CN111390033A

CN111390033A - 一种热成形零件制备装置以及制备方法

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Publication number: CN111390033A
Application number: CN202010210575.1A
Authority: CN
Inventors: 张永强; 付参; 伊日贵; 鞠建斌; 王鹏博
Original assignee: Shougang Corp
Current assignee: Shougang Corp
Priority date: 2020-03-24
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2020-07-10

Abstract

本发明涉及一种热成形零件制备装置以及制备方法。其中的制备方法包括：使冷却液在第一通道、第二通道中流动；使第一模具和第二模具处于张开状态；提供加热到奥氏体化温度以上的钢板，并将钢板放置在第二模具的顶面上，钢板对应第一凹槽以及第二凹槽处为钢板的待连接区；操作制备装置，使第一模具和第二模具处于闭合状态，并保持闭合状态，直至钢板的待连接区以外的区域冷却至Ms温度以下；操作制备装置，打开第一模具和第二模具，取出钢板热冲压后形成的零件。通过本发明所制备的热成形零件，待连接区的硬度显著低于零件其它区域，后续该位置便于与其它材料实施自冲铆接、热熔自攻丝等机械连接，方便定位，且可保证接头强度。

Description

一种热成形零件制备装置以及制备方法

技术领域

本发明属于热成形技术领域，尤其涉及一种热成形零件制备装置以及制备方法。

背景技术

由于节能和环保要求，汽车轻量化已成为发展趋势。汽车的轻量化，就是在保证碰撞安全和车辆性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。

为满足车身轻量化的要求，混合材料车身以及高强钢的应用已成为发展趋势。一方面，铝合金等轻质材料在车身上的应用日益增加；另一方面，高强钢尤其是热成形钢的应用比例不断增加，目前热成形钢最高强度已达到2000MPa。

通常，热成形零件制备是将热成形钢板加热至奥氏体化状态，并快速转移到模具中冲压成形，并在一定压力下，在具有冷却水通道的模具中以极快的冷却速度进行淬火处理，最终获得具有均匀马氏体组织的超高强零件。

在车身制造中，通常铝合金与钢板采用机械连接。但由于热成形钢淬火后形成马氏体，强度通常大于1300MPa，传统机械连接工艺很难连接热成形钢。例如：自冲铆、热熔自攻丝工艺中的铆钉，无法有效刺穿热成形钢。

为了解决上述问题，为实现热成形钢与铝合金的连接，只能在热成形钢待连接部位用激光切孔，然后用铆钉从热成形钢一侧的预制孔穿入，再与铝合金实现机械连接。该技术存在定位困难、接头强度低等问题。

因此，需对现有技术进行改进。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种热成形零件制备装置以及制备方法，以解决现有技术中热成形钢与铝合金的连接位置强度高、后续机械连接困难的问题。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

首先，本发明提供了一种热成形零件制备装置，所述制备装置包括：

第二模具，所述第二模具固定设置，所述第二模具沿水平向间隔设置有多个贯通的第二通道，所述第二模具的顶面设置有第二凹槽；

第一模具，所述第一模具可开合地设置在所述第二模具的正上方，所述第一模具沿水平向间隔设置有多个贯通的第一通道，所述第一模具的底面设置有第一凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽对应设置，所述第一凹槽和对应的所述第二凹槽相对设置。

进一步地，所述第二模具的顶面设置有多个所述第二凹槽，相应地，所述第一模具的底面设置有多个和所述第二凹槽相对应的所述第一凹槽。

进一步地，所述第一凹槽与所述第二凹槽的形状均为圆形，所述第一凹槽与所述第二凹槽的深度大于等于1mm。

进一步地，所述第一模具和所述第二模具的材质均为模具钢。

另一方面，本发明还提供了一种热成形零件制备方法，所述制备方法包括：

提供冷却液，使所述冷却液在所述第一通道、第二通道中流动；

操作上述制备装置，使所述第一模具和所述第二模具处于张开状态；

提供加热到奥氏体化温度以上的钢板，并将所述钢板放置在所述第二模具的顶面上，所述钢板对应所述第一凹槽以及所述第二凹槽处为所述钢板的待连接区；

操作所述制备装置，使所述第一模具和所述第二模具处于闭合状态；

操作所述制备装置，使所述第一模具和所述第二模具保持闭合状态，直至所述钢板的待连接区以外的区域冷却至Ms温度以下，完成钢板淬火工序；

操作所述制备装置，打开所述第一模具和所述第二模具，取出所述钢板热冲压后形成的零件。

进一步地，所述钢板为热成形钢板。

可选地，取出所述钢板热冲压后形成的零件，还包括：

热冲压后的零件进行喷丸处理。

可选地，所述钢板的表面具有镀层。

进一步地，所述镀层为AlSi镀层或GI镀层。

进一步地，所述冷却液为水。

本发明的有益效果是：

通过本发明所公开的一种热成形零件制备装置以及制备方法所制备的热成形零件，钢板的待连接区域的组织主要为铁素体、珠光体、贝氏体等组织中的一种或者多种，而钢板在待连接区之外的组织主要为马氏体，待连接区的硬度显著低于零件其它区域，由于待连接区硬度降低，后续该位置便于与其它材料实施自冲铆接、热熔自攻丝等机械连接，方便定位，且可保证接头强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种热成形零件制备装置的结构示意图；

图2为本发明实施例的一种热成形零件制备方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

首先，本发明实施例提供了一种热成形零件制备装置。

图1为本发明实施例的一种热成形零件制备装置的结构示意图，结合图1，该制备装置包括第二模具2以及第一模具1，其中，第二模具2固定设置，第二模具2沿水平向间隔设置有多个贯通的第二通道7，第二模具2的顶面设置有第二凹槽9，而第一模具1可开合地设置在第二模具2的正上方，第二模具1沿水平向间隔设置有多个贯通的第一通道6，第一模具1的底面设置有第一凹槽8，第一凹槽8和第二凹槽9对应设置，第一凹槽8和对应的第二凹槽9相对设置。

结合图1，本发明实施例中，第二模具2可以固定设置在台架4上，而第一模具1可以固定设置在传动台3上，通过操作传动台3，可实现第一模具1和第二模具2的开合动作，钢板5设置在第一模具1和第二模具2之间，通过第一模具1和第二模具2的开合，即可实现钢板5的热冲压。

进一步地，结合图1，本发明实施例中，第二通道7的水平两端可分别设置有第二进口12以及第二出口13，而第一通道6的水平两端分别设置有第一进口10以及第一出口11，这样就可以通过上述进口和出口，使冷却液14流过第二通道7以及第一通道6。

结合图1，本发明实施例中，第二模具2的顶面设置有多个第二凹槽9，相应地，第一模具1的底面设置有多个和第二凹槽9相对应的第一凹槽8。

本发明实施例中，第一凹槽8以及第二凹槽9形成一个成型单元，该成型单元和钢板5的待连接区15一一对应，钢板5后续需要在待连接区15与其它材料进行机械连接，即一个钢板5上有N个待连接区15，则成型单元也对应设置有N个。

另外，本发明实施例中，对应距离较近的待连接区15，其对应的成型单元可以合并。

本发明实施例中，每个成型单元的第一凹槽8与第二凹槽9的形状和尺寸相同，具体地，第一凹槽8与第二凹槽9的形状可以为圆形，其直径大于对应连接区15的直径，且不小于10mm，而凹槽深度大于等于1mm。

具体到本发明实施例中，第一模具1、第二模具2均为平板模，其材质为模具钢，而台架4和传动台3安装在300吨的热成形压机上，第一通道6和第二通道7分别为直径14mm的管道，数量各10条，第一通道6、第二通道7距离第一模具1、第二模具2型面距离均为10mm，第一凹槽8和第二凹槽9均为直径30mm的圆形，凹槽深度2mm。

基于上述制备装置，本发明实施例还提供了一种热成形零件制备方法。

图2为本发明实施例的一种热成形零件制备方法的流程示意图，结合图2，该制备方法包括：

S1：提供冷却液14，使冷却液14在第一通道6、第二通道7中流动；

S2：操作上述制备装置，使第一模具1和第二模具2处于张开状态；

S3：提供加热到奥氏体化温度以上的钢板5，并将钢板5放置在第二模具2的顶面上，钢板5对应第一凹槽8以及第二凹槽9处为钢板5的待连接区15；

S4：操作制备装置，使第一模具1和第二模具2处于闭合状态；

S5：操作制备装置，使第一模具1和第二模具2保持闭合状态，直至钢板5的待连接区15以外的区域冷却至Ms温度以下，完成钢板淬火工序；

S6：操作制备装置，打开第一模具1和第二模具2，取出钢板5热冲压后形成的零件。

另外，若钢板5表面没有镀层，热冲压后的零件还需进行喷丸处理，以提高其抗氧化以及防锈能力，若钢板5表面具有镀层时，热冲压后的零件无需进行喷丸处理，该镀层可以为AlSi镀层或GI镀层。

具体应用：

本应用的钢板5可以为厚度1.0mm热成形钢22MnB5，原板(淬火前)抗拉强度580MPa，表面无镀层，其可以在加热炉中加热到930℃，保温300s，以达到将钢板5加热到奥氏体化温度以上的目的。

另外，本应用中的钢板5具有一个待连接区15。而冷却液14为水，其在第一通道6和第二通道7中的流速为0.5m/s。

对通过上述制备方法制备的零件，进行喷丸处理后进行各项测试：对零件的待连接区15之外的其它区域，其抗拉强度为1530MPa，组织为马氏体组织，显微硬度500HV左右；而零件的待连接区15，组织以铁素体+珠光体为主，含有少量贝氏体，显微硬度250HV左右。

待连接区15与2.0mm的铝合金6111成功进行了自冲铆接SPR，接头剪切强度8.5kN，并且，待连接区15与2.0mm的铝合金6111进行热熔自攻丝FDS测试，在未开孔的条件下，铆钉成功刺穿待连接区15和铝合金，证实了方案的有效性。

综上所述，通过本发明实施例所公开的一种热成形零件制备装置以及制备方法所制备的热成形零件，钢板的待连接区域的组织主要为铁素体、珠光体、贝氏体等组织中的一种或者多种，而钢板在待连接区之外的组织主要为马氏体，待连接区的硬度显著低于零件其它区域，由于待连接区硬度降低，后续该位置便于与其它材料实施自冲铆接、热熔自攻丝等机械连接，方便定位，且可保证接头强度。

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所述技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims

1.一种热成形零件制备装置，其特征在于，所述制备装置包括：

第二模具(2)，所述第二模具(2)固定设置，所述第二模具(2)沿水平向间隔设置有多个贯通的第二通道(7)，所述第二模具(2)的顶面设置有第二凹槽(9)；

第一模具(1)，所述第一模具(1)可开合地设置在所述第二模具(2)的正上方，所述第一模具(1)沿水平向间隔设置有多个贯通的第一通道(6)，所述第一模具(1)的底面设置有第一凹槽(8)，所述第一凹槽(8)和所述第二凹槽(9)对应设置，所述第一凹槽(8)和对应的所述第二凹槽(9)相对设置。

2.根据权利要求1所述的热成形零件制备装置，其特征在于，所述第二模具(2)的顶面设置有多个所述第二凹槽(9)，相应地，所述第一模具(1)的底面设置有多个和所述第二凹槽(9)相对应的所述第一凹槽(8)。

3.根据权利要求1所述的热成形零件制备装置，其特征在于，所述第一凹槽(8)与所述第二凹槽(9)的形状均为圆形，所述第一凹槽(8)与所述第二凹槽(9)的深度大于等于1mm。

4.根据权利要求1所述的热成形零件制备装置，其特征在于，所述第一模具(1)和所述第二模具(2)的材质均为模具钢。

5.一种热成形零件制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

提供冷却液(14)，使所述冷却液(14)在所述第一通道(6)、第二通道(7)中流动；

操作权利要求1-4任一项所述的制备装置，使所述第一模具(1)和所述第二模具(2)处于张开状态；

提供加热到奥氏体化温度以上的钢板(5)，并将所述钢板(5)放置在所述第二模具(2)的顶面上，所述钢板(5)对应所述第一凹槽(8)以及所述第二凹槽(9)处为所述钢板(5)的待连接区(15)

操作所述制备装置，使所述第一模具(1)和所述第二模具(2)处于闭合状态；

操作所述制备装置，使所述第一模具(1)和所述第二模具(2)保持闭合状态，直至所述钢板的待连接区以外的区域冷却至Ms温度以下，完成钢板淬火工序；

操作所述制备装置，打开所述第一模具(1)和所述第二模具(2)，取出所述钢板(5)热冲压后形成的零件。

6.根据权利要求5所述的一种热成形零件制备方法，其特征在于，所述钢板(5)为热成形钢板。

7.根据权利要求5所述的一种热成形零件制备方法，其特征在于，取出所述钢板(5)热冲压后形成的零件，还包括：

热冲压后的零件进行喷丸处理。

8.根据权利要求5所述的一种热成形零件制备方法，其特征在于，所述钢板(5)的表面具有镀层。

9.根据权利要求8所述的一种热成形零件制备方法，其特征在于，所述镀层为AlSi镀层或GI镀层。

10.根据权利要求5所述的一种热成形零件制备方法，其特征在于，所述冷却液为水。