一种超高强度钢热冲压成型模具制造技术

本发明专利技术提供了一种超高强度钢热冲压成型工艺及成型模具，热冲压成型工艺在超高强度钢板料热冲压成型之前，将参与冲压的模具中与超高强度钢板料接触的部件加热，使这些部件的表面温度达到超高强度钢的马氏体点温度以上，再将加热到完全奥氏体化后的超高强度钢板料放置于模具中冲压成型，热冲压模具闭合后，对模具进行冷却，利用与成型零件相接触的模具部件对成型零件进行淬火。热冲压成型模具包括凸模、凹模和控制单元，凸模和凹模的内部设置有电热元件和冷却水通道，在凸模和凹模内设置有温度传感器，在凹模和凸模的侧面分别设置有复位开关和压板。本发明专利技术避免了成型件表面及内部产生裂纹、消除了零件成形回弹、保证了产品精度及质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超高强度钢热冲压成型工艺及模具，属于超高强度钢板料冲压成型

技术介绍
汽车轻量化可以减少燃油消耗、降低发动机的废气排放。为使汽车轻量化后仍能满足碰撞安全性能，各大汽车公司在优化汽车框架和结构的同时，已把工作重点转向新材料新工艺的应用。尤其是在车身结构方面，通过对先进高强度钢和超高强度钢的研究和使用，提高了汽车的碰撞性能，同时也实现了轻量化的要求。但是随着钢材强度的提高，材料的延伸率和成形性能也大大降低，成形过程中容易产生破裂、起皱、尺寸难以控制和形状不良等问题，传统的冷冲压成形工艺已不能满足技术和生产发展的需要。近几年，国外学者开发出一种新的高强度、超高强度钢板热冲压成形工艺，该工艺使高强度钢和超高强度钢板料在加热炉中被加热到奥氏体化温度(900～950℃)，并在奥氏体区保持5分钟，然后将板料转移到压力机，在冲压模具中同时进行冲压成形和淬火，使成形零件获得100％马氏体组织。该工艺能够在提高碰撞性能和疲劳强度的同时降低汽车结构件的重量。中国专利申请CN101288889公开了一种《超高强度钢板热冲压成型模具》，该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，凹模中设有冷却水通道，冷却水通道与一个冷却水循环系统相连接。在该专利技术中，仅设置了用于降低模具温度并对零件进行冷却的冷却水通道。中国专利申请CN1829813专利技术公开了一种《热成形法与热成形构件》，对于特定成分的钢板加热至奥氏体点温度(Ac3)以上并保持后，进行最终制品形状的成形，在成形中或者从成形后的成形温度的冷却之时，到达成形构件的马氏点温度(Ms点)的冷却速度在临界冷却速度以上，并且，以从Ms点到200℃的平均冷却速度为25~150℃/s冷却而进行淬火处理。在热冲压过程中，必须保证在马氏体转变发生前完成冲压成形，否则，马氏体的高强度和低延展性会在成形过程中导致零件产生裂纹、热冲压成形件回弹严重等问题。上述两项专利均只考虑了热冲压模具的冷却过程，但是没有考虑热冲压模具的加热。在热冲压过程中，由于用于热冲压的模具的温度跟冷却水的温度相当(20~30℃)，达到奥氏体温度的钢板放置于模具上后，钢板与模具接触部分将跟模具之间产生热量传递。由于板料的厚度一般位于1.0~3.0mm之间，相对于模具厚度(200~400mm)来说，厚度要小得多。这将导致板料与模具接触部位在热冲压成型进行之前已经降低到马氏点温度(Ms点)之下，并产生了马氏体组织，从而影响了板料的成型性能，导致热冲压零件成型后回弹量大，甚至导致成型件表面及内部产生裂纹，影响热冲压零件的成型精度和成型质量。
技术实现思路
本专利技术针对现有超高强度钢热冲压成型技术存在的问题，提供一种能够避免成型件表面及内部产生裂纹、消除零件成型回弹、保证产品精度及质量的超高强度钢热冲压成型工艺，同时提供一种实现该工艺的热冲压成型模具。本专利技术的超高强度钢热冲压成型工艺是：-->在超高强度钢板料热冲压成型之前，将参与冲压的模具中与超高强度钢板料接触的部件(如凸模、凹模和压料板等)加热，使这些部件的表面温度达到超高强度钢的马氏体点温度以上，再将加热到完全奥氏体化后的超高强度钢板料放置于模具中冲压成型，热冲压模具闭合后，对模具进行冷却，利用与成型零件相接触的模具部件对成型零件进行淬火。实现上述工艺的超高强度钢热冲压成型模具采用以下技术方案：该超高强度钢热冲压成型模具包括凸模、凹模和控制单元，凸模和凹模的内部设置有电热元件和冷却水通道，在凸模和凹模内设置有温度传感器，在凹模和凸模的侧面分别设置有复位开关和合模时压下复位开关的压板，控制单元包括水泵、三通阀、两通阀、单向阀和可编程控制器，水泵的进水端与冷却水源连接，出水端通过三通阀与冷却水通道的入口连接，三通阀的一个出口直接与冷却水源连接，两通阀的一端与压缩空气源连接，另一端与冷却水通道的入口连接，冷却水通道的出口与单向阀连接，该单向阀与冷却水源相连，复位开关、电热元件、温度传感器均与可编程控制器连接，可编程控制器与一触摸屏连接。电热元件与冷却水通道的一种排列方式是其轴线在同一平面内等间距间隔排列，即电热元件距离凸模或凹模表面的距离与冷却水通道距离凸模或凹模表面的距离相等。电热元件与冷却水通道的另一种排列方式是分上下两排排列，电热元件与冷却水通道的轴线平行。电热元件与冷却水通道的第三种排列方式是电热元件与冷却水通道的轴线分布在两个平面内，其轴线呈空间垂直排列，电热元件距离凸模或凹模表面的距离与冷却水通道距离凸模或凹模表面的距离不相等。上述超高强度钢热冲压成型模具的工作流程是：水泵启动后不间断运转，直到停止冲压工作。利用高压空气将热冲压模具中的冷却水通道中的冷却水排出，让模具的冷却水通道中只存在空气；给电热元件提供交流电或直流电，利用电热元件使模具零件表面的温度达到相应超高强度钢钢板的马氏体点以上；将完全奥氏体化后的超高强度钢板料放置于模具中，进行热冲压成形；热冲压模具闭合后(热冲压零件成型后)，向模具的冷却水通道内通入冷却水，对模具进行冷却，利用与热冲压零件相接触的模具零件对超高强度钢热冲压零件进行淬火；热冲压零件冷却完后，开模，取出热冲压零件。然后进行下一个工作循环。在整个工作流程中，热冲压模具相应零件的温度由控制单元控制。为了避免冷却水在加热过程吸收过多的热量而延缓模具的升温速度，并防止由于冷却水汽化导致的高温高压对模具、管道、温度控制装置、操作人员等造成危害，在电热元件对模具进行加热前，利用高压空气将凸模或凹模的冷却水通道中的冷却水排出，让冷却水道中只存在空气。为了节约生产时间，在开模的同时，利用高压空气将凸模或凹模的冷却水通道中的冷却水排出，让冷却水通道中只存在空气。冷却水通道是冷却水和高压空气的公用通道。本专利技术利用埋在热冲压模具内部的电热元件对凸模及凹模进行加热，利用冷却水通道中通入的冷却水对模具进行冷却，通过温度传感器了解模具表面的温度变化，确定热冲压过程加热、冷却、开模等节拍的时间，避免了达到奥氏体温度的超高强度钢板放置于模具上后与模具之间产生过多的热量传递，使成型之前的超高强度钢板料与模具接触部位不产生马氏体，维持其良好成型性能，避免了成型件表面及内部产生裂纹，消除了热冲压零件成型后的回弹，-->提高了热冲压成型零件的成品率和成型质量。附图说明图1是本专利技术的超高强度钢热冲压模具控制单元的结构示意图。图2是本专利技术的超高强度钢热冲压模具中凸模或凹模的结构示意图。图3是图2的左视图。图4是图2中沿A—A线的剖视图。图5是本专利技术中电热元件与冷却水通道第一种布置方式示意图。图6是本专利技术中电热元件与冷却水通道第二种布置方式示意图。图7是本专利技术中电热元件与冷却水通道第三种布置方式示意图。图8是采用本专利技术的U形件弯曲热冲压模具的结构示意图。图9是采用本专利技术的帽形件弯曲热冲压模具的结构示意图。其中：1、过滤器，2、水泵，3、气动三通阀，4、单向阀，5、调压过滤器，6、气动两通阀，7、可编程控制器(PLC)，8、配电器，9、继电器，10、复位开关，11、电热元件，12、交流电源，13、温度传感器，14、触摸屏，15、压力机，16、压缩空气源，17、冷却水通道入口，18、冷却水通道出口，19、冷却水池，20、冷却水通道，21、凸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高强度钢热冲压成型工艺，其特征是：在超高强度钢板料热冲压成型之前，将参与冲压的模具中与超高强度钢板料接触的部件加热，使这些部件的表面温度达到超高强度钢的马氏体点温度以上，再将加热到完全奥氏体化后的超高强度钢板料放置于模具中冲压成型，热冲压模具闭合后，对模具进行冷却，利用与成型零件相接触的模具部件对成型零件进行淬火。

【技术特征摘要】
1.一种超高强度钢热冲压成型工艺，其特征是：在超高强度钢板料热冲压成型之前，将参与冲压的模具中与超高强度钢板料接触的部件加热，使这些部件的表面温度达到超高强度钢的马氏体点温度以上，再将加热到完全奥氏体化后的超高强度钢板料放置于模具中冲压成型，热冲压模具闭合后，对模具进行冷却，利用与成型零件相接触的模具部件对成型零件进行淬火。2.一种实现权利要求1所述超高强度钢热冲压成型工艺的超高强度钢热冲压成型模具，包括凸模、凹模和控制单元，其特征在于：凸模和凹模的内部设置有电热元件和冷却水通道，在凸模和凹模内设置有温度传感器，在凹模和凸模的侧面分别设置有复位开关和合模时压下复位开关的压板，控制单元包括水泵、三通阀、两通阀、单向阀和可编程控制器，水泵的进水端与冷却水源连接，出水端通过三通阀与冷却...

【专利技术属性】
技术研发人员：李辉平，赵国群，张磊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]