[发明专利]高强度钢零件的热成形和切边一体化工艺及模具

说明书

技术领域

本发明涉及高强度钢、先进高强度钢和超高强度钢冲压零件的热冲压成形及切边工艺和模具，属于高强度钢板金零件的成形技术领域。

背景技术

当前，在汽车制造领域，人们对高安全性、低自重和良好的燃油经济性的需求已经成为技术进步的重要推动因素。制造商们通过引入新的安全概念和轻量化的车身结构等措施使消费者的愿望得以实现。尤其是在车身结构方面，通过对高强度钢、先进高强度钢和超高强度钢的使用，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，延伸率下降，材料的成形性能也大大降低，成形过程中还容易产生破裂、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，国内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。

中国专利文献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。

中国专利文献CN1829813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。

对于尺寸精度要求较高、热成形零件上有通孔或热成形零件带有压料凸缘的情况下，必须对热成形零件进行二次加工。在冷冲压工序中，一般是利用冲压模具进行冲孔、修边等二次加工，但在热冲压工序中利用常规模具结构进行二次加工极为困难；采用冷冲压模具对淬火后强度提高的成形部件进行切边或冲孔加工需要很大的加工载荷，金属模将被损坏或寿命缩短，对于超高强度钢板的热成形零件甚至无法用冷冲压模具进行加工。

为了使热成形的高强度零件符合相应的尺寸精度和形状要求，目前均采用五轴激光切割技术进行修边，但是激光切边效率低，一条热冲压生成线往往需要数套激光切边线与之配套，另外，每套激光切边线均需要相应的夹具对零件进行定位、装夹，因而设备占地面积大、设备投资多、生产成本高。另外，激光切边后，热成形零件的切边时会带有一些熔融金属凝固后所形成的金属颗粒，需要后续的打磨工序把金属废料去除，导致热成形零件的生产周期长，限制了热冲压技术的推广应用。使用激光切边时，完成时间受零件大小及孔数量的限制，最简单的零件从零件固定到切边夹具到切割完成需要30秒以上，对于复杂零件可能需要几分钟。

中国专利文献CN2617549公开了一种《新型热冲孔、切边模具》，用于锻件的热冲孔、切边模具，该专利所公开的模具只能利用压力机的滑块运动，完成单一的冲孔、切边，而不能用于成形、切边或冲孔复合，另外，该模具结构是用于钢块锻造，属于体积成形领域，不能用于属于板料成形领域的高强度板料的冲孔或切边。

发明内容

本发明针对目前高强度或超高强度钢冲压成形零件热成形和切边时所用二次加工技术存在的问题，提供一种结构简单、生产效率高、质量好的高强度钢零件的热成形和切边一体化工艺，同时提供一种实现该工艺的一体化模具。

本发明的高强度钢零件的热成形和切边一体化工艺是：

首先在高强度钢零件的热成形模具上设置切边工具，在高强度钢板料热冲压成形之前，将加热到完全奥氏体化后的高强度钢板料放置于热成形模具中冲压，热成形模具闭合后，接着利用热成形模具上的切边工具对冲压后的工件进行切边操作，完成后对热成形模具进行冷却，利用与成形零件相接触的模具部件对成形零件进行淬火。

实现上述一体工艺的高强度钢零件的热成形和切边一体化模具采用以下技术方案：

该高强度钢零件的热成形和切边一体化模具，包括上模、下模、上切边工具和下切边工具，在上模和下模中设有冷却水通道，上模的底端外部轮廓与零件的内部外形轮廓一致，下模的型腔轮廓与零件的外部形状轮廓一致，上模的上端安装有上模油缸，上模油缸的活塞杆与上切边工具连接，下模的底部安装有下模油缸，下模油缸的活塞杆与一顶杆的下端连接，顶杆的上端与下切边工具连接。