CN109909379B - 热冲压成形模具镶块结构及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热冲压成形模具镶块结构及其加工方法，镶块结构包括进水通道、排水通道、支撑块和成形块，成形块包括与被冲压工件成型结构对应的随形结构板，其外侧面为冲压工作表面，内侧面为冷却水域构成面，支撑块位于冷却水域构成面所在侧，支撑块朝向冷却水域构成面的端面为与之对应的随形面，随形面与冷却水域构成面之间具有间隙并形成为随形冷却水域，随形面上呈点阵布设有若干支撑柱，支撑柱的自由端与对应的冷却水域构成面位置相抵接；进水通道和排水通道分别与随形冷却水域连通。本发明最大限度地保证冷却水与模具工作面的接触面积，从而保证冷却效果，热交换效果更好，显著提高热冲压模具的冷却效率，保障被冲压工件的热处理效果。

Description

热冲压成形模具镶块结构及其加工方法

技术领域

本发明属于金属冲压技术领域，具体涉及一种热冲压成形模具镶块结构及其加工方法。

背景技术

超高强度钢板的热冲压成形技术是实现汽车轻量化和提高汽车碰撞安全性的一种技术，该技术将超高强度钢板加热至完全奥氏体化温度，然后迅速转移至模具中冲压成形，并在保压状态下依靠模具内的冷却系统进行同步淬火从而获得完全马氏体相变的超高强度制件。要达到良好的冷却淬火效果、改善模具型面温度的均匀性和提高冷却效率，热冲压模具的冷却系统设计至关重要。

目前，热冲压模具通常由多个镶块组成，在镶块内布置冷却水道，各镶块形成独立的冷却系统，但传统热冲压模具镶块的冷却水道均为直型水道，这种直型水道加工方便，但对于复杂模具型面的热冲压模具镶块，由于直型冷却水道距离模具冲压工作表面不一致，很难达到对模具高效均匀冷却的要求。因此，也出现了很多关于随形水道方面的研究，如CN102744328A、CN101716629A，通过随形水道来保证冷却水距离模具冲压工作表面一致，进而提高均匀冷却效果，但仍未脱离独立水道的局限，各个冷却水道仍是独立封闭的形式，因而影响了冷却水与模具工作型面的接触面积，也影响了热交换效果，有待进一步改进优化。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种热冲压成形模具镶块结构及其加工方法，避免冷却水与模具冲压型面的接触面积不足、冷却均匀性不好的问题，取得便于加工和显著提高热冲压模具的冷却效率的效果。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

热冲压成形模具镶块结构，包括进水通道、排水通道、支撑块和与被冲压工件冲压接触的成形块，所述成形块包括与被冲压工件成型结构对应的随形结构板，其外侧面为冲压工作表面，内侧面为冷却水域构成面，所述支撑块位于冷却水域构成面所在侧，支撑块朝向冷却水域构成面的端面为与之对应的随形面，所述随形面与冷却水域构成面之间具有间隙并形成为随形冷却水域，所述随形面上呈点阵布设有若干支撑柱，所述支撑柱的自由端与对应的冷却水域构成面位置相抵接以支撑成形块且不影响随形冷却水域的整体连通性；所述进水通道和排水通道分别与随形冷却水域连通。

进一步完善上述技术方案，所述随形结构板的边沿延伸连接有一圈围板，所述围板朝向远离冲压工作表面所在侧的方向延伸并形成容纳腔，所述支撑块位于所述容纳腔内并在周向上被定位。

进一步地，在远离冲压工作表面的一端，围板与支撑块的端面平齐，围板该端面的内沿和支撑块该端面的四周开设有配合使用的焊接坡口并通过焊接密封固连。

进一步地，所述进水通道和排水通道分别开设在支撑块远离冲压工作表面一端的端面上。

进一步地，围板的内壁与支撑块之间设有一圈密封圈。

进一步地，穿过围板并穿入支撑块设有销钉和螺钉以分别用于定位和连接；相对于销钉和螺钉，所述密封圈位于靠近随形冷却水域的一侧以保证密封性。

进一步地，所述冷却水域构成面上对应于支撑柱设有凹坑，支撑柱的自由端抵接于对应凹坑的底面；相互抵接的支撑柱端面和凹坑底面均为平面。

进一步地，所述成形块的随形结构板和围板为整体结构，壁厚相等且壁厚为6～12mm；所述随形面与冷却水域构成面之间形成为随形冷却水域的间隙为2～12mm；所述凹坑的深度为1～2mm。

本发明还涉及一种热冲压成形模具镶块结构的加工方法，本加工方法制造的热冲压成形模具镶块结构为上述的热冲压成形模具镶块结构，包括如下步骤：

1）加工制造成形块，成形块包括随形结构板和围板；随形结构板的内侧面上加工凹坑；围板远离冲压工作表面的端面内沿加工焊接坡口；

2）加工制造支撑块，形成随形面和支撑柱；在支撑块上分别加工进水通道和排水通道；在支撑块上加工一圈密封槽并在密封槽内装入密封圈；支撑块远离随形面的端面四周加工焊接坡口；

3）将装配了密封圈的支撑块装入成形块内；在围板和支撑块上配作定位孔，在围板上加工螺钉过孔，在支撑块上加工螺纹孔；使用销钉穿入围板和支撑块上的定位孔以用于定位；使用螺钉穿过围板上的螺钉过孔并与支撑块上的螺纹孔螺纹连接以用于连接围板和支撑块；

4）沿围板和支撑块的焊接坡口进行焊接以密封固连；

5）将步骤4）的焊接端面加工平整。

进一步地，步骤1）中随形结构板和围板分开加工，随形结构板通过线切割方式粗切外形，通过数控铣削精加工随形结构板的外、内侧面以及内侧面上的凹坑；围板通过线切割方式加工内外侧壁，通过数控铣削精加工与随形结构板连接的端面，铣削精加工另一端面并加工焊接坡口；将随形结构板与围板焊接密封固连为整体结构；

步骤3）中在围板和支撑块上配作定位孔之前，先检查支撑块装入成形块内后各个支撑柱与成形块的抵接贴合情况，保证每个支撑柱自由端的端面贴合面积占该端面面积的三分之二以上；检查方法为：支撑块装入成形块之前，在每个支撑柱自由端的端面进行涂红或熏烟，将支撑块装入成形块并贴紧后取出，观察每个支撑柱自由端的端面贴合情况，如每个支撑柱自由端的端面贴合面积占该端面面积的三分之二以上则合格，如不合格则将对应的支撑柱自由端的端面进行修挫或补焊，然后重新对每个支撑柱自由端的端面进行涂红或熏烟，再次检查各端面贴合情况，直至满足每个支撑柱自由端的端面贴合面积占该端面面积的三分之二以上，进入后续配作定位孔的操作。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的热冲压成形模具镶块结构分为成形块和支撑块，通过成形块和支撑块之间的间隙形成随形冷却水域，并通过支撑柱作为热冲压成形时的强度支撑，支撑柱占位少同时不影响随形冷却水域的整体连通性，最大限度地保证冷却水与模具冲压型面的接触面积，从而保证冷却效果，冷却水在随形冷却水域内可全面连通，热交换效果更好，冷却效果及冷却均匀性均得到进一步提升；显著提高热冲压模具镶块的冷却效率，保障被冲压工件的热处理效果。

2、本发明的热冲压成形模具镶块结构加工简单，使用可靠，制造成本低。

附图说明

图1-具体实施例的热冲压成形模具镶块结构的结构示意图；

图2-具体实施例中的支撑块的单独示意图；

图3-具体实施例中的成形块的单独示意图；

其中，成形块1，随形结构板11，围板12，凹坑13，支撑块2，随形面21，支撑柱3，进水通道4，排水通道5，随形冷却水域6，密封圈7，密封槽71，销钉8，螺钉81，焊接坡口9。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

参见图1-3，具体实施例的热冲压成形模具镶块结构，包括进水通道4、排水通道5、支撑块2和与被冲压工件冲压接触的成形块1，所述成形块1包括与被冲压工件成型结构对应的随形结构板11，其外侧面为冲压工作表面，内侧面为冷却水域构成面，所述支撑块2位于冷却水域构成面所在侧，支撑块2朝向冷却水域构成面的端面为与之对应的随形面21，所述随形面21与冷却水域构成面之间具有间隙且所述间隙形成为随形冷却水域6，所述随形面21上呈点阵布设有若干支撑柱3，所述支撑柱3的自由端与对应的冷却水域构成面位置相抵接以支撑成形块1且不影响随形冷却水域6的整体连通性；所述进水通道4和排水通道5分别与随形冷却水域6连通。

本发明的热冲压成形模具镶块结构分为成形块1和支撑块2，通过成形块1和支撑块2之间的间隙形成随形冷却水域6，随形冷却水域6距离模具冲压工作表面的距离处处相等，冷却均匀性好，并通过支撑柱3作为热冲压成形时的强度支撑，满足强度需求，支撑柱3占位少同时不影响随形冷却水域6的整体连通性，最大限度地保证冷却水与模具冲压型面的接触面积，从而保证冷却效果，冷却水在随形冷却水域6内可全面连通，热交换效果更好，冷却效果及冷却均匀性均得到进一步提升；显著提高热冲压模具的冷却效率，保障被冲压工件的热处理效果。

实施例的热冲压成形模具镶块结构以一个下模（凸模）的构造为例，具体实施时不限于此，上模、下模、凸模或凹模均可对应实施。

其中，所述随形结构板11的边沿延伸连接有一圈围板12，所述围板12朝向远离冲压工作表面所在侧的方向延伸并形成容纳腔，所述支撑块2位于所述容纳腔内并在周向上被定位。

这样，便于实现成形块1与支撑块2的连接，整体性好；便于实现随形冷却水域6的密封。

其中，在远离冲压工作表面的一端，围板12与支撑块2的端面平齐，围板12该端面的内沿和支撑块2该端面的四周开设有配合使用的焊接坡口9并通过焊接密封固连。

这样，保证成形块1与支撑块2连接可靠性，保障随形冷却水域6的密封性，也便于实施模具整体与设备的连接。

其中，所述进水通道4和排水通道5分别开设在支撑块2远离冲压工作表面一端的端面上。

这样，便于加工，按设计位置在支撑块2的两端分别钻削加工水流通道即可，便于外接冷却水管路。

其中，围板12的内壁与支撑块2之间设有一圈密封圈7；穿过围板12并穿入支撑块2设有销钉8和螺钉81以分别用于定位和连接；相对于销钉8和螺钉81，所述密封圈7位于靠近随形冷却水域6的一侧以保证密封性。

这样，有效保证随形冷却水域6的密封性；在制造过程中，销钉8和螺钉81的定位连接先于底面的焊接连接，可以避免焊接过程中成形块1与支撑块2之间的位移，保证支撑柱3与成形块1之间的良好接触，保证支撑强度，同时也减少了焊接过程中为了保证成形块1与支撑块2之间不发生位移而需要的工装夹具。

其中，所述冷却水域构成面上对应于支撑柱3设有凹坑13，支撑柱3的自由端抵接于对应凹坑13的底面；相互抵接的支撑柱3的端面和凹坑13的底面均为平面。

这样，简单加工难度，并有利于保证支撑柱3与成形块1之间的良好接触，从而保证支撑强度；因为随形结构板11对应于被冲压工件的成型结构，其内侧面通常为曲面，而将支撑柱3的自由端端面加工为对应的曲面来保证良好的接触贴合比较困难，而增设的凹坑13的底面为平面，对应的支撑柱3的自由端端面也为平面，就可以简化加工难度，两平面之间的接触贴合效果也更好。

其中，所述成形块1的随形结构板11和围板12为整体结构，壁厚相等且壁厚为8mm；所述随形面21与冷却水域构成面之间形成为随形冷却水域6的间隙为10mm；所述凹坑13的深度为2mm。

这样，保证热冲压成形模具镶块结构的强度和冷却效率。

本发明还提供上述热冲压成形模具镶块结构的加工方法，包括如下步骤：

1）选用模具钢H13加工制造成形块1，成形块1包括随形结构板11和围板12；随形结构板11的内侧面上加工凹坑13；围板12远离冲压工作表面的端面内沿加工焊接坡口9；

其中，随形结构板11和围板12分开加工，随形结构板11通过线切割方式粗切外形，通过数控铣削精加工随形结构板11的外、内侧面以及内侧面上的凹坑13；围板12通过线切割方式加工内外侧壁，通过数控铣削精加工与随形结构板11连接的端面，铣削精加工另一端面并加工焊接坡口9；将随形结构板11与围板12焊接密封固连为整体结构。

这样，可以减少铣削加工随形结构板11的外、内侧面的难度，减少刀具长度，便于加工，简单成本。

2）选用普通锻钢45#或铸钢加工制造支撑块2，形成随形面21和支撑柱3，支撑柱3直径为8mm；在支撑块2上分别加工进水通道4和排水通道5；在支撑块2上加工一圈密封槽71并在密封槽71内装入密封圈；支撑块2远离随形面21的端面四周加工焊接坡口9；

其中，支撑块2通过线切割方式粗加工随形面21（预留支撑柱3加工量）以减少铣削量，通过数控铣削精加工随形面21和支撑柱3，按设计位置在支撑块2底端两边分别钻削加工进水通道4和排水通道5。

3）将装配了密封圈的支撑块2装入成形块1内；在围板12和支撑块2上配作定位孔，在围板12上加工螺钉过孔，在支撑块2上加工螺纹孔；使用销钉8穿入围板12和支撑块2上的定位孔以用于定位；使用螺钉81穿过围板12上的螺钉过孔并与支撑块2上的螺纹孔螺纹连接以用于连接围板12和支撑块2；

其中，在围板12和支撑块2上配作定位孔之前，先检查支撑块2装入成形块1内后各个支撑柱3与成形块1的抵接贴合情况，保证每个支撑柱3自由端的端面贴合面积占该端面面积的三分之二以上；检查方法为：支撑块2装入成形块1之前，在每个支撑柱3自由端的端面进行涂红或熏烟，将支撑块2装入成形块1并贴紧后取出，观察每个支撑柱3自由端的端面贴合情况，发生贴合的部位的涂红层或熏烟层因贴紧而压薄（甚至消除）从而呈发白或金属本色，如每个支撑柱3自由端的端面贴合面积占该端面面积的三分之二以上则合格，如不合格则将对应的支撑柱3自由端的端面进行修挫或补焊，实施时，如果只有少数支撑柱3的端面发生贴合则修挫该少数支撑柱3的端面从而降低贴合位置使更多的支撑柱3可以与成形块1贴合，如果只有少数支撑柱3端面未与成形块1贴合则对该少数支撑柱3的端面微量补焊从而使之能与成形块1贴合；然后重新对每个支撑柱3自由端的端面进行涂红或熏烟，再次检查各端面贴合情况，直至满足每个支撑柱3自由端的端面贴合面积占该端面面积的三分之二以上；然后配作定位孔，即保持各支撑柱3与成形块1贴合的装入情况，一次工序同时钻削加工围板12和支撑块2上的定位孔；为保证销钉8的使用和拆卸，销钉8可预留一部分在围板12外，销钉8的圆周上设置消气槽以防止插入定位孔的过程闭气，影响插入效果。

4）沿围板12和支撑块2的焊接坡口9进行焊接以密封固连；

5）将步骤4）的焊接位置加工平整，保证与成形块1和支撑块2平齐。

根据被冲压工件成型结构的不同，模具的随形部位的加工难度也不同，实际加工时通常会使用普通的四轴加工中心，也可能因随形曲面复杂而需要使用多轴多联动的加工中心，如九轴五联动加工中心来实施对应加工。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.热冲压成形模具镶块结构的加工方法，其特征在于：本加工方法要制造的热冲压成形模具镶块结构包括进水通道、排水通道、支撑块和与被冲压工件冲压接触的成形块，所述成形块包括与被冲压工件成型结构对应的随形结构板，其外侧面为冲压工作表面，内侧面为冷却水域构成面，所述支撑块位于冷却水域构成面所在侧，支撑块朝向冷却水域构成面的端面为与之对应的随形面，所述随形面与冷却水域构成面之间具有间隙并形成为随形冷却水域，所述随形面上呈点阵布设有若干支撑柱，所述支撑柱的自由端与对应的冷却水域构成面位置相抵接以支撑成形块且不影响随形冷却水域的整体连通性；所述进水通道和排水通道分别与随形冷却水域连通；

所述随形结构板的边沿延伸连接有一圈围板，所述围板朝向远离冲压工作表面所在侧的方向延伸并形成容纳腔，所述支撑块位于所述容纳腔内并在周向上被定位；

在远离冲压工作表面的一端，围板与支撑块的端面平齐，围板该端面的内沿和支撑块该端面的四周开设有配合使用的焊接坡口并通过焊接密封固连；

所述进水通道和排水通道分别开设在支撑块远离冲压工作表面一端的端面上；

围板的内壁与支撑块之间设有一圈密封圈；

穿过围板并穿入支撑块设有销钉和螺钉以分别用于定位和连接；相对于销钉和螺钉，所述密封圈位于靠近随形冷却水域的一侧以保证密封性；

所述冷却水域构成面上对应于支撑柱设有凹坑，支撑柱的自由端抵接于对应凹坑的底面；相互抵接的支撑柱端面和凹坑底面均为平面；

所述热冲压成形模具镶块结构的加工方法包括如下步骤：

1）加工制造成形块，成形块包括随形结构板和围板；随形结构板的内侧面上加工凹坑；围板远离冲压工作表面的端面内沿加工焊接坡口；

2）加工制造支撑块，形成随形面和支撑柱；在支撑块上分别加工进水通道和排水通道；在支撑块上加工一圈密封槽并在密封槽内装入密封圈；支撑块远离随形面的端面四周加工焊接坡口；

3）将装配了密封圈的支撑块装入成形块内；在围板和支撑块上配作定位孔，在围板上加工螺钉过孔，在支撑块上加工螺纹孔；使用销钉穿入围板和支撑块上的定位孔以用于定位；使用螺钉穿过围板上的螺钉过孔并与支撑块上的螺纹孔螺纹连接以用于连接围板和支撑块；

4）沿围板和支撑块的焊接坡口进行焊接以密封固连；

5）将步骤4）的焊接端面加工平整；

步骤1）中随形结构板和围板分开加工，随形结构板通过线切割方式粗切外形，通过数控铣削精加工随形结构板的外、内侧面以及内侧面上的凹坑；围板通过线切割方式加工内外侧壁，通过数控铣削精加工与随形结构板连接的端面，铣削精加工另一端面并加工焊接坡口；将随形结构板与围板焊接密封固连为整体结构；

步骤3）中在围板和支撑块上配作定位孔之前，先检查支撑块装入成形块内后各个支撑柱与成形块的抵接贴合情况，保证每个支撑柱自由端的端面贴合面积占该端面面积的三分之二以上；检查方法为：支撑块装入成形块之前，在每个支撑柱自由端的端面进行涂红或熏烟，将支撑块装入成形块并贴紧后取出，观察每个支撑柱自由端的端面贴合情况，如每个支撑柱自由端的端面贴合面积占该端面面积的三分之二以上则合格，如不合格则将对应的支撑柱自由端的端面进行修挫或补焊，然后重新对每个支撑柱自由端的端面进行涂红或熏烟，再次检查各端面贴合情况，直至满足每个支撑柱自由端的端面贴合面积占该端面面积的三分之二以上，进入后续配作定位孔的操作。

2.根据权利要求1所述热冲压成形模具镶块结构的加工方法，其特征在于：所述成形块的随形结构板和围板为整体结构，壁厚相等且壁厚为6～12mm；所述随形面与冷却水域构成面之间形成为随形冷却水域的间隙为2～12mm；所述凹坑的深度为1～2mm。

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