组织，提高构件使用性能；同时，板料快速降温至马氏体相变结束温度以下，可以缩短保压时间，提高生产效率，加快生产节拍；另外，这一还可以简化模具冷却系统的设计和制造(冷却管道的制造)，降低成本，也能减轻由高温所引发的模具热疲劳、热塑性变形和磨损等损伤，延长模具寿命。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施例的工艺流程图；

图2为本发明实施例中高强钢构件的温度变化曲线图；

图3为本发明实施例中伺服中温冲压速度曲线图；

图4为典型高强钢成形极限随温度变化示意图；

图5为应用本发明成形构件1的马氏体含量图；

图6为应用本发明成形构件2的马氏体含量图；

图7为应用本发明成形构件3的马氏体含量图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的较佳实施例中，如图1所示，一种高强钢伺服中温冲压工艺，包括以下步骤：

S1、将加工成所需形状的高强钢板料加热至奥氏体化状态(一般为900-950℃)，并保温一段时间，使其完全奥氏体化；

S2、将完全奥氏体化的高强钢板料冷却至马氏体开始转变温度Ms以上的某一较低温度(本实施例中取450-650℃)；

S3、将冷却后的高强钢板料迅速转移至冲压模具中进行冲压成形，得到高强钢构件；

S4、将冲压结束后的高强钢构件保留在冲压模具内进行保压淬火，完成马氏体转变；

S5、将冲压模具中冷却至马氏体转变终止温度以下的高强钢构件取出，进行后续工序。

在本发明的优选实施例中，步骤S1中，高强钢板料在轧制成形后，其初始组织为铁素体和珠光体，屈服强度为280MPa～400MPa，抗拉强度大于450MPa；高强钢板料在加热奥氏体化后，其水淬组织为均匀的马氏体，抗拉强度为1400MPa～2000MPa。

在本发明的优选实施例中，步骤S2中，可以采用如图2中所示的不同的冷却速度v1-v4进行冷却，，冷却方式可以是固体冷却或流体冷却。

在本发明的优选实施例中，步骤S2中，采用固体冷却方式对高强钢板料进行冷却，固体冷却方式为使用高热传导率的固体与高温高强钢板料接触以降低板料温度，其中固体可选用金属平板。

在本发明的优选实施例中，步骤S2中，采用流体冷却方式对高强钢板料进行冷却，流体冷却方式为将流体冷却介质喷射到高温高强钢板料以降低板料温度，具体可为使用喷嘴将压缩后的液体或气体喷射到高温板材上。无论采用固体冷却方式还是流体冷却方式，在热冲压前的冷却过程中，都要保证板料快速冷却，以避免板料进入贝氏体相变区。

在本发明的优选实施例中，流体冷却介质为气体、液体或气液混合体，其中气体可选用空气，液体可选用水。

在本发明的优选实施例中，步骤S3中，如图3所示，冲压模具中采用伺服压力机对高强钢板料进行变速冲压。如图4所示，高强度硼钢板的成形极限曲线随着温度的降低而降低，即与传统高强度钢热冲压相比，因本发明成形构件时板料温度降低，板料塑性有所下降，故采用伺服冲压，并依据材料变形抗力调节速度及压边力有助于改善板料成形性能。

以下列举三个实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1

应用本发明成形如图5所示的构件1(某车型C柱加强版)，包括以下步骤：

S1、准备阶段：将高强度钢板22MnB5加工成所需形状的冲压件坯料，主要尺寸为690mm×560mm×1.6mm，高强度钢板(轧制后)常温下抗拉强度为500MPa～600MPa；

S2、加热保温阶段：将钢板坯料放入加热炉中，加热至900℃，并保温5min，使其完全奥氏体化；

S3、冷却阶段：将完全奥氏体化的板料从加热炉中取出，放于金属平板上进行冷却，冷却至马氏体开始转变温度(Ms)以上的650℃；

S4、冲压成形阶段：将冷却后的板料迅速转移至模具中，采用图3中的冲压速度曲线1进行冲压成形；

S5、模内淬火阶段：冲压结束后，构件1保留在模具内，进行保压淬火，完成马氏体转变；

S6、后续阶段：将模具中冷却到马氏体转变终止温度以下的构件1取出，完成后续切边等工序。

通过有限元模拟分析，如图5所示，最终构件1的最低马氏体含量可达98.1％，与常规热冲压结果相差无几，也就是说，通过本发明成形的构件1满足使用性能要求。

实施例2

应用本发明成形如图6所示的构件2(某车型前保险杠)，包括以下步骤：

S1、准备阶段：将高强度钢板B1500HS加工成所需形状的冲压件坯料，主要尺寸为,1255mm×265mm×1.6mm，高强度钢板(轧制后)常温下抗拉强度为500MPa～600MPa；

S2、加热保温阶段：将钢板坯料放入加热炉内，加热至900℃，并保温5min，使其完全奥氏体化；

S3、冷却阶段：将完全奥氏体化的板料从加热炉中取出，使用高压喷嘴，将压缩后的空气喷到高温板料上，使其冷却至马氏体开始转变温度(Ms)以上的600℃；

S4、冲压成形阶段：将冷却后的板料迅速转移至模具中，采用图3中的冲压速度曲线2进行冲压成形；

S5、模内淬火阶段：冲压结束后，构件2保留在模具内，进行保压淬火，完成马氏体转变；

S6、后续阶段：将模具中冷却到马氏体转变终止温度以下的构件2取出，完成后续切边等工序。

通过有限元模拟分析，如图6所示，最终构件2的最低马氏体含量可达95.7％，与常规热冲压结果相差无几，就是说，通过本发明成形的构件2满足使用性能要求。

实施例3

应用本发明成形如图7所示的构件3(某车型A柱下板加强版)，包括以下步骤：

S1、准备阶段：将高强度钢板22MnB5加工成所需形状的冲压件坯料，主要尺寸为650mm×310mm×1.6mm，高强度钢板(轧制后)常温下抗拉强度为500MPa～600MPa；

S2、加热保温阶段：将钢板坯料放入加热炉内，加热至900℃，并保温5min，使其完全奥氏体化；

S3、冷却阶段：将完全奥氏体化的板料从加热炉中取出，使用高压喷嘴，将压缩后的水喷到高温板料上，使其冷却至马氏体开始转变温度(Ms)以上的550℃；

S4、冲压成形阶段：将冷却后的板料迅速转移至模具中，采用图3中的冲压速度曲线3进行冲压成形；

S5、模内淬火阶段：冲压结束后，构件3保留在模具内，进行保压淬火，完成马氏体转变；

S6、后续阶段：将模具中冷却到马氏体转变终止温度以下的构件3取出，完成后续切边等工序。

通过有限元模拟分析，最终构件马氏体含量如图7所示，局部区域最低马氏体含量虽然只有78.2％，但是采用常规热冲压成形该构件时，相同位置处的马氏体含量仅有58.6％，也就是说，通过本发明成形的构件3满足使用性能要求。。

不同于常规热冲压工艺，本发明主要是在成形前对热坯料进行了特别的冷却处理，可以在连续冲压条件下，降低材料温度，以此来降低模具温度，避免模内淬火时出现贝氏体等软相，保证材料组织不发生相变，提高构件质量；并且促进了后续的模内淬火过程，缩短了保压时间，提高了生产效率，加快了生产节拍；此外，避免了为应对高温而导致的模具(尤其是冷却水管道)设计制造的难度增加，以及模具高温损伤，可以最大限度的减轻由于模具温度升高导致的热疲劳、热塑性变形和过度磨损，既降低了成本，又提高了模具寿命。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种高强钢伺服中温冲压工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将加工成所需形状的高强钢板料加热至奥氏体化状态，并保温一段时间，使其完全奥氏体化；

S2、将完全奥氏体化的高强钢板料冷却至马氏体开始转变温度Ms以上的某一较低温度；

S3、将冷却后的高强钢板料迅速转移至冲压模具中进行冲压成形，得到高强钢构件；

S4、将冲压结束后的高强钢构件保留在冲压模具内进行保压淬火，完成马氏体转变；

S5、将冲压模具中冷却至马氏体转变终止温度以下的高强钢构件取出，进行后续工序。

2.根据权利要求1所述的高强钢伺服中温冲压工艺，其特征在于，步骤S1中，所述高强钢板料在轧制成形后，其初始组织为铁素体和珠光体，屈服强度为280MPa～400MPa，抗拉强度大于450MPa；所述高强钢板料在加热奥氏体化后，其水淬组织为均匀的马氏体，抗拉强度为1400MPa～2000MPa。

3.根据权利要求1所述的高强钢伺服中温冲压工艺，其特征在于，步骤S2中，采用固体冷却方式对高强钢板料进行冷却，所述固体冷却方式为使用高热传导率的固体与高温高强钢板料接触以降低板料温度。

4.根据权利要求1所述的高强钢伺服中温冲压工艺，其特征在于，步骤S2中，采用流体冷却方式对高强钢板料进行冷却，所述流体冷却方式为将流体冷却介质喷射到高温高强钢板料以降低板料温度。

5.根据权利要求4所述的高强钢伺服中温冲压工艺，其特征在于，所述流体冷却介质为气体、液体或气液混合体。

6.根据权利要求1所述的高强钢伺服中温冲压工艺，其特征在于，步骤S3中，冲压模具中采用伺服压力机对高强钢板料进行变速冲压。