能夠減小熱成形鋼板沖孔沖頭磨損的模具的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種能夠減小熱成形鋼板沖孔沖頭磨損的模具，包括下模座和上模座，上模座固定連接在壓機滑塊上，壓機滑塊由壓機驅動上、下移動，在上模座上固定沖頭，上模座下表面連接壓料塊，在下模座上固定凹模套，下模座上定位工件；其特征是：所述沖頭的下端設置凸出于沖頭下端面的臺階，臺階的邊緣位于沖頭邊緣刃口的內側，并且臺階的外圓周面垂直于沖頭的下端面。所述臺階的橫截面面積小于沖孔的橫截面面。本發明在不增加額外成本也不損失生產效率的前提下，有效減小沖頭的磨損，延長沖頭使用壽命。
【專利說明】能夠減小熱成形鋼板沖孔沖頭磨損的模具
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種能夠減小熱成形鋼板沖孔沖頭磨損的模具，尤其是一種經過熱成形處理后的高強度及超高強度鋼板的沖孔模具，屬于熱成形鋼板的分離【技術領域】。
【背景技術】
[0002]高強度鋼板強度高，特別是在正火或正火加回火狀態有較高的綜合力學性能，高強度鋼板的應用是同時確保輕量化和碰撞安全性的有效手段，因此在大型船舶、橋梁、電站設備、中、高壓鍋爐、高壓容器、機車車輛、起重機械等工程行業領域中應用廣泛。而熱成形鋼板作為一種新興事物，其生產工藝不同于普通的高強度鋼板，熱成形鋼板的生產工藝通常包括成形和淬火冷卻兩個階段，其中，成形階段需要在高溫下由模具一次沖壓成形，淬火冷卻階段需要通過控制一定的冷卻速度迅速冷卻，從而使鋼板發生從奧氏體微觀組織向馬氏體微觀組織的轉變，由此得到極高的強度和硬度，以常見硼鋼為例，熱成形處理后其強度達到1500Mpa左右。一般的高強度鋼板的抗拉強度在400MPa?450MPa左右，而熱成形鋼材加熱前抗拉強度即已達到500 MPa?800MPa，加熱成形后則可提高至1300?1600 MPa，其強度為普通高強度鋼材的3?4倍，其硬度僅次于陶瓷，但又具有鋼材的韌性，以常見熱成形硼鋼鋼板為例，強度達到1500MPa，延伸率為5%左右，已經遠遠超過一般意義的高強鋼，其分離工藝難度遠遠高于普通鋼板和常見高強鋼鋼板。
[0003]對于熱成形鋼板的沖孔，由于鋼板本身強度和硬度非常高，沖頭磨損非常嚴重，最終產生沖孔毛刺，影響工件質量。為此，常用的方法為使用高硬度的粉末冶金鋼，甚至在粉末冶金鋼的基礎上增加TD、PVD涂層等表面處理技術，沖頭的成本由此變得非常昂貴，而沖頭的壽命提升幅度并不明顯，通常在5，000?20，000沖次仍然需要更換沖頭。
[0004]通過分析沖孔時候的靜水壓力可以發現，造成沖頭磨損非常嚴重的主要原因在于沖孔后工件孔徑小于沖頭尺寸，從而在沖頭脫離工件之前，被工件緊緊“箍”住。而工件沖孔后孔徑小于沖頭尺寸，根本原因在于，沖孔時沖頭有沿孔徑徑向對工件擠壓的力，當沖孔破裂后工件沿孔徑徑向回彈，從而使得孔徑小于沖頭尺寸，將沖頭緊緊“箍”住。而相對于修邊磨損輕微，沖孔磨損嚴重主要是由于其為封閉曲線，對沖頭徑向拉力的反約束大幅度加重了這種徑向回彈。目前所有的沖頭解決方案都局限在如何提高沖頭材料的性能，而沒有從根本上考慮如何減輕甚至消除這種徑向回彈。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種能夠減小熱成形鋼板沖孔沖頭磨損的模具，在不增加額外成本也不損失生產效率的前提下，有效減小沖頭的磨損，延長沖頭使用壽命。
[0006]按照本發明提供的技術方案，所述能夠減小熱成形鋼板沖孔沖頭磨損的模具，包括下模座和上模座，上模座固定連接在壓機滑塊上，壓機滑塊由壓機驅動上、下移動，在上模座上固定沖頭，上模座下表面連接壓料塊，在下模座上固定凹模套，下模座上定位工件；其特征是:所述沖頭的下端設置凸出于沖頭下端面的臺階，臺階的邊緣位于沖頭邊緣刃口的內側，并且臺階的外圓周面垂直于沖頭的下端面。
[0007]進一步的，所述臺階的橫截面面積小于沖孔的橫截面面。
[0008]進一步的，當沖孔為圓孔時，臺階的橫截面為圓形，臺階與沖頭邊緣刃口之間的距離為0.2?5mm。
[0009]進一步的，當沖孔為異形孔時，臺階的橫截面形狀與沖孔形狀一致，或者為圓心和沖孔中心重合的圓形；所述臺階與沖頭邊緣刃口之間的距離為0.2?5_。
[0010]進一步的,所述臺階的高度為3?5mm。
[0011]進一步的，所述臺階的外圓面為平面或內凹的弧面，弧面高度為0.2?2.8mm。
[0012]進一步的，所述沖頭的材質選擇冷作工具鋼SKD11、D2、高速鋼或粉末冶金鋼。
[0013]進一步的，所述沖頭與凹模套的沖孔之間保持間隙，該間隙為工件厚度的5%?15%。
[0014]本發明具有以下技術效果:
(1)本發明的實質是針對封閉曲線沖孔時的徑向回彈，提出如何減小徑向回彈的解決方案。由于在沖孔之前進行臺階預先沖一小孔，工件在該處破裂后應力釋放，同時材料變少，第二臺階沖頭沖孔(即工件最終需要的孔徑尺寸)時徑向擠壓工件的力所受到的材料約束反作用力變小，從而很大程度上抵消了工件材料因沖頭徑向擠壓產生的彈性變形，沖孔完成后回彈量大幅度縮小，工件沖孔后“箍”住沖頭的現象根本上減輕了，從而最終減小了沖頭的磨損。不論采用何種材質的沖頭，本發明的沖頭使用壽命都遠優于未進行預沖孔工藝方案的沖頭使用壽命；
(2)對于異形沖孔，本發明采用臺階截面與異形沖孔中心重合的圓形，加工更加方便，成本更加經濟；
(3)本發明采用平面作為臺階的外表面，加工更加方便，成本更加經濟。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的結構示意圖。
[0016]圖2為沖頭刃口接觸工件的狀態圖。
[0017]圖3為圖2的I放大圖。
[0018]圖4為沖孔后的示意圖。
[0019]圖5為所述沖頭的結構示意圖。
[0020]圖6為圖5的仰視圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合具體附圖對本發明作進一步說明。
[0022]如圖1?圖6所示:所述能夠減小熱成形鋼板沖孔沖頭磨損的模具包括下模座1、凹模套2、工件3、上模座4、沖頭5、壓料塊6、刃口 7、臺階8等。
[0023]如圖1所示，本發明包括下模座I和上模座4，上模座4固定連接在壓機滑塊上，壓機滑塊由壓機驅動上、下移動，在上模座4上固定沖頭5，上模座4下表面連接壓料塊6，上模座4與壓料塊6彈性連接；在所述下模座I上固定凹模套2，下模座I上定位工件3 ;如圖5、圖6所示，所述沖頭5的下端設置凸出于沖頭5下端面的臺階8，臺階8的邊緣位于沖頭5邊緣刃口 7的內側，并且臺階8的外圓周面垂直于沖頭5的下端面，在沖孔時臺階8比沖頭5的刃口 7先接觸到工件3 ；
所述臺階8橫截面、高度以及外圓周面形狀，須根據工件孔徑和材料厚度進行工藝設計，總原則為控制臺階8比刃口 7先接觸到工件3的過程中，工件3在臺階8邊緣刃口的作用下破裂分離；隨后，沖頭5繼續下行，沖頭5邊緣刃口 7接觸工件3，在沖頭5邊緣刃口 7和凹模套2刃口的共同作用下，工件3沿沖孔的邊線破裂，完成沖孔。
[0024]所述臺階8的橫截面面積小于沖孔的橫截面面積，臺階8的邊緣位于沖頭5邊緣刃口 7的內側；當沖孔為圓孔時，臺階8的橫截面為圓形，臺階8與沖頭5邊緣刃口 7之間的距離依據工件孔徑和材料厚度不同而有差異，優選為0.2?5_ ;當沖孔為異形孔時，臺階8的橫截面既可以為與沖孔形狀一致的異形孔，也可以為圓心和沖孔中心重合的圓形，臺階8與沖頭5邊緣刃口 7之間的距離依據工件孔徑和材料厚度不同而有差異，優選為0.2?5mm ο
[0025]所述臺階8的高度依據工件孔徑和材料厚度不同而有差異，優選3?5_。
[0026]所述臺階8的外圓面可以是為平面或內凹的弧面，弧面高度依據工件孔徑和材料厚度不同而有差異，優選為0.2?2.8mm ;考慮加工工藝,優選平面。
[0027]所述沖頭5的材質，選擇優質冷作工具鋼SKD11、D2、高速鋼、粉末冶金鋼等，也可以進行涂層等表面處理。
[0028]所述沖頭5與凹模套2的沖孔之間保持間隙，該間隙為工件3厚度的5%?15%。
[0029]實施例一:一種硼鋼鋼板的沖孔工藝，工件的材質:硼鋼22MnB5，料厚1.6mm,長度400mm,寬200mm,所沖孔為圓孔,直徑為1mm;
如圖1?圖4所示，上述工件通過以下方式進行具體加工處理:沖頭最前端設置臺階，沖壓時臺階最前端首先與工件接觸，工件在臺階邊緣刃口的作用下破裂分離；隨后，沖頭繼續下行，沖頭邊緣刃口接觸工件，在沖頭邊緣刃口和凹模套刃口的共同作用下，工件沿沖孔的邊絲破裂，完成沖孔。其中，沖頭的材料選取粉末冶金鋼，硬度HRC61 土度，臺階的直徑為6mm,高度為2mm。
[0030]實施例二:一種硼鋼鋼板的沖孔工藝，該工件為汽車用B柱。鋼板的材質:硼鋼22MnB5，料厚1.2mm，長度1250mm，寬430臟，所沖孔為圓孔，直徑為12mm ；
如圖1?圖4所示，上述工件通過以下方式進行具體加工處理:沖頭最前端設置臺階，沖壓時臺階最前端首先與工件接觸，工件在臺階邊緣刃口的作用下破裂分離；隨后，沖頭繼續下行，沖頭邊緣刃口接觸工件，在沖頭邊緣刃口和凹模套刃口的共同作用下，工件沿沖孔的邊絲破裂，完成沖孔。其中，沖頭的材料選取粉末冶金鋼，硬度HRC61 土度，臺階的直徑為8mm,高度為 1.5mmο
【權利要求】
1.一種能夠減小熱成形鋼板沖孔沖頭磨損的模具，包括下模座(I)和上模座(4)，上模座(4)固定連接在壓機滑塊上，壓機滑塊由壓機驅動上、下移動，在上模座(4)上固定沖頭(5),上模座(4)下表面連接壓料塊(6)，在下模座(I)上固定凹模套(2)，下模座(I)上定位工件(3);其特征是:所述沖頭(5)的下端設置凸出于沖頭(5)下端面的臺階(8)，臺階(8)的邊緣位于沖頭(5)邊緣刃口(7)的內側，并且臺階(8)的外圓周面垂直于沖頭(5)的下端面。
2.如權利要求1所述的能夠減小熱成形鋼板沖孔沖頭磨損的模具，其特征是:所述臺階(8)的橫截面面積小于沖孔的橫截面面。
3.如權利要求2所述的能夠減小熱成形鋼板沖孔沖頭磨損的模具，其特征是:當沖孔為圓孔時，臺階(8)的橫截面為圓形，臺階(8)與沖頭(5)邊緣刃口(7)之間的距離為0.2?5mm ο
4.如權利要求2所述的能夠減小熱成形鋼板沖孔沖頭磨損的模具，其特征是:當沖孔為異形孔時，臺階(8)的橫截面形狀與沖孔形狀一致，或者為圓心和沖孔中心重合的圓形；所述臺階(8)與沖頭(5)邊緣刃口(7)之間的距離為0.2?5mm。
5.如權利要求1所述的能夠減小熱成形鋼板沖孔沖頭磨損的模具，其特征是:所述臺階(8)的高度為3?5mm。
6.如權利要求1所述的能夠減小熱成形鋼板沖孔沖頭磨損的模具，其特征是:所述臺階(8)的外圓面為平面或內凹的弧面，弧面高度為0.2?2.8mm。
7.如權利要求1所述的能夠減小熱成形鋼板沖孔沖頭磨損的模具，其特征是:所述沖頭(5)的材質選擇冷作工具鋼SKDl1、D2、高速鋼或粉末冶金鋼。
8.如權利要求1所述的能夠減小熱成形鋼板沖孔沖頭磨損的模具，其特征是:所述沖頭(5)與凹模套(2)的沖孔之間保持間隙，該間隙為工件(3)厚度的5%?15%。
【文檔編號】B21D28/34GK104438583SQ201410740220
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月8日 優先權日:2014年12月8日
【發明者】陳揚, 孫財, 李向榮, 楊云龍 申請人:無錫朗賢汽車組件研發中心有限公司