CN114054600A

CN114054600A - 基于电流辅助的温精冲模具以及温精冲方法

Info

Publication number: CN114054600A
Application number: CN202111444800.9A
Authority: CN
Inventors: 庄新村; 窦立法; 张鹏
Original assignee: Weihai Huabang Fineblanking Co ltd
Current assignee: Weihai Huabang Fineblanking Co ltd
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2022-02-18

Abstract

本发明涉及一种基于电流辅助的温精冲模具以及温精冲方法，其解决了现有针对奥氏体304不锈钢冷精冲件成形质量差、模具磨损严重等技术问题的技术问题，其包括上模板、下模板、导柱、导套、凸模固定板、凸模、凹模、压边板、压边板镶块、反顶杆、反顶块、脉冲直流电箱、电极一和电极二，上模板通过导柱和导套与下模板连接；凹模与下模板固定连接，凸模固定板与上模板固定连接，凸模与凸模固定板固定连接；压边板通过限位螺栓与上模板连接，电极一与凸模的上表面接触，电极二与凹模的下表面接触，脉冲直流电箱的两个输出端子分别与电极一、电极二相连。本发明广泛用于金属精密成形技术领域。

Description

基于电流辅助的温精冲模具以及温精冲方法

技术领域

本发明涉及金属精密成形技术领域，具体而言，涉及一种基于电流辅助的温精冲模具以及温精冲方法。

背景技术

随着汽车尾气污染的日益严峻，全球各国相继出台了一系列尾气排放标准。为适应这些标准，汽车制造商必须采用具有更高耐热性和耐蚀性的材料制造尾气排放系统零件。奥氏体304不锈钢因其优异的耐热性和耐蚀性，常被用于尾气排放系统中法兰盘的主要应用材料。目前，奥氏体304不锈钢法兰盘零件多采用精冲成形工艺制得。相比于传统低碳钢，奥氏体304不锈钢强度较高，冷成形条件下易发生形变诱导马氏体相变，表现出强加工硬化现象。由于奥氏体304不锈钢法兰盘零件的厚度一般较厚，导致常规精冲成形后零件断面质量无法达到全光亮带。加之剪切区内的形变诱导断面处的马氏体相变现象，使得奥氏体304不锈钢法兰盘零件断面处的耐蚀性能大幅降低。此外，厚板不锈钢精冲模具的一次刃磨寿命也相对较低。

为解决高强度、低塑性材料精冲成形质量差的问题，专利申请号为CN201720419175.5的专利提出了一种对向双齿圈精冲模具，通过在压边板和凹模上布置两个齿圈来提供更大的材料径向流动阻力，在剪切区内形成更好的三向压应力状态，从而改善材料的精冲成形性能。但是，在压边板和凹模上加工两个齿圈，使得模具的加工难度大，制造费用高，且磨损后修复的周期长。专利申请号为CN201310592706.7的专利提出了一种超声波辅助精冲成形工艺，通过引入超声波，利用超声辅助塑性加工中的“表面效应”和“体积效应”，提高材料的精冲成形性能，同时延长模具寿命。但是，这需要在模具内设置超声振动模块，装置设计较为复杂。总体而言，上述专利仅针对断面质量的改善，未涉及成形过程中的组织分析与服役性能改善。

发明内容

本发明为了解决现有针对奥氏体304不锈钢冷精冲件成形质量差、模具磨损严重等技术问题，提供一种改善断面质量同时降低模具磨损情况的基于电流辅助的温精冲模具以及温精冲方法。

本发明公开了基于电辅助的温精冲成形工艺和装置，即在精冲开始前给坯料施加大电流，利用电阻加热的方式，使得剪切区内的坯料温度上升到指定温度，随后在剪切区内施加具有特定流向的小电流，完成坯料的精冲成形，获得全光亮带断面的同时，防止耐蚀性能的损失，且提升精冲模具的耐磨性。

本发明提供一种基于电流辅助的温精冲模具，包括上模板、下模板、导柱、导套、凸模固定板、凸模、凹模、压边板、压边板镶块、反顶杆、反顶块、脉冲直流电箱、电极一和电极二，导套与下模板固定连接，导柱与上模板固定连接，导柱的下端位于导套内；凹模与下模板固定连接，凸模固定板与上模板固定连接，凸模与凸模固定板固定连接；压边板通过限位螺栓与上模板连接，导柱穿过压边板；压边板镶块与压边板固定连接，上模板设有推杆过孔，反顶杆穿过下模板，反顶杆与下模板滑动连接，反顶块与反顶杆的顶部固定连接，反顶块位于凹模的内腔中；电极一与凸模的上表面接触，电极二与凹模的下表面接触，脉冲直流电箱的两个输出端子分别与电极一、电极二相连。

优选地，基于电流辅助的温精冲模具还包括液压推杆，液压推杆穿过上模板的推杆过孔，液压推杆的下端位于压边板的上方。

优选地，凹模和下模板之间设有第五绝缘隔热板，凸模固定板和上模板之间设有第四绝缘隔热板，压边板和压边板镶块之间设有第三绝缘隔热板；下模板的下表面连接有第一绝缘隔热板，上模板的上表面连接有第二绝缘隔热板。

优选地，凸模固定板被隔热棉包裹，凹模被隔热棉包裹。

本发明还提供一种应有基于电流辅助的温精冲模具的温精冲方法，包括以下步骤：

步骤一：将基于电流辅助的温精冲模具安装固定在双动压力机上，然后将油缸和液压站连接好，将脉冲直流电箱的两个输出端子与基于电流辅助的温精冲模具的电极一、电极二相连；

步骤二：完成各个运行参数的调节，包括：调整液压站的输出参数，以提供合适的压边力；调节双动压力机上台面的高度完成模具的合模，同时施加一定大小的预紧压力，使得坯料和凸模、凹模之间接触良好；调节脉冲直流电箱输出参数到所需要求，以便将坯料加热到所需温度；设置好双动压力机的工作参数；

步骤三：坯料预热和精冲成形，包括：打开脉冲直流电箱输出开关，形成流经坯料剪切区的电流回路，对坯料进行局部加热；当坯料温度上升到指定温度时，调整脉冲直流电箱的输出电流为小电流，并同步进行精冲成形动作；

步骤四：成形完成后，关闭脉冲直流电箱的电流输出，双动压力机回程开模，完成一次温精冲成形过程。

优选地，坯料为奥氏体304不锈钢厚板。

优选地，对奥氏体304不锈钢厚板进行局部加热时电流密度>10A/mm²。

本发明的有益效果是：通过主动引入电流的作用，成形前利用电阻加热的方式以大电流快速提升剪切变形区坯料的温度，让材料发生局部软化从而提高材料的塑性和精冲成形性能，并起到抑制冷精冲过程中马氏体相变的作用；同时在成形过程中辅以小电流，有效改善精冲模具的耐磨性。本发明打破了传统冷精冲成形的极限，可获得断面质量较高的奥氏体304不锈钢厚板精冲件，且未损失零件的耐蚀性能。提高精冲件断面质量的同时降低模具的磨损情况。

本发明所采用的电阻加热方式是：通过将电极置于凸凹模两侧，形成脉冲直流电箱—电极一—凸模—坯料—凹模—电极二—脉冲直流电箱(或脉冲直流电箱—电极二—凹模—坯料—凸模—电极一—脉冲直流电箱)的电流回路，实现坯料的局部加热；同时将电流引入凸凹模，通过调节电流大小和方向可提高精冲模具的耐磨性。

本发明装置中设有隔热绝缘层，包括隔热绝缘板和隔热棉。其中，隔热绝缘板置于精冲成形模具各模板之间，起到隔热、耐高温和绝缘的作用，同时能够承受一定大小的压力。隔热棉主要包裹在精冲成形模具部分零件的侧面，起到隔热的作用，避免热量散失过快，提高加热效率。

附图说明

图1是本发明基于通电局部加热的温精冲模具的结构示意图；

图2是电阻加热及电辅助精冲成形的电流回路示意图；

图3是奥氏体304不锈钢厚板剪切面奥氏体含量变化示意图；

图4是奥氏体304不锈钢厚板耐腐蚀性能变化示意图；

图5是通电前后精冲凸模寿命对比示意图。

图中符号说明：

1.第一绝缘隔热板；2.下模板；3.导套；4.销钉；5.反顶块；6.坯料；7.第三绝缘隔热板；8.限位螺栓；9.导柱；10.隔热棉；11.液压推杆；12.销钉；13.油缸；14.第二绝缘隔热板；15.上模板；16.第四绝缘隔热板；17.电极一；18.凸模固定板；19.凸模；20.压边板；21.压边板镶块；22.凹模；23.隔热棉；24.电极二；25.第五绝缘隔热板；26.反顶杆；27.测温显示仪；28.液压站；29.脉冲直流电箱。

具体实施方式

如图1所示，基于电流辅助的温精冲模具中，下模板2通过导柱9和导套3与上模板15相连，导套3固定在下模板2的导套孔内，导柱9固定在上模板15的导柱孔内，导柱9的下端位于导套3内。凹模22通过螺栓连接固定在下模板2上，并通过销钉4进行定位，同时在凹模22和下模板2之间增加第五绝缘隔热板25以达到绝缘隔热的目的。凸模固定板18通过螺栓与上模板15固定连接，并通过销钉12进行定位，同时在凸模固定板18和上模板15之间增加第四绝缘隔热板16以达到绝缘隔热的目的；凸模19通过T型台阶与凸模固定板18进行紧配固定；压边板20通过限位螺栓8与上模板15连接，并通过导柱9进行导正，导柱9穿过压边板20，当压边板20沿着导柱9向下位移时，限位螺栓8能够限制压边板20移动的最大距离；压边板镶块21通过螺栓连接固定在压边板20上，并在压边板20和压边板镶块21之间增加第三绝缘隔热板7以达到绝缘隔热的目的。上模板15设有推杆过孔，液压推杆11穿过上模板15的推杆过孔，液压推杆11能够在上模板15的推杆过孔中滑动，液压推杆11依次穿过第二绝缘隔热板14、上模板15，液压推杆11的下端位于压边板20的上方，油缸13的输出部作用在液压推杆11的顶部。反顶杆26穿过下模板2，反顶杆26与下模板2滑动连接，反顶块5与反顶杆26的顶部固定连接，反顶块5位于凹模22的内腔中，反顶块5在反顶杆26的支撑下可以在凹模22的内腔中进行上下移动，双动压力机提供的反顶力经由反顶杆26传递给反顶块5以提供成形过程所需的反顶力；同时油缸13和液压站28提供的液压力经由液压推杆11的下端传递给压边板20以提供成形过程中所需的压边力；脉冲直流电箱29的两个输出端子分别与电极一17、电极二24相连，其中电极一17与凸模19的上表面相接触，电极二24与凹模22的下表面相接触；为了实现成形模具的整体绝缘和隔热，避免电流流经油缸13和液压站28，在下模板2的下表面和上模板15的上表面分别增加第一绝缘隔热板1、第二绝缘隔热板14以达到绝缘隔热的目的。隔热棉10包裹凸模固定板18，隔热棉23包裹凹模22。

测温显示仪2用于检测坯料6的温度，采用无线测温方式。

电极一17和电极二24优选采用铜电极。绝缘隔热板的材料可以由硅树脂和云母组成。

图2所示为电阻加热及电辅助成形的电流回路示意图。在成形之前将脉冲直流电箱29的两电极分别与电极一17、电极二24相连，形成脉冲直流电箱—电极一17—凸模19—坯料6—凹模22—电极二24—脉冲直流电箱的电流回路；调整电箱输出参数(如电流、频率和占空比)可以使得剪切区(通电区)坯料被预热到不同温度，增加电流大小和降低占空比将提高坯料加热区的温度，因此在成形前施加大电流可以有效的提高剪切区坯料的温度，改善材料的塑性变形能力；当加热区温度达到所需要求时，施加特定方向的小电流，同时进行精冲成形，可获得断面全光亮带的奥氏体304不锈钢厚板精冲件，同时模具磨损较小。

本发明中在精冲成形模具中引入了电流的作用，为避免电流对双动压力机和液压油缸产生影响，需要在装置中采取一些绝缘措施。如图1所示在装置中设置了第一绝缘隔热板1、第三绝缘隔热板7、第二绝缘隔热板3、第四绝缘隔热板16、第五绝缘隔热板25。这些绝缘隔热板的存在既能起到隔热的作用，同时还有绝缘的效果，使得输出电流能够沿着脉冲直流电箱、电极一、凸模、坯料、凹模、电极二、脉冲直流电箱(或脉冲直流电箱、电极二、凹模、坯料、凸模、电极一、脉冲直流电箱)的回路流动，实现剪切区坯料的局部加热；同时为了进一步提高加热效应，本装置中还在凸模固定板18和凹模22外侧增加了一圈隔热棉以减小加热过程中热量的散失。

以坯料具体为奥氏体304不锈钢厚板为例，基于电流辅助的温精冲模具的精冲方法，具体成形步骤为：

步骤一：完成各个模块的安装。包括：将成形模具安装固定在双动压力机上(注意固定过程中的绝缘处理)，然后将油缸13和液压站28连接好；将脉冲直流电箱的两个输出端子与模具的电极一17、电极二24相连，并通过螺钉将两个电极固定，同时保证两者接触良好。

步骤二：完成各个运行参数的调节。包括：调整液压站的输出参数，以提供合适的压边力；调节双动压力机上台面的高度完成模具的合模，同时施加一定大小的预紧压力，使得奥氏体304不锈钢厚板和凸模、凹模之间接触良好；调节脉冲直流电箱输出参数(电流、频率和占空比)到所需要求，以便将奥氏体304不锈钢厚板加热到所需温度；设置好双动压力机的工作参数，包括下降速度和高度等等。

步骤三：坯料预热和精冲成形。包括：打开脉冲直流电箱输出开关，形成流经奥氏体304不锈钢厚板剪切区的电流回路(电流密度>10A/mm²)，对奥氏体304不锈钢厚板进行局部加热；当奥氏体304不锈钢厚板温度上升到指定温度时，调整脉冲直流电箱的输出电流为小电流(≤50mA)，并同步进行精冲成形动作。

经过具体实际实验，针对奥氏体304不锈钢厚板材料，进行温精冲成形过后得到的实验数据是：如图3所示，随着坯料初始成形温度的升高，奥氏体304不锈钢厚板精冲件剪切面位置奥氏体含量逐渐提高，当成形温度增加到300℃，可实现不损失奥氏体组织的304不锈钢精冲成形；图4给出了不同成形温度下奥氏体304不锈钢厚板精冲件的腐蚀电流密度和维钝电流密度大小，实验结果表明当成形温度由25℃升高至300℃时，不论是腐蚀电流密度还是维钝电流密度大小均出现两个数量级的下降，表明所得奥氏体304不锈钢厚板精冲件的耐腐蚀能力明显提高；图5给出了通电前后精冲凸模寿命对比示意图，可以发现相较于传统的精冲成形，通过在成形过程辅以小电流，能有效改善精冲模具的耐磨性，使凸模寿命提高40％左右。

本发明特别适用于用来成形常规冷精冲条件下较难成形的奥氏体304不锈钢厚板材料，在提高精冲件质量的同时可以有效减小模具的磨损情况。

需要说明的是，当对其他材料进行精冲成形时，脉冲直流电箱输出大电流的具体数值根据实际材料确定，脉冲直流电箱输出的小电流的具体数值根据实际材料确定。

以上所述仅对本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。本领域技术人员对本发明的技术方案进行修改或者同等替换，都脱离不开本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的专利要求范围内。

Claims

1.一种基于电流辅助的温精冲模具，其特征是，包括上模板、下模板、导柱、导套、凸模固定板、凸模、凹模、压边板、压边板镶块、反顶杆、反顶块、脉冲直流电箱、电极一和电极二，所述导套与下模板固定连接，所述导柱与上模板固定连接，所述导柱的下端位于导套内；所述凹模与下模板固定连接，所述凸模固定板与上模板固定连接，所述凸模与凸模固定板固定连接；所述压边板通过限位螺栓与上模板连接，所述导柱穿过压边板；所述压边板镶块与压边板固定连接，所述上模板设有推杆过孔，所述反顶杆穿过下模板，反顶杆与下模板滑动连接，所述反顶块与反顶杆的顶部固定连接，所述反顶块位于凹模的内腔中；所述电极一与凸模的上表面接触，所述电极二与凹模的下表面接触，所述脉冲直流电箱的两个输出端子分别与电极一、电极二相连。

2.根据权利要求1所述的基于电流辅助的温精冲模具，其特征是，所述基于电流辅助的温精冲模具还包括液压推杆，所述液压推杆穿过上模板的推杆过孔，液压推杆的下端位于压边板的上方。

3.根据权利要求1或2所述的基于电流辅助的温精冲模具，其特征是，所述凹模和下模板之间设有第五绝缘隔热板，所述凸模固定板和上模板之间设有第四绝缘隔热板，所述压边板和压边板镶块之间设有第三绝缘隔热板；所述下模板的下表面连接有第一绝缘隔热板，所述上模板的上表面连接有第二绝缘隔热板。

4.根据权利要求3所述的基于电流辅助的温精冲模具，其特征是，所述凸模固定板被隔热棉包裹，所述凹模被隔热棉包裹。

5.一种应有基于电流辅助的温精冲模具的温精冲方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的应有基于电流辅助的温精冲模具的温精冲方法，其特征在于，所述坯料为奥氏体304不锈钢厚板。

7.根据权利要求6所述的应有基于电流辅助的温精冲模具的温精冲方法，其特征在于，对奥氏体304不锈钢厚板进行局部加热时电流密度>10A/mm²。