CN101491819A - 轿车b柱高强度板冷拉伸成型模具及工艺 - Google Patents

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陈建和
姚汉伟
黄京生
蒋志岩
韩秀虹
赵金武
马双斌
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Abstract

本发明涉及一种轿车B柱高强度板冷拉伸成型模具及工艺，属于金属材料成型加工技术。其目的在于提供一种以有效的解决高强钢板在精密成型制造过程中的回弹技术难题。模具主要由凹模(3)、凸模(7)和压边圈(5)组成，所述的凹模(3)和凸模(7)分别固定在上模座(4)和下模座(8)上，凹模(3)上融结TD覆层，所述的压边圈(5)的底部由装在下模座(8)上氮气弹簧(6)支撑，并与凸模(7)滑动配合。其工艺步骤：a)落工艺料片；b)产品的预成形；c)通过对预成形状态下的工序件进行反拉伸，实现R角成型；d)对反拉伸后的工序件进行修边冲孔；e)最后将修边冲孔后的工序件对R角及形面整形。

Description

轿车B柱高强度板冷拉伸成型模具及工艺
技术领域
本发明属于金属材料成型加工技术，涉及金属材料、汽车制造、机械制造、金属材料精密塑性成型等学科。
背景技术
轻量化、节能、环保和安全是当今汽车技术的重要发展方向。材料及其相关应用技术是汽车工业技术创新的重要内容和物质基础。轻量化材料和相关的应用技术在汽车上的应用是降低汽车排放、提高燃油经济性的最有效措施之一。高强钢板具有强度高、成型性能好、能量吸收率高、初始加工硬化速率高和防撞凹性能好等综合优势，迅速发展为汽车制造中应用前景最为看好的轻量化材料之一。高强钢是在低碳钢中添加少量的铌或钛等合金元素，使其与碳、氮等元素形成碳化物、氮化物并在铁素体基体上析出从而提高钢的强度。因此，高强钢板具有高塑性应变比值(r≥1.4)、低屈服强度和良好的延伸性。随着高强钢板在车身中的广泛应用，精密塑性成型制造技术问题日益突出。这是因为材料的强度越高，精密塑性成型后零件的回弹越大，防止这种成型缺陷的技术难度也就越大。
为了解决高强钢板在精密成型制造过程中的回弹，一些研究人员通过对模具的设计，为补偿冲压导致的板材变形后的回弹，确保部件能按所设计要求冲压成型，基于板材弹塑性大应变结构特征与应力平衡修正的动力半显示速度迭代格式，采用大型有限元方程组双分解计算，对部件模具曲面型腔进行修正。该技术对简单的高强钢板冲压部件有一定的效果，对复杂的高强钢板冲压部件在工艺上较难实现。
轿车B柱结构形状复杂，是轿车车身重要组成部件，在车身中起到支撑顶盖联接后车门及前车门锁和紧固安全带作用，发生撞车时能够抵制侧撞所带来的危险，保证人身安全；同时还具有车门自锁的安全保护装置，起到防盗作用和密封作用。为达到侧撞指标要求，各汽车主机生产厂家要求汽车零部件生产厂家采用B340LA等高强度钢板制造轿车B柱。目前，轿车B柱均是采用了热成型工艺制造。金属板料热冲压成型技术是指将金属板料加热到800～900℃用专用机械器具放到成型模具中，由专用压机实现热压金属板件成型后，由模具中的冷却介质把制件的温度降至200℃左右，冷却时间控制在30秒钟之内然后取出制件，从而完成一个工序循环。与板料冷冲压成型技术相比，板料的热冲压成型具有塑性好、成型极限高、易于成型等优点。金属板料热冲压成型的缺点是：成型工艺复杂，工作效率低，成本较高，需要通过造价昂贵专用设备将板料经过高温加热、介质循环冷却且通过复杂性较高不易维护的工装才能成形，这样就大大地增加了能耗，浪费资源，并且形成一定的污染源。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轿车B柱高强度板冷拉伸成型模具及工艺，以有效的解决高强钢板在精密成型制造过程中的回弹技术难题。
本发明的上述目的是这样实现的，结合附图说明如下：
一种轿车B柱高强度板冷拉伸成型模具，主要由凹模3、凸模7和压边圈5组成，所述的凹模3和凸模7分别固定在上模座4和下模座8上，凹模3上融结TD覆层，所述的压边圈5的底部由装在下模座8上氮气弹簧6支撑，并与凸模7滑动配合。
所述的TD模具表面超硬化处理是采用金属碳化物扩散覆层TD原理，是在一定的处理温度下将工件置于硼砂熔盐及其特种介质中，通过特种熔盐中的金属原子和工件中的碳、氮原子产生化学反应，扩散在工件表面而形成一层几微米至二十余微米的钒、铌、铬、钛等金属碳化层。
一种轿车B柱高强度板冷拉伸成型工艺，包括以下具体步骤：
a落工艺料片。
b产品的预成形，将落下的料片放在预成形模具中，通过机械压力机对成形模具加压力，使产品达到预成形状态。
c通过对预成形状态下的工序件进行反拉伸，实现R角成型。
d对反拉伸后的工序件进行修边冲孔。
e最后将修边冲孔后的工序件对R角及形面整形。
迈腾、速腾和捷达A2型等轿车的B柱加强板均采用B340LA材料制造。B340LA高强钢板材料冲压成型性能分析：B340LA高强钢板材硬度高，拉伸性能差，回弹量不易控制，只适用于成型弯曲曲率半径较大的部件，且不适于冷压制复杂型面的产品。轿车B柱产品成型工艺分析：该产品结构复杂，成型曲率R角仅为R6、R8，局部成型时易出现裂纹等产品缺陷。根据产品结构，材料的特殊特性，在产品成型设计上，冲压工艺采用预成型反拉伸工艺保证材料的成型性能。本发明选择在成型模具设计上采用氮气弹簧装置实现拉伸压力平稳，防止板材在变形中局部受力过大出现断裂、起皱的现象。另外采用模具成型型面TD覆层表面处理技术，将TD材料和模具基体经过高温加热，使TD材料能够完全和模具基体融结在一起，增加模具表面的光洁度和耐磨性，保证板材成型过程中的合理流动性，使金属板材能够均匀地流动到模具型腔的每一个部位。
本发明具有以下优点：
对于本发明的高强度板冷拉伸成型的工艺优点是：
(1)成型工艺较热成型工艺简单，冷成型不需要加热和过多的辅助设备，工作效率高，成本较低；
(2)氮气弹簧是将高压氮气充入密封容器内，通过高压氮气的压缩和膨胀，获得一定的弹压力。该装置具有体积小、弹力大、行程大、压力恒定、便于整个工作面均匀平稳运动使材料能够均匀流动、无须预压行程；
(3)冷成型不需要加热和循环水，可以节约能耗，减少环境污染。
本发明获得最佳性能指标是通过预成形反拉伸工艺解决了成型R角仅为R6、R8局部成形时易出现裂纹、缩径等产品缺陷。通过对制件检测R角部位材料变薄率达到85％以上，材料成型回弹量控制在0.1mm之内。
附图说明
图1是本发明轿车B柱冷拉伸成型前状态剖面视图。
图2是本发明轿车B柱冷拉伸成型凹模、压边圈及凸模将金属料片刚好压紧的剖面视图。
图3是轿车B柱本发明冷拉伸成型之后刚要脱离时的剖面视图。
图中：1.TD覆层  2.金属料片  3.凹模  4.上模座  5.压边圈  6.氮气弹簧  7.凸模  8.下模座
具体实施方式
下面结合附图所示实施例，进一步说明本发明的具体内容及其工作过程。
轿车B柱高强度板冷拉伸成型结构，主要由凸模7、凹模3、压边圈5和氮气弹簧6所组成，TD覆层1融结在凹模3上，凸模7固定在下模座8上；凹模3固定在上模座4上；压边圈5联结在下模座8上并和凸模7滑动配合。压边圈5的底部由装在下模座8上氮气弹簧6支撑。
参阅图1所示本发明轿车B柱高强度板冷拉伸成型模具主要由TD覆层1、凹模3、上模座4、压边圈5、氮气弹簧6、凸模7、下模座8以及退料螺钉和连接螺钉等构成。其中凹模3通过连接螺钉将其固定于上模座4上；压边圈5通过退料螺钉和下模座8相连，并和凸模7产生滑动配合，底部由氮气弹簧6支撑做上下往复运动；氮气弹簧6靠连接螺钉固定于下模座8上；凸模7通过连接螺钉将其固定于下模座8上。
压边圈5在氮气弹簧6的弹压力顶起，平稳状态下，把金属板料片2放入压边圈5上，如图1所示，凹模3在外力压力机作用下向下移动与金属料片2接触，进一步下移，在氮气弹簧6的支撑工作压力与外力压力机的工作压力作用下，凹模3和压边圈5将金属料片2夹紧，参阅图2，凹模3继续下移与凸模7接触，再进一步下移逐步使金属料片2达到预成型反拉伸状态，参阅图3所示。该轿车B柱高强度板预成型反拉伸时，图1→图2→图3为一个工作循环，当处于图3状态时，完成B柱高强度板预成型反拉伸，撤销凹模3的外力，压边圈5将在氮气弹簧6的作用下回到图1状态。
本发明实现的具体工艺流程是：
(1)落工艺料片。
(2)产品的预成形，将落下的料片放在预成形模具中，通过机械压力机对成形模具加压力，使产品达到预成形状态。
(3)通过对预成形状态下的工序件进行反拉伸(一般板件成型拉伸工艺是由凸模为成形型面基准一次或多次延同一方向拉伸而获得所需产品的形状和几何尺寸；而本发明工艺是采取材料在成形过程中，根据材料的特殊特性，通过预成形，将材料控制在不稳定的弹性变形区域，然后进行反向拉伸，使材料达到稳定的塑性变形状态，从而获得理想形状和几何尺寸)，实现R角成型。
(4)对反拉伸后的工序件进行修边冲孔。
(5)最后将修边冲孔后的工序件对R角及形面整形。
本发明获得最佳性能指标是通过预成形反拉伸工艺解决了成型R角仅为R6、R8局部成形时易出现裂纹、缩径等产品缺陷。通过对制件检测R角部位材料变薄率达到85％以上，材料成形回弹量控制在0.1mm之内。
本发明的轿车B柱高强度板成型模具及工艺技术可以应用于每一款车型的B柱上。

Claims (2)

1、一种轿车B柱高强度板冷拉伸成型模具，主要由凹模(3)、凸模(7)和压边圈(5)组成，其特征在于，所述的凹模(3)和凸模(7)分别固定在上模座(4)和下模座(8)上，凹模(3)上融结TD覆层，所述的压边圈(5)的底部由装在下模座(8)上氮气弹簧(6)支撑，并与凸模(7)滑动配合。
2、一种轿车B柱高强度板冷拉伸成型工艺，其特征在于包括以下具体步骤：
a)落工艺料片；
b)产品的预成形，将落下的工艺料片放在预成形模具中，通过机械压力机对成形模具加压力，使产品达到预成形状态；
c)通过对预成形状态下的工序件进行反拉伸，实现R角成型；
d)对反拉伸后的工序件进行修边冲孔；
e)最后将修边冲孔后的工序件对R角及形面整形。
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