用于QP一步法热冲压成形的U形弯曲件模具装置

摘要

本发明涉及用于Q&P一步法热冲压成形的U形弯曲件模具装置，包括凸模、凹模、上模座、下模座、压边圈、导套和导柱，还包括加热装置和吹风装置，所述的凸模设置在下模座上，所述的凹模设置在上模座上，所述的压边圈通过带有金属套的螺栓固定在下模座和凸模上，所述的上模座上设有风道，该风道端头的凹模上设有分流板，该分流板一端连通风道，另一端连通凸模和凹模围成的空腔；所述的加热装置包括埋设在凸模中间、压边圈及凹模两侧的电热元件，探测电热元件温度的电热偶，与电热元件连接的加热柜，以及与电热偶和加热柜相连的温控仪。与现有技术相比，本发明能够在确保快速冷却淬火的同时，确保控制并维持较高的模具温度，实现具有高强塑积的U形弯曲件的制备。

说明书

技术领域

本发明属于金属板料冲压加工领域，尤其是涉及一种热冲压模具装置，适用 于基于Q&P一步法的热冲压成形工艺流程，可用于在此工艺下的U形弯曲件及其 他类似部件的制备。

背景技术

通过热冲压工艺可获得具有超高强度的马氏体钢，但其塑性较低。现有研究结 果表明，经过Q&P工艺处理的含硅钢可以获得具有马氏体和奥氏体的复相组织， 在保持一定强度的前提下，获得较高的塑性。因此，通过结合传统热冲压和Q&P 热处理工艺，实现Q&P处理的热冲压成形一体化工艺可有效提高材料的强塑积(强 度和塑性的乘积)，为提高汽车在碰撞中的安全性提供新的思路。

经典热冲压的工艺流程为：选择专用热冲压材料→下料→加热保温(板料充分 奥氏体化)→加热板料迅速移动到模具→完成成形的同时淬火冷却。

而基于Q&P一步法的热冲压流程为：选择专用热冲压材料→下料→加热保温 (板料充分奥氏体化)→加热板料迅速移动到模具→完成成形的同时淬火冷却至某 一温度(介于马氏体转变开始温度Ms和马氏体转变结束温度Mf之间)→在此温 度上保温一段时间→冷却至室温。

因上述工艺对比可见，采用基于Q&P一步法的热冲压新工艺，对于模具的要 求与现有的热冲压模具是有所不同的，目前尚未有现成的模具设计方案。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够在确保 工艺流程的前半阶段快速冷却淬火的同时，确保工艺流程的后半阶段控制并维持较 高的模具温度，实现具有高强塑积的U形弯曲件的制备的用于Q&P一步法热冲压 成形的U形弯曲件模具装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：用于Q&P一步法热冲压成形的 U形弯曲件模具装置，包括凸模、凹模、上模座、下模座、压边圈、导套和导柱， 其特征在于，还包括吹风装置和加热装置；所述的凸模设置在下模座上，所述的凹 模设置在上模座上，所述的压边圈通过带有金属套的螺栓固定在下模座和凸模上， 所述的吹风装置包括风道和分流板，以及与之相连的外设鼓风机、阀门和流量计， 所述的风道设置在上模座上，所述的分流板设置在风道端头的凹模上，分流板一端 连通风道，另一端连通凸模和凹模围成的空腔；所述的加热装置包括埋设在凸模中 间、压边圈及凹模两侧的电热元件，探测电热元件温度的电热偶，与电热元件连接 的加热柜，以及与电热偶和加热柜相连的温控仪。

所述的压边圈为带有定位槽的压边圈。

所述的电热元件为装有感应线圈的铜板。

所述的凸模中间、压边圈及凹模两侧分别设有加工空腔，用于埋设电热元件。

所述的凹模为镶块结构，所述的凸模中心设有贯通式结构的空腔。

所述的凹模和凸模的圆角，以及压边圈上开设有热电偶通道，热电偶的温度采 集端靠近电热原件。

所述的风道通过管道连接鼓风机，并在管道上设有阀门和气体流量计。

所述的分流板为设置在凹模底部的多孔可拆卸板。

本发明基于Q&P一步法的热冲压模具设计加热装置，以便在冲压之前将模具 加热到与板料淬火冷却温度相同的温度，因此在U形弯曲件热冲压模具的凸模中 间、压边圈及凹模两侧分别埋设装有感应线圈的铜板，在加热中通过温控仪监测加 热板温度和控制加热温度。此外，为保证板料在保温前淬火阶段有足够的冷却速度， 在凹模底部设置了吹风通道。

选取合理的凸、凹模圆角半径和凸、凹模间隙。热冲压成形中板料流动应力比 冷冲压低很多，更容易发生拉裂。过小的凸、凹模圆角半径和凸、凹模间隙会增加 断裂危险；但若圆角处半径过大，会导致圆角位置强度的降低，而过大的模具间隙 会对零件的成形造成不良的影响，还会影响零件的冷却效果。因此热冲压模具在选 取凸、凹模半径及间隙时要权衡各个方面的因素，合理选取。对于U形弯曲件的 成形，凸、凹模圆角半径在不小于材料允许的最小弯曲半径的前提下，一般取零件 内侧弯曲圆角；凸、凹模间隙范围一般为(1.05～1.15)t，其中t为板料厚度。

模具采用倒装模式。热冲压模具设计需要考虑的一个重要问题是，无镀层板料 从加热炉运送到模具上成形的过程是暴露在空气中的，因此成形结束之后板料会有 氧化皮。如果U形件成形模具凸模在上，凹模在下，氧化皮脱落后堆积在凸模与 压边圈间隙中，在分模过程成氧化皮会刮伤凸模与压边圈侧面，所以需要将模具倒 装，凹模在上，凸模在下。

合理设计压边圈。U形弯曲件热冲压中板料流动应力较低，不需要设置压边力， 同时可防止板料压缩变形，压边圈上需要根据坯料尺寸开定位槽用于坯料定位。

合适的开模高度。坯料放置在压边圈上的时候会与压边圈发生快速的热传递， 温度下降很快，因此需要将模具的开模高度调小，使坯料刚好放入定位槽，同时上 模以一定的速度向下运动完成U形件的弯曲成形，成形后将零件取出。因此，开 模距离略大于零件的高度1-2cm即可。

加热装置设置。需在热冲压实验模具的凸模中间、压边圈及凹模两侧分别加工 空腔，以便埋设装有感应线圈的加热铜板。凹模需做成镶块结构，以便于放置加热 板；而凸模空腔可简化做成贯通式结构。同时在凸凹模圆角、压边圈上开设热电偶 通道，采集模具温度，作为温度反馈控制对模具的加热。

吹风装置与通道。为保证板料在保温前淬火阶段有足够的冷却速度，与凹模相 连的上模座设置风道，并与凹模相通。凹模底部采用多孔可拆卸板，以便冷却风从 中穿过吹向加热板料，起到降温作用。鼓风机提供足够的风量，风量的大小由阀门 控制，通过气体流量计对风量进行监测。

工作原理：

根据Q&P工艺一步法中材料的淬火碳分配温度，对预埋在模具内的加热板通 电加热，通过温控仪监测和控制加热板温度，使得模具达到设定温度。将加热并保 温到完全奥氏体化的板料快速移动到预热好的热冲压模具上，依靠压边圈的定位槽 定位，打开吹风装置吹入冷风(根据需要调节分量和风温)，同时上模以较快的速 度向下运动完成U形件的弯曲成形及马氏体淬火。然后关闭吹风通道，维持模具 温度保压一段时间，完成U形件的碳分配过程。开模后取出制件，采用水淬或自 然冷却至室温。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、可实现基于Q&P工艺的热冲压件制备：通过在模具上设置风道及加热装 置，可同时实现前半阶段的快速冷却，以及后半阶段的模内保温，完成Q&P处理 的热冲压成形一体化工艺。

2、淬火和碳分配温度可以精确控制：利用温控仪中引出的热电偶采集模具温 度，反馈模具温度并控制加热装置，使得模具温度维持稳定。吹风装置中设置流量 计，可以准确的调控风量大小。

3、适用范围广：尽管本专利针对的是U弯曲件，但相应的设计思路完全可以 用到其他几何部件的设计和生产，原理是一致的。

附图说明

图1为基于Q&P工艺的U形弯曲件热冲压成形工艺模具图；

图2为U形件热冲压实验模具加热与冷却装置示意图；

图1中标号所示：

1、下模座，2、金属套，3、压边圈，4、凹模镶块a，5、凹模镶块b，6、上 模座，7、螺栓a，11、螺栓b，8、风道，9、空气分流板，10、凸模；

图2中标号所示：

12、电热原件，13、温控仪，14、热电偶与数据采集仪，15、鼓风机，16、 阀门，17、气体流量计。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1、图2所示，用于Q&P一步法热冲压成形的U形弯曲件模具装置， 包括凸模10、凹模(由凹模镶块a4和凹模镶块b5组成)、上模座6、下模座1、 压边圈3、导套和导柱，还包括加热装置和吹风装置，所述的凸模10设置在下模 座1上，凸模中心设有贯通式结构的空腔，所述的凹模设置在上模座6上，凹模为 镶块结构，其中凹模镶块b5通过螺栓a7固定在上模座6上，凹模镶块a4位于凹 模镶块b5下方与压边圈3连接，所述的压边圈3通过带有金属套2的螺栓b11固 定在下模座1和凸模10上，压边圈3为带有定位槽的压边圈。吹风装置包括风道 8和分流板9，以及与之相连的外设鼓风机15、阀门16和流量计17，所述的风道 8设置在上模座6，所述的分流板9设置在风道端头的凹模镶块b5底部上，分流板 9为设置在凹模底部的多孔可拆卸板。该分流板9一端连通风道8，另一端连通凸 模和凹模围成的空腔；所述的风道8通过管道连接鼓风机15，并在管道上设有阀 门16和气体流量计17。

所述的加热装置包括埋设在凸模中间、压边圈及凹模两侧的电热元件12，探 测电热元件温度的热电偶与数据采集仪14，与电热元件12连接的加热柜，以及与 电热偶和加热柜相连的温控仪13。所述的凸模中间、压边圈及凹模两侧分别设有 加工空腔，用于埋设电热元件。所述的电热元件12为装有感应线圈的铜板。所述 的凹模和凸模的圆角，以及压边圈上开设有热电偶通道，热电偶的温度采集端靠近 电热原件。

在冲压前，先对模具进行预热。模具的加热通过预先埋设在模具中的电热元件 12实现，电热元件12是将感应线圈通过绝热线圈置于铸铜板中，接到加热柜上， 温控仪13与加热柜连接，同时由温控仪中引出热电偶14，将热电偶14采集温度 的一端接到模具加热相应位置，作为温度反馈控制加热柜对模具的加热。温控仪 13有若干个通道分别控制凸模10、压边圈3、凹模镶块a4和凹模镶块b5的加热， 凸模10加热板为一块，压边圈3和凹模镶块a4和凹模镶块b5分别放置对称的两 块串联在电路中，起到同时加热的效果，使得模具达到淬火碳分配温度。将加热好 的板料快速移动到压边圈3的定位槽中定位后，启动压机，上模座6带动凹模镶块 a4和凹模镶块b5以一定的速度向下运动，压边圈3在上模的压力作用下下行，凸 模10进入凹模镶块a4、凹模镶块b5，完成U形件的弯曲成形。与此同时，打开 鼓风机阀门16，通过气体流量计17可知风量大小，以便通过调节阀门16达到预 想风量，冷却风通过风口和风道8进入凸凹模围成的空腔，给板料降温。U形件在 冷却风和模具导热的同时作用下，冷却到与模具温度相同。关闭风道阀门16，凸 模10静止保压一段时间，使U形件进行充分的碳分配，之后上模向上运动，压力 机上的顶杆推动螺栓11及金属套2上行，压边圈3将套在凸模10上的U形件顶 出。