專利名稱:一種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】本實用新型涉及一種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(jī)滑塊上，壓機(jī)滑塊由壓機(jī)驅(qū)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(shè)置臺階，臺階的邊緣位于沖頭邊緣刃口的內(nèi)側(cè)，并且臺階凸出于沖頭的下端面。所述臺階的根部與頂部之間為均勻過渡的斜面，該斜面由刃口的邊緣向刃口的中心偏斜。所述臺階的橫截面面積小于沖孔的橫截面。本實用新型在不增加額外成本也不損失生產(chǎn)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】一種減小熱成形鋼板沖孔沖頭磨損的模具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種減小熱成形鋼板沖孔沖頭磨損的模具，尤其是一種經(jīng)過熱成形處理后的高強(qiáng)度及超高強(qiáng)度鋼板的沖孔模具，屬于熱成形鋼板的分離【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]高強(qiáng)度鋼板強(qiáng)度高，特別是在正火或正火加回火狀態(tài)有較高的綜合力學(xué)性能，高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)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(shè)備、中、高壓鍋爐、高壓容器、機(jī)車車輛、起重機(jī)械等工程行業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。而熱成形鋼板作為一種新興事物，其生產(chǎn)工藝不同于普通的高強(qiáng)度鋼板，熱成形鋼板的生產(chǎn)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(fā)生從奧氏體微觀組織向馬氏體微觀組織的轉(zhuǎn)變，由此得到極高的強(qiáng)度和硬度，以常見硼鋼為例，熱成形處理后其強(qiáng)度達(dá)到1500Mpa左右。一般的高強(qiáng)度鋼板的抗拉強(qiáng)度在400MPa?450MPa左右，而熱成形鋼材加熱前抗拉強(qiáng)度即已達(dá)到500 MPa?800MPa，加熱成形后則可提高至1300?1600 MPa，其強(qiáng)度為普通高強(qiáng)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(qiáng)度達(dá)到1500MPa，延伸率為5%左右，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般意義的高強(qiáng)鋼，其分離工藝難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通鋼板和常見高強(qiáng)鋼鋼板。
[0003]對于熱成形鋼板的沖孔，由于鋼板本身強(qiáng)度和硬度非常高，沖頭磨損非常嚴(yán)重，最終產(chǎn)生沖孔毛刺，影響工件質(zhì)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(chǔ)上增加TD、PVD涂層等表面處理技術(shù)，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(fā)現(xiàn)，造成沖頭磨損非常嚴(yán)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?qū)ぜD壓的力，當(dāng)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(yán)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(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種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(chǎn)效率的前提下，有效減小沖頭的磨損，延長沖頭使用壽命。
[0006]按照本實用新型提供的技術(shù)方案，所述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(jī)滑塊上，壓機(jī)滑塊由壓機(jī)驅(qū)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(shè)置臺階，臺階的邊緣位于沖頭邊緣刃口的內(nèi)側(cè)，并且臺階凸出于沖頭的下端面。在為工件沖孔時，臺階先接觸到工件，并使工件產(chǎn)生0.2?5%的塑性變形而不破裂，隨后沖頭邊緣刃口接觸到工件，切斷材料完成沖孔。
[0007]進(jìn)一步的，所述臺階的根部與頂部之間為均勻過渡的斜面，該斜面由刃口的邊緣向刃口的中心偏斜。
[0008]進(jìn)一步的，所述臺階的橫截面面積小于沖孔的橫截面。
[0009]進(jìn)一步的，當(dāng)沖孔為圓孔時，臺階的橫截面為圓形，臺階的根部和沖頭邊緣刃口之間的距離為0.2?5mm。
[0010]進(jìn)一步的，當(dāng)沖孔為異形孔時，臺階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；所述臺階根部和沖頭邊緣刃口之間的距離為0.2?5_。
[0011]進(jìn)一步的,所述臺階的高度為0.2?3mm。
[0012]進(jìn)一步的，所述臺階的外周面為外凸的弧面或平面，弧面高度為0.2?2.8mm。
[0013]進(jìn)一步的，所述臺階頂部的邊緣可設(shè)置倒角，倒角為R0.5?R3。
[0014]進(jìn)一步的，所述沖頭的材質(zhì)選擇冷作工具鋼SKD11、D2、高速鋼或粉末冶金鋼。
[0015]進(jìn)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%。
[0016]本實用新型具有以下技術(shù)效果:
[0017](I)本實用新型的實質(zhì)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(jìn)行臺階預(yù)先接觸工件，沿徑向拉伸工件呈拉應(yīng)力狀態(tài)，與沖頭沖孔時徑向擠壓工件的力相反，從而很大程度上抵消了工件材料因沖頭徑向擠壓產(chǎn)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(xiàn)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(zhì)的沖頭，本實用新型的沖頭使用壽命都遠(yuǎn)優(yōu)于未進(jìn)行預(yù)沖孔工藝方案的沖頭使用壽命；
[0018](2)對于異形沖孔，本實用新型采用圓形臺階截面為與異形沖孔中心重合的圓形，加工更加方便，成本更加經(jīng)濟(jì)。

【附圖說明】

[0019]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為沖頭刃口接觸工件的狀態(tài)圖。
[0021]圖3為圖2的I放大圖。
[0022]圖4為沖孔后的示意圖。
[0023]圖5為所述沖頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖6為圖5的仰視圖。

【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合具體附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明。
[0026]如圖1?圖6所示:所述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。
[0027]如圖1所示，本實用新型包括下模座I和上模座4，上模座4固定連接在壓機(jī)滑塊上，壓機(jī)滑塊由壓機(jī)驅(qū)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(shè)置臺階8，臺階8的邊緣位于沖頭5邊緣刃口 7的內(nèi)偵牝并且臺階8凸出于沖頭5的下端面，即在沖孔時臺階8比沖頭5的刃口 7先接觸到工件3 ；
[0028]如圖5所示，所述臺階8的根部與頂部之間為均勻過渡的斜面，該斜面由刃口 7的邊緣向刃口 7的中心偏斜；
[0029]如圖5所示，所述臺階8的橫截面面積、高度以及外表面形狀，須根據(jù)工件3所需沖孔的孔徑和材料厚度進(jìn)行工藝設(shè)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僅產(chǎn)生彈塑性變形而不破裂，即臺階8作用下工件3變形的弧長不超過工件3材料成形破裂的極限(如圖2、圖3所示)，隨工件3孔徑和材料厚度而有差異，一般變形后的弧長比工件3原弧長長0.2%?5% ;隨后，在沖頭刃口的作用下是工件沿沖孔邊線破裂，完成沖孔。
[0030]所述臺階8的橫截面面積小于沖孔的橫截面，臺階8的邊緣位于沿沖孔的邊緣內(nèi)側(cè)；當(dāng)沖孔為圓孔時，臺階8的橫截面為圓形，臺階8的根部和沖頭5邊緣刃口 7之間的距離依據(jù)工件孔徑和材料厚度不同而有差異，優(yōu)選0.2?5mm ;當(dāng)沖孔為異形孔時，臺階8橫截面既可以為與沖孔形狀一致的異形，也可以為圓心和沖孔中心重合的圓形，臺階8根部和沖頭5邊緣刃口 7之間的距離依據(jù)工件孔徑和材料厚度不同而有差異，優(yōu)選0.2?5_。
[0031]所述臺階8的高度依據(jù)工件孔徑和材料厚度不同而有差異,優(yōu)選0.2?3_。
[0032]所述臺階8的外周面可以是外凸的弧面，弧面高度依據(jù)工件孔徑和材料厚度不同而有差異，優(yōu)選0.2?2.8_，也可以為平面；考慮加工工藝，優(yōu)選平面。
[0033]所述臺階8頂部的邊緣可設(shè)置倒角，倒角半徑依據(jù)工件厚度不同而有差異，倒角為R0.5?R3 ;也可以不進(jìn)行倒角，為RO。
[0034]所述沖頭5的材質(zhì)，選擇優(yōu)質(zhì)冷作工具鋼SKD11、D2、高速鋼、粉末冶金鋼等，也可以進(jìn)行涂層等表面處理。
[0035]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%。
[0036]實施例一:一種硼鋼鋼板的沖孔工藝，工件材質(zhì):硼鋼22MnB5，料厚1.6mm,長度400mm,寬200mm,所沖孔為圓孔，直徑DlOmm ；
[0037]如圖1?圖4所示，上述工件通過以下方式進(jìn)行具體加工處理:沖頭最前端設(shè)置臺階，沖壓時臺階比沖頭的刃口先接觸到工件，臺階接觸工件的過程中，工件僅產(chǎn)生彈塑性變形而不破裂，隨后，在沖頭刃口的作用下，工件沿沖孔邊線破裂，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。
[0038]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(zhì):硼鋼22MnB5，料厚1.2mm，長度1250mm，寬430臟，所沖孔為圓孔，直徑為12mm ；
[0039]如圖1?圖4所示，上述工件通過以下方式進(jìn)行具體加工處理:沖頭最前端設(shè)置臺階，沖壓時臺階比沖頭的刃口先接觸到工件，臺階接觸工件的過程中，工件僅產(chǎn)生彈塑性變形而不破裂，隨后，在沖頭刃口的作用下，工件沿沖孔邊線破裂，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8臟，高度為1.5mm。
【權(quán)利要求】
1.一種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(jī)滑塊上，壓機(jī)滑塊由壓機(jī)驅(qū)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(shè)置臺階(8)，臺階(8)的邊緣位于沖頭(5)邊緣刃口(7)的內(nèi)側(cè)，并且臺階(8)凸出于沖頭(5)的下端面。2.如權(quán)利要求1所述的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)的根部與頂部之間為均勻過渡的斜面，該斜面由刃口(7)的邊緣向刃口(7)的中心偏斜，該斜度為O?45。。3.如權(quán)利要求1所述的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。4.如權(quán)利要求3所述的減小熱成形鋼板沖孔沖頭磨損的模具，其特征是:當(dāng)沖孔為圓孔時，臺階(8)的橫截面為圓形，臺階(8)的根部和沖頭(5)邊緣刃口(7)之間的距離為0.2 ?5mmο5.如權(quán)利要求3所述的減小熱成形鋼板沖孔沖頭磨損的模具，其特征是:當(dāng)沖孔為異形孔時，臺階(8)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)根部和沖頭(5)邊緣刃口(7)之間的距離為0.2?5mm。6.如權(quán)利要求1所述的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0.2?3mm。7.如權(quán)利要求1所述的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)的外周面為外凸的弧面或平面，弧面高度為0.2?2.8mm。8.如權(quán)利要求1所述的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)頂部的邊緣可設(shè)置倒角，倒角為R0.5?R3。9.如權(quán)利要求1所述的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(zhì)選擇冷作工具鋼SKDl 1、D2、高速鋼或粉末冶金鋼。10.如權(quán)利要求1所述的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】B21D28-34GK204276648SQ201420766511
【發(fā)明者】陳揚(yáng), 孫財, 李向榮, 楊云龍 [申請人]無錫朗賢汽車組件研發(fā)中心有限公司