一種減小熱成形鋼板衝孔衝頭磨損的模具的製作方法

2023-06-03 04:42:16

專利名稱:一種減小熱成形鋼板衝孔衝頭磨損的模具的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種減小熱成形鋼板衝孔衝頭磨損的模具，包括下模座和上模座，上模座固定連接在壓機滑塊上，壓機滑塊由壓機驅動上、下移動，在上模座上固定衝頭，上模座下表面連接壓料塊，在下模座上固定凹模套，下模座上定位工件；其特徵是：所述衝頭的下端設置臺階，臺階的邊緣位於衝頭邊緣刃口的內側，並且臺階凸出於衝頭的下端面。所述臺階的根部與頂部之間為均勻過渡的斜面，該斜面由刃口的邊緣向刃口的中心偏斜。所述臺階的橫截面面積小於衝孔的橫截面。本實用新型在不增加額外成本也不損失生產效率的前提下，有效減小衝頭的磨損，延長衝頭使用壽命。
【專利說明】一種減小熱成形鋼板衝孔衝頭磨損的模具

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種減小熱成形鋼板衝孔衝頭磨損的模具，尤其是一種經過熱成形處理後的高強度及超高強度鋼板的衝孔模具，屬於熱成形鋼板的分離【技術領域】。

【背景技術】
[0002]高強度鋼板強度高，特別是在正火或正火加回火狀態有較高的綜合力學性能，高強度鋼板的應用是同時確保輕量化和碰撞安全性的有效手段，因此在大型船舶、橋梁、電站設備、中、高壓鍋爐、高壓容器、機車車輛、起重機械等工程行業領域中應用廣泛。而熱成形鋼板作為一種新興事物，其生產工藝不同於普通的高強度鋼板，熱成形鋼板的生產工藝通常包括成形和淬火冷卻兩個階段，其中，成形階段需要在高溫下由模具一次衝壓成形，淬火冷卻階段需要通過控制一定的冷卻速度迅速冷卻，從而使鋼板發生從奧氏體微觀組織向馬氏體微觀組織的轉變，由此得到極高的強度和硬度，以常見硼鋼為例，熱成形處理後其強度達到1500Mpa左右。一般的高強度鋼板的抗拉強度在400MPa?450MPa左右，而熱成形鋼材加熱前抗拉強度即已達到500 MPa?800MPa，加熱成形後則可提高至1300?1600 MPa，其強度為普通高強度鋼材的3?4倍，其硬度僅次於陶瓷，但又具有鋼材的韌性，以常見熱成形硼鋼鋼板為例，強度達到1500MPa，延伸率為5%左右，已經遠遠超過一般意義的高強鋼，其分離工藝難度遠遠高於普通鋼板和常見高強鋼鋼板。
[0003]對於熱成形鋼板的衝孔，由於鋼板本身強度和硬度非常高，衝頭磨損非常嚴重，最終產生衝孔毛刺，影響工件質量。為此，常用的方法為使用高硬度的粉末冶金鋼，甚至在粉末冶金鋼的基礎上增加TD、PVD塗層等表面處理技術，衝頭的成本由此變得非常昂貴，而衝頭的壽命提升幅度並不明顯，通常在5，000?20，000衝次仍然需要更換衝頭。
[0004]通過分析衝孔時候的靜水壓力可以發現，造成衝頭磨損非常嚴重的主要原因在於衝孔後工件孔徑小於衝頭尺寸，從而在衝頭脫離工件之前，被工件緊緊「箍」住。而工件衝孔後孔徑小於衝頭尺寸，根本原因在於，衝孔時衝頭有沿孔徑徑向對工件擠壓的力，當衝孔破裂後工件沿孔徑徑向回彈，從而使得孔徑小於衝頭尺寸，將衝頭緊緊「箍」住。而相對於修邊磨損輕微，衝孔磨損嚴重主要是由於其為封閉曲線，對衝頭徑向拉力的反約束大幅度加重了這種徑向回彈。目前所有的衝頭解決方案都局限在如何提高衝頭材料的性能，而沒有從根本上考慮如何減輕甚至消除這種徑向回彈。


【發明內容】

[0005]本實用新型的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種減小熱成形鋼板衝孔衝頭磨損的模具，在不增加額外成本也不損失生產效率的前提下，有效減小衝頭的磨損，延長衝頭使用壽命。
[0006]按照本實用新型提供的技術方案，所述減小熱成形鋼板衝孔衝頭磨損的模具，包括下模座和上模座，上模座固定連接在壓機滑塊上，壓機滑塊由壓機驅動上、下移動，在上模座上固定衝頭，上模座下表面連接壓料塊，在下模座上固定凹模套，下模座上定位工件；其特徵是:所述衝頭的下端設置臺階，臺階的邊緣位於衝頭邊緣刃口的內側，並且臺階凸出於衝頭的下端面。在為工件衝孔時，臺階先接觸到工件，並使工件產生0.2?5%的塑性變形而不破裂，隨後衝頭邊緣刃口接觸到工件，切斷材料完成衝孔。
[0007]進一步的，所述臺階的根部與頂部之間為均勻過渡的斜面，該斜面由刃口的邊緣向刃口的中心偏斜。
[0008]進一步的，所述臺階的橫截面面積小於衝孔的橫截面。
[0009]進一步的，當衝孔為圓孔時，臺階的橫截面為圓形，臺階的根部和衝頭邊緣刃口之間的距離為0.2?5mm。
[0010]進一步的，當衝孔為異形孔時，臺階橫截面形狀與衝孔形狀一致，或者為圓心和衝孔中心重合的圓形；所述臺階根部和衝頭邊緣刃口之間的距離為0.2?5_。
[0011]進一步的,所述臺階的高度為0.2?3mm。
[0012]進一步的，所述臺階的外周面為外凸的弧面或平面，弧面高度為0.2?2.8mm。
[0013]進一步的，所述臺階頂部的邊緣可設置倒角，倒角為R0.5?R3。
[0014]進一步的，所述衝頭的材質選擇冷作工具鋼SKD11、D2、高速鋼或粉末冶金鋼。
[0015]進一步的，所述衝頭與凹模套的衝孔之間保持間隙，該間隙為工件厚度的5%?15%。
[0016]本實用新型具有以下技術效果:
[0017](I)本實用新型的實質是針對封閉曲線衝孔時的徑向回彈，提出如何減小徑向回彈的解決方案。由於在衝孔之前進行臺階預先接觸工件，沿徑向拉伸工件呈拉應力狀態，與衝頭衝孔時徑向擠壓工件的力相反，從而很大程度上抵消了工件材料因衝頭徑向擠壓產生的彈性變形，衝孔完成後回彈量大幅度縮小，工件衝孔後「箍」住衝頭的現象根本上減輕了，從而最終減小了衝頭的磨損。不論採用何種材質的衝頭，本實用新型的衝頭使用壽命都遠優於未進行預衝孔工藝方案的衝頭使用壽命；
[0018](2)對於異形衝孔，本實用新型採用圓形臺階截面為與異形衝孔中心重合的圓形，加工更加方便，成本更加經濟。

【附圖說明】

[0019]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0020]圖2為衝頭刃口接觸工件的狀態圖。
[0021]圖3為圖2的I放大圖。
[0022]圖4為衝孔後的示意圖。
[0023]圖5為所述衝頭的結構示意圖。
[0024]圖6為圖5的仰視圖。

【具體實施方式】
[0025]下面結合具體附圖對本實用新型作進一步說明。
[0026]如圖1?圖6所示:所述減小熱成形鋼板衝孔衝頭磨損的模具包括下模座1、凹模套2、工件3、上模座4、衝頭5、壓料塊6、刃口 7、臺階8等。
[0027]如圖1所示，本實用新型包括下模座I和上模座4，上模座4固定連接在壓機滑塊上，壓機滑塊由壓機驅動上、下移動，在上模座4上固定衝頭5，上模座4下表面連接壓料塊6，上模座4與壓料塊6彈性連接；在所述下模座I上固定凹模套2，下模座I上定位工件3 ；如圖5、圖6所示，所述衝頭5的下端設置臺階8，臺階8的邊緣位於衝頭5邊緣刃口 7的內偵牝並且臺階8凸出於衝頭5的下端面，即在衝孔時臺階8比衝頭5的刃口 7先接觸到工件3 ；
[0028]如圖5所示，所述臺階8的根部與頂部之間為均勻過渡的斜面，該斜面由刃口 7的邊緣向刃口 7的中心偏斜；
[0029]如圖5所示，所述臺階8的橫截面面積、高度以及外表面形狀，須根據工件3所需衝孔的孔徑和材料厚度進行工藝設計，總原則為控制臺階8比刃口 7先接觸到工件3的過程中，工件3僅產生彈塑性變形而不破裂，即臺階8作用下工件3變形的弧長不超過工件3材料成形破裂的極限(如圖2、圖3所示)，隨工件3孔徑和材料厚度而有差異，一般變形後的弧長比工件3原弧長長0.2%?5% ;隨後，在衝頭刃口的作用下是工件沿衝孔邊線破裂，完成衝孔。
[0030]所述臺階8的橫截面面積小於衝孔的橫截面，臺階8的邊緣位於沿衝孔的邊緣內側；當衝孔為圓孔時，臺階8的橫截面為圓形，臺階8的根部和衝頭5邊緣刃口 7之間的距離依據工件孔徑和材料厚度不同而有差異，優選0.2?5mm ;當衝孔為異形孔時，臺階8橫截面既可以為與衝孔形狀一致的異形，也可以為圓心和衝孔中心重合的圓形，臺階8根部和衝頭5邊緣刃口 7之間的距離依據工件孔徑和材料厚度不同而有差異，優選0.2?5_。
[0031]所述臺階8的高度依據工件孔徑和材料厚度不同而有差異,優選0.2?3_。
[0032]所述臺階8的外周面可以是外凸的弧面，弧面高度依據工件孔徑和材料厚度不同而有差異，優選0.2?2.8_，也可以為平面；考慮加工工藝，優選平面。
[0033]所述臺階8頂部的邊緣可設置倒角，倒角半徑依據工件厚度不同而有差異，倒角為R0.5?R3 ;也可以不進行倒角，為RO。
[0034]所述衝頭5的材質，選擇優質冷作工具鋼SKD11、D2、高速鋼、粉末冶金鋼等，也可以進行塗層等表面處理。
[0035]所述衝頭5與凹模套2的衝孔之間保持間隙，該間隙為工件3厚度的5%?15%。
[0036]實施例一:一種硼鋼鋼板的衝孔工藝，工件材質:硼鋼22MnB5，料厚1.6mm,長度400mm,寬200mm,所衝孔為圓孔，直徑DlOmm ；
[0037]如圖1?圖4所示，上述工件通過以下方式進行具體加工處理:衝頭最前端設置臺階，衝壓時臺階比衝頭的刃口先接觸到工件，臺階接觸工件的過程中，工件僅產生彈塑性變形而不破裂，隨後，在衝頭刃口的作用下，工件沿衝孔邊線破裂，完成衝孔；其中，衝頭的材料選取粉末冶金鋼，硬度HRC61 土度，臺階的直徑為6mm，高度為2mm。
[0038]實施例二:一種硼鋼鋼板的衝孔工藝，該工件為汽車用B柱，鋼板的材質:硼鋼22MnB5，料厚1.2mm，長度1250mm，寬430臟，所衝孔為圓孔，直徑為12mm ；
[0039]如圖1?圖4所示，上述工件通過以下方式進行具體加工處理:衝頭最前端設置臺階，衝壓時臺階比衝頭的刃口先接觸到工件，臺階接觸工件的過程中，工件僅產生彈塑性變形而不破裂，隨後，在衝頭刃口的作用下，工件沿衝孔邊線破裂，完成衝孔；其中，衝頭的材料選取粉末冶金鋼，硬度HRC61 土度，臺階的直徑為8臟，高度為1.5mm。
【權利要求】
1.一種減小熱成形鋼板衝孔衝頭磨損的模具，包括下模座(I)和上模座(4)，上模座(4)固定連接在壓機滑塊上，壓機滑塊由壓機驅動上、下移動，在上模座(4)上固定衝頭(5),上模座(4)下表面連接壓料塊(6)，在下模座(I)上固定凹模套(2)，下模座(I)上定位工件(3);其特徵是:所述衝頭(5)的下端設置臺階(8)，臺階(8)的邊緣位於衝頭(5)邊緣刃口(7)的內側，並且臺階(8)凸出於衝頭(5)的下端面。2.如權利要求1所述的減小熱成形鋼板衝孔衝頭磨損的模具，其特徵是:所述臺階(8)的根部與頂部之間為均勻過渡的斜面，該斜面由刃口(7)的邊緣向刃口(7)的中心偏斜，該斜度為O?45。。3.如權利要求1所述的減小熱成形鋼板衝孔衝頭磨損的模具，其特徵是:所述臺階(8)的橫截面面積小於衝孔的橫截面。4.如權利要求3所述的減小熱成形鋼板衝孔衝頭磨損的模具，其特徵是:當衝孔為圓孔時，臺階(8)的橫截面為圓形，臺階(8)的根部和衝頭(5)邊緣刃口(7)之間的距離為0.2 ?5mmο5.如權利要求3所述的減小熱成形鋼板衝孔衝頭磨損的模具，其特徵是:當衝孔為異形孔時，臺階(8)橫截面形狀與衝孔形狀一致，或者為圓心和衝孔中心重合的圓形；所述臺階(8)根部和衝頭(5)邊緣刃口(7)之間的距離為0.2?5mm。6.如權利要求1所述的減小熱成形鋼板衝孔衝頭磨損的模具，其特徵是:所述臺階(8)的高度為0.2?3mm。7.如權利要求1所述的減小熱成形鋼板衝孔衝頭磨損的模具，其特徵是:所述臺階(8)的外周面為外凸的弧面或平面，弧面高度為0.2?2.8mm。8.如權利要求1所述的減小熱成形鋼板衝孔衝頭磨損的模具，其特徵是:所述臺階(8)頂部的邊緣可設置倒角，倒角為R0.5?R3。9.如權利要求1所述的減小熱成形鋼板衝孔衝頭磨損的模具，其特徵是:所述衝頭(5)的材質選擇冷作工具鋼SKDl 1、D2、高速鋼或粉末冶金鋼。10.如權利要求1所述的減小熱成形鋼板衝孔衝頭磨損的模具，其特徵是:所述衝頭(5)與凹模套(2)的衝孔之間保持間隙，該間隙為工件(3)厚度的5%?15%。
【文檔編號】B21D28-34GK204276648SQ201420766511
【發明者】陳揚, 孫財, 李向榮, 楊雲龍 [申請人]無錫朗賢汽車組件研發中心有限公司