[发明专利]高强度钢板冲压热成形模具及其镶块所用合金铜的配方

说明书

技术领域

本发明涉及冲压热成形模具和模具镶块所用材料，具体是一种提高模具的耐磨性、提高模具使用寿命、缩短模具冷却时间、降低使用成本和提高零件成形精度的高强度钢板冲压热成形模具及其镶块所用合金铜的配方。

背景技术

热成形技术是近年来汽车工业出现的一项专门用于成形高强度钢板冲压件的新技术，该项技术以板料在红热状态下冲压成形并同时在模具内被冷却淬火为特征，可以成形强度高达1500MPa的冲压件，广泛用于车门防撞梁、前后保险杠等保安件以及A柱、B柱、C柱、中通道等车体结构件的生产。由于具有减轻质量和提高安全性的双重优势，目前，这一技术在德国、美国等工业发达国家发展迅速，并开发出商品化的高强钢热冲压件生产线，高强钢热冲压件在车辆生产中应用也很广泛。

热成形技术原理是把特殊的高强度合金钢加热使之奥氏体化，随后将加热后的板料送入带有冷却系统的模具内冲压成形，同时被具有快速均匀冷却系统的模具冷却淬火，钢板组织有奥氏体转变成马氏体，因而得到超高强度的钢板。具体的生产流程为：卷料通过落料模生产出制件所需的料片。把落完的料片放到加热炉进行加热，加热要均匀，温度达到900°C左右。通过机器手把加热好的料片送到带有冷却系统的模具中进行冲压成形（模具装在800T的高速液压机上），模具闭合后保压5-10秒钟，使板料在模具内快速冷却淬火（模具的温度控制在20-200℃范围内），钢板组织从奥氏体转化成马氏体。零件温度降至80-150℃左右取出。最后用激光切割机切割出最终的零件

     在奥氏体化条件下，在钢与空气接触时很快就形成氧化膜。为了避免表面氧化和脱碳，大量的金属板会涂覆上一层保护层。在直接热冲压中应用最为广泛的是Al-Si涂层。Al-Si涂层的熔点接近600℃。然而，由于基体中存在Fe，Al-Fe合金有着更高的熔点在界面生长并很快达到表面。Al-Fe合金迁移到表面，它们有高的熔点防止了表层被氧化。对于一个典型950℃热冲压过程，次层组织为交替变化的Al-Fe含量。在直接热冲压过程中，这个保护层阻止了氧化层的的产生。另一种22MnB5的保护涂层是X-tex。这相当于给直接和间接的热冲压附加一层防腐层。根据sol–gel工序涂层以μm的氧化材料的结合为基础。有机和无机材料混合Al粒子来形成保护层。这种7μm的厚保护层在冷成型过程中使得材料在不加润滑时候还能流动。在热冲压后，氧化层必须经过喷丸移除，以避免不良的涂料附着。

    在Dessain etal. (2008)中描述了测试模具磨损的方法，文中适用于高温测试的磨带装置。该设备采用电阻加热，在22MnB5棒上涂覆Al–Si层。加热带以一定直径滑行。测试中，接触表面为磨损和粘着区域。主要是模具的磨损，而在空白区域观察到Al–Si层的粘着。这些组合层在测试的早期阶段形成，并在模具表面出现压实层从而获得较低的磨损程度。

在热冲压过程中模具暴露在高温下，将使摩擦过程中出现大的变化导致表面形貌不一，移除氧化皮，出现过度磨损。使用适当的表面处理或在表面涂层是克服表面摩擦的一种方法。

在高强度板材热冲压成形过程中，冲压板材的强度大幅度提高，成形模具必须具有足够的结构刚性、表面硬度与疲劳寿命。另一方面，模具在剧烈的冷热交替的条件下工作，要求成形模具能够抵抗高温板材对模具产生的强力热摩擦以及脱落的氧化层碎片和颗粒在高温下对模具表面的磨粒磨损效应。因此，模具材料选择时需要考虑模具的膨胀性、模具表面温度频繁变动、模具型腔表面高温软化加剧磨损带来的模具塑性变形失效、疲劳失效和冷热疲劳失效等，材料选择不当，不仅会导致冲压件质量发生波动，还会产生模具磨损、开裂、报废等问题。因此，需要正确选择模具材料及热处理工艺，模具材料选择除了要综合考虑上述因素，特别要注意加热温度、热传导系数、冷却速度要求等因素的影响。

现有技术的高强度钢板冲压热成形模具包括下模座、顶杆、凹模、凸模、压边圈以及冷却水管道。该类模具在使用过程中，由于模具本身结构和所采用的材料，导致冲压件质量发生波动，还会产生模具磨损、开裂、报废等问题。实践表明，对于形状复杂的深拉延件，每生产几百件模具就需要清理和抛光模具，费时费力，严重制约着生产效率。

综上所述，现有技术的冲压热成形模具及其镶块所采用材料造成模具的耐磨性低、模具使用寿命短、模具冷却时间长、使用成本高和零件成形精度低。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高模具的耐磨性、提高模具使用寿命、缩短模具冷却时间、降低使用成本和提高零件成形精度的高强度钢板冲压热成形模具。