[发明专利]一种实现模内快速成形和淬火的模具

说明书

本发明提供了一种实现模内快速成形和淬火的模具，包括上模具、压边圈和下模具，上模具由内部实体模芯和薄壁蒙皮组成。内部实体模芯和薄壁蒙皮之间存在互相连通的沟槽。在成形阶段，沟槽内无填充或填充气体等隔热材料，在淬火阶段，向沟槽内通入低温介质。本发明的模具具有如下优势：成形和淬火过程相对独立、互相影响小；蒙皮壁厚薄且热容小，在沟槽内充入隔热材料，可避免成形时热态板坯与冷态模具接触后快速降温，并可实现成形后热态板坯的快速降温淬火；模芯采用普通模具材料和普通加工设备，模具制造周期短、成本低。该模具可用于实现不同种类和厚度的金属材料的快速成形及淬火。

技术领域

本发明涉及一种金属板材零件成形用模具，具体涉及一种能够实现金属板材零件在模具内快速成形和淬火的模具。

背景技术

对于可热处理强化的金属板材零件(如2000系、6000系、7000系铝合金板材、22MnB5硼钢板材)，通常需要对成形后的零件进行热处理强化(对于铝合金板材，先进行固溶淬火形成过饱和固溶体，然后人工时效析出强化；对于22MnB5硼钢板材，先加热保温以奥氏体化，然后快冷淬火形成马氏体)。但是，由于热处理过程中金属板材零件需要经历多次加热和冷却，在此过程中由于不均匀热胀冷缩及热应力、内应力的作用，零件的形状尺寸极易发生变化。为了防止或控制热处理强化过程中零件的形状尺寸变化，往往需要采用复杂的约束工装对板材零件进行限制，或者在热处理强化结束后再进行校形。这种额外增加的后续处理必然导致成形工序复杂、零件形状尺寸精度一致性差、成形效率低。对于形状复杂的零件，即使经过上述处理，也往往无法达到要求的形状尺寸精度。

为了避免热处理过程对零件形状尺寸精度的不利影响，出现了一种利用同一套模具实现金属板材成形和热处理的方法，即：利用同一套模具，首先实现金属板材零件的成形以获得需要的形状尺寸，然后在保持模具闭合的情况下进行热处理以获得需要的强度性能。硼钢(如22MnB5)热冲压和铝合金(如6061、7075等)热冲压即属于此类成形技术。热冲压成形时，所使用的上模具和下模具都处于较低的温度(150℃以下)。将加热到一定温度的金属板坯快速放置到模具上并快速合模完成零件成形。在零件成形后，直接向闭合的上下模具中通入冷却水以降低模具温度并利用冷态模具实现零件的快速冷却。在成形过程中，由于热态板坯与冷态的上下模具接触后其温度将很快下降，为了保证金属板坯在成形过程中处于足够高的温度以保证其具有良好的成形性能，要求成形过程必须在很短时间内(1～3秒)完成，这对成形设备提出了很高要求。更为重要的是，冷态模具和热态下金属板坯大部分时间处于局部接触状态，成形过程中某一时刻金属板坯上的温度分布往往并不利于整个零件的顺利成形，易引起局部起皱和开裂等成形缺陷。因此，该方法很难用于复杂形状钣金零件的成形。

为了防止或减弱冷态模具对热态金属板材成形的不利影响，发明专利(专利名称：铝合金钣金件冷热复合模成形方法，专利号：ZL201210124230.X)提出采用冷模具和热模具复合的方案，即利用热态的下模具来减缓成形过程中金属板坯的温度下降以顺利完成零件的成形，然后再利用冷态的上模具来实现成形后热态零件的快速降温。该方法可在一定程度上减小热态成形和冷却淬火过程的互相影响，但是仍然要求热成形过程以较快的速度完成，同时还需要采用必要的措施保证成形后的零件与冷态的上模具完好接触以实现有效淬火。这在很大程度上限制了该方法的应用。

发明内容

本发明是为解决现有的金属板材零件热态成形过程中，当成形模具全为冷态(热冲压)或某一侧模具为冷态(冷热复合模成形)时容易出现热态金属板坯局部温度快速下降而影响板材成形性能，成形过程和淬火过程相互耦合、相互影响、无法合理协调的问题，提出一种实现模内快速成形和淬火的模具。

本发明的技术方案：