[发明专利]一种冲模及其预应力冲孔工艺

说明书

本发明涉及一种冲模及其预应力冲孔工艺，用于对钢板进行冲裁，其包括：凹模；与所述凹模相配合的凸模，所述凸模上固定有阶梯冲头，所述阶梯冲头具有位于最下端用于挤压所述钢板表面的第一级台阶，所述第一级台阶的高度h取值为所述钢板厚度t的1/4～1/3；以及位于所述第一级台阶上方用于对所述钢板进行冲裁的第二级台阶。本发明涉及的一种冲模及其预应力冲孔工艺，可以减少分层的产生，进而减少掉块的形成。

技术领域

本发明涉及机械工程领域，特别涉及一种冲模及其预应力冲孔工艺。

背景技术

普通冲裁获得的冲裁孔，由塌角、光亮带、撕裂带和毛刺构成，工程上，一般采用对上述各组成部分的定量描述，来表征冲裁孔质量，比如光亮带所占比例、毛刺高度等。

撕裂带是剪应力和正应力工作作用下的撕裂断口，正常情况下，钢板冲裁孔撕裂带微观上系剪切韧窝，韧窝周围均存在撕裂棱。因此，宏观和微观上，撕裂带都比光亮带粗糙，更容易成为裂纹的起源，撕裂带的存在是导致冲裁孔疲劳强度低的主要原因之一。

相关技术中，普通冲裁边、冲裁孔的撕裂带是剪切韧窝为断裂机制的撕裂断口，正常情况下，目视应为灰色粗糙断口，表面完整。但在700MPa以上的中厚板的普通冲裁孔的撕裂带却往往并不完整，出现分层或掉块现象，如图1所示，掉块形成的横向断口成阶梯状，分为若干层；掉块还形成凹陷。分层和掉块，破坏了冲裁孔的表面完整性，申请人通过试验验证，分层掉块会导致700MPa级、厚度8mm热轧钢板冲裁孔的疲劳强度降低10％以上。这也成为车架在台架试验或用户使用过程中往往在冲裁孔表面分层掉块处开裂(图2)的原因。

因此，有必要设计一种新的冲模，以改善冲裁孔表面的分层和掉块现象。

发明内容

本发明是在分析高强钢钢板普通冲孔过程中分层、掉块产生原因的基础上完成的。冲孔过程中，凸模侧光亮带形成过程中，在光亮带及其相连的撕裂带上的材料会产生剧烈的塑性变形，这使得变形区域的材料成为纤维状；纤维组织横向强度低，在垂直于剪应力(剪应力平行于纤维方向)的拉应力的作用下会分层；分层的金属，失去基体依托形成应力集中，发生断裂，形成掉块。

本发明实施例提供一种冲模及其预应力冲孔工艺，以解决相关技术中中厚板的普通冲裁孔上的撕裂带出现分层和掉块现象的问题。

第一方面，提供了一种冲模，用于对钢板进行冲裁，其包括：凹模；与所述凹模相配合的凸模，所述凸模上固定有阶梯冲头，所述阶梯冲头具有位于最下端用于挤压所述钢板表面的第一级台阶，所述第一级台阶的高度h取值为所述钢板厚度t的1/4～1/3；以及位于所述第一级台阶上方用于对所述钢板进行冲裁的第二级台阶。

一些实施例中，所述第一级台阶与所述凹模的单边间隙与所述钢板厚度t的比值为25％～40％。

一些实施例中，所述第一级台阶的自由端面为平面。

一些实施例中，所述第一级台阶的自由端面向所述第一级台阶内部凹陷形成凹槽。

一些实施例中，所述第一级台阶的外回转面为锥面或者圆柱面。

一些实施例中，所述第二级台阶与所述凹模的单边间隙与所述钢板厚度t的比值为6％～12％。

一些实施例中，所述第一级台阶与所述第二级台阶通过锥形体连接。

第二方面，提供了一种采用上述的冲模的预应力冲孔工艺，其包括以下步骤：将所述凸模上移；将所述钢板固定于所述凹模的预设位置；控制所述凸模下移，压紧所述钢板；控制所述阶梯冲头下移，对所述钢板进行冲裁。

一些实施例中，所述第一级台阶与所述凹模的单边间隙与所述钢板厚度t的比值为25％～40％。

一些实施例中，所述第一级台阶的自由端面向所述第一级台阶内部凹陷形成凹槽。