[发明专利]能够减小热成形钢板冲孔冲头磨损的模具

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够减小热成形钢板冲孔冲头磨损的模具，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模具，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，提供一种能够减小热成形钢板冲孔冲头磨损的模具，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，所述能够减小热成形钢板冲孔冲头磨损的模具，包括下模座和上模座，上模座固定连接在压机滑块上，压机滑块由压机驱动上、下移动，在上模座上固定冲头，上模座下表面连接压料块，在下模座上固定凹模套，下模座上定位工件；其特征是：所述冲头的下端设置凸出于冲头下端面的台阶，台阶的边缘位于冲头边缘刃口的内侧，并且台阶的外圆周面垂直于冲头的下端面。

进一步的，所述台阶的横截面面积小于冲孔的横截面面。

进一步的，当冲孔为圆孔时，台阶的横截面为圆形，台阶与冲头边缘刃口之间的距离为0.2～5mm。

进一步的，当冲孔为异形孔时，台阶的横截面形状与冲孔形状一致，或者为圆心和冲孔中心重合的圆形；所述台阶与冲头边缘刃口之间的距离为0.2～5mm。

进一步的，所述台阶的高度为3～5mm。

进一步的，所述台阶的外圆面为平面或内凹的弧面，弧面高度为0.2～2.8mm。

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。

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%。

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。由于在冲孔之前进行台阶预先冲一小孔，工件在该处破裂后应力释放，同时材料变少，第二台阶冲头冲孔（即工件最终需要的孔径尺寸）时径向挤压工件的力所受到的材料约束反作用力变小，从而很大程度上抵消了工件材料因冲头径向挤压产生的弹性变形，冲孔完成后回弹量大幅度缩小，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）对于异形冲孔，本发明采用台阶截面与异形冲孔中心重合的圆形，加工更加方便，成本更加经济；