CN114505389A - 一种利用机构补偿环境温度的高强钢热冲压成形优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用机构补偿环境温度的高强钢热冲压成形优化方法，通过增设机械结构补偿环境温度的方法，可以根据不同环境温度选择不同的补偿块，来补偿环境温度对板料回弹造成的影响，以满足板材成型误差要求，同时可不受环境温度影响进行可持续生产；且相对于改变环境温度和模具的方式，成本低，效率高，具有更好地实用价值，便于推广使用。并且此种方法不需要在工件上进行任何处理，因此也不会引入其他对力学性能和表面质量的不利因素。
Description
技术领域
本发明涉及热冲压成形领域，尤其涉及一种利用机构补偿环境温度的高强钢热冲压成形优化方法。
背景技术
高强钢热冲压成形技术可以在保证安全的前提下减轻车身重量，有效提高整车安全性，并且可以获得形状复杂、成形性能优良的零件，有利于节能、环保以及车身轻量化目标的实现。高强度钢进行热冲压时，尤其是尺寸较大、厚度较大(一般来说大于6mm)的板料，由于钢板强度较高，生产产品时通常采用切割、以及拼搭、焊接等方式生产，既要保证高强度，也要保证后期的焊接韧性，淬火过程不能完全淬透，成形后存在较大回弹，而环境温度对板料成形有较大影响，春夏秋冬四季加工板料形状误差各不相同，产品一致性及标准化不好，导致形状只能在特定季节特定时间下生产，生产效率低。目前加工企业主要通过如下三种方式可以在一定程度上改善上述问题：
1.改变加工环境：尝试改变环境温度，通过使加工环境达到一个适宜且稳定的温度条件，来减小环境温度对板料成形的影响，但是这种方式需要对厂房进行较大规模的改造，一方面影响正常的加工生成，另一方面需要较大经济支出；
2.改变模具：一套产品通常对应着一套特定的模具，更改模具更改量大，更改周期长，风险高，同样成本巨大；
3.改变其他生产工艺条件：例如保压时间、入模温度等方法，但是这种方式需要大量实验数据支撑，因此也无法很好的满足设计要求。
因此目前急需寻求一种便捷而能满足要求的改进方法，使得可以在低成本、高效率的前提下，以减小环境温度对板料成形的影响，以满足板材成型误差要求；同时尽可能适应不同季节、不同环境温度，不同时间下可持续生产，提高生产效率，这是很有必要的。
发明内容
本发明提供的一种利用机构补偿环境温度的高强钢热冲压成形优化方法，主要解决的技术问题是：在提高生产效率的同时，减小环境温度对板料成形的影响。
为解决上述技术问题，本发明提供一种利用机构补偿环境温度的高强钢热冲压成形优化方法，包括：
针对热冲压模具折弯处设计可拆卸的补偿块，用于在一定程度上补偿环境温度对产品折弯部的回弹影响；所述可拆卸的补偿块的轮廓线与，产品外轮廓线与上模具内轮廓线的组合相匹配；
在进行热冲压之前，选择与当前环境温度相匹配的补偿块，并放置固定于所述热冲压模具折弯处，然后按照相应的工艺条件完成对板料的热冲压成形。
可选的，所述补偿块至少包含与所述产品折弯部形状相匹配的弧形面，通过设计出不同截面长度的弧形面，以对应补偿不同环境温度对产品折弯部的回弹影响；所述截面长度为所述补偿块截面形状上与所述弧形面对应的弧形边的长度。
可选的，所述弧形边的起点与所述产品折弯部尖端顶点位置对应，所述弧形边的终点分布在所述产品折弯部尖端顶点与所述产品折弯部靠近平板部分的端点之间，所述弧形边的终点位置不同，对应弧形面截面长度不同，以对应补偿不同环境温度对产品折弯部的回弹影响。
可选的，所述弧形边的终点越靠近所述产品折弯部靠近平板部分的端点位置，对应补偿环境温度值越低；所述弧形边的终点越靠近所述产品折弯部尖端顶点位置，对应补偿环境温度值越高。
可选的，所述弧形边的终点最长可延伸至与所述产品折弯部靠近平板部分的端点位置对应，此时对应补偿环境温度范围为小于等于T1。
可选的，所述T1为零下25摄氏度。
可选的，当所述弧形边的终点延伸至与所述产品折弯部靠近平板部分的端点位置对应时，所述补偿块的截面形状包含闭合连接的三条边，其中包括所述弧形边，以及两条直线段。
可选的，所述两条直线段中，其中一条直线段与所述弧形边的第一切线重合，其中另一条直线段与所述弧形边的第二切线重合；所述第一切线为以所述弧形边的其中一个端点为切点所做的切线，所述第二切线为以所述弧形边的另一个端点为切点所做的切线。
可选的，所述两条直线段之间所构成的夹角大于等于90度。
可选的，当所述弧形边的终点位于所述产品折弯部尖端顶点与所述产品折弯部靠近平板部分的端点之间时，所述补偿块的截面形状包含闭合连接的四条边，其中包括所述弧形边，以及三条直线段。
本发明的有益效果是：
根据本发明提供的一种利用机构补偿环境温度的高强钢热冲压成形优化方法，通过增设机械结构补偿环境温度的方法，可以根据不同环境温度选择不同的补偿块，来补偿环境温度对板料回弹造成的影响，以满足板材成型误差要求，同时可不受环境温度影响进行可持续生产；且相对于改变环境温度和模具的方式，成本低，效率高，具有更好地实用价值，便于推广使用。并且此种方法不需要在工件上进行任何处理，因此也不会引入其他对力学性能和表面质量的不利因素。
附图说明
图1为本发明的热冲压模具结构示意图；
图2为本发明实的标准样件示意图；
图3为本发明实的25℃环境下成形的试样图；
图4为本发明实的25℃环境下改变工艺能够达到的最佳状况；
图5为本发明实的一种利用机构补偿环境温度的高强钢热冲压成形优化方法流程示意图；
图6为本发明实的一种补偿块结构示意图；
图7为本发明实的另一种补偿块结构示意图；
图8为本发明实的又一种补偿块结构示意图；
图9为本发明实的补偿块直线段夹角示意图；
图10为本发明实的模具中增加补偿块后的成形图；
图11为本发明实的补偿块与模具位置关系示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
目前热冲压工艺如下：将板料加热到一定温度(通常是900℃以上)保温一段时间，然后放置到冲压模具(参见如图1所示)上进行冲压成形，成形后保压淬火一段时间，最后冷却至室温，得到高强钢试样。
25℃环境下成形后的试样图(如图3所示)与标准样件(如图2所示)对比，发现成形后误差很大。通过研究发现，由于钢板厚度太大，导致回弹过大，两端外张严重，对后期的焊接及拼接不利，并且在春夏秋冬不同季节温度下生产的试样外张程度也不相同，温度低时，外张略小，温度高时外张较大。
如图4所示，是针对25℃环境下选择合理工艺能够达到的最佳状况，结果还是与设计标准样件(如图2)有所差别，可以在后期施加外力的情况下勉强进行焊接，但仍费时费人工。
对此，本实施例提供一种利用机构补偿环境温度的高强钢热冲压成形优化方法，可以便捷地完成改变工艺处理条件所不能达到的效果，既可以不受环境温度因素约束，也可以弥补工艺的不足，形成标准的样件，也为后期板料的拼接省时省力。请参见图5，该方法主要包括：
S501、针对热冲压模具折弯处设计可拆卸的补偿块，用于在一定程度上补偿环境温度对产品折弯部的回弹影响；可拆卸的补偿块的轮廓线与，产品外轮廓线与上模具内轮廓线的组合相匹配；
S502、在进行热冲压之前，选择与当前环境温度相匹配的补偿块，并放置固定于热冲压模具折弯处，然后按照相应的工艺条件完成对板料的热冲压成形。
本方案在冲压模具折弯处设置一系列可拆卸补偿块，在不同季节环境温度下，只需要选择与环境温度对应的补偿块，再按照相应的工艺条件处理，即可达到生产出设计要求的产品。无需改变其他工艺条件，采用机械结构补偿方法后，可以直接达到设计要求，节省了因改变工艺条件或更换产品模具的经济投入，可以在不同环境温度下持续生产标准样件，大大提高了生产效率及经济效益。
请参见图6，补偿块至少包含与产品折弯部形状相匹配的弧形面，通过设计出不同截面长度的弧形面，以对应补偿不同对应环境温度对产品折弯部的回弹影响；截面长度为补偿块截面形状上与弧形面对应的弧形边的长度。
其中，弧形边的起点与产品折弯部尖端顶点位置对应，弧形边的终点分布在产品折弯部尖端顶点与产品折弯部靠近平板部分的端点之间，请参见如图7所示的一系列补偿块截面示意图，其弧形边的终点位置不同，对应弧形面截面长度不同，以对应补偿不同环境温度对产品折弯部的回弹影响。
本实施例中，补偿块弧形边的终点越靠近产品折弯部靠近平板部分的端点位置，对应补偿环境温度值越低；补偿块弧形边的终点越靠近产品折弯部尖端顶点位置，对应补偿环境温度值越高。
其中，弧形边的终点最长可延伸至与产品折弯部靠近平板部分的端点位置对应，此时对应补偿环境温度值最小。
继续参见图7所示，当弧形边的终点延伸至与产品折弯部靠近平板部分的端点位置对应时，补偿块的截面形状包含闭合连接的三条边，其中一条为该弧形边，另外两条边为两条直线段。
请参见图8，其中，这两条直线段中，其中一条直线段与弧形边的第一切线重合，另一条直线段与弧形边的第二切线重合；第一切线为以弧形边的其中一个端点为切点所做的切线，第二切线为以弧形边的另一个端点为切点所做的切线。
请参见图9，两条直线段之间所构成的夹角大于等于90度。
继续参见图7所示，当弧形边的终点位于产品折弯部尖端顶点与产品折弯部靠近平板部分的端点之间时，补偿块的截面形状包含闭合连接的四条边，其中包括该弧形边，以及另外三条直线段。
本实施例中，补偿块设计思路如下：根据前期试制结果，产品试样折弯处回弹较大，因此需要在折弯处进行处理，通过研究发现热冲压过程引起回弹变化主要是由于环境温度变化引起的热应力变化，环境温度高，热应力变化大，导致成形产品折弯处回弹大；环境温度低，热应力变化小，成形产品折弯处回弹小，成型效果越好；因此考虑增加或减少折弯处的热传导速率，达到减小回弹的效果，通过设置不同构型的补偿块，放置于模具中，以改变产品折弯处的热传导效率；经过多次反复计算试验，发现在不同环境温度增加不同构型补偿块，能够达到对应的补偿效果，使产品误差减小，补偿机构外轮廓线为产品外轮廓线，但不同环境温度下，折弯处需要不同的冷却速率，因此将补偿块与平面接触位置部分切除，以改变产品的热传导效率/冷却效率。在模具中增加补偿块后板料的成形图如图10，成形效果优于最佳工艺条件下的成形效果，并且针对不同环境温度，选择了对应的补偿机构后，同样成形准确，因此可以达到在一定程度上补偿环境温度对产品折弯部的回弹影响的效果。
补偿块轮廓线是产品外轮廓线与上模具内轮廓线组合而成，希望在冲压成形过程中通过补偿块的存在，产品和模具接触更加充分，完整的补偿块正视图如图7中-25℃状态所示。
通过大量计算发现，并不是产品与弧度块接触越多，成型效果越好，弧度块构型与产品成形后两端距离呈现一定规律，具体的从理论出发，根据传热学理论，温度越高，材料的流动性越大，越容易产生变形，而产品在成形过程中，发生回弹的位置主要在折弯处，因此考虑调整折弯处的产品冷却速率来调整折弯处不同的变形速率，达到补偿因为环境温度造成的产品误差。
根据以往试制结果，环境温度越低，成型效果越好，尖端外张程度小。因此在环境温度较低时，折弯处的补偿块与产品完全接触可以有较好的成形效果。环境温度较高时，发现产品尖端回弹更大，因此需要对折弯处进行不同冷却速率处理，来平衡补偿掉一部分外张。
将折弯处分为上下两段：分别为靠尖端部分的上半段，靠平板部分的下半段。下半段的回弹，主要是产品平板部分需要恢复原状，表现为向内收缩。而靠尖端部分的上半段，也是为了恢复原状，表现为外张。前期结果主要是环境温度高，外张过大，因此环境温度高时，补偿掉靠尖端部分上半段的外张，而让靠平板部分的下半段按原计划变形，这样可以达到减小外张的效果。
与补偿块接触的地方热传递速度快，变形快，相当于成形也更早，尖端定形，减少了回弹，因此高温环境需要偏尖端部分需要与弧度块接触，而与平板部分不接触，形成应变速率差，达到补偿外张的效果，以此为思路设计了如图7所示(其中虚线为与-25℃对比的不同之处)的补偿块机构。
在本发明的其他实施例中，为了好装配，补偿块轮廓线为产品的外轮廓线。补偿块其余部分可设置为下模具轮廓线匹配，使得可以更好地固定补偿块。请参见如图11所示，在进行热冲压时，选择与当前环境温度相匹配的补偿块，并放置固定于热冲压模具折弯处的空隙位置，起到固定补偿块的作用，避免在冲压过程中补偿块移位的问题。然后按照相应的工艺条件完成对板料的热冲压成形。应当理解的是，本领域技术人员可在本专利的基础上，可针对不同的热冲压工况，只需按照补偿块设计思路，对补偿块弧形面的长度进行协调即可，设计简便。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种利用机构补偿环境温度的高强钢热冲压成形优化方法，其特征在于，包括：
针对热冲压模具折弯处设计可拆卸的补偿块，用于在一定程度上补偿环境温度对产品折弯部的回弹影响；所述可拆卸的补偿块的轮廓线与，产品外轮廓线与上模具内轮廓线的组合相匹配；
在进行热冲压之前，选择与当前环境温度相匹配的补偿块，并放置固定于所述热冲压模具折弯处，然后按照相应的工艺条件完成对板料的热冲压成形。
2.如权利要求1所述的利用机构补偿环境温度的高强钢热冲压成形优化方法，其特征在于，所述补偿块至少包含与所述产品折弯部形状相匹配的弧形面，通过设计出不同截面长度的弧形面，以对应补偿不同环境温度对产品折弯部的回弹影响；所述截面长度为所述补偿块截面形状上与所述弧形面对应的弧形边的长度。
3.如权利要求2所述的利用机构补偿环境温度的高强钢热冲压成形优化方法，其特征在于，所述弧形边的起点与所述产品折弯部尖端顶点位置对应，所述弧形边的终点分布在所述产品折弯部尖端顶点与所述产品折弯部靠近平板部分的端点之间，所述弧形边的终点位置不同，对应弧形面截面长度不同，以对应补偿不同环境温度对产品折弯部的回弹影响。
4.如权利要求3所述的利用机构补偿环境温度的高强钢热冲压成形优化方法，其特征在于，所述弧形边的终点越靠近所述产品折弯部靠近平板部分的端点位置，对应补偿环境温度值越低；所述弧形边的终点越靠近所述产品折弯部尖端顶点位置，对应补偿环境温度值越高。
5.如权利要求4所述的利用机构补偿环境温度的高强钢热冲压成形优化方法，其特征在于，所述弧形边的终点最长可延伸至与所述产品折弯部靠近平板部分的端点位置对应，此时对应补偿环境温度范围为小于等于T1。
6.如权利要求5所述的利用机构补偿环境温度的高强钢热冲压成形优化方法，其特征在于，所述T1为零下25摄氏度。
7.如权利要求5所述的利用机构补偿环境温度的高强钢热冲压成形优化方法，其特征在于，当所述弧形边的终点延伸至与所述产品折弯部靠近平板部分的端点位置对应时，所述补偿块的截面形状包含闭合连接的三条边，其中包括所述弧形边，以及两条直线段。
8.如权利要求7所述的利用机构补偿环境温度的高强钢热冲压成形优化方法，其特征在于，所述两条直线段中，其中一条直线段与所述弧形边的第一切线重合，其中另一条直线段与所述弧形边的第二切线重合；所述第一切线为以所述弧形边的其中一个端点为切点所做的切线，所述第二切线为以所述弧形边的另一个端点为切点所做的切线。
9.如权利要求8所述的利用机构补偿环境温度的高强钢热冲压成形优化方法，其特征在于，所述两条直线段之间所构成的夹角大于等于90度。
10.如权利要求5所述的利用机构补偿环境温度的高强钢热冲压成形优化方法，其特征在于，当所述弧形边的终点位于所述产品折弯部尖端顶点与所述产品折弯部靠近平板部分的端点之间时，所述补偿块的截面形状包含闭合连接的四条边，其中包括所述弧形边，以及三条直线段。
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