超高強度鋼板局部淬火硬化成形模具的製作方法

2023-09-16 11:31:35 1

專利名稱：超高強度鋼板局部淬火硬化成形模具的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種加工具有定製性能的超高強度鋼板局部硬化成形模具。
背景技術：
隨著當今社會對汽車工業節能減排與碰撞安全性要求的日益提高，傳統的單純具有高強度、低塑性的車身零件已無法滿足汽車工業的發展需要，研製新一代的具有定製性能的車身零件正成為汽車工業亟需解決的問題。相比於傳統高強度、低塑性的零件，具有定製性能的車身零件可以實現最優的組織與力學性能分布，從而滿足綜合的強韌需求。對於加工具有定製性能的車身零件而言，目前的板料成形技術遠遠不能滿足其要求。對於常規的冷衝壓技術而言，採用雷射拼焊技術雖然可以實現零件的差強度、差厚度及差鋼質拼接，但是對於成形高強度鋼板所導致的高成形力及回彈問題一直未能有效解決，尤其是強度超 過IOOOMPa時，常規的冷衝壓工藝幾乎無法成形。近年來採用的超高強度鋼板熱成形整體淬火技術雖然具有成形強度高、精度好及成形後回彈量小等優點，但由於其幾乎為完全的馬氏體組織，導致零件的塑性大大降低，一般延伸率低於10%，不能有效吸收碰撞能量，對車身結構的安全性提高有限，而且超高強度的零件增加後續的切邊及衝孔加工的困難。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種簡單可靠的局部淬火熱成形模具，它採用模具分區加熱與冷卻技術，可以很好的滿足具有定製性能高強零件成形的工藝要求。為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案一種超高強度鋼板的局部淬火硬化成形模具，包括上模座和固定在上模座上的凹模，下模座和固定在下模座上的凸模，陶瓷絕緣板，入水口接頭和出水口接頭，電加熱管；凹模與凸模上分別開設與零件形狀結構相對應的型面，其特徵是，凸模和凹模分別進行分區域控制加熱和冷卻，加熱系統為內嵌入凸模與凹模的多根電加熱管；冷卻系統為凸模與凹模內部的多條冷卻通道。進一步，所述的凸模與凹模加熱部分的電加熱管有引線同加熱裝置相連接，冷卻部分的冷卻水道均外接一個入水口接頭和一個出水口接頭，用於與冷卻水循環系統相連接。所述的加熱系統為10-15根單頭不鏽鋼電加熱管，加熱管直徑為12_20mm。加熱管壁之間的距離不小於10mm，頂端與模具型面距離為20-30mm;所述的冷卻通道為16-24根直冷卻水管，冷卻水管直徑為8-16mm。冷卻水管壁之間的距離不小於10mm，與模具型面距離為 1 0~1 Smnin所述的凸模與凹模的加熱與冷卻區域之間留有2-4_間隙，通過間隙間的空氣阻止模具加熱與冷卻區域之間的熱量傳遞。在模具上、下模座與凸模和凹模之間增加厚度為15-30_陶瓷墊板以避免模具與壓力機間的熱量傳遞及模具加熱部分的熱量損失。超高強度鋼板在加熱爐中經過加熱保溫，由快速機械手將加熱後的板料移動到擬申報專利的具有定製性能的超高強度鋼板局部硬化成形模具中，成形設備快速合模成形，同時模具表面與高溫板料換熱，對於模具的加熱部分通過電加熱管加熱，其溫度控制在450°C以上，可以保證與該部分接觸的板料在保壓過程以低於馬氏體轉變的冷卻速度進行冷卻，根據模具溫度的不同，可以得到室溫鐵素體-珠光體或鐵素體-貝氏體組織，抗拉強度> 650MPa，硬度> HV 200 ;對於模具的冷卻部分，內部的循環冷卻水將熱量帶走，其溫度控制在150°C以下，保證該部分板料在保壓過程以高於馬氏體轉變的冷卻速度進行淬火冷卻，得到室溫馬氏體組織，抗拉強度> 1500MPa，硬度> HV 410。作為上述技術方案的一種優選方案，所述的模具加熱部分設計成箱體結構，通過優化箱體結構的壁厚，以實現在高速生產條件下模具同板料與環境熱交換可以達到自然平衡，避免模具加熱部分溫度過高。本發明採用對模具不同區域進行分別加熱與冷卻的方式，控制模具不同區域的溫度，進而控制模具內板料的冷卻速度，實現零件多元組織及性能的拼接，拼接過渡區域性能過渡平滑，無突變。相比於傳統的整體成形硬化的熱成形模具，簡化了工序，降低了製造成本，提高了零件的碰撞安全性能，具有巨大的經濟效益。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步詳細說明。圖I是本發明超高強度鋼板局部淬火硬化成形模具結構示意圖，其中圖1(a)是凹模結構立體示意圖；圖1(b)是凸模結構立體示意圖。圖2是凸模結構示意圖。圖3是加熱部分箱式結構示意圖。
具體實施例方式參見圖I與圖2，以汽車U型加強梁類零件為例，該模具包括，模具凹模2和凸模5，其上分別開設與汽車U型加強梁類零件結構形狀相對應的型面3、4，凹模2與凸模5分別固定在上模座I和下模座6上。凹模2與凸模5根據零件不同區域強韌性的要求設計為鑲拼結構。以凸模5為例進行說明，凸模5由加熱鑲塊7與冷卻鑲塊10組成，加熱鑲塊7內部布置6-10根單頭不鏽鋼電加熱管8，電加熱管8直徑為12-20mm，加熱管壁之間的距離不小於10mm，加熱管8頂端與模具型面4距離為20-30mm，加熱管8與加熱鑲塊7間隙配合在
O.05mm以下，所有電加熱管8引線15由下模座6上的導線引出孔16引出，同加熱電源相連接，通過控制電流的大小來控制加熱鑲塊7的溫度，保證模具在閉合過程中溫度大於450°C ；冷卻鑲塊10內部設有8-10根直通冷卻水道11，冷卻水道11直徑為8-16mm。冷卻水道11管壁之間的距離不小於10mm，與模具型面距離為10-15mm。所有冷卻水道11由布置在冷卻鑲塊內部的一條總進水道17及一條總出水道18連接，總進水道17和總出水道18的直徑為24-32mm，在總進水道17與總出水道18的一側有進水口 12和出水口 13，接頭內有內螺紋，用於外接冷卻水管及模溫機的連接，通過控制冷卻水流量控制冷卻鑲塊10的溫度，保證模具在閉合過程中溫度低於150°C。
所述的加熱鑲塊7與冷卻鑲塊10之間留有2_4mm間隙9，通過間隙間的空氣阻止加熱鑲塊7與冷卻鑲塊10之間的熱量傳遞。在下模座6與凸模5之間設置厚度為15-30mm陶瓷墊板14以避免下模座6與壓力機間的熱量傳遞及加熱鑲塊7的熱量損失。通過模具不同區域溫度的變化，使零件在模具的加熱部分與冷卻部分具有不同的冷卻速度，進而具有不同的室溫組織及性能，獲得分區域定製化性能。以該汽車U型加強梁零件為例，模具加熱鑲塊型面溫度為450°C，冷卻鑲塊型面溫度為120°C，保壓淬火10s，則在模具加熱鑲塊下保壓的零件區域室溫組織為鐵素體-貝氏體，硬度為HV265，為高塑性區，滿足碰撞時吸收碰撞能量的需要，在模具冷卻鑲塊下保壓的零件區域室溫組織為馬氏體，硬度為HV450，為高強度區，滿足碰撞時保持形狀能力的需要，在零件高塑性區與高強度區之間為過渡區，其寬度小於20_，高強度區與高塑性區過渡平順。本發明的模具在一次成形及淬火過程即可實現零件多元組織及性能的拼接，拼接過渡區域性能過渡平滑，無突變。 同時通過改變模具的型面及結構，本發明模具也適用於汽車防撞梁及B柱類零件。圖3是一種優選實施的箱式加熱鑲塊7結構示意圖，將電加熱管8固定在箱體結構的實心部分，通過優化箱體外壁的壁厚19和內部加強梁的厚度20，達到高速生產條件下模具同板料與環境熱交換可以達到自然平衡的目的，避免加熱鑲塊7溫度過高。
權利要求
1.一種超高強度鋼板局部淬火硬化成形模具，其特徵是凸模與凹模根據零件不同區域強韌性的需求採用鑲拼式結構，凸模與凹模均由加熱鑲塊與冷卻鑲塊組成。
2.如權利要求I要求的超高強度鋼板局部淬火硬化成形模具，加熱鑲塊內部布置多根單頭不鏽鋼電加熱管，冷卻鑲塊內部設有多根直通冷卻水道。
3.如權利要求I要求的超高強度鋼板局部淬火硬化成形模具，加熱鑲塊內部電加熱管直徑為12-20mm，加熱管壁之間的距離大於10mm，加熱管頂端與模具型面距離為20_30mm。
4.如權利要求I要求的超高強度鋼板局部淬火硬化成形模具，冷卻鑲塊內部冷卻水道沿型面布置，冷卻水道直徑為8-16mm。冷卻水道管壁之間的距離大於10mm，與模具型面距離為10 15mm。
5.如權利要求I要求的超高強度鋼板局部淬火硬化成形模具，所述的加熱鑲塊與冷卻鑲塊之間留有2-4_間隙，通過間隙間的空氣阻止加熱鑲塊與冷卻鑲塊之間的熱量傳遞。在凹、凸模與上、下模座之間設置厚度為15 30mm陶瓷墊板以避免模座與壓力機間的熱量傳遞及加熱鑲塊的熱量損失。
6.如權利要求I要求的超高強度鋼板局部淬火硬化成形模具，其特徵是加熱鑲塊為箱式結構。
全文摘要
本發明公開了一種超高強度鋼板局部淬火硬化成形模具，包括上模座和固定在上模座上的凹模，下模座和固定在下模座上的凸模，凸模與凹模分別採用鑲拼式結構，由加熱鑲塊與冷卻鑲塊組成，進行模具不同區域的加熱與冷卻。加熱鑲塊嵌入多個電加熱管，冷卻鑲塊內部有冷卻水孔，冷卻水孔與冷卻水循環系統相連接。可以實現超高強度鋼板熱成形後分區變冷卻路徑的保壓淬火，進而得到具有定製機械性能的零件。本發明結構簡單可靠，由於整個過程是在模具閉合狀態下完成的，因此零件變形很小，具有良好的尺寸精度。
文檔編號B21D37/16GK102873213SQ20121040487
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月21日 優先權日2012年10月21日
發明者張志強, 趙勇, 李湘吉, 代尚君, 袁秋菊, 李憲爽 申請人:吉林大學