一種生產(chǎn)變強(qiáng)度熱成型零件的模具的下模座的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及熱成型領(lǐng)域，特別涉及一種生產(chǎn)變強(qiáng)度熱成型零件的模具的下模座。
【背景技術(shù)】
[0002]變強(qiáng)度熱成型零件，指的是在同一熱成型零件中存在不同的強(qiáng)度區(qū)域。如在部分汽車零件中，希望在同一零件中，部分區(qū)域抗拉強(qiáng)度大于1300MPa，以實(shí)現(xiàn)超高的強(qiáng)度；而另一部分區(qū)域強(qiáng)度小于SOOMPa，以實(shí)現(xiàn)局部區(qū)域強(qiáng)度弱化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)撞擊潰縮并吸收撞擊會(huì)ti。
[0003]目前通常使用一種牌號(hào)為22MnB5的硼鋼作為熱成型生產(chǎn)的原材料，抗拉強(qiáng)度約為600MPa，微觀組織為鐵素體-珠光體。如圖1所示，生產(chǎn)時(shí)，首先將原材料的卷材經(jīng)過(guò)落料工序沖裁出所需要的板材形狀；然后通過(guò)自動(dòng)化機(jī)械手將板材送入加熱爐中；在加熱爐中，板材被加熱至9300C?9500C保溫至少5min使其持續(xù)奧氏體化；紅熱的板材經(jīng)過(guò)生產(chǎn)線的自動(dòng)化傳送裝置傳遞至模具內(nèi)進(jìn)行沖壓，傳遞時(shí)間約為8s，經(jīng)過(guò)冷的、封閉的模具內(nèi)部進(jìn)行冷卻淬火并進(jìn)行保壓，保壓時(shí)間約為8?12 S，壓力約為40MPa ;此時(shí)冷卻速率超過(guò)最小的臨界速率27K /s，當(dāng)快速冷卻到溫度低于400°C時(shí)，材料進(jìn)行充分的馬氏體組織轉(zhuǎn)變，獲得抗拉強(qiáng)度高達(dá)1500MPa的高強(qiáng)度、高硬度、低回彈的熱成型零件。
[0004]22MnB5熱成型材料的CCT曲線如圖2所示，由此圖可知，使用不同的冷卻速率冷卻該熱成型材料可得到不同的材料微觀組織，并且不同微觀組織在產(chǎn)品中的含量不同。隨著冷卻速率的增大，得到的材料硬度也隨之提高。目前熱成型生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)控制模具的冷卻水流速來(lái)使零件的冷卻速度小于淬火臨界速度27K/S，使零件成型過(guò)程中的材料相變避免進(jìn)入奧氏體+貝氏體區(qū)(圖中A+B)，保證材料充分的進(jìn)行馬氏體相變(圖中M)，得到要求的產(chǎn)品材料硬度、屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。
[0005]通過(guò)分析上面的熱成型材料CCT曲線，我們可以得出結(jié)論:理論上來(lái)講，通過(guò)控制材料的降溫速率，我們能夠得到不同的材料微觀組織?？紤]到熱成型生產(chǎn)過(guò)程中的板料加熱、板料傳遞、沖壓淬火等因素，并且紅熱化的板材原料暴露在空氣中時(shí)冷卻速度約10?15°C/S，板材原料暴露在空氣中的過(guò)程中均勻冷卻并且不能得到預(yù)期的材料性能。
[0006]雖然現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)很多控制板材原料局部區(qū)域冷卻速率的方法，但是大多無(wú)法準(zhǔn)確控制，效果不好。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]實(shí)用新型目的:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種生產(chǎn)變強(qiáng)度熱成型零件的模具的下模座，對(duì)強(qiáng)度要求不同的區(qū)域溫度控制靈活有效，過(guò)渡區(qū)域窄，能夠盡量避免零件報(bào)廢。
[0008]技術(shù)方案:本實(shí)用新型提供了一種生產(chǎn)變強(qiáng)度熱成型零件的方法，包含以下步驟:S1:將用于加工所述變強(qiáng)度熱成型零件的板材原料加熱至！\~IVC并保溫至少timin，使其完全奧氏體化；S3:在所述沖壓的過(guò)程中，將所述板材原料中需要加工成高強(qiáng)度的區(qū)域以大于所述板材原料的淬火臨界速率V的冷卻速率1快速冷卻至小于T 3°C，得到只具有馬氏體微觀組織的高強(qiáng)度區(qū)域；將所述板材原料中需要加工成弱強(qiáng)度的區(qū)域以小于所述V的冷卻速率V2冷卻至T4~T5 °C，得到同時(shí)具有奧氏體、貝氏體和/或珠光體微觀組織的弱強(qiáng)度區(qū)域；S4:保壓預(yù)設(shè)時(shí)間段t2后結(jié)束沖壓，得到所述變強(qiáng)度熱成型零件。
[0009]本實(shí)用新型還提供了一種生產(chǎn)變強(qiáng)度熱成型零件的模具的下模座，包括總控制器、下模座成型塊、輔助加熱裝置、溫度檢測(cè)裝置、溫度控制器、溫度控制塊、流速控制器和冷卻水發(fā)生器；所述下模座成型塊包含至少一個(gè)弱區(qū)成型塊和至少一個(gè)高區(qū)成型塊，所述弱區(qū)成型塊壓緊固定在所述溫度控制塊上方，所述輔助加熱裝置和所述溫度檢測(cè)裝置均固定在所述弱區(qū)成型塊內(nèi)且均與所述溫度控制器電連接，所述溫度控制器和所述流速控制器均與所述總控制器信號(hào)連接；所述冷卻水發(fā)生器與所述高區(qū)成型塊中的冷卻水管連通，所述冷卻水發(fā)生器還通過(guò)所述流速控制器與所述溫度控制塊中的冷卻水管連通。
[0010]進(jìn)一步地，所述的生產(chǎn)變強(qiáng)度熱成型零件的模具的下模座還包含保溫層，所述保溫層包裹在所述弱區(qū)成型塊的側(cè)壁一周。
[0011]進(jìn)一步地，所述輔助加熱裝置包括加熱絲、導(dǎo)熱材料和線纜，所述導(dǎo)熱材料包裹在所述加熱絲外部，所述加熱絲通過(guò)所述線纜與所述溫度控制器電連接。
[0012]優(yōu)選地，所述板材原料為牌號(hào)為22MnB5的硼鋼；所述1\=900，所述T2=950，所述1^=5，所述 V= 27k/s，所述 T3=400°C，所述 T4=400°C，所述 T5=500°C，所述 t2=8~12s。
[0013]優(yōu)選地，所述變強(qiáng)度熱成型零件中的弱強(qiáng)度區(qū)域與高強(qiáng)度區(qū)域之間的過(guò)度區(qū)域?qū)挾葹?20~50_。
[0014]工作原理及有益效果:在需要生產(chǎn)變強(qiáng)度熱成型零件時(shí)，首先將板材原料完全奧氏體化，在將板材原料奧氏體化的同時(shí)，通過(guò)溫度控制器控制輔助加熱裝置將弱區(qū)成型塊加熱到T4~T5°C，然后將紅熱化的板材原料轉(zhuǎn)移到模具的下模座成型塊上，并保證將板材原料中需要加工成高強(qiáng)度的區(qū)域放置在下模座成型塊中的高區(qū)成型塊上方、需要加工成弱強(qiáng)度的區(qū)域放置在弱區(qū)成型塊的上方，然后對(duì)其進(jìn)行沖壓，在沖壓的過(guò)程中，冷卻水發(fā)生器發(fā)生的冷卻水的一部分以一定的流速流入高區(qū)成型塊中的冷卻水管內(nèi)，該流速要能夠保證V1> V，以保證冷卻后能夠得到只具有馬氏體微觀組織的高強(qiáng)度區(qū)域；冷卻水發(fā)生器發(fā)生的另一部分冷卻水先經(jīng)過(guò)流速控制器控制流速后再流入弱區(qū)成型塊下方的溫度控制塊中的冷卻水管內(nèi)，經(jīng)過(guò)流速控制器控制后的冷卻水的流速要能夠保證V2< V，以保證冷卻后能夠得到同時(shí)具有奧氏體、貝氏體和/或珠光體微觀組織的弱強(qiáng)度區(qū)域，為了保證弱強(qiáng)度區(qū)域的材料性能，該區(qū)域的板材原料溫度要一直保持在T4~T5 °c，該溫度范圍是通過(guò)總控制器、輔助加熱裝置、溫度檢測(cè)裝置、溫度控制器以及流速控制器配合實(shí)現(xiàn)，控制方式如下:當(dāng)溫度檢測(cè)裝置檢測(cè)到弱區(qū)成型塊的板材原料溫度小于1\時(shí)，溫度控制器就能夠控制輔助加熱裝置對(duì)弱區(qū)成型塊進(jìn)行加熱，以對(duì)弱區(qū)成型塊上方的板材原料進(jìn)行加熱，同時(shí)總控制器能夠控制流速控制器減小冷卻水發(fā)生器發(fā)生的冷卻水的流速，即降低V2;當(dāng)溫度大于T 4小于1~5時(shí)，溫度控制器能夠控制輔助加熱裝置停止加熱，總控制器能夠控制流速控制器保持冷卻水發(fā)生器發(fā)生的冷卻水的流速恒定，即盡量保持V2恒定；當(dāng)溫度大于T 5時(shí)，總控制器能夠控制流速控制器增大冷卻水發(fā)生器發(fā)生的冷卻水的流速，即增加V2，但始終要保持^小于V;可見(jiàn)，通過(guò)本實(shí)用新型模具的下模座結(jié)構(gòu)，可以在高溫的板材原料接觸到常溫的弱區(qū)成型塊之前就將弱區(qū)成型塊先由室溫加熱至T4~T5°C范圍內(nèi)，避免熱的板材原料接觸到常溫的弱區(qū)成型塊而出現(xiàn)開(kāi)裂，降低零件報(bào)廢率；而高區(qū)成型塊中冷卻水管內(nèi)的水流速度一直很高，所以對(duì)與高區(qū)成型塊接觸的高溫板材原料的冷卻速度非?？?，二者接觸后的高區(qū)成型塊的溫度會(huì)很快降低，二者溫差不會(huì)太大，可以忽略不計(jì)，因此也不會(huì)對(duì)板材原料造成報(bào)廢影響；上述控溫過(guò)程的主要目的是為了保證加工完成后弱強(qiáng)度區(qū)域板材原料的材料性能符合預(yù)期。通過(guò)上述過(guò)程的描述可見(jiàn)，通過(guò)本實(shí)用新型中方法與設(shè)備的配合使用，能夠?qū)ο履Ｗ尚蛪K中弱區(qū)成型塊的溫度和冷卻速率￥2進(jìn)行精確、及時(shí)、有效地控制，進(jìn)而對(duì)弱區(qū)成型塊上方的板材原料的溫度和冷卻速率進(jìn)行精確、及時(shí)、有效地控制，使得加工成的變強(qiáng)度熱成型零件能夠達(dá)到預(yù)期的效果，零件中高強(qiáng)度區(qū)域和弱強(qiáng)度區(qū)域之間的過(guò)度區(qū)間窄。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為熱壓生產(chǎn)的流程圖；
[0016]圖2為牌號(hào)為22MnB5的硼鋼的CCT曲線；
[0017]圖3為本實(shí)用新型中生產(chǎn)變強(qiáng)度熱成型零件的模具的下模座與板材原料結(jié)合時(shí)的剖視圖；
[0018]圖4為板材原料的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖5為通過(guò)本實(shí)用新型的方法和下模座結(jié)構(gòu)使用圖4中的板材原料生產(chǎn)出的變強(qiáng)度熱成型零件的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的介紹。
[0021]實(shí)施方式1:
[0022]本實(shí)施方式提供了一種生產(chǎn)變強(qiáng)度熱成型零件的模具的下模座，如圖3所示，下模座成型塊分為高區(qū)成型塊22和弱區(qū)成型塊21兩個(gè)部分(也可以分為多個(gè)高區(qū)成型塊22和多個(gè)弱區(qū)成型塊21，本實(shí)施方式中僅以包含一個(gè)高區(qū)成型塊22和一個(gè)弱區(qū)成型塊21為例進(jìn)行說(shuō)明)，高區(qū)成型塊22內(nèi)設(shè)有冷卻水管221，且該冷卻水管221直接與冷卻水發(fā)生器8連通，弱區(qū)成型塊21的冷卻水管61設(shè)置在弱區(qū)成型塊21下方的溫度控制塊6內(nèi)，且該冷卻水管61通過(guò)一個(gè)流速控制器7與冷卻水發(fā)生器8連通，在弱區(qū)成型塊21的上部還固定有兩個(gè)輔助加熱裝置3和一個(gè)溫度檢測(cè)裝置4，輔助加熱裝置3由加熱絲、導(dǎo)熱材料和線纜組成，導(dǎo)熱材料包裹在加熱絲外部，加熱絲位于弱區(qū)成型塊21上部靠近熱成型零件的板材原料11與其上型面的接觸面，加熱絲通過(guò)線纜與溫度控制器5電連接，溫度檢測(cè)裝置4也與溫度控制器5電連接，溫度控制器5根據(jù)溫度檢測(cè)裝置