CN112719082A - 一种热冲压随型冷却模具及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热冲压随型冷却模具及其制造方法。该热冲压模具的成型部件内部是金属基体，表层为直接用该模具冲压出来的具有耐热耐氧化性能的金属板材制造的模具型面，在金属基体模具表层保留有数控加工留下的刀痕，刀痕凹槽与外层的耐热钢板型面之间构成细微通道，其与模具的冷却流道相通，实现了随型冷却，保证了热冲压高强度钢板马氏体相变充分，达到快速冷却淬火的目的。

Description

一种热冲压随型冷却模具及其制造方法

技术领域

本发明涉及了一种热冲压模具结构以及实现该结构的制造方法，特别涉及到一种随型冷却的热冲压模具。

背景技术

热冲压是将专用的硼合金钢板加热到奥氏体化温度以上并保持一段时间，使其完全奥氏体化后，在模具内进行热冲压成形，并保压冷却，当其冷却速度大于27℃/s，即可获得良好的细针状马氏体，具有较高的强度和硬度，屈服强度可达1100MPa，抗拉强度超过1500MPa，硬度达50HRC，比原始状态提高2-3倍。热冲压是近年来国内外工业界和学术界研究的热点，主要用于制造乘用车乘员舱的关键部件，以提升车身强度，降低车身重量，使汽车具有更好的安全性，如B柱、防撞梁等部件。

由于工件在高温下成形，对于模具的热侵蚀较为严重，如果冲压速度不足，工件冷却过快，则局部接触的成形力急剧增加，很容易造成热冲压模具表面拉毛损伤，因此热冲压模具要求有较高的表面硬度和耐热侵蚀能力，必要时要进行表面涂层处理，以降低热冲压时的磨擦磨损，提高模具耐用性能。

热冲压成形完毕后，需要在模具保压情况下冷却淬火，冷却速度必须大于27℃/s，温度低于425℃时开始马氏体相变，至280℃结束，才能保证热冲压件的性能，因此热冲压件在模具内的冷却速度是决定其性能的关键。一般希望冲压成型时工件冷却较慢，而成型结束后保压开始时冷却要足够快，这就需要模具内部有冷却流道，及时带走热冲压件的热量，维持合理的模具问题，保证传热效果。

随型冷却是热冲压模具冷却管道设计的基本原则，是根据冲压件的形状以及性能要求确定合理的冷却流道布置为止，通常使用深孔钻钻出冷却流道，或者使用预埋管道铸造而成的热冲压模具。但是其制造方法都比较麻烦，成本较高，冷却管道的布置不够均匀，无法充分靠近模具型面，冷却效果也不尽理想。

发明内容

本发明提供一种热冲压随型冷却模具及其制造方法，提高了冲压模具的冷却效果，以简化热冲压模具制造的流程，方便热冲压模具型面的快速修复。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种热冲压随型冷却模具，模具成型部件由表层金属板料型壳和内部的金属基体模具构成，表层型壳是由金属板料冲压制造而成，金属板料型壳覆盖并固定在金属基体模具表面，在金属基体模具表层保留有数控加工留下的刀痕，刀痕凹槽与外层的耐热钢板型面之间构成细微通道，其与金属基体模具上所开的冷却介质流道相通，流道出口设置在型腔内圆角或较为平坦的模面上。

本发明还提供了一种热冲压随型冷却模具的制造方法，其技术方案是：模具设计时将金属基体模具向内偏置一层金属板料的厚度；金属基体模具数控加工时保留加工刀痕，使高点均匀分布，刀痕的沟槽互相连通；在金属基体模具上加工出冷却介质孔，出口设置在型面内圆角或较为平坦的部位；直接使用该模具进行金属板料的冷冲压或者热冲压，获得贴合金属基体模具的型面，然后使用螺钉或胶粘剂或焊接方法将冲压而成的模具型面固定在金属基体模具表面上；另取热冲压钢板进行加热后试冲，板料成形阶段不通冷却介质，在合模保压淬火阶段通以高速流动的冷却流体，扩散到金属基体与表层耐热钢板型面之间构成的细微通道中间，迅速带走热量；开模后检查获得的热冲压件尺寸精度和表面质量，确定是否需要进行回弹补偿修复金属基体模具；如果冲压件尺寸精度和表面质量复合要求，切割修整金属型壳，并将其牢固地固定在金属基体模具上。

本发明的有益效果是：使用本发明所述的热冲压随型冷却模具及其制造方法，利用耐热钢型面和金属基体模具之间的空隙，通过高速流动的冷却介质流体，可以对热冲压件快速降温，促进马氏体组织相变转化，而冲压成型时，由于表层型面和内部金属基体之间的空隙，阻隔了热量的传递，避免热冲压件过快降温，保证了成形质量，减小了回弹，因此大大提高了热冲压件的尺寸精度和性能指标。由于模具的型面采用耐热钢板通过冲压成形，缩短了型面制造周期，方便更换，解决了热冲压模具型面容易损伤拉毛，避免了模具长时间修复带来的停产损失。

附图说明

图1是本发明提供的热冲压随型冷却模具结构实施例示意图。

图2是本发明提供的热冲压随型冷却模具制造方法的工艺流程图。

图中所示：1－凸模基体；2－凹模基体；3－压边圈基体；4－顶出器基体；5－冷却流道；6－顶出器型壳；7－凹模型壳；8－凸模型壳；9－压边圈型壳。

具体实施方式

如图1所示，热冲压随型冷却模具主要由凸模基体1、凹模基体2、压边圈基体3、顶出器基体4以及覆盖在其表面的金属板料冲压而成的凸模型壳8、凹模型壳7、压边圈型壳9、顶出器型壳6构成，凸模基体1、凹模基体2、压边圈基体3、顶出器基体4与热冲压件相邻的表面保留有数控加工时留下的刀痕，其高点均匀分布，刀痕的沟槽互相连通，一般采用数控精铣或半精铣，切向刀轨宽度不大于1.5mm，表面粗糙度不高于Ra50，加工刀痕法向深度在0.15-0.25mm之间，使刀痕凹槽与外层的金属板料型面之间构成细微通道，并与金属基体模具上的冷却流道5相通。金属基体模具的冷却流道出口设置在型面内圆角或较为平坦的部位，冷却介质可以从流道流入，扩散到金属基体与表层耐热钢板型面之间构成的细微通道中间。

所述冷却介质可以是压缩空气或者液体如水，当采用压缩空气时，空气从金属型壳边缘自然逸散，不需循环，当使用液体时，必须将金属型壳边缘使用胶粘剂或者密封膏密封，以防止液体循环时漏液。附图1中顶出器基体4由于是活动的，其冷却管道可以采用可伸缩管与模座的流道联接，以保证冷却介质能够到达顶出器型壳6与顶出器基体4之间的缝隙里。

由于凸模型壳8、凹模型壳7、压边圈型壳9、顶出器型壳6均是由金属基体模具冲压而成，因此凸模基体1、凹模基体2、压边圈基体3、顶出器基体4的表面应向内偏置一层金属板料的厚度，以保证冲压时型面间的间隙正确。

本发明提供的热冲压随型冷却模具的制造方法，如图2所示的工艺流程图，模面设计时将金属基体模具向内偏置一层钢板的厚度；然后对金属基体模具型面进行数控加工，数控加工时选择精铣或半精铣，切向刀轨宽度1.5mm±0.5mm为宜，加工刀痕法向深度在0.15-0.25mm之间为宜，在金属基体模具上加工出冷却介质孔，出口设置在型面内圆角或较为平坦的部位；在模具装配完成后进行冲压调试，直接使用该模具进行钢板的冲压，获得成型零部件的金属板料型面；接下来检查工件以及金属型壳的精度，以确定是否需要对金属基体模具进行打磨修整；必要时使用螺钉或粘接剂临时固定凸模型面、凹模型面的型壳在金属基体模具表面上；对热冲压专用钢板进行加热试冲，开模后检查获得的热冲压件尺寸精度、表面质量以及性能指标是否满足使用要求，确定是否需要进行回弹补偿修复金属基体模具，以及是否需要调整冷却流道布局；如果冲压件尺寸精度、表面质量以及性能指标满足制件要求，切割修整耐热钢板型面，并使用螺钉或焊接方法将其牢固地固定在金属基体模具上，即可完成整套热冲压模具的制造工作。

本发明中，金属板料型壳的固定，在一般情况下可以使用沉头螺钉压紧即可，或者使用胶粘剂粘接，也可以使用点焊、钎焊的方法把金属板料型壳边缘与基体模具联结起来，具体联接方法根据基体模具材质和金属板料型壳的材质以及厚度、形状尺寸确定，不限定于本说明书所述方法。

本发明所述的模具成型部件，是指与冲压板料接触的零件并使之成形的零件，主要包含凸模、凹模、压边圈、顶出器、推件器，但不限定于这些零件。在具体实施时，根据工件的形状和模具的经济性、技术难度等要求，可以选择仅凹模有型壳或者凸模有型壳，也可以是凹模、凸模、压边圈、顶出器、卸料板或其他与工件接触的任何成型部件以及它们之间的任意组合，其表面覆盖有金属板型壳。

Claims (2)

1.一种热冲压随型冷却模具，其特征是：

模具成型部件由表层的金属板材型壳和内部的金属基体模具构成；金属基体模具表层保留有数控加工留下的刀痕沟槽；金属基体模具表面覆盖金属板料冲压而成的金属板材型壳，钢板型壳与金属基体模具表层的刀痕凹槽之间构成相互连通的通道缝隙，并与金属基体模具上开设的冷却流道相通；金属基体模具的冷却流道出口设置在型面内圆角或较为平坦的部位，冷却介质可以从金属基体模具上的流道顺利流入，并扩散到金属基体与表层型壳之间的缝隙，对型壳进行冷却。

2.一种热冲压随型冷却模具的制造方法，其特征是：

模具设计时将金属基体模具向内偏置一层钢板的厚度；

对金属基体模具进行数控加工，保留加工刀痕，并使刀痕凹槽互相连通；

在金属基体模具上加工出冷却介质孔，出口设置在型面内圆角或较为平坦的部位；

直接使用该模具对钢板冲压，切割修整耐热钢板型面，获得模具型面，

使用螺钉或胶粘剂将冲压而成的金属板料型面固定在金属基体模具表面上。

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