CN113319184B - 一种封闭管件气液复合热成形的工艺方法 - Google Patents

一种封闭管件气液复合热成形的工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种封闭管件气液复合热成形的工艺方法，包括以下步骤：将管件加热得到管坯，管坯内通入气体，对高强度段压制成型，低强度段在空气中冷却，管坯内注入液态水，对低强度段合模成型。本发明所述的工艺方法分别对高强度段及低强度段加工成型，便于控制和实施，高强度段及低强度段力学性能均匀，二者之间的过渡段采用压缩变形，消除了厚度上由于弯曲导致的轴向应力差，力学性能过渡自然，零件尺寸精度高，模具不需要加热，延长了模具的使用寿命，降低了生产成本。

Description

一种封闭管件气液复合热成形的工艺方法
技术领域
本发明属于零件加工工艺领域，尤其是涉及一种封闭管件气液复合热成形的工艺方法。
背景技术
热成形件是材料在加热至奥氏体状态下成形，该条件下材料成形性好，回弹小；保压模内淬火过程中材料奥氏体组织向马氏体组织转变，从而达到较高的强度（1500MPa左右）。热成形件在汽车轻量化领域获得广泛应用，然而由于成形件中的组织为单一的马氏体组织，成形件延伸率较低，仅5~7%；不利于零部件的碰撞吸能，为解决这一问题，零部件特殊位置力学性能需要软化控制。
对于管状零部件的热成形技术，已经公开报道的高强钢管状件的成形方法主要有三种：1）两步法成形，管料充入气体或液体进行冷成型，零部件后续进行热处理；2）热气胀技术，以气体压力作为驱动力对高温管料进行胀形，并实现材料与模具贴模进行冷却淬火；3）热墩形技术（CN 111451351 A），高温管料内通入气体，在模具合模过程中进行墩形，模具保压过程中进行淬火。
以上方法生产的零部件性能是均一的，管件性能（抗拉强度）均匀达到1500MPa左右，无法实现管状零部件力学性能柔性控制。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种封闭管件气液复合热成形的工艺方法，以实现管状零件不同位置具有不同的力学性能，同时提高零件成形工艺中的尺寸精度。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种封闭管件气液复合热成形的工艺方法，包括以下步骤：
（1）将管件加热至完全奥氏体化状态，得到管坯，所述管坯包括高强度段及低强度段；
（2）将管坯两端密封并通入气体，对高强度段通过高强度段模具合模压制成型并保压，低强度段在空气中冷却，得到预制件；
（3）将预制件的管内泄压，冲入液态水，对低强度段通过低强度段模具合模成型。
进一步地，步骤（2）中通入管坯中的气体的气压为P1，且P1＜Rm*h管/r管，其中，Rm为管件材料的抗拉强度，h管为管件的厚度，r管为管件的内径；优选地，气体温度为室温至200℃。
进一步地，步骤（1）中加热方法为加热至Ac3温度以上并保温1-8min；优选为通过加热炉辐射加热、感应加热或导电加热。
进一步地，步骤（2）中保压压力为F，管坯内外压差为P，管坯的投影面积为S，P=F/S-P1，且P＞5MPa；优选地，保压时间为5-20s。
进一步地，步骤（2）中低强度段在空气中冷却时间大于30s。
进一步地，步骤（2）中空气冷却后预制件低强度段温度＜300℃，内压力为P2，且P2＜950MPa*h预/r预，其中h预为预制件低强度段的厚度，r预为预制件低强度段的内径。
进一步地，所述管件的制备方法为将热成型钢卷料分条卷管焊接形成。
进一步地，所述热成型钢卷料按质量百分比包括以下组分：C：0.16-0.30%，Si：0.01-1.5%，Mn：0.4-2.5%，B：0％～0 .020％，Ti:0％～0.20％，Nb:0％～0.30％，V:0％～3.0％，Cr:0％～5.0％，Mo:0％～1.0％，余量为Fe和杂质。
进一步地，卷管焊接的方法为高频焊接或激光焊接。
进一步地，所述热成型钢卷料为裸板或涂层板；优选地，涂层板的涂层为镀锌层或Al—Si涂层。
相对于现有技术，本发明所述的封闭管件气液复合热成形的工艺方法具有以下优势：
（1）本发明所述的工艺方法分别对高强度段及低强度段加工成型，便于控制和实施，高强度段及低强度段力学性能均匀，二者之间的过渡段采用压缩变形，消除了厚度上由于弯曲导致的轴向应力差，力学性能过渡自然，零件尺寸精度高；
（2）本发明所述的工艺方法中模具不需要加热，延长了模具的使用寿命，降低了生产成本。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的对高强度段加工示意图；
图2为本发明实施例所述的对低强度段加工示意图。
附图标记说明：
1、高强度段；2、低强度段；3、过渡段；4、高强度段模具上模；5、高强度段下模；6、低强度段模具上模；7、低强度段下模。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
A：热成形钢卷料先分条卷管形成管件，热成型钢卷料的材料基体成分为C：0.16-0.30%，Si：0.01-1.5%，Mn：0.4-2.5%，B：0％～0 .020％，Ti:0％～0.20％，Nb:0％～0.30％，V:0％～3.0％，Cr:0％～5.0％，Mo:0％～1.0％，余量为Fe和杂质；热成型钢卷料为裸板或涂层板（镀锌板，Al-Si涂层等），卷管焊接的方法为高频焊接或激光焊接，分条宽度根据零部件最大和最小直径及零部件截面决定；
B：管件被加热至完全奥氏体化状态，加热温度Ac3以上，保温1~8min，得到管坯，如图所示，根据管件力学性能要求，管坯可分为高强度段、低强度段及高强度段与低强度段之间的过渡段；加热方式为加热炉辐射加热，感应加热，导电加热等；
C: 将加热后的管坯转移至模具上，两端密封并如图1所示沿箭头方向从管坯左侧通入气体，管坯内气压为P1，且P1＜Rm*h管/r管，其中，Rm为管件材料的抗拉强度，h管为管件的厚度，r管为管件的内径，气体温度为室温至200℃；
D：高强度段模具上模与高强度段模具下模合模，将高强度段压制成形并保压，保压时间为5-20s，保压时间和保压压力F与管内压P1有关，管坯内外压差为P，P=F/S—P1,S为管坯的投影面积，P>5MPa，低强度段在空气中冷却，冷却时间>30s。
E: 空冷结束后，低强度段温度＜300℃，管坯内气体如图1所示沿箭头方向从右侧泄压，再如图2所示沿箭头方向从左侧充入液态水，内压力设置P2，P2<950MPa*h预/r预，h预为管坯低强度段厚度，r预为管坯低强度段内径；
F: 低强度段模具上模与低强度段模具下模合模使低强度段成形，过渡段为保证尺寸精度，根据该区域原始零部件尺寸合理设置第一成形阶段中的P1和第二成形阶段中的P2；在过渡段形成压应力条件，保证过渡段的管坯实现压缩变形，合模完成后如图2所示沿箭头方向从右侧泄压开模取件。
对比例1
与实施例1的区别在于，管坯在成形过程中，管坯内只冲入气体，不冲入液态水。
对比例2
与实施例1的区别在于，管坯在成形过程中，管坯内只冲入液态水，不冲入气体。
对比例1中的零件只能获得力学性能均匀的高强度零件，这是由于低强度段在室温下合模保压成形时，需要高压液态物质作为管内支撑；对比例2中的零件只能获得力学性能均匀的低强度零件，这是由于在液态水作用下，高强度段材料提前淬火，无法实现高温成形，只能够形成力学性能均匀的低强度段；实施例1中的零件同时具有力学性能均匀的高强度段、低强度段及二者之间的过渡段，过渡段的尺寸精度可达到±0.5mm以内，实现了零件不同位置微观组织、力学性能柔性控制，这是由于过渡段内外表面均为压缩变形，消除了过渡段厚度上由于弯曲导致的轴向应力差，回弹小，尺寸精度高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种封闭管件气液复合热成形的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将管件加热至完全奥氏体化状态，得到管坯，所述管坯包括高强度段及低强度段；
（2）将管坯两端密封并通入气体，对高强度段通过高强度段模具合模压制成型并保压，低强度段在空气中冷却，得到预制件，低强度段在空气中冷却时间大于30s，空气冷却后预制件低强度段温度＜300℃，内压力为P2，且P2＜950MPa*h预/r预，其中h预为预制件低强度段的厚度，r预为预制件低强度段的内径；
（3）将预制件的管内泄压，冲入液态水，对低强度段通过低强度段模具合模成型。
2.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于：步骤（2）中通入管坯中的气体的气压为P1，且P1＜Rm*h管/r管，其中，Rm为管件材料的抗拉强度，h管为管件的厚度，r管为管件的内径，气体温度为室温至200℃。
3.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于：步骤（1）中加热方法为加热至Ac3温度以上并保温1-8min。
4.根据权利要求2所述的工艺方法，其特征在于：步骤（2）中保压压力为F，管坯内外压差为P，管坯的投影面积为S，P=F/S-P1，且P＞5MPa，保压时间为5-20s。
5.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于：所述管件的制备方法为将热成型钢卷料分条卷管焊接形成。
6.根据权利要求5所述的工艺方法，其特征在于：所述热成型钢卷料按质量百分比包括以下组分：C：0.16-0.30%，Si：0.01-1.5%，Mn：0.4-2.5%，B：0％～0 .020％，Ti:0％～0.20％，Nb:0％～0.30％，V:0％～3.0％，Cr:0％～5.0％，Mo:0％～1.0％，余量为Fe和杂质。
7.根据权利要求5所述的工艺方法，其特征在于：卷管焊接的方法为高频焊接或激光焊接。
8.根据权利要求5所述的工艺方法，其特征在于：所述热成型钢卷料为裸板或涂层板，涂层板的涂层为镀锌层或Al—Si涂层。
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