CN111167916B - 一种用于高强钢管件热气压成形的管坯支撑装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于高强钢管件热气压成形的管坯支撑装置，包括上模具、下模具、固定块、弹簧机构和支撑块；上模具和下模具合模状态时，在上模具和下模具的宽度方向开有空腔；固定块固定在下模具的空腔中，弹簧机构一端连接固定块，另一端连接支撑块，固定块、弹簧机构和支撑块组成的支撑结构在空腔中布置3个及3个以上。本发明采用模具型腔外部的支撑块，模具型腔外部局部布置一定数量支撑结构即可保证管件在成形时具有较好的成形性能，该方式可以适用于不同形状和尺寸的模腔，设计合理、通用性好、成本低、简单易行。
Description
技术领域
本发明涉及一种管坯支撑装置，具体涉及一种用于高强钢管件热气压成形的管坯支撑装置。
背景技术
为应对全球化的能源危机，响应国家节能减排的号召，轻量化技术已经成为汽车行业发展过程中的一个关键性技术。在综合考虑汽车安全性和生产成本等因素的情况下，采用高强钢代替传统低碳钢材料已成为汽车材料发展的重要方向。目前，采用高强钢制造的复杂异形管件在汽车结构上得到越来越多的应用。在现有高强钢中，硼钢(如22MnB5,BR1500HS)需要采用热冲压成形技术，首先将坯料加热实现奥氏体化，然后在热态下快速成形，随后再在模具中冷却淬火以获得马氏体组织。对于具有封闭截面的硼钢高强钢(以下简称高强钢)管件热气压成形时，首先通过感应线圈或加热炉等将原始管坯加热到850～950℃，使之均匀奥氏体化，随后将管坯快速转移到成形模具上，快速闭合模具，然后在保持模具合模状态下，向热态管坯内充入高压气体，利用高压气体使管坯发生胀形变形，最后向模具中快速通入冷却水等使模具降温以后对成形后管件进行淬火。该方法克服了采用刚性模具直接热冲压成形管件时出现零件形状尺寸精度差、性能无法保证的难题。同时，高强钢管件高温下成形与贴模淬火均在一套模具上完成，在节约生产成本的同时提高了生产效率。
在高强钢管件热气压成形过程中，为保证成形后的热态管件能够完成模内淬火，需要在成形模具内部布置一定结构的冷却水路，使模具始终处于50～150℃左右的较低温度。当将原始管坯在模具外部完成加热后转移到模具上准备成形时，热态管坯在转移过程中将与周围环境发生对流换热与热辐射，而热态管坯在接触模具后将与处于低温的模具发生更为快速的接触传热。通过采用机械手等自动化机构进行热态管坯的转移，可以缩短转移时间从而减少热态管坯温度的下降。因热态管坯与模具接触后的接触传热速度更快、对管坯上温度的影响更为复杂，所以需要进行有效控制。接触传热主要受到接触面积、接触时间、导热系数等因素的影响，因此可以从减小接触面积、缩短接触时间、降低导热系数这三个方面采取措施。
在热冲压成形技术中，对于高强钢板材，采用模外与模内的多点支撑方式。但是对于热态管材，存在模内多点支撑结构与模具冷却水路干涉的问题。
在热冲压成形技术中，对于高强钢管材，在模具内部布置支撑结构，存在模内支撑结构对模具型腔造成损伤的风险，同时无法保证成形零件的尺寸精度。
为了解决现在高强钢管材热气压成形时，模内多点支撑方式存在与模具冷却水路干涉的问题、模具内部布置支撑结构存在损伤模具型腔的问题、无法保证高强钢管坯在合理的温度条件下成形出现形状尺寸精度差、贴模度差、局部无法有效淬火等问题，需要提出新的高强钢管件热气压成形用管坯支撑装置。
发明内容
本发明的目的是提出新的高强钢管件热气压成形用管坯支撑装置，以解决上述热态管坯与模具接触后的快速散热，无法保证高强钢管坯在合理的温度条件下成形出现形状尺寸精度差、贴模度差、局部无法有效淬火等问题。
本发明的技术方案：
一种用于高强钢管件热气压成形的管坯支撑装置，包括上模具1、下模具2、固定块3、弹簧机构4、支撑块5、热态管坯6、成形中管件7、成形后管件8和芯轴10；
所述的上模具1与下模具2固定在压力机台面上，压力机合模时，模具型腔为热态管坯成形后的外轮廓；
所述的上模具1和下模具2合模状态时，在上模具1和下模具2的宽度方向开有空腔；该空腔大小在不损伤模具型腔的前提下，其截面形状为方形、圆形、多边形或异形；
所述的固定块3固定在下模具2的空腔中，弹簧机构4一端连接固定块3，另一端连接支撑块5，固定块3、弹簧机构4和支撑块5组成的支撑结构在空腔中布置3个及3个以上；上模具1下压前，支撑块5贴着下模具2伸到模具型腔内部，通过弹簧机构4提供的支撑力支撑加热完成的热态管坯6，上模具1下压后直至模具合模，依靠弹簧机构4的压缩控制支撑块5的回退动作，模具合模时，支撑块5回退到模具型腔外最大位置处；
所述的热态管坯6在模具内部成形结束后，打开模具，取出成形后管件8，弹簧机构4伸长，支撑块5回到模具型腔内部支撑位置；
所述的支撑块5的支撑力由其后的弹簧机构4提供，依靠弹簧机构4的压缩量改变支撑块5位置，延缓管件外壁与模具型腔的接触，解决热态管坯与模具接触热传导导致管件快速降温的问题。
弹簧机构4可以用气缸机构9来替换。
支撑块的支撑力由其后的气缸机构9提供，通过控制气缸机构9的回退位移量改变支撑块5的支撑位置，直至模具完全合模，支撑块5退出模具型腔最大位置，采用气缸机构9根据支撑需要快速、精准到达支撑、回退位置。
支撑块5材料由热导率较低的材料构成，如不锈钢。通过降低支撑块材料的热导率，降低热态管坯与支撑块之间的接触传热系数，进一步防止支撑块上热态管坯温度的降低，保证高强钢管件在较高温度下成形。
支撑块5在模具型腔外部布置时，成形后的管件轴线形状为直线或平面内曲线或空间曲线。
本发明的有益效果：
一、本发明采用模具型腔外部的支撑块通过局部的支撑面积支撑处于高温状态下的热态管坯，将热态管坯与模具型腔的面接触，变成热态管坯与支撑结构的局部点接触，极大的减少了接触面积，同时延缓管外壁与型腔的接触，解决了模具合模之前热态管坯与模具快速的传热导致管件降温过快问题。
二、本发明采用模具型腔外部的支撑块，可以避免传统的成形方法(如热冲压成形)在模具型腔内部布置支撑结构与模具冷却水路路径干涉，管件的支撑结构以及模具冷却水路的布置可以获得更大的空间，同时支撑结构布置在型腔外部，避免了模具内部支撑结构对上下模具型腔的损伤，保证了成形的形状尺寸精度和表面质量。
三、本发明采用模具型腔外部的支撑块，模具型腔外部局部布置一定数量支撑结构即可保证管件在成形时具有较好的成形性能，该方式可以适用于不同形状和尺寸的模腔，设计合理、通用性好、成本低、简单易行。
附图说明
图1为本发明一种用于高强钢管件热气压成形的支撑装置的模具剖面图，示意上下模具；
图2为本发明一种用于高强钢管件热气压成形的支撑装置的剖面图，示意使用弹簧机构支撑时成形前管件状态；
图3为本发明一种用于高强钢管件热气压成形的支撑装置的剖面图，示意使用弹簧机构支撑时成形中管件状态；
图4为本发明一种用于高强钢管件热气压成形的支撑装置的剖面图，示意使用弹簧机构支撑时成形后管件状态；
图5为本发明一种用于高强钢管件热气压成形的支撑装置的剖面图，示意使用气缸机构支撑时成形前管件状态；
图6为本发明一种用于高强钢管件热气压成形的支撑装置的剖面图，示意使用气缸机构支撑时成形中管件状态；
图7为本发明一种用于高强钢管件热气压成形的支撑装置的剖面图，示意使用气缸机构支撑时成形后管件状态；
图8为本发明一种用于高强钢管件热气压成形的支撑装置的等轴侧视图，示意模具各部分结构布置位置状态。
图中：1上模具；2下模具；3固定块；4弹簧机构；5支撑块；6热态管坯；7成形中管件；8成形后管件；9气缸机构；10芯轴。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～4说明，本实施方式的一种用于高强钢管件热气压成形的管坯支撑装置，其特征在于：该方法是按照以下步骤实现的：
步骤一、将外部加热完成的热态管坯6快速转移到下模具2的支撑块5上；
步骤二、将上模具1开始往下模具2运动，热态管坯6与上模具1接触以后，在上模具1型腔的凸起结构作用下成形中管件7逐渐与上下模具型腔贴合，支撑块5上的弹簧机构4被压缩，支撑块5贴着下模具2回退，直至模具合模完成，支撑块停留在模具型腔外部；
步骤三、芯轴10进给，通过芯轴10的锥面、管端管件厚度、模具端面型面密封管端；
步骤四、通过芯轴10的通气孔在管件中充入高压气体，利用高压气体将成形管件外壁面与模具型腔贴合，高压气体通过高压气源提供，可以通过对高压气源的控制来调节成形时管件内部所需要的压力；
步骤五、卸除成形后管件8内部的压力，退回芯轴10，打开模具，取出零件，支撑块5回到支撑位置。
具体实施方式二：结合图5～7说明，本实施方式所述的一种用于高强钢管件热气压成形的管坯支撑装置，其特征在于：步骤二中采用气缸机构9代替弹簧机构4，上模具1开始往下模具2运动，热态管坯6与上模具1接触的同时，控制气缸机构9将支撑块5回退到模具分模线位置，在模具完全合模前为避免上模具1的形状与支撑块5的干涉，进一步回退气缸机构9，支撑块5停留在模具型腔外部，其它步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1～8说明，本实施方式所述的一种用于高强钢管件热气压成形的管坯支撑装置，其特征在于：在具体实施方式一和具体实施方式二中，高压气体为空气的压缩气体或氩气的压缩气体或氮气的压缩气体或氦气的压缩气体。
Claims (3)
1.一种用于高强钢管件热气压成形的管坯模内支撑装置，其特征在于，该用于高强钢管件热气压成形的管坯支撑装置包括上模具(1)、下模具(2)、固定块(3)、弹簧机构(4)和支撑块(5)；
所述的上模具(1)与下模具(2)固定在压力机台面上，压力机合模时，模具型腔为热态管坯成形后的外轮廓；
所述的上模具(1)和下模具(2)合模状态时，在上模具(1)和下模具(2)的宽度方向开有空腔；
所述的固定块(3)固定在下模具(2)的空腔中，弹簧机构(4)一端连接固定块(3)，另一端连接支撑块(5)，固定块(3)、弹簧机构(4)和支撑块(5)组成的支撑结构在空腔中布置3个及3个以上；上模具(1)下压前，支撑块(5)贴着下模具(2)伸到模具型腔内部，通过弹簧机构(4)提供的支撑力支撑加热完成的热态管坯(6)，上模具(1)下压后直至模具合模，依靠弹簧机构(4)的压缩控制支撑块(5)的回退动作，模具合模时，支撑块(5)回退到模具型腔外最大位置处；
所述的热态管坯(6)在模具内部成形结束后，打开模具，取出成形后管件(8)，弹簧机构(4)伸长，支撑块(5)回到模具型腔内部支撑位置；
所述的支撑块(5)的支撑力由弹簧机构(4)提供，依靠弹簧机构(4)的压缩量改变支撑块(5)位置，延缓管件外壁与模具型腔的接触，解决热态管坯(6)与模具接触热传导导致管件快速降温的问题。
2.根据权利要求1所述的用于高强钢管件热气压成形的管坯模内支撑装置，其特征在于，所述的弹簧机构(4)用气缸机构(9)来替换。
3.根据权利要求1或2所述的用于高强钢管件热气压成形的管坯模内支撑装置，其特征在于，所述的空腔大小在不损伤模具型腔的前提下，其截面形状为方形、圆形、多边形或异形。
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Application publication date: 20200519 Assignee: Dalian tianyineng Equipment Manufacturing Co.,Ltd. Assignor: DALIAN University OF TECHNOLOGY Contract record no.: X2024980003669 Denomination of invention: A pipe blank support device for hot air forming of high-strength steel pipe parts Granted publication date: 20210810 License type: Exclusive License Record date: 20240329 |