[发明专利]减小热成形钢板冲孔冲头磨损的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种减小热成形钢板冲孔冲头磨损的工艺，尤其是一种经过热成形处理后的高强度及超高强度钢板的冲孔工艺，属于热成形钢板的分离技术领域。

背景技术

高强度钢板强度高，特别是在正火或正火加回火状态有较高的综合力学性能，高强度钢板的应用是同时确保轻量化和碰撞安全性的有效手段，因此在大型船舶、桥梁、电站设备、中、高压锅炉、高压容器、机车车辆、起重机械等工程行业领域中应用广泛。而热成形钢板作为一种新兴事物，其生产工艺不同于普通的高强度钢板，热成形钢板的生产工艺通常包括成形和淬火冷却两个阶段，其中，成形阶段需要在高温下由模具一次冲压成形，淬火冷却阶段需要通过控制一定的冷却速度迅速冷却，从而使钢板发生从奥氏体微观组织向马氏体微观组织的转变，由此得到极高的强度和硬度，以常见硼钢为例，热成形处理后其强度达到1500Mpa左右。一般的高强度钢板的抗拉强度在400MPa～450MPa左右，而热成形钢材加热前抗拉强度即已达到500 MPa～800MPa，加热成形后则可提高至1300～1600 MPa，其强度为普通高强度钢材的3～4倍，其硬度仅次于陶瓷，但又具有钢材的韧性，以常见热成形硼钢钢板为例，强度达到1500MPa，延伸率为5%左右，已经远远超过一般意义的高强钢，其分离工艺难度远远高于普通钢板和常见高强钢钢板。

对于热成形钢板的冲孔，由于钢板本身强度和硬度非常高，冲头磨损非常严重，最终产生冲孔毛刺，影响工件质量。为此，常用的方法为使用高硬度的粉末冶金钢，甚至在粉末冶金钢的基础上增加TD、PVD涂层等表面处理技术，冲头的成本由此变得非常昂贵，而冲头的寿命提升幅度并不明显，通常在5,000～20,000冲次仍然需要更换冲头。

通过分析冲孔时候的静水压力可以发现，造成冲头磨损非常严重的主要原因在于冲孔后工件孔径小于冲头尺寸，从而在冲头脱离工件之前，被工件紧紧“箍”住。而工件冲孔后孔径小于冲头尺寸，根本原因在于，冲孔时冲头有沿孔径径向对工件挤压的力，当冲孔破裂后工件沿孔径径向回弹，从而使得孔径小于冲头尺寸，将冲头紧紧“箍”住。而相对于修边磨损轻微，冲孔磨损严重主要是由于其为封闭曲线，对冲头径向拉力的反约束大幅度加重了这种径向回弹。目前所有的冲头解决方案都局限在如何提高冲头材料的性能，而没有从根本上考虑如何减轻甚至消除这种径向回弹。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种减小热成形钢板冲孔冲头磨损的工艺，在不增加额外成本也不损失生产效率的前提下，有效减小冲头的磨损，延长冲头使用寿命。

按照本发明提供的技术方案，所述减小热成形钢板冲孔冲头磨损的工艺，其特征是，包括以下工艺步骤：

（1）在热成形处理之前对工件进行落料和预冲孔加工，在工件上得到预冲孔，预冲孔的孔径小于工件所需加工孔的孔径；

（2）对工件进行热成形处理；

（3）将工件（1）将工件放置在下模上，由压料板从上部压住工件后，采用冲头（5）和凹模套（4）对工件（1）进行冲孔，冲孔的中心位置与预冲孔（2）的中心位置重合，从而得到最终所需孔径的孔。

进一步的，当步骤（1）得到的预冲孔的孔径无法满足孔径公差要求时，在步骤（2）热成形处理之后，对工件进行热成形后预冲孔，得到的预冲孔的孔径小于工件所需加工孔的孔径。

进一步的，所述预冲孔比工件所需加工孔的孔径小0.5mm～10mm。

进一步的，所述冲头与凹模套的冲孔之间保持间隙，该间隙为工件厚度的5%～15%。

进一步的，所述冲头的材质选择冷作工具钢SKD11、D2、高速钢或粉末冶金钢。

本发明具有以下技术效果：

（1）本发明的实质是针对封闭曲线冲孔时的径向回弹，提出如何减小径向回弹的解决方案。由于在最终冲孔之前进行预冲孔，最终冲孔是封闭曲线内的材料大幅度减少，对冲孔时径向挤压力的反约束力也大幅度减少，从而从根本上减小了径向回弹，工件冲孔后“箍”住冲头的现象根本上减轻了，从而最终减小了冲头的磨损。不论采用何种材质的冲头，本发明的冲头使用寿命都远优于未进行预冲孔工艺方案的冲头使用寿命；

（2）本发明可以在热成形之前的落料工艺进行预冲孔，因为热成形硼钢钢板在热成形之前进行落料时为退火状态，强度和硬度都很低，约为热成形后强度和硬度的1/3，此时进行预冲孔，与普通冲裁无异，冲头使用寿命长久。