[發明專利]高強度鋼零件的熱成形、沖孔和切邊一體化工藝及模具

無效

• 申請號: 200910014200.1
• 申請日: 2009-02-24
• 公開（公告）號: CN101486061A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發明（設計）人: 李輝平;趙國群;欒貽國;宋立彬
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B21D35/00
• 分類號: B21D35/00;B21D37/10;B21D37/12;B21D37/16;B21D28/34;B21D28/14
• 代理公司: 濟南圣達專利商標事務所有限公司
• 代理人: 王書剛

技術領域

本發明涉及高強度鋼、先進高強度鋼和超高強度鋼沖壓零件的熱沖壓成形及沖孔、切邊工藝和模具，屬于高強度鋼板金零件的成形技術領域。

背景技術

當前，在汽車制造領域，人們對高安全性、低自重和良好的燃油經濟性的需求已經成為技術進步的重要推動因素。制造商們通過引入新的安全概念和輕量化的車身結構等措施使消費者的愿望得以實現。尤其是在車身結構方面，通過對高強度鋼、先進高強度鋼和超高強度鋼的使用，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，延伸率下降，材料的成形性能也大大降低，成形過程中還容易產生破裂、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，國內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。

中國專利文獻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。

中國專利文獻CN1829813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。

對于尺寸精度要求較高、熱成形零件上有通孔或熱成形零件帶有壓料凸緣的情況下，必須對熱成形零件進行二次加工。在冷沖壓工序中，一般是利用沖壓模具進行沖孔、修邊等二次加工，但在熱沖壓工序中利用常規模具結構進行二次加工極為困難；采用冷沖壓模具對淬火后強度提高的成形部件進行切邊或沖孔加工需要很大的加工載荷，金屬模將被損壞或壽命縮短，對于超高強度鋼板的熱成形零件甚至無法用冷沖壓模具進行加工。

為了使熱成形的高強度零件符合相應的尺寸精度和形狀要求，目前均采用五軸激光切割技術進行沖孔和修邊，但是激光切邊或切孔效率低，一條熱沖壓生成線往往需要數套激光切邊或切孔線與之配套，另外，每套激光切邊或切孔線均需要相應的夾具對零件進行定位、裝夾，因而設備占地面積大、設備投資多、生產成本高。另外，激光切邊或切孔后，熱成形零件的切邊或孔邊會帶有一些熔融金屬凝固后所形成的金屬顆粒，需要后續的打磨工序把金屬廢料去除，導致熱成形零件的生產周期長，限制了熱沖壓技術的推廣應用。使用激光切邊或切孔時，完成時間受零件大小及孔數量的限制，最簡單的零件從零件固定到切邊夾具到切割完成需要30秒以上，對于復雜零件可能需要幾分鐘。

中國專利文獻CN2617549公開了一種《新型熱沖孔、切邊模具》，用于鍛件的熱沖孔、切邊模具，該專利所公開的模具只能利用壓力機的滑塊運動，完成單一的沖孔、切邊，而不能用于成形、切邊或沖孔復合，另外，該模具結構是用于鋼塊鍛造，屬于體積成形領域，不能用于屬于板料成形領域的高強度板料的沖孔或切邊。

中國專利文獻CN101326022公開了一種《用于液壓沖孔的組合沖頭》，用于在液壓脹形的構件中形成孔。該組合沖頭是在零件液壓脹形完成后，讓沖頭退到模具內部，利用高壓液體作為動力，將需要沖孔部位切成幾塊，從而完成沖孔過程。該工藝及結構只適用于液壓脹形的低強度鋼板，不能用于高強度鋼零件的成形及沖孔。

發明內容

本發明針對目前高強度或超高強度鋼沖壓成形零件熱成形和切邊、沖孔時所用二次加工技術存在的問題，提供一種結構簡單、生產效率高、質量好的高強度鋼零件的熱成形、沖孔和切邊一體化工藝，同時提供一種實現該工藝的模具。

本發明的高強度鋼零件的熱成形、沖孔和切邊一體化工藝是：

首先在高強度鋼零件的熱成形模具上設置切邊和沖孔工具，在高強度鋼板料熱沖壓成形之前，將加熱到完全奧氏體化后的高強度鋼板料放置于熱成形模具中沖壓，熱成形模具閉合后，接著利用熱成形模具上的切邊和沖孔工具對沖壓后的工件進行切邊和沖孔操作，完成后對熱成形模具進行冷卻，利用與成形零件相接觸的模具部件對成形零件進行淬火。

實現上述一體化工藝的高強度鋼零件的熱成形、沖孔和切邊一體化模具采用以下技術方案：