热成形和热切边复合工艺实验模具及工艺方法

摘要

本发明提供了一种热成形和热切边复合工艺实验模具及工艺方法，热成形和热切边复合工艺实验模具包括下模板(1)、导柱(2)、缓冲板(3)、弹簧(4)、压边块支撑板(5)、凸模(6)、凸模刀块(7)、压边块(8)、凹模刀块(10)、上模板(11)、凹模(12)；热成形和热切边工艺方法包括板料制备步骤、板料奥氏体化步骤、板料转移步骤、板料热成形步骤、板料热切边步骤、保压淬火步骤。本发明结构简单紧凑，热成形和热切边两道工序集成在一起，省去了大量上、下料、定位工序，提高了生产效率；本发明能够探索不同工艺条件对热成形、热切边结果的影响。

说明书

技术领域

本发明涉及，具体地涉及热成形和热切边复合工艺实验模具及工艺方法，尤其是一种高强钢热成形、热切边复合工艺实验模具及工艺方法。

背景技术

目前，高强钢热冲压技术变的越来越成熟，并在汽车领域得到了广泛的运用。热冲压零件由于其超高强度而广泛采用激光切割进行后续的切边和开孔加工，但激光切割有着成本高、效率低的缺陷，因此，热冲压零件的机械式切边冲孔工艺一直是企业和高校学者想要突破的一个重点方向。但是，由于热冲压成形后零件强度、硬度非常高，导致冷切边冲孔刀具磨损崩刃非常严重，且断口处容易形成微裂纹和宏观裂纹，严重影响零件使用性能，这极大地限制了冷切边冲孔技术的发展。

模内热切是在热冲压成形过程中在模内同时完成热冲裁，该工艺有非常突出的优势，即模内热切热冲压零件的断口质量较好，提高延迟开裂性能，热切所需要的冲裁力较小，冲裁相对容易，刀具寿命长，也不需要重新单独开发一套冲裁模具。另外，热冲压和冲裁复合在一个工序里也省去了大量上、下料、定位工序，提高了生产效率。但是，热切对工艺参数的变化非常敏感，工艺参数的选择会极大地影响断口质量和性能，从而影响零件的服役性能，于是确定最优工艺参数显得尤为重要。

中国专利CN103143630A(201306)、CN103934360A(201407)和CN108372235A(201808)相继公开了高强钢热成形、热切边冲孔复合模具的结构形式，较好地实现了两种工艺的集成，其共同的特点是模具结构相对固定，对工艺参数已知情况下的热冲压模具的设计制造具有较强的指导意义。但是，在高强钢热成形、热切边最优工艺参数的实验探索阶段，如采用以上几种模具结构进行热成形切边冲孔实验，将会面临模具结构修改困难、效率低下且成本较高等困难，其在实际实验中的可行性将大大降低。

因此，急需一种适合于高强钢热成形、热切边最优工艺参数探索的实验模具，其模具结构形式应足够灵活，从而高效率低成本地模拟热成形、热切边工艺中的各种工况。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种热成形和热切边复合工艺实验模具及工艺方法。

根据本发明的一个方面，提供一种热成形和热切边复合工艺实验模具，包括下模板、导柱、缓冲板、弹簧、压边块支撑板、凸模、凸模刀块、压边块、凹模刀块、上模板、凹模，所述凸模依次紧固连接缓冲板、下模板，凸模上设置有凸模刀块，所述凹模紧固连接上模板，凹模上设置有与凸模刀块相匹配的凹模刀块，所述导柱依次贯穿下模板、压边块支撑板、上模板，压边块支撑板、上模板能够沿着导柱滑动，所述压边块支撑板与下模板之间可拆卸连接有弹簧，所述压边块支撑板上设置有压边块。

优选地，所述凸模上设置有凸模冷却水道、凸模测温孔。

优选地，所述凹模上设置有凹模冷却水道、凹模测温孔。

优选地，所述凸模刀块上设置有凸模刀块加热/冷却孔、凸模刀块测温孔。

优选地，所述凹模刀块上设置有凹模刀块加热/冷却孔、凹模刀块测温孔。

优选地，所述压边块上设置有压边间隙调整柱，所述压边间隙调整柱可拆卸连接压边块；所述凹模上与压边间隙调整柱对应的位置设置有压边间隙调整柱限位板。

优选地，所述凸模和接缓冲板之间、凹模和上模板之间均设置有隔热板。

优选地，所述凹模与压边间隙调整柱限位板之间设置有隔热板。

优选地，所述凹模刀块上设置有与凸模刀块形状相匹配能够将凸模刀块容纳在内的凹槽。

根据本发明的另一个方面，提供一种利用所述的热成形和热切边复合工艺实验模具的热成形和热切边工艺方法，包括如下步骤：

S1、板料制备：根据凸模和凹模的尺寸选择板料尺寸，并通过线切割等方式从母材获得；

S2、板料奥氏体化：将切割的板料放进加热炉中加热并保温，使其完全奥氏体化；

S3、板料转移：将完全奥氏体化的板料从加热炉中取出并快速转移到热成形和热切边复合工艺实验模具上，其中，板料大部分区域此时处于悬空状态，只有边缘部位和压边块搭接；

S4、板料热成形：按照设定的冲压速度合模，即凹模按照设定的速度沿着导柱向下运动使凹模与凸模合模，完成板料的热成形过程；

S5、板料热切边：当板料成形到与凸模刀块凹模刀块接触的位置时，热切边开始，凹模继续沿导柱向下运动，通过凸模刀块和凹模刀块完成热切边过程；

S6、保压淬火：完成热切边后，按照设定的保压压力和保压时间完成保压淬火，得到最终零件。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明结构简单紧凑，热成形和热切边两道工序集成在一起，省去了大量上、下料、定位工序，提高了生产效率。

2、本发明的弹簧与下模板、压边块支撑板可拆卸连接，便于拆装，通过更换不同型号的弹簧可以方便地实现不同的压边力条件，从而便于探索压边力对热成形结果的影响规律。

3、本发明的压边间隙调整柱可拆卸连接压边块，方便快捷更换，通过使用不同高度的压边间隙调整柱，结合压边间隙调整柱限位板的限位作用可实现不同的压边间隙条件，从而便于探索压边间隙对热成形结果的影响规律。

4、本发明的凸模刀块和凹模刀块能够拆卸更换，方便进行刀块的单独选材及加工，从而灵活地实现不同的切边间隙条件，便于探索切边间隙对热切边结果的影响规律。

5、本发明的凸模刀块和凹模刀块上布有加热/冷却孔，通过插入加热棒或者通入冷却水改变温度，方便实现不同切边温度下的热切边实验，同时刀块上布有测温孔，实现了对切边温度的实时监控。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明立体结构示意图。

图2为本发明正视示意图。

图3为本发明热切边开始时凸、凹模的局部正视示意图。

图4为图3中虚线圆区域内的局部放大图。

图5为本发明热切边完成时凸、凹模的局部正视示意图。

图6为图5中虚线圆区域内的局部放大图。

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

根据本发明提供的一种热成形和热切边复合工艺实验模具，包括下模板1、导柱2、缓冲板3、弹簧4、压边块支撑板5、凸模6、凸模刀块7、压边块8、凹模刀块10、上模板11、凹模12，所述凸模6依次紧固连接缓冲板3、下模板1，凸模6上设置有凸模刀块7，所述凹模12紧固连接上模板11，凹模12上设置有与凸模刀块7相匹配的凹模刀块10，所述导柱2依次贯穿下模板1、压边块支撑板5、上模板11，压边块支撑板5、上模板11能够沿着导柱2滑动，所述压边块支撑板5与下模板1之间可拆卸连接有弹簧4，所述压边块支撑板5上设置有压边块8。所述压边块支撑板5中间为镂空，凸模6贯穿压边块支撑板5中间的镂空。

所述凸模6上设置有凸模冷却水道61、凸模测温孔62。所述凹模12上设置有凹模冷却水道121、凹模测温孔122。所述凸模刀块7上设置有凸模刀块加热/冷却孔71、凸模刀块测温孔72。所述凹模刀块10上设置有凹模刀块加热/冷却孔101、凹模刀块测温孔102。所述压边块8上设置有压边间隙调整柱15，所述压边间隙调整柱15可拆卸连接压边块8；所述凹模12上与压边间隙调整柱15对应的位置设置有压边间隙调整柱限位板14。所述凸模6和接缓冲板3之间、凹模12和上模板11之间均设置有隔热板13。所述凹模12与压边间隙调整柱限位板14之间设置有隔热板13。所述凹模刀块10上设置有与凸模刀块7形状相匹配能够将凸模刀块7容纳在内的凹槽。

所述弹簧4可根据实验需要进行快速更换以实现不同压边力条件；所述压边间隙调整柱15可进行快速更换以实现不同的压边间隙条件；所述凸模刀块7和凹模刀块10可根据实验需要进行快速更换以实现不同切边间隙条件。通过对凸模刀块加热/冷却孔71、凹模刀块加热/冷却孔101插入加热棒或通入冷却水实现刀块的不同温度组合加工；通过凸模测温孔62、凹模测温孔122、凸模刀块测温孔72、凹模刀块测温孔102对热成形、热切边温度进行实时监控。

根据本发明提供的一种利用所述的热成形和热切边复合工艺实验模具的热成形和热切边工艺方法，包括如下步骤：

S1、板料制备：根据凸模6和凹模12的尺寸选择板料9尺寸，并通过线切割等方式从母材获得；

S2、板料奥氏体化：将切割的板料9放进加热炉中加热并保温，使其完全奥氏体化；

S3、板料转移：将完全奥氏体化的板料9从加热炉中取出并快速转移到热成形和热切边复合工艺实验模具上，其中，板料9大部分区域此时处于悬空状态，只有边缘部位和压边块8搭接；

S4、板料热成形：按照设定的冲压速度合模，即凹模12按照设定的速度沿着导柱2向下运动使凹模12与凸模6合模，完成板料9的热成形过程；

S5、板料热切边：当板料9成形到与凸模刀块7和凹模刀块10接触的位置时，热切边开始，凹模12继续沿导柱2向下运动，通过凸模刀块7和凹模刀块10完成热切边过程；

S6、保压淬火：完成热切边后，按照设定的保压压力和保压时间完成保压淬火，得到最终零件。

优选实施例：

一种热成形和热切边复合工艺实验模具，尤其是一种高强钢热成形和热切边复合工艺实验模具，用以解决现有复合模具结构形式较为固定，变更困难，不利于最优工艺参数探索优化的问题。所述高强钢即高强钢板，是指牌号Q460钢。如图1-6所示，一种高强钢热成形和热切边复合工艺实验模具，用于探索高强钢热成形和热切边复合工艺的最优工艺参数，包括下模板1、导柱2、缓冲板3、弹簧4、压边块支撑板5、凸模6、凸模冷却水道61、凸模测温孔62、凸模刀块7、凸模刀块加热(冷却)孔71、凸模刀块测温孔72、压边块8、凹模刀块10、凹模刀块加热(冷却)孔101、凹模刀块测温孔102、上模板11、凹模12、凹模冷却水道121、凹模测温孔122、隔热板13、压边间隙调整柱限位板14和压边间隙调整柱15。

所述凸模6经过隔热板13、缓冲板3用螺栓与下模板1固定；凸模6上开有凸模冷却水道61和凸模测温孔62；凹模12经过隔热板13用螺栓与上模板11固定；凸模刀块7通过螺栓固定在凸模6上；凸模刀块7上开有凸模刀块加热/冷却孔71和凸模刀块测温孔72；凹模12上开有凹模冷却水道121和凹模测温孔122；凹模刀块10通过螺栓固定在凹模12上；凹模刀块10上开有凹模刀块加热/冷却孔101和凹模刀块测温孔102；压边块支撑板5经过弹簧4用等高螺栓与下模板1固定；下模板1、压边块支撑板5与弹簧4接触的部位开有圆槽；压边块8通过螺栓固定在压边块支撑板5上；压边块8中心开孔用以插入压边间隙调整柱15；压边间隙调整柱限位板14经过隔热板14用螺栓与凹模12固定；导柱2通过间隙配合穿过下模板1、压边块支撑板5和上模板11。

弹簧4与下模板1、压边块支撑板5通过圆槽活动连接，便于拆装，通过更换不同型号的弹簧4可以方便地实现不同的压边力条件，从而便于探索压边力对热成形结果的影响规律；压边间隙调整柱15通过孔轴间隙配合插入到压边块8中，方便快捷更换，通过使用不同高度的压边间隙调整柱15，结合压边间隙调整柱限位板14的限位作用可实现不同的压边间隙条件，从而便于探索压边间隙对热成形结果的影响规律。

凸模刀块7和凹模刀块10通过螺栓分别与凸模6和凹模12连接，方便进行刀块的单独选材及加工，从而可以灵活地实现不同的切边间隙条件，便于探索切边间隙对热切边结果的影响规律；凸模刀块7和凹模刀块10上布有加热/冷却孔，通过插入加热棒或者通入冷却水，可以方便实现不同切边温度下的热切边实验，同时刀块上布有测温孔，从而实现对切边温度的实时监控。

利用高强钢热成形和热切边复合工艺实验模具热成形和热切边的工艺方法：一、板料制备：按照凸模和凹模尺寸，确定合适的高强钢板料尺寸，并通过线切割等方式从母材获得；二、板料奥氏体化：将制备好的板料放进加热炉中加热并保温，使其完全奥氏体化；三、板料快速转移：将完全奥氏体化的板料从加热炉中取出并快速转移到热成形和热切边复合工艺实验模具上，其中，板料大部分区域此时处于悬空状态，只有边缘部位和压边块搭接，如图1、图2所示；四、板料热成形：如图2-4所示，按照设定的冲压速度合模，完成板料的热成形过程；五、板料热切边：如图3-6所示，当板料成形到与凸模刀块和凹模刀块接触的位置时，热切边开始，凹模继续下行，完成热切边过程；六、保压淬火：如图5-6所示，完成热切边后，按照设定的保压力和保压时间完成保压淬火，得到最终零件。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。