CN204276693U - 硼钢钢管的高压气体胀形热成形模具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种硼钢钢管的高压气体胀形热成形模具，包括上模座和下模座，在上模座下表面安装上模成形镶块，在下模座上表面安装下模成形镶块，上模成形镶块的下表面和下模成形镶块的上表面为硼钢钢管工件的成型面；其特征是：在所述硼钢钢管工件的两端分别设置封头，封头的前端与硼钢钢管工件的管端接触，封头的后端与轴向液压缸或气缸连接，在封头的中心设置通气孔，通气孔的前端与硼钢钢管工件的内部连通，通气孔的后端连接高压气站；在所述上模成形镶块的下部和下模成形镶块的上部分别设置冷却通路，冷却通路直接或通过上模座和下模座与水管相连。本实用新型可以生产出材料机械强度达到1500MPa、截面形状和周长变化的工件。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种硼钢钢管的高压气体胀形热成形模具，尤其是一种硼钢钢管高温下内高压气体胀形及淬火工艺用的模具，属于热处理塑性成形技术领域。
背景技术
硼钢钢管作为一系列热成形钢管，生产工艺分为成形和淬火冷却2个阶段，其中：成形阶段需要在高温下由模具冲压成形；淬火冷却阶段需要通过控制一定的冷却速度，可以发生从奥氏体微观组织向马氏体微观组织的转变，得到极高的强度和硬度；根据硼钢种类不同，其强度可以达到500～2000MPa。常见热成形后强度达到1500MPa的硼钢化学成分如表1所示。
表1
| C | Si | Mn | P | S | Cr | B | |
| min | 0.20 | 0.20 | 1.00 | - | - | 0.15 | 0.0015 |
| max | 0.25 | 0.35 | 1.30 | 0.025 | 0.015 | 0.25 | 0.0050 |
管件内高压成形工艺，利用高压流体产生的压力，充塞在管件内部充当凸模，外部随产品形状的模具钢充当凹模，经历投料、模具闭合、管件内预充流体、加压、同时轴向液压缸轴向推料成形和开模取料几个阶段完成管件成形。其中，根据产品及成形性的需要，过程先后会有交叉。
管件内高压成形工艺，通常其前道要配合有弯管和/或预成型工艺，在内高压成形工艺之前，得到与最终工件形状尺寸基本相似的零件，同时避免高压成形模具闭合过程中产生夹料，避免成形过程中出现开裂和起皱等缺陷。如果以上问题可以避免，可以省去弯管和/或预成型工艺，直接进行内高压。为简略计，弯管和/或预成型工艺本实用新型不再详细讨论。
目前常见管件成形工艺为常温下内高压成形。受限于制管工艺及材料自身机械性能的限制，所应用的管件强度有限，抗拉强度很难超过1000MPa。
目前常见硼钢钢管热成形多为普通热冲压工艺，成形过程内部无高压媒介，只能适应等截面周长的产品，产品形状十分受限。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种硼钢钢管的高压气体胀形热成形模具，可以生产出材料机械强度达到1500MPa、截面形状和周长变化的工件。
按照本实用新型提供的技术方案，所述硼钢钢管的高压气体胀形热成形模具，包括上模座和下模座，在上模座下表面安装上模成形镶块，在下模座上表面安装下模成形镶块，上模成形镶块的下表面和下模成形镶块的上表面为硼钢钢管工件的成型面；其特征是：在所述硼钢钢管工件的两端分别设置封头，封头的前端与硼钢钢管工件的管端接触，封头的后端与轴向液压缸或气缸连接，在封头的中心设置通气孔，通气孔的前端与硼钢钢管工件的内部连通，通气孔的后端连接高压气站；在所述上模成形镶块的下部和下模成形镶块的上部分别设置冷却通路，冷却通路直接或通过上模座和下模座与主冷却管路相连。
进一步的，所述冷却通路采用在上模成形镶块和下模成形镶块上打孔的方式，孔径为3～30mm，上模成形镶块上的冷却通路距离上模成形镶块的下表面3～40mm，下模成形镶块上的冷却通路距离下模成形镶块的上表面3～40mm。
进一步的，所述冷却通路采用将上模成形镶块和下模成形镶块分别加工成上下两部分，上下两部分之间形成空腔的方式；所述上下两部分通过密封机械连接，上下两部分的壳壁厚度为5～40mm。
进一步的，所述冷却通路采用冷却水和/或冷却气体和/或电加热元件作为工件冷却媒介。
进一步的，在所述封头内部排布冷却工件的冷却通路，该通路的冷却温度为3～650℃。
进一步的，在所述封头内部排布冷却工件的冷却通路，采用冷却水和/或冷却气体和/或电加热元件作为工件冷却媒介。
进一步的，所述封头的前端直径小于后端直径。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
(1)本实用新型可以得到强度高达1500MPa的高强度钢管；
(2)本实用新型充分利用气体内高压吹胀成形，可以得到横向截面周长变化的产品。现有技术中，有利用硼钢管件进行热成形的工艺，得到的大多是断面周长不变的产品，限制了产品设计的自由；本实用新型允许在材料成形性能许可的范围内，自由变化产品的断面周长，使产品达到不同的强度、刚度、装配和空间要求，为零部件功能的优化提供了更大的空间；
(3)本实用新型在高温下对工件进行气胀成形，可以有效降低成形需要的压力机成形力。随着温度的升高，硼钢材料的屈服强度迅速降低，延伸率提高，因此，和常温下内高压成形工艺比较，压力机成形力大为降低。要达到同等或相似强度的零件，和常温下内高压成形相比较，热成形气胀所需压力机压力可以降低到常温下内高压成形的1/3甚至更低，例如汽车用DP1000双相钢的强度为1000MPa，比热成形后硼钢的强度1500MPa要低很多，但是常温下内高压DP1000钢管所配备的压力机通常为5000吨，而热成形气胀钢管所配备的压力机可设为1200吨；
(4)本实用新型在淬火过程中，向管件内通入高压气体，可以有效调节硼钢的淬火冷却速度。由于管件成形上下模均为凹模，在现有管件直接热成形技术中，没有凸模而只能在两侧尽量用芯棒完成凸模的功能，所以在管件的芯棒无法达到的区域便没有凸模，工件的贴模性很差；没有足够的压力，热量无法快速传导到冷却介质——模具上，得到的产品在该区域强度难以满足设计要求。本实用新型利用高压气体充当凸模，工件贴模性好，能够提供足够的保压压力，从而得到合适的冷却速度，得到的产品强度在任一区域均可满足要求；
(5)本实用新型为直接热成形淬火工艺，淬火后无回弹。现有管件常温下内高压成形工艺，都存在工件成形后回弹的问题，模具常常要多次试模——机加工——试模，来调节回弹补偿量，达到合格尺寸；热成形工艺淬火过程保压，得到的马氏体组织后无回弹。
附图说明
图1为本实用新型所述硼钢钢管的高压气体胀形热成形模具的结构示意图。
图2为冷却通路的示意图。
图中序号：上模成形镶块1、下模成形镶块2、硼钢钢管工件3、冷却通路5、封头6、通气孔7。
具体实施方式
下面结合具体附图对本实用新型作进一步说明。
如图1所示：本实用新型所述硼钢钢管的高压气体胀形热成形模具包括上模座和下模座，上模座和下模座用于连接模具和设备，同时传递和承载设备给硼钢钢管工件施加的压力，上模座和下模座的材质选择QT600、HT300、GM241等铸件，也可选择45#等钢板拼接而成；在所述上模座下表面安装上模成形镶块1，在下模座上表面安装下模成形镶块2，上模成形镶块1的下表面和下模成形镶块2的上表面为硼钢钢管工件3的成型面，在上模成形镶块1的下部和下模成形镶块2的上部分别设置冷却通路5，通过冷却通路5中的冷却水在成形加压时对硼钢钢管工件3进行快速冷却，冷却通路5直接或通过上模座和下模座与设备的水管相连；在所述硼钢钢管工件3的两端分别设置封头6，封头6的前端与硼钢钢管工件3的管端接触，封头6的后端与轴向液压缸或气缸连接，封头6的前端直径小于后端直径，在硼钢钢管工件3两端的封头6中心分别设置通气孔7，通气孔7的前端与硼钢钢管工件3的内部连通，通气孔7的后端连接高压气站；
如图1所示，所述冷却通路5可以采用在上模成形镶块1和下模成形镶块2上打孔的方式，孔径优选为3～30mm，上模成形镶块1上的冷却通路5距离上模成形镶块1的下表面3～40mm，下模成形镶块2上的冷却通路5距离下模成形镶块2的上表面3～40mm；
所述冷却通路5也可以采用将上模成形镶块1和下模成形镶块2分别加工成上下两部分，上下两部分之间形成空腔，上下两部分通过密封机械连接，上下两部分之间的空腔供冷却水通过；所述上下两部分的壳壁厚度优选为5～40mm；
在所述封头6内部排布冷却水管路；
所述上模成形镶块1和下模成形镶块2的材质选用用SKD61、Cr7V、8407、Divar、QRO-90等优质热作模具钢；
所述封头6的材质与上模成形镶块1和下模成形镶块2一致。
实施例一：所述硼钢钢管的气胀热成形工艺，硼钢钢管的材质：硼钢22MnB5，料厚2.6mm，等截面外径100mm，长度850mm；
上述工件通过以下步骤进行具体加工处理：
1、硼钢直管备料，料厚2.6mm，外径100mm，长度1000mm；
2、在加热装置中加热至900℃将硼钢管完全奥氏体化；
3、在6秒钟内将硼钢管料放置在模具中，压机初始开口高度800mm，并以300mm/s的速度闭合、成形；
4、模具两侧轴向缸推动其前端封头封住管件，形成密闭腔体；
5、通过模具封头前端气体通路，向管件密闭腔体内充入高压气体，压强25MPa，压机压力300吨，零件热成形完成；
6、热成形完成后，压力机继续停留在达下死点位置，保持闭合状态，维持300吨的压机压力和25MPa的气体压强15秒，零件保压淬火完成；
7、取出工件，得到强度为1500MPa的马氏体组织；
8、镭射热压胀形件两端，得到所需尺寸工件。
Claims (7)
1.一种硼钢钢管的高压气体胀形热成形模具，包括上模座和下模座，在上模座下表面安装上模成形镶块（1），在下模座上表面安装下模成形镶块（2），上模成形镶块（1）的下表面和下模成形镶块（2）的上表面为硼钢钢管工件（3）的成型面；其特征是：在所述硼钢钢管工件（3）的两端分别设置封头（6），封头（6）的前端与硼钢钢管工件（3）的管端接触，封头（6）的后端与轴向液压缸或气缸连接，在封头（6）的中心设置通气孔（7），通气孔（7）的前端与硼钢钢管工件（3）的内部连通，通气孔（7）的后端连接高压气站；在所述上模成形镶块（1）的下部和下模成形镶块（2）的上部分别设置冷却通路（5），冷却通路（5）直接或通过上模座和下模座与主冷却管路相连。
2.如权利要求1所述的硼钢钢管的高压气体胀形热成形模具，其特征是：所述冷却通路（5）采用在上模成形镶块（1）和下模成形镶块（2）上打孔的方式，孔径为3～30mm，上模成形镶块（1）上的冷却通路（5）距离上模成形镶块（1）的下表面3～40mm，下模成形镶块（2）上的冷却通路（5）距离下模成形镶块（2）的上表面3～40mm。
3.如权利要求1所述的硼钢钢管的高压气体胀形热成形模具，其特征是：所述冷却通路（5）采用将上模成形镶块（1）和下模成形镶块（2）分别加工成上下两部分，上下两部分之间形成空腔的方式；所述上下两部分通过密封机械连接，上下两部分的壳壁厚度为5～40mm。
4.如权利要求1所述的硼钢钢管的高压气体胀形热成形模具，其特征是：所述冷却通路（5）采用冷却水和/或冷却气体和/或电加热元件作为工件冷却媒介。
5.如权利要求1所述的硼钢钢管的高压气体胀形热成形模具，其特征是：在所述封头（6）内部排布冷却工件的冷却通路，该通路的冷却温度为3～650℃。
6.如权利要求1所述的硼钢钢管的高压气体胀形热成形模具，其特征是：在所述封头（6）内部排布冷却工件的冷却通路，采用冷却水和/或冷却气体和/或电加热元件作为工件冷却媒介。
7.如权利要求1所述的硼钢钢管的高压气体胀形热成形模具，其特征是：所述封头（6）的前端直径小于后端直径。
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|---|---|---|---|---|
| CN104438878A (zh) * | 2014-12-08 | 2015-03-25 | 无锡朗贤汽车组件研发中心有限公司 | 硼钢钢管的高压气体胀形热成形模具 |
| CN113182436A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-07-30 | 合肥合锻智能制造股份有限公司 | 一种用于间接热成型生产线的随形水冷模具 |
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