CN107913930A - 一种针对难变形金属板材的自阻加热冲压成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对难变形金属板材的自阻加热冲压成形方法，利用金属材料自身存在电阻，给板材通入很强的电流来加热工件，实现金属板材热冲压。具体的，通过夹具或模具使冲压金属板料与铜排电极板紧密接触后，启动高频开关加热电源提供电流，该电流经铜排电极板引至压机的工作台位置进行自阻加热冲压工艺。本发明可以解决钛合金、镁合金、高强度钢等难变形金属板材利用传统的冷冲压工艺难以成形的问题，实现以上金属板材弯曲、拉深、胀形等冲压工艺，与现有的热冲压成形技术相比，可以显著降低生产成本，从而实现热冲压零件的小型化，拓宽难变形金属冲压件的应用领域。

Description

一种针对难变形金属板材的自阻加热冲压成形方法

技术领域

本发明涉及金属板材加工领域，具体涉及一种针对难变形金属板材的自阻加热冲压成形方法。

背景技术

金属钣金件常采用传统冷冲压的方法得到，通过设计不同类型的模具利用机械压力机、液压机等常规设备生产，生产批量较大时具有效率高、成本低的优势。冷冲压成形要求材料在室温下具有良好的塑性，随着科学技术的发展，航空、航天、汽车等领域对材料的强度、硬度的要求越来越高，而这样的材料往往室温塑性较差，冷冲压成型困难，以下面所述几种材料为例来说明：

1)钛合金由于密度低、比强度高、耐蚀性好、工作温度范围较宽等优点在航空、航天等领域得到高度重视和广泛应用。钛合金在室温下变形抗力大、回弹严重、塑性差，采用传统的冷冲压成形很难保证零件成形且尺寸、形状精度差。但在600℃以上的高温条件下，钛合金板材的延伸率增加，变形抗力减小，因此为改善钛合金的冲压性能，往往采用热冲压方法。

2)镁合金作为一种新型的轻质金属结构材料，具有很高的比强度、比刚度、导热性以及电磁屏蔽性等优良特性，其薄板构件在航空、航天、汽车、电子通讯等领域具有很大的应用潜力。镁合金是密排六方结构金属，室温下滑移系少，使得镁合金板材冲压性能差、成品率低，极大地限制了镁合金的应用。随着温度的升高，镁合金板材成形性能将发生根本性改变，镁合金板材温热冲压成形工艺已经成为近几年金属塑性加工领域研究的热点。

3)在汽车工业中采用高强度钢板构件既可减轻汽车重量、实现节能和减排，又可提高汽车的安全性，以满足世界各国对汽车越来越苛刻的要求。对传统冷冲压工艺而言，减薄和高强是恶化成形性的双重因素，车身零件不仅在成形过程中容易开裂，而且易产生过量回弹，影响车身后续的装配。近年来发展起来的热冲压技术是一种获得高强度钢薄板构件的有效途径，工艺过程包括奥氏体化处理、从加热炉转移到压机、热成型和淬火、剪边处理等。

无论是钛合金、镁合金，还是高强度钢的板材热冲压，成型前的加热工序都是非常重要的一步，传统热成形一般选择在电炉内加热然后再移至压机成型，这种方法对薄板来说由于温降很快，很难保证冲压时的成形温度。

目前，现有热冲压技术主要集中在加热方法和热成形设备的研制和开发上，总结起来有如下几种形式：

1)采用专用设备，在液压机上设计安装可以配合使用的加热炉的方法，使用时将加热炉安装在液压机上，模具装在加热炉中。这种方法需要专门设计生产的液压机和加热炉，而且模具材料要求在高温下具有足够的强度，加工制造成本高。

2)选择在冲压模具中安装加热元件的方法，镁合金理想的成形温度为300～400℃，板坯与模具通过嵌入在凹模和压边圈上的加热棒得到加热。这种方法由于大部分热量都散失到空气中，加热成型温度较低的镁合金还可以，加热钢或钛合金则比较困难，而且对模具材料要求很高，模具结构复杂，加工制造成本也高。

3)高强度钢板热冲压工艺，工艺过程包括奥氏体化处理、从加热炉转移到压机、热成型和淬火、剪边处理等。将钢板从加热炉转移到热成型压机过程必须借助自动化传送装置，否则成型前板料温度容易降到780℃以下，形成铁素体从而恶化零件的机械性能。这种方法虽然实际生产中已经得到应用，但由于自动化生产线技术和成本要求太高，仅限于汽车行业中几个关键零件的大批量生产。

以上分析可以看出，目前现有的热冲压技术一般需要自动化生产线或专用设备，或者需要对模具进行加热，工艺复杂、生产成本较高。

发明内容

本发明提供了一种针对难变形金属板材的自阻加热冲压成形方法，可以解决钛合金、镁合金、高强度钢等难变形金属板材利用传统的冷冲压工艺难以成形的问题，实现以上金属板材弯曲、拉深、胀形等冲压工艺。而与现有的热冲压成形技术相比，可以显著降低生产成本，从而实现热冲压零件的小型化，拓宽难变形金属冲压件的应用领域。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种针对难变形金属板材的自阻加热冲压成形方法，利用金属材料自身存在电阻，给板材通入很强的电流来加热工件，实现金属板材热冲压。具体的，通过夹具或模具使冲压金属板料与铜排电极板紧密接触后，启动高频开关加热电源提供电流，该电流经铜排电极板引至压机的工作台位置进行自阻加热冲压工艺。

其中，所述高频开关加热电源可产生额定电流6000A内连续可调的电流。所述夹具采用螺栓压紧方式或弹性压紧方式。所述铜排电极板装配时需保证正负两极板在同一平面且与压机工作台面平行。所述压机的控制按钮位于加热电源操控面板附近。

其中，所述自阻加热冲压工艺包括如下步骤：

S1、开动压机，调节压机的工作行程，根据设计要求进行模具、夹具的安装；

S2、压紧金属板料与电极板，打开高频开关加热电源，调节输出电流，板料通电加热，用红外线测温仪测量温度，根据不同材料，达到工艺所需温度并基本保持稳定后，停止电流调节；

S3、关闭高频开关加热电源开关，同时按动压机下压按钮，模具下压，冲压成型；

S4、自阻加热冲压工艺应设置自动顶出装置，模具回程，顶出工件，根据不同材料的工艺要求，取下工件进行适当方式的冷却处理工艺。

本发明具有以下有益效果：

利用金属材料自身存在电阻，给板材通入很强的电流来加热工件，实现金属板材热冲压。这种自阻加热冲压成形方法加热和成型在同一位置进行，加热速度很快，可减小常规热成型工艺中的表面氧化，具有热效率高、设备简单、控制方便、受模具结构影响小等特点，在中小型工件的批量生产中具有独特的优势。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种针对难变形金属板材的自阻加热冲压成形方法，，通过夹具或模具使冲压金属板料与铜排电极板紧密接触后，启动高频开关加热电源提供电流，该电流经铜排电极板引至压机的工作台位置进行自阻加热冲压工艺。所述自阻加热冲压工艺包括如下步骤：

S1、开动压机，调节压机的工作行程，根据设计要求进行模具、夹具的安装；

S2、压紧金属板料与电极板，打开高频开关加热电源，调节输出电流，板料通电加热，用红外线测温仪测量温度，根据不同材料，达到工艺所需温度并基本保持稳定后，停止电流调节；

S3、关闭高频开关加热电源开关，同时按动压机下压按钮，模具下压，冲压成型；

S4、自阻加热冲压工艺应设置自动顶出装置，模具回程，顶出工件，根据不同材料的工艺要求，取下工件进行适当方式的冷却处理工艺。

具体的，本发明在进行自阻加热冲压工艺前需先完成以下准备工作：

1)高频开关加热电源的选择。高频开关加热电源的作用是提供热冲压所需的强电流，使板料达到热成型工艺所需的温度。由公式Q＝I²Rt、R＝ρL/s判断，单位长度板材放出的热量(直接决定板料的加热温度)由电流I、电阻率ρ、截面积s决定，我们的实验显示，通入1800A的电流可将截面为3mm×40mm的钢板加热到1000℃左右。

2)传统压机控制电路的改造。压机的作用是提供热冲压所需的压力和行程，使用传统的机械压力机、液压机均可，但为了实际操作的方便，需要将其控制按钮移至加热电源操控面板附近。

3)连接铜排电极的设计制造。连接铜排的作用是将加热电源所产生的电流引至压机的工作台位置，方便其通过所需加工的金属板料。铜排经过下料、折弯、校正、机加、装配等步骤接到合适位置，需保证正负两极板在同一平面且与压机工作台面平行度不超过0.5mm。

4)模具、夹具的设计制造。模具、夹具的设计是本专利的关键，夹具的作用是使冲压金属板料与电极板紧密接触，可采用两种方式：一种采用螺栓压紧，这种方法最简单，但相应冲压模具应为落料成型复合模，如落料弯曲、落料拉深、落料胀形等；另一种采用弹性压紧，其形式根据不同的冲压工艺而定，可以设置在相应的模具上，工艺步骤如下：a)将冲压板料放至在电极板合适位置，b)启动弹性压紧夹具，使冲压板料与电极板紧密接触，c)通电加热，模具下压，冲压成型。

实施例

65Mn弹簧钢板的自阻加热U型弯曲成形

硬态的65Mn弹簧钢板室温下硬度高、弹性大，冷冲压成形困难，U型弯曲件回弹严重，精度不容易控制，采用自阻加热冲压技术可以很好的解决这一问题。其工艺要点如下：

电加热电源、压机、铜排电极如前所述，夹具采用螺栓压板结构，将冲压板料用螺栓压紧在铜排电极和压板之间，避免放电现象，与此相应模具结构只能是切断弯曲复合模。实验表明：当通电放出的焦耳热与辐射到空气中的热量达到平衡时，冲压板料的温度保持恒定，当3mm厚板材宽40mm时保持1000℃左右恒温时所需电流为1800A左右，实际操作时可将电流迅速调至2000A以上，观察板料颜色黄亮后再回调至1800A，这样可以显著缩短加热时间。加热电源停止按钮与压机下压按钮几乎同时按下，使上模压下时板料处于断电状态，随着上模的下压，在模具同一工位先完成切断落料工序再完成U型弯曲工序。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种针对难变形金属板材的自阻加热冲压成形方法，其特征在于，利用金属材料自身存在电阻，给板材通入很强的电流来加热工件，实现金属板材热冲压。

2.如权利要求1所述的一种针对难变形金属板材的自阻加热冲压成形方法，其特征在于，通过夹具或模具使冲压金属板料与铜排电极板紧密接触后，启动高频开关加热电源提供电流，该电流经铜排电极板引至压机的工作台位置进行自阻加热冲压工艺。

3.如权利要求2所述的一种针对难变形金属板材的自阻加热冲压成形方法，其特征在于，所述高频开关加热电源可产生额定电流6000A内连续可调的电流。

4.如权利要求2所述的一种针对难变形金属板材的自阻加热冲压成形方法，其特征在于，所述夹具采用螺栓压紧方式或弹性压紧方式。

5.如权利要求2所述的一种针对难变形金属板材的自阻加热冲压成形方法，其特征在于，所述铜排电极板装配时需保证正负两极板在同一平面且与压机工作台面平行。

6.如权利要求2所述的一种针对难变形金属板材的自阻加热冲压成形方法，其特征在于，所述压机的控制按钮位于加热电源操控面板附近。

7.如权利要求2所述的一种针对难变形金属板材的自阻加热冲压成形方法，其特征在于，所述自阻加热冲压工艺包括如下步骤：

S1、开动压机，调节压机的工作行程，根据设计要求进行模具、夹具的安装；

S2、压紧金属板料与电极板，打开高频开关加热电源，调节输出电流，板料通电加热，用红外线测温仪测量温度，根据不同材料，达到工艺所需温度并基本保持稳定后，停止电流调节；

S3、关闭高频开关加热电源开关，同时按动压机下压按钮，模具下压，冲压成型；

S4、自阻加热冲压工艺应设置自动顶出装置，模具回程，顶出工件，根据不同材料的工艺要求，取下工件进行适当方式的冷却处理工艺。