CN104889266A - 一种汽车车身热成形件修边冲孔模具制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于热成形件修边、冲孔技术领域，具体涉及一种汽车车身热成形超高强度成形件修边冲孔模具制造工艺。模具热处理是在高温条件下，进行软性退火、去应力回火、淬火、淬火冷却介质、回火等处理，模具加工，利用数控仿形铣床，进行粗加工、清根加工、型面加工、再清根加工等，制成模具零件；其代替现有通用的激光切割技术，保证工作效率的同时，极大地减小工作时对模具的磨损，延长模具使用寿命，大幅工作时的作用力，可一次性地完成后续的汽车车身超高强度成形件的修边和冲孔，大幅提高功效，降低生产成本和劳动强度，减少大量昂贵的激光切割设备投入。

Description

一种汽车车身热成形件修边冲孔模具制造工艺

技术领域

本发明属于热成形件修边、冲孔技术领域，具体涉及一种汽车车身热成形超高强度成形件修边冲孔模具制造工艺。

背景技术

在大型舰船、航空、航天、兵器、石化、模具、汽车、核电及风电等众多行业领域中，用于制造热成形超高强度钢板成形件修边、冲孔的应用越来越广泛。在汽车领域，车身热成形超高强度成形件修冲模具以引进为主，采用高吨位机械压力机来完成成形件的修边、冲孔。但修边冲孔后，成形件会经常出现变形、扭曲等技术缺陷。以车身B柱为例，需使用上千吨的机械压力机。为此，要保证模具自身的质量，模具的压料板安全及限位侧销直径需要足够大，压料板铸件强度要足够强等，一套B柱模具一般重达30吨左右，材料费、机加工费及组装调试费等随之提高，且这种模具在冲压瞬间产生的强大冲击力会使模具磨损严重，维护频次高，使用寿命缩短。为了缓冲强大的冲击力，需在压机上配备缓冲垫。即便如此，也难以解决压力的瞬间巨大变化而产生的噪音及模具磨损问题。因此，采用铬钼钒合金工具钢代替目前通用的硼钢作为模具材料，铬钼钒合金工具钢的化学成分百分比如下：C 0.70，Si 0.20，Mn 0.50，Cr 5.00，Mo 2.30，V 0.50；其出厂状态为软性退火至硬度约215HB。作为高水平技术模具，其制造工艺不同于以往的高强度模具。通过创新，目前通用的方法是利用激光切割技术来完成车身成形件的修边、冲孔。一台激光切割设备价格昂贵，且成形件表面留有激光切割痕迹，切割精度差、功效太低，成本过高，批量生产周期长且需大量昂贵的激光切割设备投入。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种汽车车身热成形件修边冲孔模具制造工艺，通过热处理工艺及模具加工，降低生产成本和劳动强度，提高产品生产品质和效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种热成形汽车车身成形件修边冲孔模具制造工艺，采用铬钼钒合金工具钢代替目前通用的硼钢作为模具材料，包括模具热处理和模具加工两个阶段：

所述的模具热处理工艺，包括软性退火、去应力回火、淬火、淬火冷却介质和回火,其依次进行软性退火，去应力回火，淬火和回火；

1所述软性退火是在保护状态下，将修冲模具镶块的毛坯放在高温加热炉中，随着炉温升至820℃均温后，以10℃/h的速度，冷却至650℃，然后置于空气中冷却；

2所述去应力回火是将炉温升至650℃，将经铣床粗加工，去除表面大部分切屑余量后的模具镶块放入加热炉中保温2h，随炉冷却至500℃，然后再置于空气中冷却，以除去残余应力；

3所述淬火是将经数控加工中心精加工后的模具镶块放入真空淬火炉中，通过电脑程序的控制，采用三段升温方式：第一阶段，随炉温升至600-650℃，保温90min；第二阶段，随炉温升至850-900℃，再次保温90min；第三阶段：再次升温到930-1020℃，且再次保温，保温时间（min）按照模具镶块厚度（mm）*1.5计算，以保证较大的模具镶块中心和表面温度均匀；奥氏体化温度一般为1000-1025℃，通常为1020℃，大尺寸工件时使用1000℃奥氏体化处理，保温30min，使之转变成马氏体微观组织，从而得到极高的强度和硬度；

4所述淬火冷却介质是在循环气体气氛中，采用高速气冷方式对模具镶块进行冷却：在高速及充足过压气体的真空炉中，模具镶块在900-500℃时的冷却速度为1-1.5℃/s；冷却至500-550℃时,对模具镶块分级淬火一次，在200-350℃时对模具镶块再次分级淬火；模具镶块冷却至50-70℃时立即回火；

5所述回火是根据硬度要求，对模具采用高温回火；回火至少两次，回火温度为525℃-600℃，保温时间至少2h，以保证较高强度的同时，具有较好的塑性和韧性；每次回火后，模具需冷却至室温；

所述的模具加工工艺是采用数控仿型铣床对模具进行两次粗加工、两次清根加工、两次型面加工、再进行三次清根加工：

1所述的初次粗加工，用∮50的硬质合金铣刀，转速S=1050，进给F=800，余量6mm；

2所述的再次粗加工，用∮50的硬质合金铣刀，转速S=1300，进给F=1000，余量0.8mm；

3所述的初次清根加工，用∮30的硬质合金铣刀，转速S=2500，进给F=1500，余量0.2mm；

4所述的再次清根加工，用∮25的硬质合金铣刀，转速S=3000，进给F=1800，余量0.2mm；

5所述的初次型面加工，用∮30的硬质合金铣刀，转速S=2500，进给F=2400，余量0.2mm；

6所述的再次型面加工，用∮20的硬质合金铣刀，转速S=5000，进给F=4000，余量0mm；

7所述的型面加工后的1次清根加工，用∮16的硬质合金铣刀，转速S=4000，进给F=2000，余量0mm；

8所述的型面加工后的2次清根加工，用∮10的硬质合金铣刀，转速S=4000，进给F=1800，余量0mm；

9所述的型面加工后的3次清根加工，用∮6的硬质合金铣刀，转速S=4000，进给F=1500，余量0mm。

本发明的有益效果是，一种汽车车身热成形件修边冲孔模具制造工艺，在模具材料的热处理阶段，在1000-1025℃高温条件下，进行软性退火、去应力回火、淬火、淬火冷却介质、回火等处理，从而得到极高的强度和硬度的模具，硬度可达60HRC以上，强度可达1500MPa以上；模具加工，利用数控仿形铣床，进行粗加工、清根加工、型面加工、再清根加工等，制成模具零件；其制造出修冲模具，代替现有通用的激光切割技术，其在保证工作效率的同时，能极大地减小工作时对模具的磨损，延长模具的使用寿命，大幅降低修边、冲孔所需的作用力，可一次性地完成后续的超高强度车身成形件的修边和冲孔，大幅提高功效，降低生产成本和劳动强度，减少大量昂贵的激光切割设备投入。

与现有技术相比，本发明具有下列优势：

1、本发明通过对汽车车身热成形超高强度钢板成形件修冲模具制造工艺进行创新，采用数控仿形铣床，选用特定的∮50硬质合金铣刀、特定的转速、进给量、余量等方法，简化模具制造工艺，降低模具制造成本及劳动强度。

2、本发明工艺方法代替目前通用的激光切割工艺，大幅提高功效；成形件修边、切割精度高；防止在生产过程中成形件出现变形、扭曲等技术缺陷；提高产品外观质量，成形件表面光滑，合格率高；可实现大批量生产；批量生产时，可减少大量昂贵的激光切割设备投入使用。如表1所示，本发明与现有激光切割技术相比，所具有的优点、特点或积极效果，说明现有技术之缺陷。

表1。

附图说明

图 1为铬钼钒合金工具钢与硼钢、高碳钢抗崩角性能对比图。

 图2为模具去应力回火曲线图。

 图3为模具经过热处理，其硬度、晶粒度以及残余奥氏体和奥氏体化温度间的关系

曲线图。

图4为过冷奥氏体连续冷却转变曲线图（CCT曲线图）。

图5为奥氏体化处理时模具尺寸变化曲线图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

参照附图，一种汽车车身热成形件修边冲孔模具制造工艺，采用铬钼钒合金工具钢代替目前通用的硼钢作为模具材料，其包括模具热处理和模具加工两个阶段：先对模具进行模具热处理，再对模具进行模具加工。

一、模具材料

铬钼钒合金工具钢适合用作崩角和开裂为主要失效机理、对抗压强度要求高（硬度高于60HRC）的模具；非常适合于工作环境苛刻的冷作模具，例如超高强度钢板的修边、冲孔等模具，这种模具既需要60HRC以上的硬度，又需要较高的抗开裂性能。

1、模具材料性能

测试样品取自Φ120mm棒材和203 x 80mm板材的心部。试样均为1025℃真空炉气淬，525℃回火两次，每次两小时，硬度为60-62HRC，详细性能如下：

（1）物理性能：测试样品调质处理至60-62HRC，如表2所示：

表2

（2）抗压强度：室温时测试样品硬度及对应的强度近似值，如表3所示：

表3

（3）抗崩角性：铬钼钒合金工具钢与硼钢、高碳钢抗崩角性能对比明显高于硼钢、高碳钢，如图1所示：

2、模具热处理

所述的模具热处理工艺，包括软性退火、去应力回火、淬火、淬火冷却介质和回火,其依次进行软性退火，去应力回火，淬火和回火；

（1）软性退火

在保护状态下，将修冲模具镶块的毛坯放在高温加热炉中，加热至820℃均温后，以10℃/h的速度，冷却至650℃，然后置于空气中冷却；

（2）去应力回火

将炉温升至650℃，将经铣床粗加工，去除表面大部分切屑余量后的模具镶块放入加热炉中保温2h，随炉冷却至500℃，然后再置于空气中冷却，以除去残余应力；

（3）淬火

淬火是将经数控加工中心精加工后的模具镶块放入真空淬火炉中，通过电脑程序的控制，采用三段升温方式：第一阶段，随炉温升至600-650℃，保温90min；第二阶段，随炉温升至850-900℃，再次保温90min；第三阶段：再次升温到930℃，且再次保温，保温时间（min）按照模具镶块厚度（mm）*1.5计算，以保证较大的模具镶块中心和表面温度均匀；奥氏体化温度一般为1000-1025℃，通常为1020℃，大尺寸工件时使用1000℃奥氏体化处理，保温30min，使之转变成马氏体微观组织，从而得到极高的强度和硬度；

（4）淬火冷却介质

在循环气体气氛中，采用高速气冷方式对模具镶块进行冷却：在高速及充足过压气体的真空炉中，模具镶块在900-500℃时的冷却速度为1-1.5℃/s；冷却至500-550℃时,对模具镶块分级淬火一次，在200-350℃时对模具镶块再次分级淬火；模具镶块冷却至50-70℃时立即回火；

（5）回火：

根据硬度要求，对模具采用高温回火，参照图2去应力回火曲线图选择回火温度；回火至少两次，回火温度为525℃-600℃，最低回火温度为525℃，保温时间至少2h；每次回火后，必须冷却到室温，以保证较高强度的同时，具有较好的塑性和韧性。

模具经过热处理，其硬度、晶粒度以及残余奥氏体和奥氏体化温度间的关系曲线如图3所示。

奥氏体化温度1025℃，保温时间30min时，过冷奥氏体连续冷却转变曲线图（CCT曲线图）如图4所示。

奥氏体化处理条件分别是1000℃/30min和1020℃/30min时，然后再在真空炉中使用N2冷却，在800-500℃区间内的冷却速度是1.1℃/s，此时，模具材料各个方向的尺寸变化数值均在标记区域之内，如图5所示。

3、模具加工

所述的模具加工工艺是采用数控仿型铣床对模具进行两次粗加工、两次清根加工、两次型面加工、再进行三次清根加工：

1所述的初次粗加工，用∮50的硬质合金铣刀，转速S=1050，进给F=800，余量6mm；

2所述的再次粗加工，用∮50的硬质合金铣刀，转速S=1300，进给F=1000，余量0.8mm；

3所述的初次清根加工，用∮30的硬质合金铣刀，转速S=2500，进给F=1500，余量0.2mm；

4所述的再次清根加工，用∮25的硬质合金铣刀，转速S=3000，进给F=1800，余量0.2mm；

5所述的初次型面加工，用∮30的硬质合金铣刀，转速S=2500，进给F=2400，余量0.2mm；

6所述的再次型面加工，用∮20的硬质合金铣刀，转速S=5000，进给F=4000，余量0mm；

7所述的型面加工后的1次清根加工，用∮16的硬质合金铣刀，转速S=4000，进给F=2000，余量0mm；

8所述的型面加工后的2次清根加工，用∮10的硬质合金铣刀，转速S=4000，进给F=1800，余量0mm；

9所述的型面加工后的3次清根加工，用∮6的硬质合金铣刀，转速S=4000，进给F=1500，余量0mm。

当模具材料状态为软性退火—220HB时，铣床的加工参数，如表4所示：         

                表4

硬质合计钻头的选择，如表5所示：

  

表5。

Claims (1)

1.一种汽车车身热成形件修边冲孔模具制造工艺，采用铬钼钒合金工具钢作为模具材料，其特征在于，包括模具热处理和模具加工两阶段：所述的模具热处理工艺，包括软性退火、去应力回火、淬火、淬火冷却介质和回火,其依次进行软性退火，去应力回火，淬火和回火；

1）所述软性退火是在保护状态下，将修冲模具镶块的毛坯放在高温加热炉中，随着炉温升至820℃均温后，以10℃/h的速度，冷却至650℃，然后置于空气中冷却；

2）所述去应力回火是将炉温升至650℃，将经铣床粗加工，去除表面大部分切屑余量后的模具镶块放入加热炉中保温2h，随炉冷却至500℃，然后再置于空气中冷却，以除去残余应力；

3）所述淬火是将经数控加工中心精加工后的模具镶块放入真空淬火炉中，通过电脑程序的控制，采用三段升温方式：第一阶段，随炉温升至600-650℃，保温90min；第二阶段，随炉温升至850-900℃，再次保温90min；第三阶段：再次升温到930-1020℃，且再次保温，保温时间（min）按照模具镶块厚度（mm）*1.5计算，以保证较大的模具镶块中心和表面温度均匀；奥氏体化温度一般为1000-1025℃，通常为1020℃，大尺寸工件时使用1000℃奥氏体化处理，保温30min，使之转变成马氏体微观组织，从而得到极高的强度和硬度；

4）所述淬火冷却介质是在循环气体气氛中，采用高速气冷方式对模具镶块进行冷却：在高速及充足过压气体的真空炉中，模具镶块在900-500℃时的冷却速度为1-1.5℃/s；冷却至500-550℃时,对模具镶块分级淬火一次，在200-350℃时对模具镶块再次分级淬火；模具镶块冷却至50-70℃时立即回火；

5）所述回火是根据硬度要求，对模具采用高温回火；回火至少两次，回火温度为525℃-600℃，保温时间至少2h，以保证较高强度的同时，具有较好的塑性和韧性；每次回火后，模具需冷却至室温；

所述的模具加工工艺是采用数控仿型铣床对模具进行两次粗加工、两次清根加工、两次型面加工、再进行三次清根加工：

1）所述的初次粗加工，用∮50的硬质合金铣刀，转速S=1050，进给F=800，余量6mm；

2）所述的再次粗加工，用∮50的硬质合金铣刀，转速S=1300，进给F=1000，余量0.8mm；

3）所述的初次清根加工，用∮30的硬质合金铣刀，转速S=2500，进给F=1500，余量0.2mm；

4）所述的再次清根加工，用∮25的硬质合金铣刀，转速S=3000，进给F=1800，余量0.2mm；

5）所述的初次型面加工，用∮30的硬质合金铣刀，转速S=2500，进给F=2400，余量0.2mm；

6）所述的再次型面加工，用∮20的硬质合金铣刀，转速S=5000，进给F=4000，余量0mm；

7）所述的型面加工后的1次清根加工，用∮16的硬质合金铣刀，转速S=4000，进给F=2000，余量0mm；

8）所述的型面加工后的2次清根加工，用∮10的硬质合金铣刀，转速S=4000，进给F=1800，余量0mm；

9）所述的型面加工后的3次清根加工，用∮6的硬质合金铣刀，转速S=4000，进给F=1500，余量0mm。