CN111438280A - 一种新能源汽车钢板冲压模具及冲压方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种汽车钢板冲压模具即方法，主要提高模具的使用寿命，以及快速冲压，快速淬火，精确控制成形温度，从而改善了汽车零部件的质量，提高了安全系数。
Description
背景技术
当前汽车车身的结构件，尤其是新能源汽车，追求车身减重，提高强度，虽然铝合金、钛合金等轻合金能满足性能要求，但是成本较大，生产工艺复杂，综合来看，普遍采用钢材为当前汽车的主流手段，而出于安全性的考虑，一般多采用高强度钢板，高强度钢板的室温拉伸强度大多超过了1.2Gpa，为了成型时变形容易，热冲压是成型车身部件的主要方式，因为加热可以软化钢板，而现有的热冲压问题较多，比如坯料的加热方式，如果采用炉子加热，转移的过程中丧失热量，温度不好控制，又如对模具直接加热，但是结构复杂，因此采用自阻加热是常见的手段。
目前自阻加热技术，功能单一，一是无法精确控制温度，二是需要配合其他工艺进行淬火处理，生产效率不高。
发明内容
基于上述技术问题，本发明改进了现有的模具结构与加热方式，提高了产品质量及生产效率。
本发明的模具主要包括上模座、下模座、导柱、导套、凸模、凹模、弹簧导杆、测温压边圈、绝缘压块、绝缘套、绝缘垫块、补料垫块（其中也为绝缘材料），电极块；
进一步，凸模的内部开设了流体通道，供淬火时低温流体通过，喷洒在零件表面；其中低温流体优选为液氮；
进一步，所述流体通道的出口主要开设在凸模的侧面与底面；也可以根据需要，开设在不同位置，实现局部淬火，制备梯度性能的冲压件；
进一步，所述流体通道的横截面积沿着出口方向，不断增大，尽量使出口处聚集很多的低温流体，增大冷却面积，提高冷却效率；其中所述流体通道优选为锥形通道或喇叭口形状等；
其中，本申请的模具具体连接方式如下，但不局限于以下连接方式：
上模座通过模柄连接冲压机或油压机等动力源，上模座下部连接有凸模与弹簧导柱，弹簧导柱下部连接有测温压边圈，测温压边圈包括压紧块与温度敏感元件，其中温度敏感元件冲压时与坯料接触测温；测温压边圈通过弹簧导柱压紧坯料；
下模座上安装凸模、绝缘垫块，绝缘套，绝缘垫块上安装有电极块，凹模与绝缘垫块、电极之间设置绝缘套，绝缘套与凹模上端设置有补料垫块；电极块上放置坯料，坯料上面覆盖绝缘压块；
进一步，凹模内表面设置了绝缘耐磨高强度涂层；相对应的，凸模的外表面也设置了绝缘耐磨高强度涂层；其中绝缘耐磨高强度涂层优选采用等离子喷涂工艺，材质优先为WC涂层；
所述上模座与下模座还通过导柱导套配合；
通过以上设置，本发明的模具在加热时，只有坯料通电加热，减少能耗，同时提高了模具的寿命；
进一步，本发明模具的绝缘耐磨高强度涂层为等厚度或不等厚度；
进一步，所述不等厚度的设置根据位置不同而厚度不同，具体为根据离凹模底部的距离而变化，尤其是在拐角处和底部厚度相对较大；通过涂层的设置，既能避免模具导电发热，又能保护模具，当模具损坏时，只需要修复涂层即可，大大提高了模具的使用寿命；
进一步，涂层的厚度按照公式（1）进行设置：
其中，t为任意处涂层厚度，单位为mm，
为设置的目标最大厚度，h为距离凹模底部的高度，
为凹模深度。
进一步，补料垫块的高度低于电极块的高度，作用在于，测温压边圈压料时，能先把坯料下拉变形，为后续的热冲压过程存储变形量，防止热冲压变形量太大而开裂；
本模具能精确控制坯料温度，通过测温压边圈不仅能成形时提供压边力而且能准确测量变形过程中的动态温度，在成型过程中也能控制温度，不需要给凸凹模加热或通电，简化结构，同时采用了等离子喷涂工艺，使凸凹模具的表面绝缘耐磨；同时冲压完毕，能采用冷却流体进行快速淬火，获得高强度部件。
附图说明
图1为模具装配图
图2为凸模示意图
图3为凹模示意图
其中，1为凸模；2为弹簧导柱；3为测温压边圈；4为上模座；5为绝缘压块；6为下模座；7为电极；8为绝缘垫块；9为绝缘套；10为补料垫块；11为凹模；12为坯料；13为导柱；14为导套；15为温度敏感元件；
实施例1
本设备包括凸模1、弹簧导柱2、测温压边圈3、上模座4、模柄、绝缘压块5、下模座6、电极块7、绝缘垫块8、绝缘套9、补料垫块10，凹模11、导柱13、导套14、温度敏感元件15，其中，凸模1固定在上模座4上，凸模1周围设置有弹簧导柱2，数量为两个，所述弹簧导柱2也与上模座连接；所述弹簧导柱2一端与上模座连接，另一端与测温压边圈3连接；测温压边圈通过弹簧导柱进行压紧与复位；所述弹簧导柱2的结构为弹簧套在导杆外面；测温压边圈邻接绝缘压块5，二者一起覆盖在坯料表面进行压紧；其中绝缘压块5与电极块7配合压紧坯料，测温压边圈3与补料垫块10配合压紧坯料；所述补料垫块10低于电极块7，所述补料垫块7下端固定在绝缘套与凹模11上端；补料垫块也采用绝缘材料制备；绝缘套套在凹模外围，与电极块7和绝缘垫块邻接；所述绝缘垫块、凹模、绝缘套下端安装在下模座上；
上模座4与下模座6配合进行导向定位；
其中，凸模的外表面与凹模的内表面设置绝缘耐磨高强度涂层，所述涂层为WC涂层；
其中凹模的内表面涂层的厚度t按照公式（1）进行设置，其中，凸模的涂层厚度与凹模相对应设置。
实施例2
采用本模具进行热冲压制备高强度汽车零部件，具体步骤如下：
1、将坯料放置在电极块7上面，覆盖绝缘压块5；上模座下压适当距离，使测温压边圈接触坯料；
2、给电极块7通电，加热，通过测温压边圈监控温度；
3、当加热温度达到设定温度时，停电或不停电，上模座继续下压，进行热冲压成型；
4、当下模座运动到设定距离，零件变形完毕，进行保压，防止回弹；
5、保压的同时或保压进行一段时间进行淬火，往凸模的流体通道注入液氮，进行快速降温淬火。
6、淬火完毕，上模座上行，弹簧导柱复位，稍微清洗模具，准备下一个零件的热冲压。
实施例3
本次实施例成型的钢种为22MnB5，模具的材料选择SKD61钢种，在进行自阻加热时，将目的温度设置到920℃，加热速度为1-2℃/s,保压时间为30-60min。
实施例4
本次实施例成型过程中，只在凸模的拐角处通入液氮，实现局部淬火，将零件的拐角处强度提高，同时抑制回弹。
实施例5
本次实施例成型的钢种为高熵合金或trip钢，其中，通过本发明冲压的高熵合金或trip钢的室温拉伸强度最高达到了1.5Gpa以上，完全满足汽车碰撞强度要求 。
Claims (10)
1.一种冲压模具，包括上模部分与下模部分，其特征在于，上模部分具有淬火功能的凸模，下模部分具有自阻加热部分，且仅对坯料通电加热。
2.如权利要求1所述的冲压模具，其特征在于，上模部分具有测温模块，能在冲压过程中实时测温。
3.如权利要求2所述的冲压模具，其特征在于，上模部分包括凸模、弹簧导柱、测温压边圈、上模座、模柄、绝缘压块。
4.如权利要求2所述的冲压模具，其特征在于，所述测温模块为测温压边圈。
5.如权利要求3所述的冲压模具，其特征在于，下模部分包括下模座、电极块、绝缘垫块、绝缘套、补料垫块、凹模。
6.如权利要求5所述的冲压模具，其特征在于，所述自阻加热部分为电极块。
7.如权利要求6所述的冲压模具，其特征在于，其特征在于所述凸模表面与凹模内表面设置了等离子喷涂的绝缘耐磨高强度涂层。
8.一种采用权利要求1-7所述的模具进行的热冲压方法，其特征在于：冲压时，加热可以不中断。
9.如权利要求8的热冲压方法，其特征在于：冲压之后可以立即进行保压淬火过程。
10.如权利要求8的热冲压方法，其特征在于：所述淬火过程采用液氮冷却。
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