一種超高強度鋼熱沖壓成型模具制造技術

本發明專利技術提供了一種超高強度鋼熱沖壓成型工藝及成型模具，熱沖壓成型工藝在超高強度鋼板料熱沖壓成型之前，將參與沖壓的模具中與超高強度鋼板料接觸的部件加熱，使這些部件的表面溫度達到超高強度鋼的馬氏體點溫度以上，再將加熱到完全奧氏體化后的超高強度鋼板料放置于模具中沖壓成型，熱沖壓模具閉合后，對模具進行冷卻，利用與成型零件相接觸的模具部件對成型零件進行淬火。熱沖壓成型模具包括凸模、凹模和控制單元，凸模和凹模的內部設置有電熱元件和冷卻水通道，在凸模和凹模內設置有溫度傳感器，在凹模和凸模的側面分別設置有復位開關和壓板。本發明專利技術避免了成型件表面及內部產生裂紋、消除了零件成形回彈、保證了產品精度及質量。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種超高強度鋼熱沖壓成型工藝及模具，屬于超高強度鋼板料沖壓成型

技術介紹
汽車輕量化可以減少燃油消耗、降低發動機的廢氣排放。為使汽車輕量化后仍能滿足碰撞安全性能，各大汽車公司在優化汽車框架和結構的同時，已把工作重點轉向新材料新工藝的應用。尤其是在車身結構方面，通過對先進高強度鋼和超高強度鋼的研究和使用，提高了汽車的碰撞性能，同時也實現了輕量化的要求。但是隨著鋼材強度的提高，材料的延伸率和成形性能也大大降低，成形過程中容易產生破裂、起皺、尺寸難以控制和形狀不良等問題，傳統的冷沖壓成形工藝已不能滿足技術和生產發展的需要。近幾年，國外學者開發出一種新的高強度、超高強度鋼板熱沖壓成形工藝，該工藝使高強度鋼和超高強度鋼板料在加熱爐中被加熱到奧氏體化溫度(900～950℃)，并在奧氏體區保持5分鐘，然后將板料轉移到壓力機，在沖壓模具中同時進行沖壓成形和淬火，使成形零件獲得100％馬氏體組織。該工藝能夠在提高碰撞性能和疲勞強度的同時降低汽車結構件的重量。中國專利申請CN101288889公開了一種《超高強度鋼板熱沖壓成型模具》，該模具包括上模座和固定在上模座上的凸模、下模座和固定在下模座上的凹模，凹模中設有冷卻水通道，冷卻水通道與一個冷卻水循環系統相連接。在該專利技術中，僅設置了用于降低模具溫度并對零件進行冷卻的冷卻水通道。中國專利申請CN1829813專利技術公開了一種《熱成形法與熱成形構件》，對于特定成分的鋼板加熱至奧氏體點溫度(Ac3)以上并保持后，進行最終制品形狀的成形，在成形中或者從成形后的成形溫度的冷卻之時，到達成形構件的馬氏點溫度(Ms點)的冷卻速度在臨界冷卻速度以上，并且，以從Ms點到200℃的平均冷卻速度為25~150℃/s冷卻而進行淬火處理。在熱沖壓過程中，必須保證在馬氏體轉變發生前完成沖壓成形，否則，馬氏體的高強度和低延展性會在成形過程中導致零件產生裂紋、熱沖壓成形件回彈嚴重等問題。上述兩項專利均只考慮了熱沖壓模具的冷卻過程，但是沒有考慮熱沖壓模具的加熱。在熱沖壓過程中，由于用于熱沖壓的模具的溫度跟冷卻水的溫度相當(20~30℃)，達到奧氏體溫度的鋼板放置于模具上后，鋼板與模具接觸部分將跟模具之間產生熱量傳遞。由于板料的厚度一般位于1.0~3.0mm之間，相對于模具厚度(200~400mm)來說，厚度要小得多。這將導致板料與模具接觸部位在熱沖壓成型進行之前已經降低到馬氏點溫度(Ms點)之下，并產生了馬氏體組織，從而影響了板料的成型性能，導致熱沖壓零件成型后回彈量大，甚至導致成型件表面及內部產生裂紋，影響熱沖壓零件的成型精度和成型質量。
技術實現思路
本專利技術針對現有超高強度鋼熱沖壓成型技術存在的問題，提供一種能夠避免成型件表面及內部產生裂紋、消除零件成型回彈、保證產品精度及質量的超高強度鋼熱沖壓成型工藝，同時提供一種實現該工藝的熱沖壓成型模具。本專利技術的超高強度鋼熱沖壓成型工藝是：-->在超高強度鋼板料熱沖壓成型之前，將參與沖壓的模具中與超高強度鋼板料接觸的部件(如凸模、凹模和壓料板等)加熱，使這些部件的表面溫度達到超高強度鋼的馬氏體點溫度以上，再將加熱到完全奧氏體化后的超高強度鋼板料放置于模具中沖壓成型，熱沖壓模具閉合后，對模具進行冷卻，利用與成型零件相接觸的模具部件對成型零件進行淬火。實現上述工藝的超高強度鋼熱沖壓成型模具采用以下技術方案：該超高強度鋼熱沖壓成型模具包括凸模、凹模和控制單元，凸模和凹模的內部設置有電熱元件和冷卻水通道，在凸模和凹模內設置有溫度傳感器，在凹模和凸模的側面分別設置有復位開關和合模時壓下復位開關的壓板，控制單元包括水泵、三通閥、兩通閥、單向閥和可編程控制器，水泵的進水端與冷卻水源連接，出水端通過三通閥與冷卻水通道的入口連接，三通閥的一個出口直接與冷卻水源連接，兩通閥的一端與壓縮空氣源連接，另一端與冷卻水通道的入口連接，冷卻水通道的出口與單向閥連接，該單向閥與冷卻水源相連，復位開關、電熱元件、溫度傳感器均與可編程控制器連接，可編程控制器與一觸摸屏連接。電熱元件與冷卻水通道的一種排列方式是其軸線在同一平面內等間距間隔排列，即電熱元件距離凸模或凹模表面的距離與冷卻水通道距離凸模或凹模表面的距離相等。電熱元件與冷卻水通道的另一種排列方式是分上下兩排排列，電熱元件與冷卻水通道的軸線平行。電熱元件與冷卻水通道的第三種排列方式是電熱元件與冷卻水通道的軸線分布在兩個平面內，其軸線呈空間垂直排列，電熱元件距離凸模或凹模表面的距離與冷卻水通道距離凸模或凹模表面的距離不相等。上述超高強度鋼熱沖壓成型模具的工作流程是：水泵啟動后不間斷運轉，直到停止沖壓工作。利用高壓空氣將熱沖壓模具中的冷卻水通道中的冷卻水排出，讓模具的冷卻水通道中只存在空氣；給電熱元件提供交流電或直流電，利用電熱元件使模具零件表面的溫度達到相應超高強度鋼鋼板的馬氏體點以上；將完全奧氏體化后的超高強度鋼板料放置于模具中，進行熱沖壓成形；熱沖壓模具閉合后(熱沖壓零件成型后)，向模具的冷卻水通道內通入冷卻水，對模具進行冷卻，利用與熱沖壓零件相接觸的模具零件對超高強度鋼熱沖壓零件進行淬火；熱沖壓零件冷卻完后，開模，取出熱沖壓零件。然后進行下一個工作循環。在整個工作流程中，熱沖壓模具相應零件的溫度由控制單元控制。為了避免冷卻水在加熱過程吸收過多的熱量而延緩模具的升溫速度，并防止由于冷卻水汽化導致的高溫高壓對模具、管道、溫度控制裝置、操作人員等造成危害，在電熱元件對模具進行加熱前，利用高壓空氣將凸模或凹模的冷卻水通道中的冷卻水排出，讓冷卻水道中只存在空氣。為了節約生產時間，在開模的同時，利用高壓空氣將凸模或凹模的冷卻水通道中的冷卻水排出，讓冷卻水通道中只存在空氣。冷卻水通道是冷卻水和高壓空氣的公用通道。本專利技術利用埋在熱沖壓模具內部的電熱元件對凸模及凹模進行加熱，利用冷卻水通道中通入的冷卻水對模具進行冷卻，通過溫度傳感器了解模具表面的溫度變化，確定熱沖壓過程加熱、冷卻、開模等節拍的時間，避免了達到奧氏體溫度的超高強度鋼板放置于模具上后與模具之間產生過多的熱量傳遞，使成型之前的超高強度鋼板料與模具接觸部位不產生馬氏體，維持其良好成型性能，避免了成型件表面及內部產生裂紋，消除了熱沖壓零件成型后的回彈，-->提高了熱沖壓成型零件的成品率和成型質量。附圖說明圖1是本專利技術的超高強度鋼熱沖壓模具控制單元的結構示意圖。圖2是本專利技術的超高強度鋼熱沖壓模具中凸模或凹模的結構示意圖。圖3是圖2的左視圖。圖4是圖2中沿A—A線的剖視圖。圖5是本專利技術中電熱元件與冷卻水通道第一種布置方式示意圖。圖6是本專利技術中電熱元件與冷卻水通道第二種布置方式示意圖。圖7是本專利技術中電熱元件與冷卻水通道第三種布置方式示意圖。圖8是采用本專利技術的U形件彎曲熱沖壓模具的結構示意圖。圖9是采用本專利技術的帽形件彎曲熱沖壓模具的結構示意圖。其中：1、過濾器，2、水泵，3、氣動三通閥，4、單向閥，5、調壓過濾器，6、氣動兩通閥，7、可編程控制器(PLC)，8、配電器，9、繼電器，10、復位開關，11、電熱元件，12、交流電源，13、溫度傳感器，14、觸摸屏，15、壓力機，16、壓縮空氣源，17、冷卻水通道入口，18、冷卻水通道出口，19、冷卻水池，20、冷卻水通道，21、凸本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種超高強度鋼熱沖壓成型工藝，其特征是：在超高強度鋼板料熱沖壓成型之前，將參與沖壓的模具中與超高強度鋼板料接觸的部件加熱，使這些部件的表面溫度達到超高強度鋼的馬氏體點溫度以上，再將加熱到完全奧氏體化后的超高強度鋼板料放置于模具中沖壓成型，熱沖壓模具閉合后，對模具進行冷卻，利用與成型零件相接觸的模具部件對成型零件進行淬火。

【技術特征摘要】
1.一種超高強度鋼熱沖壓成型工藝，其特征是：在超高強度鋼板料熱沖壓成型之前，將參與沖壓的模具中與超高強度鋼板料接觸的部件加熱，使這些部件的表面溫度達到超高強度鋼的馬氏體點溫度以上，再將加熱到完全奧氏體化后的超高強度鋼板料放置于模具中沖壓成型，熱沖壓模具閉合后，對模具進行冷卻，利用與成型零件相接觸的模具部件對成型零件進行淬火。2.一種實現權利要求1所述超高強度鋼熱沖壓成型工藝的超高強度鋼熱沖壓成型模具，包括凸模、凹模和控制單元，其特征在于：凸模和凹模的內部設置有電熱元件和冷卻水通道，在凸模和凹模內設置有溫度傳感器，在凹模和凸模的側面分別設置有復位開關和合模時壓下復位開關的壓板，控制單元包括水泵、三通閥、兩通閥、單向閥和可編程控制器，水泵的進水端與冷卻水源連接，出水端通過三通閥與冷卻...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李輝平，趙國群，張磊，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：發明
國別省市：88[中國|濟南]