CN116900151A - 一种局部软化热成型后冷冲方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热成型后冷冲技术领域，公开了一种局部软化热成型后冷冲方法，包括步骤一，划定工件软化区域，软化区域包括冷冲区域和过渡区域；过渡区域根据工件的料厚设定；步骤二，在热成型时，控制软化区域的降温速度；其中，软化区域的降温速度小于27℃/s，非软化区域的降温速度大于27℃/s；步骤三，对非软化区域进行一定时间的保压，使非软化区域的温度降低至200℃以下出模；软化区域通过自然冷却至室温，期间降温速度小于30℃/s；步骤四，对冷冲区域进行冲孔或切边。本申请通过在热成型时控制工件的局部冷却温度，降低工件局部区域强度，进而可直接采用冷冲切的方式取代激光进行切割整修，极大降低生产成本。

Description

一种局部软化热成型后冷冲方法

技术领域

本发明涉及热成型后冷冲技术领域，具体涉及一种局部软化热成型后冷冲方法。

背景技术

热成型工艺主要为一种将经过加热软化后的片材，在外力的作用下加工成指定的形状，并在冷却定型后进行修整的工艺过程。经热成型工艺制得的产品具有强度大，可制造面广，工件整体性能提升等优点，因此为提高汽车整体性能，热成型工件在汽车车身上的运用越来越广泛。

而在对冷却定型的片材进行修整时，常会需要进行切割、冲切等冲裁过程，以使成型件能够满足后续的加工要求。一般在冲裁时采用冲切头直接对需要冲切的部分进行冲裁修整，但在冲裁过程中，由于工件在经过加热冷却后硬度达到一定强度，导致冲裁强度需要满足一定的要求，进而使冲切力度增大，冲切头硬度需提高，这无形增加冲切设备成本。同时因为冲裁硬度大，对冲头的磨损严重，使冲头使用寿命极大缩短，进一步提高整体生产成本，频繁更换冲头等设备，也影响生产效率。

因此，针对热成型后工件冲裁效率低，冲裁成本高的问题，现在需要提供一种局部软化热成型后冷冲方法。

发明内容

本发明意在提供一种局部软化热成型后冷冲方法，解决现有的冲裁工艺难度大，生产成本高的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明用于提供一种局部软化热成型后冷冲方法，通过控制热成型模具的局部冷却状态对工件待冲切区域的降温速度进行控制，从而软化需要冲切的位置，降低冲切难度，进而可取代激光切割，降低生产成本，提高生产效率；具体为一种局部软化热成型后冷冲方法，包括以下步骤：

步骤一，按照冲切需求，划定工件软化区域，软化区域为需要进行冲切的区域；软化区域包括冷冲区域和过渡区域；过渡区域设于冷冲区域外围；过渡区域为根据工件料厚用于调节冷冲区域大小的待调节区域；

步骤二，在热成型时，通过控制热成型模具的局部冷却状态，控制工件软化区域的降温速度，使软化区域内的马氏体含量减少；其中，软化区域的降温速度小于27℃/s，非软化区域的降温速度大于27℃/s；

步骤三，对非软化区域进行一定时间的保压，使非软化区域的温度降低至200℃以下出模；软化区域通过自然冷却至室温，期间降温速度小于30℃/s；

步骤四，对冷冲区域进行冲孔或切边。

本方案的原理及优点是：

热冲压一般用于汽车高强板制造中，由于高强板面积较大，不同区域需要的强度不同，在生产时会根据需求对板材进行不同的热冲压处理，处理完成后需要进行切割整修。而因为其不同区域具有不同的强度，在切割时为了满足切割性能，都会直接采用强度高且切割精度可控的激光切割，进而不用考虑板材强度问题。

而在实际生产中，虽然激光切割强度高，不用考虑切割强度问题，但

为了满足切割需求会直接采用强度最高的点作为激光切割强度，导致对激光切割的性能要求高，使得激光切割的生产成本高。同时，我们发现，在切割时，由于板材不同区域的强度不同，对切割冲头的磨损非常严重，导致冲头使用寿命极大的缩短，进而使生产成本进一步增加。

本申请则跳出了惯有的通过激光进行切割的方式，而是通过在热成型时控制工件的局部降温速度，从而改变工件马氏体转变条件，使工件局部区域的马氏体含量减少，进而降低工件局部区域强度，同时保证工件局部强度的稳定性，降低硬度差异，进而可直接采用冷冲切的方式进行切割整修，而不再需要激光切割，同时延长冲头使用寿命，极大降低生产成本，同时保证工件整体强度不变，具有良好的经济效益。

优选的，作为一种改进，步骤一中，所述冷冲区域包括待冲孔和冲裁线，冲裁时按照冲裁线位置进行冲切。确保冲裁的精准度，提高冲裁效率。

优选的，作为一种改进，所述冷冲区域范围为5-20mm，过渡区域范围为5-50mm。过渡区域根据工件料厚设定，为确保冷冲区域能够完全满足冲孔或修边，过渡区域设定为5-50mm的范围，避免冷冲区域范围不足，影响冲裁效果。

优选的，作为一种改进，在热成型模具的上下模面上分别设有局部冷却区域，所述局部冷却区域与工件的软化区域相对应。通过模具的上下两个模面分别对工件软化区域进行软化，控制其冷却温度，提高软化效率，同时增加降温速度的可控面，使软化效果更好。

优选的，作为一种改进，其中，冷却状态为局部冷却区域的冷却状态，根据工件料厚设定不同的冷却状态。按照工件料厚设定冷却状态，控制冷却状态的精准，使工件局部软化效果更好，更满足工件冲裁要求，避免影响工件整体性能。

优选的，作为一种改进，当工件料厚小于1.5mm时，控制冷却状态为通过控制所述局部冷却区域与软化区域的贴合度，使上下模面的局部冷却区域与软化区域的间距大于0.5mm。由于工件料厚较小，通过控制贴合度能更好的控制其导热性能，同时操作更简单方便，可控性强，降低操作难度，也不需要增加额外的控制设备，在不需要增加额外生产设备和成本的情况下，实现局部软化效果。

优选的，作为一种改进，当工件料厚在1.5-2.0mm时，控制冷却状态为对所述局部冷却区域采用导热系数为0.3-3.5W/(mK)的导热材料。所述导热材料为陶瓷材料，降低工件与热成型模具的导热效率，从而降低工件冷却速度，有效降低工件冲切区域的马氏体含量，进而降低软化区域的强度，满足冷冲切强度。

优选的，作为一种改进，当工件料厚在2.0-4.0mm时，控制冷却状态为通过对所述局部冷却区域采用镶块预热，并增设隔热层，使局部冷却区域温度达到400-600℃。减少工件与热成型模具之间的温差，从而减少热传递效果，从而降低工件软化区域的降温速度，减少马氏体含量，有效降低软化区域强度。

优选的，作为一种改进，在步骤四中，采用冷冲裁方式对冲孔区域进行冲孔。直接取代激光切割，在保证工件最终强度不变的情况下，降低生产成本，提高经济效益。

附图说明

图1为本发明一种局部软化热成型后冷冲方法的流程示意图；

图2为本发明一种局部软化热成型后冷冲方法的软化区域示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：工件1、冷冲区域2、冲裁线3、过渡区域4、软化区域5、非软化区域6。

实施例一

基本如附图1所示：一种局部软化热成型后冷冲方法，通过控制热成型模具局部冷却状态，控制工件软化区域的降温速度，降低工件软化区域的马氏体含量，从而降低工件软化区域的强度，达到可直接采用冷冲切的方式进行切割，而不再需要使用高强度的激光切割，极大降低生产成本，同时保证工件强度不变。具体包括以下步骤：

S1，如附图2所示，将工件1需要冲切的区域按照冲切需求划分出需要软化的软化区域5，工件1其余区域则为非软化区域6。其中，软化区域5包括冷冲区域2和过渡区域4。冷冲区域2为需要进行冲裁的部分，位于过渡区域4内。冷冲区域2包括待冲孔，以及根据冲孔大小划定的冲裁线3，冲裁时按照冲裁线3位置进行冲切。过渡区域4为冷冲区域2的可调节范围区域，过渡区域4根据工件1料厚设定范围大小，当料厚越厚时其过渡区域4的范围越大，确保冷冲区域2达到软化效果，同时通过过渡区域4可将冷冲区域2与非软化区域6间隔开，以保证冷冲区域2能够完全软化，减少非软化区域6对冷冲区域2的影响。本实施例中，以圆形冲孔为例，当工件1料厚为1.6mm，冷冲区域2的直径为10mm时，则过渡区域4的范围为10mm，保证冷冲区域2的软化不受非软化区域6的影响。

S2，根据设置的软化区域，对应在热成型模具上划定局部冷却区域，局部冷却区域分别设于上模和下模相对位置，并分别与工件的软化区域5相对应。在热成型时，将工件放置于热成型模具中，使工件位于上下模具之间，通过控制热成型模具的局部冷却区域的冷却状态来控制工件软化区域5的降温速度。本实施例中，将控制工件软化区域5的降温速度小于27℃/s，而工件1的非软化区域6的降温速度大于27℃/s，从而改变工件软化区域5马氏体转变条件，使软化区域5内成型后的马氏体含量降低，对应降低此区域的强度。

具体的，在热成型时，热成型模具的冷却状态根据工件料厚进行设定。在一实施例中，设初始热成型模具的温度为20℃。当工件料厚在1.6mm时，对热成型模具的局部冷却区域采用热导率在0.3-3.5W/(mK)的陶瓷材料，采用局部成型热压的方式对工件的软化区域5进行降温，若压强区域过大，易导致开裂。进而降低工件软化区域5与局部冷却区域的热传导速度，降低软化区域5的冷却速度，使工件的软化区域5降温速度小于27℃/s。而非软化区域6采用常规降温方式，使非软化区域6的降温速度大于27℃/s。

S3，对非软化区域6进行6s的保压，使非软化区域6的温度降低至200℃以下出模。软化区域5则通过自然冷却至室温，在自然冷却期间降温速度小于30℃/s。此时，工件非软化区域6的硬度为420HV，冷冲区域2的硬度为293HV，过渡区域4的硬度在290-420HV之间，相较常规冷却方式，冷冲区域2的硬度降低127-122HV。其软化区域5强度是非软化区域6强度的20％-70％，极大降低软化区域5的强度，降低冲裁硬度，使冲裁所需冲裁力更小，有效降低冲头的磨损，有效延长冲头的使用寿命，同时降低冲裁难度。

S4，工件成型后，采用冷冲裁的方式对冷冲区域2进行冲孔或切边。本实施例中，冲裁线3包括冲孔线和修边线，冲裁时按照冲裁线3位置进行冲切，并根据修边线进行修边或切边。在降低了工件软化区域5的硬度后，可直接采用冷冲裁方式进行冲裁，此时，冷冲冲裁力为6.3T，有效降低冲裁强度，对工件软化区域5可全采用冷冲孔修边，而不再需要高强度的激光切割，进而降低生产成本，同时在经过局部冷却处理后，各软化区域5的硬度相同，减少硬度不同以及硬度过高对冲头带来的磨损，有效延长冲头使用寿命，降低生产成本。

本实施例中，通过控制热成型模具局部冷却状态，通过改变马氏体转变条件，工件软化区域5成型后马氏体含量降低，此区域强度对应降低，低强度区域可以用冷冲裁方式进行修边冲孔，取代激光切割热成型零件，极大降低生产成本，延长冲头使用寿命，经济效益体现。

同时，本申请在不增加额外工序的情况下，通过对热成型模具的冷却状态控制，有效降低工件冲切区域的强度，同时又保证工件最终强度不变，保证产品质量。

由于热成型工艺为提高工件强度的生产工艺，具有强度大、成型面广、成型工件性能强等优点，因此都会针对如何提高工件强度进行热成型工艺的改进，而要提高工件强度就需要在加热和冷却中不断强化工艺流程，使工件性能提升。而工件成型的过程也包含了冷却后的冲裁过程，为保证工件强度，一般在前期就会将工件强度提高，导致后续冲裁强度增加，而为了保证工件强度也不会考虑降低软化工件强度。

但本申请跳出了常规的为提高工件成型后的强度不能对工件进行软化的局限思维，将后续冲裁过程进行了充分的考量，同时在热成型时只对需要冲裁的部分进行局部软化，在降低软化区域强度的同时保证工件整体强度，进而降低冲裁强度，有效延长冲切头的使用寿命，并且通过工件料厚对软化区域进行不同的冷却状态控制，提高软化效率的同时降低生产成本，使操作更简单快捷，极大提高整体生产效率。

实施例二

与实施例一不同的是，本实施例中，当工件料厚在1.3mm时，过渡区域4为6mm，通过控制热成型模具局部冷却区域与工件软化区域5的贴合度实现降温速度的控制。在实际操作中，通过控制上下模面的局部冷却区域与工件软化区域5的间距在0.5mm以上，非软化区域6与上下模面的间距在0.5mm以内。在降温后对非软化区域6保压4s，软化区域5自然冷却后，取出工件。此时，工件冷冲区域2的硬度为290HV，较常规冷却后的硬度降低125-120HV，极大降低冲切强度。

成型后，采用冷冲裁直接进行冲切，其冲裁力为6.2T，进一步降低冲裁强度，有效降低生产成本，提高生产效率。

同时，本实施例中，还可根据实际操作，与实施例一中热成型模具的局部冷却区域采用热导率在0.3-3.5W/(mK)的陶瓷材料相结合，进一步降低降温速度，降低软化区域5强度。根据实际操作灵活运用局部冷却状态的实施方式，提高局部软化效果，进一步降低生产成本。

实施例三

与实施例一不同的是，本实施例中，当工件料厚在3.0mm时，过渡区域4为30mm，对热成型模具的局部冷却区域采用镶块预热的方式，使局部冷却区域温度达到500℃，同时在局部冷却区域加设5mm的隔热层，减少工件软化区域5与局部冷却区域的热传递现象，进而降低工件软化区域5的降温速度，使工件软化区域5的冷却速度小于27℃/s，此时连续生产使热成型模具温度上升至75℃后对工件软化区域5进行冲切，此时，工件冷冲区域2的硬度为285HV，其冲裁力为5.9T，进一步降低冲裁强度，有效降低生产成本，提高生产效率。

同时由以上实施例可知，当对非软化区域6热保压时间越短时，对软化区域5的影响越短，其软化区域5的降温效率越高，软化效果越好，因此可进一步缩短非软化区域6保压时长，提高非软化区域6的降温速度，通过缩短保压时长，可缩短整体生产工艺耗时，进而缩短设备生产耗能，降低人工劳动强度，有效节省生产成本，提高生产效率。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种局部软化热成型后冷冲方法，其特征在于，用于汽车高强板热成型工艺，包括以下步骤：

步骤一，按照冲切需求，划定工件软化区域，软化区域为需要进行冲切的区域；软化区域包括冷冲区域和过渡区域；过渡区域设于冷冲区域外围；过渡区域为根据工件料厚用于调节冷冲区域大小的待调节区域；

步骤二，在热成型时，通过控制热成型模具的局部冷却状态，控制工件软化区域的降温速度，使软化区域内的马氏体含量减少；其中，软化区域的降温速度小于27℃/s，非软化区域的降温速度大于27℃/s；

步骤三，对非软化区域进行一定时间的保压，使非软化区域的温度降低至200℃以下出模；软化区域通过自然冷却至室温，期间降温速度小于30℃/s；

步骤四，对冷冲区域进行冲孔或切边。

2.根据权利要求1所述的一种局部软化热成型后冷冲方法，其特征在于：所述冷冲区域包括待冲孔和冲裁线，冲裁时按照冲裁线位置进行冲切。

3.根据权利要求1所述的一种局部软化热成型后冷冲方法，其特征在于：所述冷冲区域的范围为5-20mm，过渡区域范围为5-50mm。

4.根据权利要求1所述的一种局部软化热成型后冷冲方法，其特征在于：在热成型模具的上下模面上分别设有局部冷却区域，所述局部冷却区域与工件的软化区域相对应。

5.根据权利要求4所述的一种局部软化热成型后冷冲方法，其特征在于：其中，冷却状态为局部冷却区域的冷却状态，根据工件料厚设定不同的冷却状态。

6.根据权利要求5所述的一种局部软化热成型后冷冲方法，其特征在于：当工件料厚小于1.5mm时，控制冷却状态为通过控制所述局部冷却区域与软化区域的贴合度，使上下模面的局部冷却区域与软化区域的间距大于0.5mm。

7.根据权利要求5所述的一种局部软化热成型后冷冲方法，其特征在于：当工件料厚在1.5-2.0mm时，控制冷却状态为对所述局部冷却区域采用导热系数为0.3-3.5W/(mK)的导热材料。

8.根据权利要求7所述的一种局部软化热成型后冷冲方法，其特征在于：所述导热材料为陶瓷材料。

9.根据权利要求5所述的一种局部软化热成型后冷冲方法，其特征在于：当工件料厚在2.0-4.0mm时，控制冷却状态为通过对所述局部冷却区域采用镶块预热，并增设隔热层，使局部冷却区域温度达到400-600℃。

10.根据权利要求1所述的一种局部软化热成型后冷冲方法，其特征在于：在步骤四中，采用冷冲裁方式对冲孔区域进行冲孔。