CN105750397B - 便于热冲压件后期切边冲孔的热冲压模具及其设计方法 - Google Patents

便于热冲压件后期切边冲孔的热冲压模具及其设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了便于热冲压件后期切边冲孔的热冲压模具及其设计方法，该方法包括以下步骤：S1、根据热冲压件的切边线和冲孔线，在热冲压模具凸模和凹模的模具型面上均标示出对应的切边线和冲孔线；S2、在凸模和凹模上设置可以完全覆盖切边线和冲孔线的降温结构，降低该处热冲压件的冷却速率，阻止热冲压件冷却淬火过程中高强度马氏体的转变，促进贝氏体、珠光体等低强度组织的转变，最终实现降低热冲压件切边区和冲孔区强度，方便后期用传统冷冲切设备进行热冲压件的快速冲切，从而大大提高热冲压零件的生产效率。本发明方法简单实用，易于实现，在汽车零部件的热冲压模具中具有广阔的应用前景。

Description

便于热冲压件后期切边冲孔的热冲压模具及其设计方法
技术领域
本发明属于热冲压成形技术领域，具体涉及一种便于热冲压件后期切边冲孔的热冲压模具及其设计方法。
背景技术
随着环境污染和能源短缺的加剧，节能、减排已经越来越为人们重视，也是当今汽车行业主要发展方向之一。高强度钢板热冲压技术是汽车制造领域近几年出现的一种新型技术，通过热冲压成形得到的热冲压件强度可达1500MPa以上，且各部分强度分布一致。热冲压成形不仅可以大大提高汽车零件的强度，增加汽车的安全性，而且还可以通过减小壁厚和减小零件数目实现汽车的轻量化，实现节能、减排的目的。因此，热冲压成形在汽车制造领域的应用越来越广泛。
然而，采用传统热冲压模具生产的热冲压件，组织全部为马氏体，其强度很高，用传统传统冷冲切设备很难对其进行后期的切边和冲孔，这对热冲压零件的加工造成了很大的困难。目前，普遍采用激光切割的方法对热冲压件进行切边和冲孔，但是，受激光器功率的限制，激光切割速度较慢，大大影响了热冲压零件的生产效率；另外，激光切割设备价格高，投资大，而且能耗较大，生产成本较高。因此，如何提高热冲压零件的生产效率，尤其是提高热冲压件后期切边、冲孔的效率，降低生产成本成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便于热冲压件后期切边冲孔的热冲压模具及其设计方法，它可以有效解决传统热冲压模具生产的热冲压件切边冲孔困难、效率低、成本高的难题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种便于热冲压件后期切边冲孔的热冲压模具设计方法，包括以下步骤：
S1、根据热冲压件的切边线和冲孔线，在热冲压模具凸模和凹模的模具型面上均标示出对应的切边线和冲孔线位置；
S2、在凸模和凹模上设置可以完全覆盖切边线和冲孔线的降温结构，用于阻碍热冲压过程中高强度马氏体的转变，促进贝氏体、珠光体等低强度组织的转变，将热冲压件切边线和冲孔线处的强度降低至750MPa以下，以便于后期用传统冷冲切的方式对热冲压件进行直接的切边和冲孔。
按上述技术方案，所述降温结构为陶瓷热障涂层，包括以下步骤：
S201、切边线向内、冲孔线向外分别偏移一定距离形成陶瓷热障涂层涂覆区域，以使该涂覆区域完全覆盖切边线和冲孔线；
S202、采用等离子喷涂技术在凸模和凹模的涂覆区域内涂覆陶瓷热障涂层，所述陶瓷热障涂层包括先涂覆在模具上的金属粘结底层、后涂覆在所述金属粘结底层上的陶瓷面层，其中，所述金属粘结底层为NiCrAlY、CoCrAlY或NiCoCrAlY，厚度为0.1～0.2mm，所述陶瓷面层为6％～8％Y2O3+ZrO2，厚度为0.1～0.5mm。
按上述技术方案，步骤S201中，切边线向内、冲孔线向外分别偏移5～15mm形成陶瓷热障涂层涂覆区域。
按上述技术方案，步骤S2中，所述降温结构为空气槽，以切边线和冲孔线为中心，在凸模和凹模的型面上开设可以完全覆盖切边线和冲孔线的空气槽，所述空气槽的槽宽为6～20mm，其槽深为4～15mm。
相应的，本发明还提供一种便于热冲压件后期切边冲孔的热冲压模具，该模具包括凸模和凹模，所述凸模和凹模内均设有可以完全覆盖热冲压件切边线和冲孔线的降温结构。
按上述技术方案，所述降温结构为陶瓷热障涂层，所述陶瓷热障涂层包括金属粘结底层和陶瓷面层，所述金属粘接底层涂覆在所述凸模和凹模的模具型面，所述陶瓷面层在所述金属粘接底层上，所述金属粘结底层为NiCrAlY、CoCrAlY或NiCoCrAlY，厚度为0.1～0.2mm，所述陶瓷面层为6％～8％Y2O3+ZrO2，厚度为0.1～0.5mm。、
按上述技术方案，所述降温结构为空气槽，所述空气槽的槽宽为6～20mm，其槽深为4～15mm。
本发明具有以下有益效果：本发明从降低热冲压件切边区和冲孔区的强度入手，对热冲压模具进行设计，具体为通过在切边线和冲孔线对应的凸模和凹模型面位置设置降温结构，以降低该处热冲压件在热冲压过程中的冷却速率，阻碍热冲压过程中高强度马氏体的转变，促进贝氏体、珠光体等低强度组织的转变，将热冲压件切边线和冲孔线处的强度降低至750MPa以下，便于后期用传统冷冲切的方式对热冲压件进行直接的切边和冲孔。这样大大提高了生产的效率，同时也降低了生产的成本。另外，本发明热冲压成形的时间与传统热冲压成形相同，生产节拍一致，避免了相关工艺的重新制定和设备的调试，而且本发明对模具的整体结构没有大的变化，无需其它复杂结构的设计，本发明简单实用，易于实现，在汽车零部件的热冲压模具中具有广阔的应用前景。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明中热冲压模具设计方法的流程图；
图2是本发明第一实施例中热障涂层在模具型面上涂覆区域示意图；
图3是本发明第一实施例中陶瓷热障涂层的结构示意图；
图4是本发明第一实施例中陶瓷热障涂层的涂覆示意图；
图5是本发明第二实施例中空气槽在模具型面上的布置示意图；
图6是本发明第二实施例中热冲压模具的结构示意图；
图7是本发明实施例中热冲压零件示意图。
图中，1-模具型面；2-热冲压件；3-陶瓷热障涂层；4-冲孔线；5-切边线；6-陶瓷面层；7-金属粘结底层；8-模具；9-等离子弧发生器；10-等离子弧；11-模具表面；100-零件的边；200-冲孔；300-空气槽；400-凹模；500-凹模冷却水道；600-凸模冷却水道；700-凸模。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的较佳实施例中，如图1-图7所示，一种便于热冲压件后期切边冲孔的热冲压模具设计方法，包括以下步骤：
S1、根据热冲压件2的切边线和冲孔线，在热冲压模具凸模和凹模的模具型面上均标示出对应的切边线5和冲孔线4；
S2、在凸模和凹模内设置可以完全覆盖切边线5和冲孔线4的降温结构，用于阻碍热冲压过程中高强度马氏体的转变，促进贝氏体、珠光体等低强度组织的转变，以便于后期用传统冷冲切的方式对热冲压件进行直接的切边和冲孔。
在本发明的第一实施例中，如图2-图4所示，降温结构为陶瓷热障涂层，包括以下步骤：
S201、切边线5向内、冲孔线4向外分别偏移一定距离形成陶瓷热障涂层3的涂覆区域(图2中画有剖面线的阴影区域)，以使该涂覆区域完全覆盖切边线5和冲孔线4，本实施例中，切边线向内、冲孔线向外分别偏移5～15mm形成陶瓷热障涂层涂覆区域；
S202、采用等离子喷涂技术在凸模和凹模的涂覆区域内涂覆陶瓷热障涂层3，陶瓷热障涂层3包括先涂覆在模具8上的金属粘结底层7、后涂覆在金属粘结底层7上的陶瓷面层6，其中，金属粘结底层为NiCrAlY、CoCrAlY或NiCoCrAlY，厚度为0.1～0.2mm，陶瓷面层为6％～8％Y2O3+ZrO2，厚度为0.1～0.5mm。
在本发明的第二实施例中，如图5-图6所示，步骤S2中，降温结构为空气槽300，以切边线5和冲孔线4为中心，在凸模700和凹模400的型面上开设可以完全覆盖切边线5和冲孔线4的空气槽300，空气槽300的槽宽为6～20mm，其槽深为4～15mm。
如图2-图7所示，一种便于热冲压件后期切边冲孔的热冲压模具，该模具包括凸模700和凹模400，凸模和凹模内均设有可以完全覆盖热冲压件切边线和冲孔线的降温结构。
在本发明的第一实施例中，如图2-图4所示，降温结构为陶瓷热障涂层3，陶瓷热障涂层3包括金属粘结底层7和陶瓷面层6，金属粘接底层涂覆在凸模和凹模的模具型面，陶瓷面层在金属粘接底层上，金属粘结底层为NiCrAlY、CoCrAlY或NiCoCrAlY，厚度为0.1～0.2mm，陶瓷面层为Y2O3稳定的ZrO2，厚度为0.1～0.5mm。
在本发明的第二实施例中，如图5-图6所示，降温结构为空气槽300，空气槽300的槽宽为6～20mm，其槽深为4～15mm。
下面以汽车B柱热冲压件为例，结合附图1～图4，对本发明第一实施例的方法作进一步的详细描述，包括以下步骤：
S1、对汽车B柱热冲压件和模具型面1进行分析，确定热冲压B柱切边线5和冲孔线4在模具凸模和凹模型面上的对应位置，并确定陶瓷热障涂层3在模具凸模和凹模上的涂覆区域，模具中热障涂层的区域并不是与热冲压零件切边区和冲孔区完全吻合对应的，模具陶瓷热障涂层区域应该略大些，一般比切边线和冲孔线大5～15mm，以保证切边线和冲孔线完全在涂层区域内，这样才能保证热冲压后的热冲压件在切边线和冲孔线上是低强度，从而保证后期用传统冷冲切设备顺利完成热冲压件的切边冲孔；
S2、在热冲压件切边区和冲孔区对应的热冲压凸模和凹模表面11涂覆陶瓷热障涂层3，如图4所示，模具表面11在对应涂覆区域的位置开设有与陶瓷热障涂层厚度一致的凹槽，以使涂覆涂层后的模具具有平滑的表面，陶瓷热障涂层3的作用是降低涂层区冷却速率，用于阻碍热冲压过程中高强度马氏体的转变，促进贝氏体、珠光体等低强度组织的转变，以便于后期用传统冷冲切的方式对热冲压件进行直接的切边和冲孔。
S3、陶瓷热障涂层3涂覆在模具的模具型面上，其材料结构包括金属粘结底层7和陶瓷面层6，其中金属粘结底层7为NiCrAlY、CoCrAlY或NiCoCrAlY，厚度为0.1～0.2mm，陶瓷面层6为6wt％～8wt％Y2O3，厚度为0.1～0.5mm，陶瓷热障涂层3厚度越厚，隔热性越好，阻碍马氏体转变效果越好，最终得到的强度越低，具体厚度要根据实际情况而定；
S4、金属粘结底层7和陶瓷面层6的制备采用等离子喷涂技术，等离子弧发生器9产生等离子弧10，对模具表面11相应位置进行陶瓷热障涂层3的喷涂，等离子喷涂技术具有生产效率高、工艺灵活、重现性好、工件形状、大小无特殊要求等优点，而且利用等离子喷涂法喷涂的涂层粘结强度高，涂层致密，喷涂材料不易氧化；
S5、将加热并充分奥氏体化的坯料放入上述热冲压模具中，完成后续热冲压成形，得到的热冲压件在非涂层区和传统热冲压模具一样，得到高强度的完全的马氏体组织，强度可达1500MPa以上，满足零件性能要求，在涂层区主要得到低强度的贝氏体和珠光体组织，强度一般在500～750MPa，方便后期采用传统冷冲切设备进行切边冲孔；
S6、将采用上述模具得到的热冲压件放入传统冷冲切设备中完成热冲压件的切边和冲孔，最后得到汽车B柱热冲压件。
本发明通过在凸模和凹模对应切边区和冲孔区的模具型面上涂覆陶瓷热障涂层，并使该涂层区域完全覆盖切边线和冲孔线，以降低该处热冲压件的冷却速率，这样利用该模具成形的热冲压件，因对应涂层的区域冷却效果较差，阻止热冲压件冷却淬火过程中的马氏体转变，促进贝氏体、珠光体等低强度组织的转变，降低了热冲压件切边区和冲孔区的强度，一般在500～750MPa，所以方便后期用传统冷冲切设备进行快速切边冲孔，这样大大提高了生产的效率，同时也降低了生产的成本，另外，因涂层区域完全覆盖冲孔线，因此得到的冲孔附近强度均较低，从而可以保护与该冲孔配合的其他低强度零件在受外部冲击时，不会因冲孔强度高而被撞坏，提高了其他配合件的耐撞性；同时，对应非涂层的区域可以得到高强度的马氏体组织，满足零件性能要求。本发明利用等离子喷涂技术进行陶瓷热障涂层的涂覆，这对模具形状、大小、位置无特殊要求，灵活方便，易于实现。
下面以汽车B柱热冲压件为例，结合附图5～图7，对本发明第二实施例的方法作进一步的详细描述，包括以下步骤：
S1、对热冲压零件和模具型面进行分析，确定零件的边100和冲孔200，确定热冲压零件切边线和冲孔线在模具凸模和凹模上的对应位置；
S2、以切边线和冲孔线为中心，在模具凸模和凹模型面上开设一定尺寸的空气槽，空气槽宽度6mm～20mm，深度4mm～15mm，保证线和冲孔线包含在空气槽范围内；
S3、根据模具型面设计模具内部冷却***，包括凹模冷却水道500和凸模冷却水道600，冷却水道随模具型面均匀布置，以保证对热冲压件具有充分的冷却能力以及冷却均匀性，保证热冲压件非空气槽部分马氏体顺利转变；
S4、将加热并充分奥氏体化的坯料放入上述热冲压成形模具中，完成热冲压成形以及保压淬火，得到的热冲压件在非空气槽区和传统热冲压模具一样，得到高强度的完全的马氏体组织，强度可达1500MPa以上，满足零件性能要求，在空气槽区主要得到低强度的贝氏体和珠光体组织，强度一般在500MPa～750MPa左右，在传统冷冲压设备冲切强度范围之内，方便后期采用传统冷冲切设备直接进行切边冲孔，大大提高了生产的效率，同时也降低了生产的成本；
S5、随后将热冲压件放入传统冷冲切设备中完成热冲压件的切边和冲孔，最终得到目标热冲压零件，不必使用消耗大、效率低的激光切割方式。
本发明通过开设空气槽避免板料与模具的直接接触，从而达到降低该处板料冷却速率，阻碍高强度马氏体的转变，促进低强度贝氏体、珠光体等组织的转变，最终实现热冲压件切边线和冲孔线附近低强度，便于后期用传统冷冲切设备进行热冲压件的切边冲孔的目的。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种便于热冲压件后期切边冲孔的热冲压模具设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据热冲压件的切边线和冲孔线，在热冲压模具凸模和凹模的模具型面上均标示出对应的切边线和冲孔线位置；
S2、在凸模和凹模上设置可以完全覆盖切边线和冲孔线的降温结构，用于阻碍热冲压过程中高强度马氏体的转变，促进贝氏体、珠光体等低强度组织的转变，将热冲压件切边线和冲孔线处的强度降低至750 MPa以下，以便于后期用传统冷冲切的方式对热冲压件进行直接的切边和冲孔，所述降温结构为空气槽，以切边线和冲孔线为中心，在凸模和凹模的型面上开设可以完全覆盖切边线和冲孔线的空气槽，所述空气槽的槽宽为6～20 mm，其槽深为4～15 mm。
2.一种便于热冲压件后期切边冲孔的热冲压模具，该模具包括凸模和凹模，其特征在于，所述凸模和凹模内均设有可以完全覆盖热冲压件切边线和冲孔线的降温结构，所述降温结构为空气槽，所述空气槽以切边线和冲孔线为中心开设于凸模和凹模的型面上，且完全覆盖切边线和冲孔线，所述空气槽的槽宽为6～20 mm，其槽深为4～15 mm。
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