本发明专利技术公开了一种功能一体化金属管成型模具，包括上模具和下模具；上模具包括上底板，上底板的下表面设置上模镶块、上电极和多个导向柱，上模镶块内部开设冷却水道，下表面开设用于气胀成型金属管的上模形面，上电极底部连接电源形成加热电极；下模具包括下底板，下底板的上表面设置下模镶块、下电极、多个导向套和一对油缸，下模镶块内部也开设冷却水道，上表面开设用于气胀成型金属管的下模形面，下电极的底部连接电源形成加热电极；上电极和下电极都接触上零件后才能起到快速加热的作用。本发明专利技术巧妙的将加热系统集成到模具上，缩短“加热”单元和成型单元之间的移动距离，零件传递时间较短，大大提升零件成型质量。大大提升零件成型质量。大大提升零件成型质量。
【技术实现步骤摘要】
一种功能一体化金属管成型模具及其使用方法
[0001]本专利技术涉及金属管成型模具
，具体涉及一种功能一体化金属管成型模具及其使用方法。
技术介绍
[0002]金属管材热气胀形工艺可以将产品的强度从600～800MPa提升到1300～1400MPa，根据不同材料可至更高，该技术具备成形件回弹小、强度大幅提升，适用于汽车A柱、B柱、防撞梁、扭力梁、后牵引梁等零件，该技术包括包括热成形技术和金属管材热气胀形技术，也就是将热成型钢加热至800～950℃范围，再将管件保温若干时间，然后传递到模腔内成形，以一定的速率急剧冷却，在整个过程会出现一些关键的技术难点：
[0003]1、管件加热单元与成形单元一般为独立单元，二者之间需要通过机械装置进行金属管转移，节拍较长；
[0004]2、经过加热保温后的钢管件在进入模腔前会有温度损失，不利于成型质量，管件表面容易出现氧化、脱碳现象。
[0005]现有技术中，热成型和热气胀由于金属管温度高达800℃以上，基本都采用了机器人搬运，但是加热系统和抗氧化效果都面临诸多问题要解决；采用连续炉加热成本高，需要采用有铝硅涂层等防护的钢板制管成本高。
[0006]热成型技术传统的加热方式主要有两种：一种是只加热板材，板材借助传送辊缓慢经过加热炉，在加热炉中通过热辐射效应实现升温，完成奥氏体化过程，这种方式的优点在于可以保证材料的完全的奥氏体化以及组织的均匀程度，但是其缓慢的加热速率严重限制了生产效率的提升，同时，高温状态下的板料在转移的过程中温度会急剧下降，伴随着温度降低，表面氧化现象也会恶化板料的表面质量；第二这种加热方式是通过加热模具，避免金属管在成形过程中的温度大幅度降低导致的成形性能下降，但是在加热过程中，一方面能量会大部分损耗在模具上，导致加热效率底下，另外一方面，由于长时间处于高温的工作状态，对于模具的使用寿命产生不利的影响。
[0007]金属管材热气胀形系统存在以下缺点：
[0008]1、电阻加热就是把金属管当成一个电阻，在其两端接入直流电，小电压(30V)大电流(30000A)，通电20秒使金属管处于短路状态，金属管发热至800℃。这种加热系统功率大，设备安全系数低。
[0009]2、电阻加热到气胀淬火工序，有5秒以上的搬运时间，金属管在这个过程温度会下降。影响奥氏体到马氏体的相变效果。
[0010]3、该系统有抗氧化的气体保护装置，整条生产线密闭于氮气环境中，理论上可行，实际运作密闭厂房的开发难度大，气体浪费多，进料和出料也存在其他泄漏，批量生产成本高昂。
技术实现思路
[0011]本专利技术的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种功能一体化金属管成型模具及其使用方法。
[0012]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种功能一体化金属管成型模具，包括上模具和下模具，两者配合使用，其创新点在于：所述上模具包括上底板，所述上底板的顶部外接压机，所述上底板的下表面设置上模镶块和多个导向柱，所述上模镶块的下表面开设用于放置金属管的上模形面，所述上模镶块的左右两侧镶嵌设置上电极，所述上电极分别位于上模形面的左右两侧；所述下模具包括下底板，所述下底板的上表面设置下模镶块、多个导向套和一对油缸，所述下模镶块与上模镶块相互配合，所述导向套与导向柱一一对应，所述下模镶块的上表面开设用于放置金属管的下模形面，所述上模镶块和下模镶块的内部均开设冷却水道，所述下模镶块的左右两侧镶嵌设置下电极，所述下电极分别位于下模形面的左右两侧，所述上电极和下电极一一对应，对金属管的左右两端进行压紧，所述上电极和下电极外接加热电源，所述油缸的活塞杆端部设置密封头，所述密封头在油缸的作用下堵住金属管左右两端，所述密封头同时也为气源入口，所述密封头通过管道外接气源。
[0013]进一步的，所述上模镶块和下模镶块的外部均配置模具护板，且上模镶块和下模镶块闭合前由模具护板形成加热空腔。
[0014]进一步的，所述上电极和下电极的端面上开设产品型面，且两个产品型面相互配合对金属管进行压紧。
[0015]进一步的，所述加热电源采用节能IGBT模块。
[0016]进一步的，所述气源包括非燃爆的非惰性气体或者惰性气体。
[0017]进一步的，所述下模镶块中间位置设有定位托块。
[0018]一种功能一体化金属管成型模具使用方法，其创新点在于，包括以下步骤：
[0019]S1、开模，压机带动上模具打开升起；
[0020]S2、装件；中间的定位托块托起，金属管放置于中间定位块和两端下电极之上，完成装件；
[0021]S3、夹件；压机下行，上模具下移，上电极压紧金属管并接触下电极，此时上下模具并未合模，上下镶块并未接触夹紧金属管，此时，压机滑块停止下行，PLC控制周围模具护板放下，形成“加热腔体护板”，将金属管及模腔包围，并充入氮气，起到防氧化作用；
[0022]S4、加热；上下电极通电加热金属管，通过红外温度传感器监控金属管加热温度，期间加热系统自动调整加热功率，使金属管温度达到800℃～950℃，在900℃～950℃下保温100～300秒，使金属管充分奥氏体化；两端上下电极的冷却水持续工作，为电极降温，确保装置正常工作；
[0023]S5、胀形；压机继续下行至合模状态，合模后油缸推动密封头移动堵住管口，然后充入高压氮气或空气，完成胀形，高压气体在60Mpa～50Mpa维持10～30秒，该维持时间根据零件厚度调整；
[0024]S6、冷却；冷却水开阀，向冷却水道注入冷却水，循环冷却下模具和上模具，金属管从750～800℃以大于27℃/S的速度冷却至100～200℃，进而实现淬火强化效果后开模，整个过程结束。
[0025]进一步的，所述步骤3中的上电极和下电极设置有弹性元件，下电极的下侧弹力大于上电极的上侧弹力，实现上下电极夹紧状态下金属管位置不变。
[0026]进一步的，所述步骤5中，高压氮气成形用气体可根据需求进行回收。
[0027]采用上述结构后，本专利技术有益效果为：
[0028]1、本专利技术巧妙的将加热系统集成到模具上，缩短“加热”单元和成型单元之间的移动距离，零件传递时间较短，大大提升零件成型质量。
[0029]2、由于将加热系统集成到模具上，结构合理可行，易于实现零件稳定批产，同时装件和出件均为冷态，方便工人操作，可以不需要投入机械手(线性导轨、机器人)等复杂机构，常温态操作，并且更容易实现精准定位。
[0030]4、本专利技术在模具设计隔绝空气的上模镶块和下模镶块，上下电极下压合闭后，上模镶块和下模镶块放下，将模腔封闭，防止零件暴露在空气中氧化，热量损失少，同时零件表面氧化不良现象也将获得最直接的控制。
[0031]5、在模具腔体内充入氮气保护气体，比在其他方案，氮气的使用效率提高，减少氮气的浪费。
[0032]6、该系统投资少，能耗低，可靠性强，节省空间及搬运时间，对金属管的防氧化效果好。
附图说明
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种功能一体化金属管成型模具，包括上模具和下模具，两者配合使用，其特征在于：所述上模具包括上底板，所述上底板的顶部外接压机，所述上底板的下表面设置上模镶块和多个导向柱，所述上模镶块的下表面开设用于放置金属管的上模形面，所述上模镶块的左右两侧镶嵌设置上电极，所述上电极分别位于上模形面的左右两侧；所述下模具包括下底板，所述下底板的上表面设置下模镶块、多个导向套和一对油缸，所述下模镶块与上模镶块相互配合，所述导向套与导向柱一一对应，所述下模镶块的上表面开设用于放置金属管的下模形面，所述上模镶块和下模镶块的内部均开设冷却水道，所述下模镶块的左右两侧镶嵌设置下电极，所述下电极分别位于下模形面的左右两侧，所述上电极和下电极一一对应，对金属管的左右两端进行压紧，所述上电极和下电极外接加热电源，所述油缸的活塞杆端部设置密封头，所述密封头在油缸的作用下堵住金属管左右两端，所述密封头同时也为气源入口，所述密封头通过管道外接气源。2.根据权利要求1所述的一种功能一体化金属管成型模具，其特征在于：所述上模镶块和下模镶块的外部均配置模具护板，且上模镶块和下模镶块闭合前由模具护板形成加热空腔。3.根据权利要求1所述的一种功能一体化金属管成型模具，其特征在于：所述上电极和下电极的端面上开设产品型面，且两个产品型面相互配合对金属管进行压紧。4.根据权利要求1所述的一种功能一体化金属管成型模具，其特征在于：所述加热电源采用节能IGBT模块。5.根据权利要求1所述的一种功能一体化金属管成型模具，其特征在于：所述气源包括非燃爆的非惰性气体或者惰性气体。6.根据权利要求1所述的一种功能一体化金属管成型模具，其特征在于：所述下模镶块中间位置设有定位托块。7.一种根据权利要求1<...
【专利技术属性】
技术研发人员：郁丹丹，李子中，蒋柳柳，
申请(专利权)人：南通舆海汽车零部件有限公司，
类型：发明
国别省市：
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