CN108372235B - 一种马氏体钢成形切边全自动热冲压模具及成形方法 - Google Patents

一种马氏体钢成形切边全自动热冲压模具及成形方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种马氏体钢热成形技术领域，具体为一种不仅能够实现热冲压件的切片、成形和淬火一体化，还能省去传统的激光切割工序，大大提高了生产效率的马氏体钢成形切边全自动热冲压模具及成形方法，包括凹模组件、凸模组件、上压边圈组件、上切边刀组件、下压边圈组件、下切边刀组件和冷却管，所述凹模组件设在冲床上部，所述上切边刀组件设在凹模组件的两侧，所述上压边圈组件设在上切边刀组件的两侧，所述凸模组件设在冲床下部，所述下切边刀组件分别设在凸模组件的两侧，所述下压边圈组件分别位于下切边刀组件的两侧。

Description

一种马氏体钢成形切边全自动热冲压模具及成形方法
技术领域
本发明涉及一种马氏体钢热成形技术领域，具体为一种马氏体钢成形切边全自动热冲压模具及成形方法。
背景技术
随着汽车及轨道交通领域对安全和轻量化的要求越来越高，具有超高强度的马氏体钢越来越受到关注。马氏体钢中以马氏体组织为主，其抗拉强度可到1500MPa，在保障安全性的前提下，通过减少钢板的厚度实现了轻量化，因而在汽车及轨道交通行业得到了广泛的应用。然而，马氏体钢的冷冲压成形存在开裂、回弹和减薄的问题，限制了这些材料的使用。
热冲压成形技术是将低合金马氏体钢加热到奥氏体化温度，保温至完全奥氏体化后，迅速转移至有冷却系统的模具内冲压成形，同时在模具中完成快速、均匀的淬火过程，获得均一的马氏体组织，从而将低强度的钢板转变为超高强度(抗拉强度≥1500MPa，伸长率为6％左右)的构件。热成形技术具有成形压力小、成形零件强度高、回弹小、尺寸精度高的优点，因而得到广泛的应用。
现有热冲压成形零件的普遍生产流程为：落料→加热保温至奥氏体化→搬运→热冲压成形→去除氧化皮→激光切边→焊接等后续处理。可以明显看出，由于热冲压零件的强度很高，用传统的冷冲切设备很难对其进行后续的切边和冲孔，而激光切割的速率较慢、设备投资较大、生产成本较高且能耗较大等缺点，严重影响了热冲压零件的生产效率。因此，如何将热冲压零件的成形和切片一体化，提高热冲压零件切片等后续处理的效率，降低生产成本成为一个急需解决的问题。中国专利CN103143630A公布了《一种热冲压复合模》，这种铸造的复合模可以将热成形、冲孔和淬火等功能集于一体。但是它首先没有考虑冲孔废料的排除，奥氏体化的废料由于温度太高，不能直接排除，不利于生产的自动化和连续性；其次，它只能实现冲孔工艺，不能实现对汽车B柱类复杂热冲压零件的切边工艺以及批量化连续生产作业。
同时，中国专利CN201410178509.5公开了一种超高强度钢热冲压、温冲裁复合成形工艺及模具，通过复合模具的使用，将冲裁复合于热冲压过程中，使板料在马氏体形成温度以上完成切边、冲孔。主要流程为：加热至完全奥氏体化的超高强度钢板料置于复合模具中，先进行冲压成形，同时冷却淬火；此过程中，需要冲裁部分板料被局部加热，保持温热状态，在成形结束后，进行温冲裁，并进一步保压冷却。上述方案中在开始冷却淬火，由于马氏体变化是瞬时发生且不可控的，所以在如此快速变化且不可用的情况下再进行冲裁是无法实现精确切边，并且在冲裁中其切断的废料没有排出的方式，进而可以看出，上述方案只是理论的设计，现实中并不可行。
因此，急需寻找一种马氏体钢成形和切边一体化的全自动热冲压模具及其成形方法。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种不仅能够实现热冲压件的切片、成形和淬火一体化，还能省去传统的激光切割工序，大大提高了生产效率的马氏体钢成形切边全自动热冲压模具及成形方法。
发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种马氏体钢成形切边全自动热冲压模具，包括凹模组件、凸模组件、上压边圈组件、上切边刀组件、下压边圈组件、下切边刀组件和冷却管，所述凹模组件设在冲床上部，所述上切边刀组件设在凹模组件的两侧，所述上压边圈组件设在上切边刀组件的两侧，所述凸模组件设在冲床下部，所述下切边刀组件分别设在凸模组件的两侧，所述下压边圈组件分别位于下切边刀组件的两侧，所述冷却管分别设在上压边圈组件、上切边刀组件、下压边圈组件、下切边刀组件内，还包括氮气缸和液压缸，所述氮气缸和液压缸均与下压边圈组件连接。
作为优选，所述上切边刀组件在切边刀端部设置台阶。
发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种马氏体钢成形和切边一体化成形方法，包括如下步骤：
步骤一：落料：选择马氏体钢板材，按加工要求冲裁尺寸；
步骤二：奥氏体化：将落料好的马氏体钢板材在氮气保护下加热至奥氏体化温度长时间保温使其完全奥氏体化；
步骤三：模内热切成形并淬火：将已完全奥氏体化的板材置于热切模具中，对板材进行通过上切边刀组件和下切边刀组件进行切边，随后通过凹模组件和凸模组件压制成形，同时通过冷却管外接冷却水进行降温进而对板材进行快速淬火，是奥氏体完全转变为马氏体；
步骤四：冷冲裁：采用硬质合金冷冲压模对热切好的零件废料料带区域进行冷冲裁，得到最终马氏体钢成品零件。
作为优选，所述上切边刀组件和下切边刀组件在进行切边时用料带连接保留废料。
发明的马氏体钢成形切边全自动热冲压模具及成形方法有益效果是：1、对比传统的热冲压模具，本发明多一个切片刀组件，实现马氏体钢全自动的奥氏体化热切边、成形和淬火一体化，并且能保持热切后废料粘连在热成形构件上，保证马氏体钢热成形的自动化和连续性。
2、热冲压模具在奥氏体化温度完成切边，一方面由于奥氏体钢具有更好的塑形变形能力，可直接得到零毛刺、高质量、近净成形的切边边缘，另一方面是由于淬火开始后，钢的强度会迅速提高至800MPa，会大大提高切边难度。
3、热冲压模具在一个工业热成形工序过程中即能实现热冲压件的切片、成形和淬火一体化，省去传统的激光切割工序，大大提高了生产效率。
4、由于热切后废料与成型后板材之间仅存在少许料带连接，所需冲裁力大大减小，避免了常温下因马氏体组织的高强硬性所带来的切割难度的增加。因而本发明所述马氏体钢的成形方法中可以采用简单、普通的冷冲裁工序取代昂贵、低效的激光切割工序，大大降低了生产成本，节约了生产周期，大大提高了生产效率，具有很好的工程应用价值。
附图说明
图1为本发明的马氏体钢成形切边全自动热冲压模具的结构示意图。
图2是本发明热切过程及切边刀区域的结构示意图。
图3是本发明热切后及切边刀区域的结构示意图。
图4是本发明的马氏体钢成形切边全自动热冲压模具的上切边刀组件的主视图。
附图说明：1、凹模组件，2、凸模组件，3、上压边圈组件，4、上切边刀组件，41、台阶，5、下压边圈组件，6、下切边刀组件，7、冷却管，8、氮气缸，9、液压缸。
具体实施方式
现在结合附图对发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明发明的基本结构，因此其仅显示与发明有关的构成。
一种马氏体钢成形切边全自动热冲压模具，包括凹模组件1、凸模组件2、上压边圈组件3、上切边刀组件4、下压边圈组件5、下切边刀组件6和冷却管7，所述凹模组件1设在冲床上部，所述上切边刀组件4设在凹模组件1的两侧，所述上压边圈组件3设在上切边刀组件4的两侧，所述凸模组件2设在冲床下部，所述下切边刀组件6分别设在凸模组件2的两侧，所述下压边圈组件5分别位于下切边刀组件6的两侧，所述冷却管7分别设在上压边圈组件3、上切边刀组件4、下压边圈组件5、下切边刀组件6内，还包括氮气缸8和液压缸9，所述氮气缸8和液压缸9均与下压边圈组件5连接。
所述上切边刀组件4在切边刀端部设置台阶41。
一种马氏体钢成形和切边一体化成形方法，包括如下步骤：
步骤一：落料：选择马氏体钢板材，按加工要求冲裁尺寸；
步骤二：奥氏体化：将落料好的马氏体钢板材在氮气保护下加热至奥氏体化温度长时间保温使其完全奥氏体化；
步骤三：模内热切成形并淬火：将已完全奥氏体化的板材置于热切模具中，对板材进行通过上切边刀组件4和下切边刀组件6进行切边，随后通过凹模组件1和凸模组件2压制成形，同时通过冷却管5外接冷却水进行降温进而对板材进行快速淬火，是奥氏体完全转变为马氏体；
步骤四：冷冲裁：采用硬质合金冷冲压模对热切好的零件废料料带区域进行冷冲裁，得到最终马氏体钢成品零件。
所述上切边刀组件4和下切边刀组件6在进行切边时用料带连接保留废料。
成型前，压边圈位置高于凸模底部，液压缸和氮气缸不受力，在热成型过程中，凹模下行，合模后压边圈受液压机压力作用下行，液压缸和氮气缸开始受力，成型后凹模上行，液压缸压力大于氮气缸，所以压边圈不会随凹模上行，零件脱模后液压缸卸力，氮气缸将压边圈顶出到初始位置。切边刀和凹凸模是由冲床的机械压力带动的，行程会有所控制。
所述凹模组件和上切边刀组件在成型过程中由冲床带动下同时下压，当上切边刀组件与下压边圈组件接触时，切边开始；直至上、下切边刀接触时，板料切边完成；当切边完成后，凹模组件继续下压3mm完成板料的热成形。
所述切边刀组件在切边刀端部设置一定角度的台阶避让，以保证在达到废料边切开不切断目的，即奥氏体化废料仍能连接在热成形板材上，从而不影响马氏体钢热成形的自动化和连续性。
所述压边圈组件在成型过程中由氮气缸和液压缸作用下起到压料和顶出自锁的作用。
所述冷却管分别嵌入在凹模组件、凸模组件、上压边圈组件、上切边刀组件、下压边圈组件和下切边刀组件中，提高了热成形零件的淬火效率和切边刀组件的使用寿命。
以上述依据发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改，本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (2)

1.一种马氏体钢成形切边全自动热冲压模具，其特征在于：包括凹模组件(1)、凸模组件(2)、上压边圈组件(3)、上切边刀组件(4)、下压边圈组件(5)、下切边刀组件(6)和冷却管(7)，所述凹模组件(1)设在冲床上部，所述上切边刀组件(4)设在凹模组件(1)的两侧，所述上压边圈组件(3)设在上切边刀组件(4)的两侧，所述凸模组件(2)设在冲床下部，所述下切边刀组件(6)分别设在凸模组件(2)的两侧，所述下压边圈组件(5)分别位于下切边刀组件(6)的两侧，所述冷却管(7)分别设在凹模组件(1)、凸模组件(2)、上压边圈组件(3)、上切边刀组件(4)、下压边圈组件(5)、下切边刀组件(6)内，还包括氮气缸(8)和液压缸(9)，所述氮气缸(8)和液压缸(9)均与下压边圈组件(5)连接；所述上切边刀组件(4)在切边刀端部设置台阶(41)，以保证在达到废料边切开不切断目的，即奥氏体化废料仍能连接在热成形板材上，从而不影响马氏体钢热成形的自动化和连续性；所述凹模组件(1)和上切边刀组件(4)在成型过程中同时下压；上、下切边刀组件接触时，板料切边完成；当切边完成后，凹模组件(1)继续下压一段距离，完成板料的热成形；所述上、下压边圈组件在成型过程中起到压料的作用；所述冷却管嵌入在凸模组件和凹模组件中。
2.一种如权利要求1所述的马氏体钢成形切边全自动热冲压模具的成形方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：落料：选择马氏体钢板材，按加工要求冲裁尺寸；
步骤二：奥氏体化：将落料好的马氏体钢板材在氮气保护下加热至奥氏体化温度长时间保温使其完全奥氏体化；
步骤三：模内热切成形并淬火：将已完全奥氏体化的板材置于所述热冲压模具中，通过上切边刀组件(4)和下切边刀组件(6)对板材进行切边，所述上切边刀组件(4)和下切边刀组件(6)在进行切边时用料带连接保留废料；随后通过凹模组件(1)和凸模组件(2)压制成形，同时通过冷却管(7)外接冷却水进行降温进而对板材进行快速淬火，使奥氏体完全转变为马氏体；
步骤四：冷冲裁：采用硬质合金冷冲压模对热切好的零件废料料带区域进行冷冲裁，得到最终马氏体钢成品零件。
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