CN113182440B - 一种用于间接热成型的叠层式水冷模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于间接热成型的叠层式水冷模具，属于间接热成型技术领域。一种用于间接热成型的叠层式水冷模具，包括有凹模箱体和凸模箱体，凹模箱体的底面上固定连接有凹模面，凸模箱体的顶面上固定连接有凸模面；凹模箱体的内部设置有与凹模面形状相同的第一随形水道面，凸模箱体的内部设置有与凸模面形状相同的第二随形水道面，凹模面与第一随形水道面之间以及凸模面与第二随形水道面之间均留设有随形水道；第一随形水道面和第二随形水道面还分别与凹模箱体和凸模箱体的内壁固定连接；本发明采用叠层式水冷模具的基本构造，利用相同的板材构成随形性强的冷却介质通道，实现了制件的快速均匀冷却。

Description

一种用于间接热成型的叠层式水冷模具

技术领域

本发明涉及间接热成型技术领域，尤其涉及一种用于间接热成型的叠层式水冷模具。

背景技术

热成形工艺的本质是：将工件加热并保温至材料完全奥氏体化，然后送入特制的水冷模具中，在模具中按一定的速率冷却，使奥氏体组织转变为马氏体组织，从而使材料强度大幅度提高，并在冷却过程中利用模具的型腔对工件形状进行约束，消除淬火变形，保证成品具有良好的尺寸精度；热成形工艺目前分两大类：直接热成形工艺和间接热成形工艺。直接热成形工艺出现较早，是目前使用比较广泛的热成形工艺；间接热成形工艺出现较迟，目前应用不多，但是其可加工的产品范围可以完全覆盖并超过直接热成形工艺，具有很高的发展潜力，未来有望完全取代直接热成形工艺。

间接热成形工艺的优势：1.没有零件尺寸和形状限制，可以生产任意形状和任意拉伸深度的零件；2.在核心淬火环节中工件没有变形过程，模具应力分布均匀，工件与模具表面几乎没有相对运动，使得模具损耗很小，几乎不会损伤工件表面；3.工件可以使用锌镀层板，只有间接热成形工艺不会导致镀锌层损伤；4.工序少：1)落料工序和激光切割工序在预成形工序由冷冲压线一次完成，提高了生产效率，降低了产线建设投入；2)取消焊接工序：较大零件如中通道、前围、门坎等可以整体加工，一次成形；3)可选择性取消防腐工序：使用锌镀层板的零件无需再做防腐处理，只有裸板需要再次做镀锌等防腐处理；5.可以较容易的控制不等强度板的成形过程，保证成品质量稳定性，实现不等强度板的批量生产。

在间接热成型淬火工序中，要尽可能保证均匀且快速的降低制件温度，使零件各个部分都能拥有均匀稳定的马氏体组织，减少铁素体和珠光体组织的杂质。工艺要求板料在模具内保压淬火10-30s，其间模具对制件的总体冷却速率应不低于27℃/s的临界冷却速率；如何在制件冷却速度的基础上保证其均匀的降温是本领域技术发展亟需解决的问题，因此，本发明提出了一种用于间接热成型的叠层式水冷模具。

发明内容

本发明的目的是以缩短模具内部热传导距离、扩大冷却介质与冷却管道接触面积为主要优化方向，采用叠层式水冷模具的基本构造，利用相同的板材构成随形性强的冷却介质通道，实现了制件的快速均匀冷却。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于间接热成型的叠层式水冷模具，包括有凹模箱体和凸模箱体，所述凹模箱体的底面上固定连接有凹模面，所述凸模箱体的顶面上固定连接有凸模面；所述凹模箱体的内部设置有与凹模面形状相同的第一随形水道面，所述凸模箱体的内部设置有与凸模面形状相同的第二随形水道面，所述凹模面与第一随形水道面之间以及凸模面与第二随形水道面之间均留设有随形水道；所述第一随形水道面和第二随形水道面还分别与凹模箱体和凸模箱体的内壁固定连接；所述凹模面和凸模面与第一随形水道面和第二随形水道面之间连接有支撑机构，所述凹模面、凸模面、第一随形水道面和第二随形水道面的水平低位处安装有紧固机构。

优选的，所述凹模箱体侧壁上的水平低位处开设有凹模出水口，所述凸模箱体侧壁上的水平高位处开设有凸模进水口。

优选的，所述凹模面和凸模面的水平最高点处设置有冷却介质注入点，所述凹模面和凸模面上两个相对的斜面板上设置有冷却介质流出点。

优选的，所述支撑机构包括有支撑架，所述支撑架固定安装在凹模面和凸模面的分模面与第一随形水道面和第二随形水道面主要受力面之间，所述支撑架上均匀分布有吹水孔，所述吹水孔开设于支撑架上偏向的凹模面和凸模面分模面一侧。

优选的，所述紧固机构包括有固定螺钉和防水螺母，所述凹模面、凸模面、第一随形水道面和第二随形水道面上均有沉槽，所述沉槽与固定螺钉的钉帽相匹配，所述防水螺母固定安装在凹模面与第一随形水道面以及凸模面与第二随形水道面之间，所述固定螺钉与防水螺母螺旋连接，所述防水螺母的外侧壁上还固定连接有防水衬套。

与现有技术相比，本发明提供了一种用于间接热成型的叠层式水冷模具，具备以下有益效果：

本发明包括有凹模箱体和凸模箱体两个组件，应用于间接热成型的保压淬火工序，在保压淬火之前首先在箱式炉中将制件加热到适宜温度，利用机械臂夹取至水冷模具中定位进行热成型；在热成形过程中，压机带动水冷模具的凹模面和凸模面合模对制件进行加压成型，同时水冷模块的循环水流入对制件进行快速而均匀的降温，使得制件各个部分都能拥有均匀稳定的马氏体组织，减少铁素体和珠光体组织的杂质；在保压淬火过程中，首先开启冷却介质开关，循环水以较高速度流入模具将模具温度降至初始温度，在温度降低之后开启加压工作，凸模面和凹模面合模对制件进行加压和成型；与此同时，由冷却水快速流过由凸模面和第二随形水道面以及凹模面和第一随形水道面形成的随形水道，快速且均匀的降低凸模面和凹模面的温度，降低温度后的凸模面和凹模面又对制件进行热传导降低了制件的温度，实现了制件温度的迅速均匀降温。

综合所述，本发明以缩短模具内部热传导距离、扩大冷却介质与冷却管道接触面积为主要优化方向，采用叠层式水冷模具的基本构造，利用相同的板材构成随形性强的冷却介质通道，实现了制件的快速均匀冷却。

附图说明

图1为本发明提出的一种用于间接热成型的叠层式水冷模具的立体结构示意图；

图2为本发明提出的一种用于间接热成型的叠层式水冷模具的透视结构示意图；

图3为本发明提出的一种用于间接热成型的叠层式水冷模具横截面的结构示意图。

图号说明：

1、凹模箱体；2、固定螺钉；3、凸模箱体；4、防水螺母；5、支撑架；6、凹模面；7、凹模出水口；8、凸模进水口；9、凸模面；10、第二随形水道面；11、第一随形水道面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

请参阅图1-3，一种用于间接热成型的叠层式水冷模具，包括有凹模箱体1和凸模箱体3，凹模箱体1的底面上固定连接有凹模面6，凸模箱体3的顶面上固定连接有凸模面9；凹模箱体1的内部设置有与凹模面6形状相同的第一随形水道面11，凸模箱体3的内部设置有与凸模面9形状相同的第二随形水道面10，凹模面6与第一随形水道面11之间以及凸模面9与第二随形水道面10之间均留设有随形水道；第一随形水道面11和第二随形水道面10还分别与凹模箱体1和凸模箱体3的内壁固定连接；凹模面6和凸模面9与第一随形水道面11和第二随形水道面10之间连接有支撑机构，凹模面6、凸模面9、第一随形水道面11和第二随形水道面10的水平低位处安装有紧固机构。

凹模箱体1侧壁上的水平低位处开设有凹模出水口7，凸模箱体3侧壁上的水平高位处开设有凸模进水口8。

凹模面6和凸模面9的水平最高点处设置有冷却介质注入点，凹模面6和凸模面9上两个相对的斜面板上设置有冷却介质流出点。

支撑机构包括有支撑架5，支撑架5固定安装在凹模面6和凸模面9的分模面与第一随形水道面11和第二随形水道面10主要受力面之间，支撑架5上均匀分布有吹水孔，吹水孔开设于支撑架5上偏向的凹模面6和凸模面9分模面一侧。

紧固机构包括有固定螺钉2和防水螺母4，凹模面6、凸模面9、第一随形水道面11和第二随形水道面10上均有沉槽，沉槽与固定螺钉2的钉帽相匹配，防水螺母4固定安装在凹模面6与第一随形水道面11以及凸模面9与第二随形水道面10之间，固定螺钉2与防水螺母4螺旋连接，防水螺母4的外侧壁上还固定连接有防水衬套。

本发明包括有凹模箱体1和凸模箱体3两个组件，应用于间接热成型的保压淬火工序，在保压淬火之前首先在箱式炉中将制件加热到适宜温度，利用机械臂夹取至水冷模具中定位进行热成型；在热成形过程中，压机带动水冷模具的凹模面6和凸模面9合模对制件进行加压成型，同时水冷模块的循环水流入对制件进行快速而均匀的降温，使得制件各个部分都能拥有均匀稳定的马氏体组织，减少铁素体和珠光体组织的杂质；在保压淬火过程中，首先开启冷却介质开关，循环水以较高速度流入模具将模具温度降至初始温度，在温度降低之后开启加压工作，凸模面9和凹模面6合模对制件进行加压和成型；与此同时，由冷却水快速流过由凸模面9和第二随形水道面10以及凹模面6和第一随形水道面11形成的随形水道，快速且均匀的降低凸模面9和凹模面6的温度，降低温度后的凸模面9和凹模面6又对制件进行热传导降低了制件的温度，实现了制件温度的迅速均匀降温。综合所述，本发明以缩短模具内部热传导距离、扩大冷却介质与冷却管道接触面积为主要优化方向，采用叠层式水冷模具的基本构造，利用相同的板材构成随形性强的冷却介质通道，实现了制件的快速均匀冷却。

实施例2：

请参阅图1-3，基于实施例1又有所不同之处在于；

为了保证在制件冷却速度的基础上使其均匀的降温，本发明采用叠层式水冷模具的基本构造，利用相同的板材构成随形性强的冷却介质通道，实现了制件的快速均匀冷却。

工作过程中，冷却介质由水平最高点的进水口流入凸模箱体3和凹模箱体1，由水平最低点的出水口流出凸模箱体3和凹模箱体1，保证冷却介质可以与制件充分接触之后全部离开水道；实际工作过程中，凹模冷却介质和凸模冷却介质从模具相对的两端对向流入，确保两端冷却速率大体相同；冷却介质通过的随形水道由凸模面9和第二随形水道面10以及凹模面6和第一随形水道面11形成，随形水道的形状与凸模面9、凹模面6的形状完全相同，所有面完全接触，实现凹模面6和凸模面9整体且均匀的降温。

本发明设计的叠层式水冷模具分为凸模组件和凹模组件，其中为了定位和脱模方便，凸模组件位于水平位置偏下方凹模组件位于水平位置偏上方。其中凸模组件由凸模箱体3、凸模面9、第二随形水道面10、固定螺钉2、防水螺母4和支撑架5组成，凹模组件由凹模箱体1、凹模面6、第一随形水道面11、固定螺钉2、防水螺母4和支撑架5组成。

在上述零件中，凸模箱体3和凹模箱体1为整个模具的定位基准，与压机相连接固定；其具有相当厚度的金属底座为整体模具提供了足够的刚度，且具有固定凹模面6、凸模面9、第一随形水道面11和第二随形水道面10的螺钉孔、能够支撑凹模面6和凸模面9凸出部分的凸台和能够辅助上下模定位的定位销及销孔。凸模箱体3和凹模箱体1能够从水平方向上完全包容其余零件，同时作为随形水道在水平方向的四个面；凹模箱体1在凹模的水平最高点开有入水口使冷却介质流入，在凹模的水平最低点开有出水口使冷却介质流出；凸模箱体3在凸模的水平最高点开有入水口使冷却介质流入，在凸模的水平最低点开有出水口使冷却介质流出。其中凸模箱体3与凹模箱体1的入水口分布在模具的相对两面，凸模箱体3和凹模箱体1的入水口与出水口分布在模具的相对两面，即凸模箱体3与凹模箱体1的出水口同样分布在模具的相对两面。

在上述零件中，凸模面9和凹模面6为模具保压淬火过程中的主要受力部分，与对应的第一随形水道面11和第二随形水道面10完全相同，经过相同的工序制作完成，降低了模具加工的复杂度，同时由相同的板材叠层形成的随形水道随形性极强，冷却介质与待冷却制件之间的热传导热阻取决于凸模面9和凹模面6的厚度，由于凸模面9和凹模面6厚度较小且处处相等，使制件能够快速且均匀的冷却。同时凸模面9、凹模面6和随形水道面上都有用于固定的螺纹孔和沉槽，其中螺纹孔可用于调节凸凹模面6的位置，在模面长期工作磨损后可以进行整体修磨调节位置后继续工作；其中沉槽和固定螺钉2及防水螺母4进行配合，防止冷却介质流出随形水道。

在上述零件中，固定螺钉2与防水螺母4与凸模箱体3、凹模箱体1及凸模面9和凹模面6的螺纹进行配合，将各个零件进行精准的定位，同时防止随形水道中冷却介质流出。

在上述零件中，支撑架5被布置在凸凹模面6与随形水道面之间的主要受力部分来提升凸凹模面6的刚度，防止凸模面9和凹模面6变形导致精度降低。同时支撑架5上均匀分布有疏导冷却介质的开口，且开口朝向凸模面9和凹模面6一侧，使冷却介质更加均匀充分的接触凸凹模面6，保证淬火过程快速且均匀。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于间接热成型的叠层式水冷模具，其特征在于，包括有凹模箱体（1）和凸模箱体（3），所述凹模箱体（1）的底面上固定连接有凹模面（6），所述凸模箱体（3）的顶面上固定连接有凸模面（9）；所述凹模箱体（1）的内部设置有与凹模面（6）形状相同的第一随形水道面（11），所述凸模箱体（3）的内部设置有与凸模面（9）形状相同的第二随形水道面（10），所述凹模面（6）与第一随形水道面（11）之间以及凸模面（9）与第二随形水道面（10）之间均留设有随形水道；所述第一随形水道面（11）和第二随形水道面（10）还分别与凹模箱体（1）和凸模箱体（3）的内壁固定连接；所述凹模面（6）和凸模面（9）与第一随形水道面（11）和第二随形水道面（10）之间连接有支撑机构，所述支撑机构包括有支撑架（5），所述支撑架（5）固定安装在凹模面（6）和凸模面（9）的分模面与第一随形水道面（11）和第二随形水道面（10）主要受力面之间，所述支撑架（5）上均匀分布有吹水孔，所述吹水孔开设于支撑架（5）上偏向的凹模面（6）和凸模面（9）分模面一侧；

所述凹模面（6）、凸模面（9）、第一随形水道面（11）和第二随形水道面（10）的水平低位处安装有紧固机构。

2.根据权利要求1所述的一种用于间接热成型的叠层式水冷模具，其特征在于：所述凹模箱体（1）侧壁上的水平低位处开设有凹模出水口（7），所述凸模箱体（3）侧壁上的水平高位处开设有凸模进水口（8）。

3.根据权利要求1所述的一种用于间接热成型的叠层式水冷模具，其特征在于：所述凹模面（6）和凸模面（9）的水平最高点处设置有冷却介质注入点，所述凹模面（6）和凸模面（9）上两个相对的斜面板上设置有冷却介质流出点。

4.根据权利要求1所述的一种用于间接热成型的叠层式水冷模具，其特征在于：所述紧固机构包括有固定螺钉（2）和防水螺母（4），所述凹模面（6）、凸模面（9）、第一随形水道面（11）和第二随形水道面（10）上均有沉槽，所述沉槽与固定螺钉（2）的钉帽相匹配，所述防水螺母（4）固定安装在凹模面（6）与第一随形水道面（11）以及凸模面（9）与第二随形水道面（10）之间，所述固定螺钉（2）与防水螺母（4）螺旋连接，所述防水螺母（4）的外侧壁上还固定连接有防水衬套。