集成分段冷卻及碳分配過(guò)程的熱沖壓成形工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬板料熱沖壓加工領(lǐng)域，特別是涉及一種集成分段冷卻及碳分配過(guò)程的熱沖壓成形工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]基于減重和環(huán)保等目的，超高強(qiáng)鋼的應(yīng)用成為汽車及其他制造領(lǐng)域的主流發(fā)展趨勢(shì)之一，而超高強(qiáng)鋼室溫變形能力差，采用傳統(tǒng)冷沖壓成形非常困難，由此熱沖壓成形應(yīng)運(yùn)而生，現(xiàn)已成為超高強(qiáng)鋼制件的最重要生產(chǎn)途徑之一。現(xiàn)有的熱沖壓成形技術(shù)采用的普遍工藝流程為:落料一加熱保溫一快速轉(zhuǎn)移到模具內(nèi)一在模具內(nèi)沖壓成形并完成保壓淬火一開(kāi)模后完成去氧化皮等后續(xù)處理。該工藝中，加熱保溫的目的是使板料充分及均勻奧氏體化，該工藝中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)是模具內(nèi)淬火需要確保足夠的冷卻速度，因此，一般均要求模具內(nèi)設(shè)置冷卻水道，由此造成熱沖壓成形模具的造價(jià)遠(yuǎn)高于冷沖壓模具。
[0003]利用上述熱沖壓成形工藝獲得的零件，組織為馬氏體，優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度很高，有些材料的零件的強(qiáng)度甚至可以達(dá)到1500MPa以上；缺點(diǎn)是塑性較差，延伸率一般在5%左右，導(dǎo)致制件的綜合性能尤其是碰撞過(guò)程中的吸能性能并不高。
[0004]一般的熱沖壓成形是將沖壓成形與熱處理結(jié)合的工藝，沖壓成形決定產(chǎn)品的最終形狀，熱處理通過(guò)控制溫度變化引起組織變化最終決定產(chǎn)品性能，產(chǎn)品性能主要包括強(qiáng)度和塑性兩個(gè)方面。采用一般的熱沖壓成形工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品，要使產(chǎn)品達(dá)到所采用的材料所相應(yīng)的強(qiáng)度有一個(gè)決定因素是要求淬火過(guò)程的平均冷卻速度大于等于材料的馬氏體轉(zhuǎn)變臨界冷卻速度，一般的熱沖壓成形工藝為了達(dá)到該馬氏體轉(zhuǎn)變臨界冷卻速度，在模具內(nèi)設(shè)置了冷卻水道。
[0005]現(xiàn)有熱沖壓成形工藝本質(zhì)上是將普通的淬火熱處理技術(shù)結(jié)合到?jīng)_壓成形過(guò)程中。若能將其它先進(jìn)熱處理工藝與沖壓技術(shù)結(jié)合，則有望提出新的熱沖壓成形工藝。
[0006]淬火-碳分配(Q&P，Quenching and partit1ning,淬火和分配)工藝是一種較新的熱處理工藝，它將中碳含硅鋼先加熱并完全奧氏體化，然后淬火至馬氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始溫度Ms與馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度Mf之間的某一溫度，此時(shí)的溫度稱為PT ;并再在一定溫度等溫使碳由馬氏體分配至殘留奧氏體，此時(shí)溫度稱為PT，稱為碳分配過(guò)程；然后淬火至室溫。采用Q&P工藝熱處理后獲得馬氏體與奧氏體的復(fù)合組織，能在確保高強(qiáng)度的同時(shí)有效提高鋼的塑性和韌性。
[0007]中國(guó)發(fā)明專利《一種基于Q&P —步法的熱沖壓成形工藝》申請(qǐng)?zhí)枮镃N201310335780.0公開(kāi)了一種熱沖壓成形工藝，該工藝中包括以下步驟:1)下料:根據(jù)熱沖壓成形零件尺寸切割板料；2)模具預(yù)熱；將帶有加熱模塊的模具加熱到230°C?410°C之間的某一溫度；3)板料加熱:將板料放入加熱爐，抽真空，以不低于15°C /s的加熱速度將板料加熱到850°C?950°C，保溫3?6分鐘，使板料奧氏體化均勻；4)熱沖壓成形與模內(nèi)淬火:將加熱好的板料快速移動(dòng)到預(yù)熱好的熱沖壓成形模具上沖壓成形淬火，由于模具溫度遠(yuǎn)低于板料溫度，在完成成形的同時(shí)完成之間的模內(nèi)淬火過(guò)程；5)碳分配:模具保持閉合狀態(tài)，保溫1s?180s ;6)最終淬火:將碳分配保溫之后的熱沖壓成形零件快速放入水中淬火到室溫；7)去除氧化皮:通過(guò)拋丸或酸洗處理去除成形零件的氧化皮。
[0008]采用基于Q&P—步法的熱沖壓成形工藝由于增加了碳分配過(guò)程，所以，采用該工藝生產(chǎn)的熱沖壓成形零件的塑性好于一般的熱沖壓成形生產(chǎn)的產(chǎn)品；但是，在實(shí)際應(yīng)用中，由于模內(nèi)淬火階段的冷卻速度不夠，即該基于Q&P —步法的熱沖壓成形工藝的模內(nèi)淬火階段的冷卻速度無(wú)法達(dá)到材料的馬氏體轉(zhuǎn)變臨界冷卻速度，所以采用該工藝生產(chǎn)的熱沖壓成形零件的強(qiáng)度卻比采用一般的熱沖壓成形工藝生產(chǎn)的熱沖壓成形零件低。而且，采用基于Q&P —步法的熱沖壓成形工藝，在熱沖壓成形與模內(nèi)淬火步驟中，是將加熱到850°C?950°C的板料直接進(jìn)行熱沖壓成形操作，此沖壓溫度范圍一般不是板料的最佳成形溫度，復(fù)雜成型件成形質(zhì)量不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種將分段冷卻工藝、Q&P熱處理工藝和熱沖壓工藝相結(jié)合的集成工藝，提供一種在確保熱沖壓成形零件具有高強(qiáng)度的同時(shí)，使熱沖壓成形零件具有良好的塑性，即延伸率，從而提升制件的抗沖擊性能，并且模具上不需要設(shè)置冷卻水道的集成分段冷卻及碳分配過(guò)程的熱沖壓成形工藝。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種集成分段冷卻及碳分配過(guò)程的熱沖壓成形工藝，所述工藝為分段冷卻工藝、Q&P熱處理工藝和熱沖壓工藝的集成工藝，所述工藝包括以下步驟:
[0011]I)落料:根據(jù)熱沖壓成形零件的尺寸切割板料；
[0012]2)模具預(yù)熱:將帶有加熱模塊的模具加熱到200°C?450°C之間的某一溫度；
[0013]3)板料加熱:將板料放入加熱爐，抽真空，以不低于15°C /s的加熱速度將板料加熱到900°C?950°C，保溫3?6分鐘，使板料奧氏體化均勻；
[0014]4)轉(zhuǎn)運(yùn)及冷卻:將加熱好的板料移出加熱爐，在將所述板料轉(zhuǎn)運(yùn)至模具的過(guò)程中，采用冷卻介質(zhì)將所述板料的溫度降到?jīng)_壓溫度，所述板料的溫度降到?jīng)_壓溫度的降溫速度不小于80°C/s;
[0015]5)熱沖壓成形與模內(nèi)淬火:啟動(dòng)壓力機(jī)，完成沖壓成形淬火，由于模具溫度遠(yuǎn)低于板料溫度，在完成熱沖壓成形的同時(shí)通過(guò)模具傳熱完成模內(nèi)淬火過(guò)程；
[0016]6)碳分配:模具保持閉合狀態(tài)，保溫時(shí)間為1s?180s ;
[0017]7)開(kāi)模與最終淬火:打開(kāi)模具，取出熱沖壓成形零件，使熱沖壓成形零件冷卻至室溫;
[0018]8)后處理:去除熱沖壓成形零件的氧化皮。
[0019]優(yōu)選地，所述冷卻介質(zhì)為壓縮空氣、冷卻液體或者水汽混合噴霧。
[0020]優(yōu)選地，所述沖壓溫度為600 °C?800 °C。
[0021]優(yōu)選地，所述碳分配步驟中的保溫時(shí)間為40s?80s。
[0022]如上所述，本發(fā)明所述的集成分段冷卻及碳分配過(guò)程的熱沖壓成形工藝，具有以下有益效果:
[0023]I)采用本發(fā)明的工藝生產(chǎn)熱沖壓成形零件，由于采用了分段冷卻工藝，板料的轉(zhuǎn)運(yùn)及冷卻步驟和板料的熱沖壓成形與模內(nèi)淬火步驟構(gòu)成了板料的熱成形淬火過(guò)程，保證本發(fā)明的熱成形淬火過(guò)程中的平均冷卻速度大于材料的馬氏體轉(zhuǎn)變臨界冷卻速度，使本發(fā)明的工藝的生產(chǎn)的熱沖壓成形零件的強(qiáng)度與現(xiàn)有的采用冷卻水道的熱沖壓工藝生產(chǎn)的熱沖壓成形零件的強(qiáng)度基本持平；同時(shí)，本發(fā)明的工藝中，結(jié)合碳分配過(guò)程也使采用本發(fā)明的工藝生產(chǎn)熱沖壓成形零件的延伸率相比采用冷卻水道的熱沖壓工藝生產(chǎn)的熱沖壓成形零件的延伸率提高了 20%?50% ;因此最終生產(chǎn)的熱沖壓成形零件具有更好的綜合力學(xué)性能。
[0024]2)利用分段冷卻，能夠?qū)辶显谀＞咄饨抵涟辶纤捎玫牟牧虾线m的沖壓溫度，確保板料在模具內(nèi)沖壓時(shí)具有最佳的成形性能，使生產(chǎn)的熱沖壓成形零件不易出現(xiàn)破裂起皺等質(zhì)量問(wèn)題。
[0025]3)本發(fā)明不需要在模具內(nèi)設(shè)置冷卻水道，僅需設(shè)置加熱模塊，且隨著批量成形的逐漸進(jìn)行，加熱模塊可關(guān)閉。
[0026]4)板料加熱過(guò)程中將板料加熱到900°C?950°C，能夠使板料的奧氏體化均勻程度更好，使最終得到的產(chǎn)品的硬度更高。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1顯示為本發(fā)明的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下由特定的具體實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。
[0029]請(qǐng)參閱附圖。須知，本說(shuō)明書(shū)所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說(shuō)明書(shū)所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說(shuō)明書(shū)中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語(yǔ)，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無(wú)實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。
[0030]實(shí)施例1
[0031]如圖1所示，本實(shí)施例的集成分段冷卻及碳分配過(guò)程的熱沖壓成形工藝為分段冷卻工藝、Q&P熱處理工藝和熱沖壓工藝的集成工藝，包括以下步驟:
[0032]I)落料:根據(jù)熱沖壓成形零件的尺寸切割B1500HS板料；
[0033]2)模具預(yù)熱:將帶有加熱模塊的模具加熱到350°C，350 °C就是本實(shí)施例的PT溫度；
[0034]3)板料加熱:將板料放入加熱爐，抽真空，以20°C /s的加熱速度將板料加熱到9200C，保溫5分鐘，使板料奧氏體化均勻；
[0035]4)轉(zhuǎn)運(yùn)及冷卻:將加熱好的板料轉(zhuǎn)運(yùn)到模具上，在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中，采用壓縮空氣將板料降至沖壓溫度，本實(shí)施例所采用的板料的沖壓溫度為600°C，將板料降至600°C的降溫速度為80°C /s ；
[0036]5)熱沖壓成形與模內(nèi)淬火:使用100T液壓機(jī)進(jìn)行沖壓成形淬火，由于模具溫度遠(yuǎn)低于板料溫度，在完成熱沖壓成形的同時(shí)通過(guò)模具傳熱完成模內(nèi)淬火過(guò)程；
[0037]6)碳分配:模具保持閉合狀態(tài)，在350°C進(jìn)行碳分配保溫，保溫時(shí)間為40s ;
[0038]7)開(kāi)模與最終淬火:打開(kāi)模具，取出碳分配保溫之后的熱沖壓成形零件，并放入水中最終淬火到室溫；
[0039]8)后處理:通過(guò)拋丸處理去除熱沖壓成形零件的氧化皮。
[0040]本實(shí)施例中，熱沖壓成形零件的強(qiáng)度為1500Mpa，熱沖壓成形零件的延伸率為7.5% ;而采用現(xiàn)有熱沖壓成形工藝的生產(chǎn)相同材料的熱沖壓成形零件的強(qiáng)度為1420Mpa，延伸率為6% ;本實(shí)施例中，熱沖壓成形零件的延伸率提高了 25%左右。
[0041]本實(shí)施例中，采用壓縮空氣將板料降至600°C是將壓縮空氣直接噴