專利名稱：一種熱沖壓成形模具的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種熱沖壓成形模具，屬于熱沖壓成形技術領域，尤其是能實現超高強鋼板成形件性能同體差異性的熱沖壓模具。
背景技術：
隨著全球環境和能源危機的日益加劇，節能、減排已成為汽車制造業面臨的重大問題。汽車輕量化技術已成為當前汽車行業的發展潮流，得到了廣泛關注。應用比普通鋼板強度更高的高強度鋼板既可以保證車體強度和安全性，又可以優化車體構架，減輕車重。鋼板強度高意味著塑性低，其冷沖壓工藝成形性能差，易出現開裂、起皺等缺陷，且成形件回彈量大，尺寸精度不易保證。熱沖壓工藝可以有效的解決高強度鋼板的成形局限性，成形件精度高，基本沒有回彈，其原理是將板料奧氏體化3 5min后迅速轉移到模具中，同時進行快速沖壓、淬火過程，最終在冷速大于27K/s條件下使板料獲得高強度的馬氏體組織。常規熱沖壓工藝所獲得的成形件為全局馬氏體組織，整體強度高(可達1500MPa)，但由于延展性差(6% 8% )，成形件吸收的撞擊能量有限。目前，白車身設計中通過更加柔軟、延展性更好的部分來吸收撞擊能量來進一步提高車體安全性。為此,需要改進常規工藝以使成形件具有性能同體差異性，即零件一部分組織為馬氏體組織，持高強度；另一部分為非馬氏體組織，如奧氏體+貝氏體組織，持高延展性。這樣的零件在受到撞擊時，高強度區域防撞性好，高延展性區進一步吸收衰減撞擊能量。熱沖壓模具與一般沖壓模具不同，其內部要通有冷卻系統，其設計、制造是熱沖壓成形技術的關鍵一環。目前，常規熱沖壓模具冷卻系統的設計主要是為獲得具有全局馬氏體的成形件，其冷卻水道的布置一般采取直通式，進行全局均溫冷卻，這樣的方式可獲得整體強度很高的馬氏體組織，但很難獲得具有性能同體差異性的零件以滿足當前車身安全性的要求。
實用新型內容為了改進上述常規熱沖壓工藝的不足，本實用新型提供一種熱沖壓成型模具，主要解決現有熱沖壓成型工藝無法使零件具有同體性能差異性的問題。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案如下—種熱沖壓成形模具，該熱沖壓成形模具包括凹模、凸模，凸模和凹模上下相對設置，凹模的型腔與凸模的突出部分相對應，在凹模、凸模中分層設置各自獨立的冷卻水道，冷卻水道對稱布置。所述的熱沖壓成形模具，凹模、凸模分別為整體式結構。所述的熱沖壓成形模具，凹模、凸模冷卻水道等距布置、交錯布置或垂直布置。所述的熱沖壓成形模具，冷卻水道沿凹模型腔或凸模突出部分的長度方向前后對稱布置。所述的熱沖壓成形模具，凹模、凸模沿沖壓深度布設兩層或兩層以上的冷卻水道。[0012]所述的熱沖壓成形模具，凹模、凸模沿沖壓深度布設三層冷卻水道第一層水道位于凹模或凸模的頂部，沿著凹模型腔或凸模突出部分長度方向分為前后兩個完全對稱和獨立的部分，前后兩部分冷卻水道布置一致，兩部分之間留有間隙；第二層水道位于凹模或凸模的中部，其結構為井字形通道，在第二層水道的對角處分別設置第二層水道的入水口、第二層水道的出水口 ；第三層水道位于凹模或凸模的底部，采用沿寬度方向直通的冷卻水道，第三層水道的冷卻水道之間并聯。所述的熱沖壓成形模具，第一層水道的冷卻水道直徑10 12mm，距凹模或凸模表面的距離10 15mm,第一層水道的入水口、第一層水道的出水口采用對稱進水、出水結構，第一層水道的出水口直徑大于第一層水道的入水口的直徑。 所述的熱沖壓成形模具，在第二層水道的一個對角處，每角的兩個口均為第二層水道的入水口 ；在另一個對角處，每角的一個口為第二層水道的出水口。所述的熱沖壓成形模具，在另一個對角處，每角的另一個口為非冷卻水道，非冷卻水道進、出口采用密封螺紋銷與點焊方式進行密封的結構。所述的熱沖壓成形模具，凹模第一層水道位于凹模型腔的外圍，凹模第二層水道位于凹模型腔的底部，凹模第三層水道位于第二層水道底部。本實用新型的優點是 I、本實用新型凹模、凸模中分層設置各自獨立的冷卻水道，在凹模或凸模內部布置一系列前后對稱冷卻水道，前后對稱冷卻水道沿型腔長度方向分為前后兩個完全對稱的部分，前后兩部分冷卻水道布置一致，冷卻水道外接水泵形成冷卻回路，冷卻液分別在凹模前后兩部分冷卻水道的通道中循環流動。從而，解決了現有模具設計難以實現熱沖壓成形件性能同體差異性的問題，為進一步提高車體安全性提供了技術支持，具有重要的現實意義。2、本實用新型模具的凹模或凸模分別為整體式結構，其高溫強度好，壽命高，避免了分體式結構對模具裝配以及成形精度的不良影響。3、本實用新型冷卻水道等距、交錯布置，保證了模具的冷卻均勻性，模具結構簡單易于加工。
圖I為本實用新型凹模整體示意圖；圖2為本實用新型凹模長度方向剖面圖；圖3為本實用新型凹模第一層水道示意圖；圖4為本實用新型凹模第二層水道示意圖；圖5為本實用新型凹模第三層水道示意圖；其中，圖3、4、5分別為圖2的A_A、B_B、C-C剖視圖；圖6為本實用新型熱沖壓成形模具整體分解示意圖。圖中1.凹模；2.型腔；3.凹模前后對稱冷卻水道；4.第一層水道的入水口 ；
5.第一層水道的出水口 ；6.第二層水道的入水口 ；7.第二層水道的出水口 ；8.第三層水道的入水口 ；9.第三層水道的出水口 ；10.密封螺紋銷；11.凸模；12.突出部分；13.凸模前后對稱冷卻水道。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進一步詳細說明。如圖I-圖6所示，本實用新型熱沖壓成形模具，包括凹模I、凸模11，凸模11和凹模I上下相對設置，凹模I的型腔2與凸模11的突出部分12相對應，凹模I、凸模11中分層設置各自獨立的冷卻水道，冷卻水道對稱布置。凹模I、凸模11中鉆孔作為冷卻水道，冷卻水道沿型腔2或突出部分12的長度方向前后對稱，凹模I中開有凹模前后對稱冷卻水道
3,凸模11中開有凸模前后對稱冷卻水道13。凹模I、凸模11分別為整體式結構，模具不必鑲塊、組裝，模具材料采用高強度的熱作模具鋼，由此可保證模具服役過程中的強度要求，且可實現高效冷卻。凹模I、凸模11冷卻水道等距布置、交錯布置或垂直布置，這樣可使板料的冷卻更為均勻，不會出現強度的“軟點”。凹模I、凸模11的非冷卻水道進、出口采用密 封螺紋銷10與點焊方式進行密封的結構，防止泄露冷卻液，以保證模具的使用安全性。如圖I 圖5所示，本實用新型凹模I中部為型腔2，在凹模I內部布置一系列凹模前后對稱冷卻水道3，各個冷卻水道距沿凹模I等距布置，共有70 80個通孔與盲孔。冷卻水道外接水泵形成冷卻回路，冷卻液分別在凹模前后兩部分冷卻水道的通道中循環流動。如圖6所示，本實用新型凸模11中部為突出部分12，在凸模11內部布置一系列凸模前后對稱冷卻水道13，各個冷卻水道沿凸模11等距布置，共有70 80個通孔與盲孔。冷卻水道外接水泵形成冷卻回路，冷卻液分別在凸模11前后兩部分冷卻水道的通道中循環流動。由于凹模與凸模中冷卻水道的構架與布置是一致的，故下面僅以凹模結構為例說明，但本實用新型的保護不局限于所述實施例。 本實用新型沿沖壓深度布設若干層冷卻水道，本實施例為具有代表的三層，細節可參見圖2 圖5。如圖3所示，第一層水道位于凹模I頂部，凹模型腔2的外圍，沿著型腔長度方向分為前后兩個完全對稱和獨立的部分(圖2中左右對稱布置)，前后兩部分冷卻水道布置一致，兩部分之間留有一定間隙。冷卻液(水)分別在這兩個冷卻體系中各自循環，通過控制外接水泵的進水壓力即可得到所要的進水速度，相應模具的冷卻能力即可控制。在熱沖壓時，通過這種方式可以使得板料沿著長度方向上的兩部分以不同的速度進行冷卻，最終成形件的不同部分組織不一樣，強度等力學性能也就不一樣，這樣即可實現熱沖壓成形件的同體性能差異性。第一層水道的主要作用為冷卻板料法蘭、圓角和側壁，要求冷卻部分的水道直徑一致(10 12mm)，距凹模I表面的距離都在10 15mm，這樣既可保證冷卻效果，又可保障凹模工作時的強度。為了保證板料前后兩部分法蘭與圓角處能均勻冷卻，第一層水道的入水口 4、第一層水道的出水口 5須采用對稱進水、出水的方式。采用了 4個對稱的第一層水道的出水口 5，以減少鉆孔通道的個數，其直徑可大于第一層水道的入水口 4的直徑。如圖4所示，第二層水道位于凹模I中部，凹模型腔2底部，第二層水道的結構為井字形通道，在第二層水道的對角處分別設置第二層水道的入水口 6、第二層水道的出水口7。在一個對角處，每角的兩個口均為第二層水道的入水口 6，共四個。在另一個對角處，每角的一個口為第二層水道的出水口 7，共兩個；每角的另一個口為非冷卻水道，非冷卻水道進、出口采用密封螺紋銷10與點焊方式進行密封的結構，防止泄露冷卻液，以保證模具的使用安全性。第二層水道的主要作用是冷卻工件底部圓角，其主要是為了減少加鉆孔量、保證凹模強度的需要。針對此水道結構，需采用斜線對稱的方式進水、出水以保障冷卻均勻性，由第二層水道的入水口 6進水、第二層水道的出水口 7出水，同時將一出口采用密封螺紋銷10密封，以保證流動均勻性，減少渦流。如圖5所示，第三層水道位于凹模I底部，第二層水道底部，主要冷卻底層，負責冷卻型腔2底部，采用沿寬度方向直通的方式鉆冷卻水道，這種加工方式的好處在于，水流容 易控制，水流直接從第三層水道的入水口 8流入，以并聯的方式沿直線從第三層水道的出水口 9流出，沒有回流與渦流，冷卻更為均勻；相比于第一層水道的加工方式其加工量少，加工難度小，尤其是沖壓長度較長的零件時，在成形件短方向部設水道可顯著提高冷卻能力。
權利要求1.一種熱沖壓成形模具，其特征在于，該熱沖壓成形模具包括凹模、凸模，凸模和凹模上下相對設置，凹模的型腔與凸模的突出部分相對應，在凹模、凸模中分層設置各自獨立的冷卻水道,冷卻水道對稱布置。
2.按照權利要求I所述的熱沖壓成形模具，其特征在于，凹模、凸模分別為整體式結構。
3.按照權利要求I所述的熱沖壓成形模具，其特征在于，凹模、凸模冷卻水道等距布置、交錯布置或垂直布置。
4.按照權利要求I所述的熱沖壓成形模具，其特征在于，冷卻水道沿凹模型腔或凸模突出部分的長度方向前后對稱布置。
5.按照權利要求I所述的熱沖壓成形模具，其特征在于，凹模、凸模沿沖壓深度布設兩層或兩層以上的冷卻水道。
6.按照權利要求5所述的熱沖壓成形模具，其特征在于，凹模、凸模沿沖壓深度布設三層冷卻水道 第一層水道位于凹模或凸模的頂部，沿著凹模型腔或凸模突出部分長度方向分為前后兩個完全對稱和獨立的部分，前后兩部分冷卻水道布置一致，兩部分之間留有間隙； 第二層水道位于凹模或凸模的中部，其結構為井字形通道，在第二層水道的對角處分別設置第二層水道的入水口、第二層水道的出水口 ； 第三層水道位于凹模或凸模的底部，采用沿寬度方向直通的冷卻水道，第三層水道的冷卻水道之間并聯。
7.按照權利要求6所述的熱沖壓成形模具，其特征在于，第一層水道的冷卻水道直徑10 12mm，距凹模或凸模表面的距離10 15mm，第一層水道的入水口、第一層水道的出水口采用對稱進水、出水結構，第一層水道的出水口直徑大于第一層水道的入水口的直徑。
8.按照權利要求6所述的熱沖壓成形模具，其特征在于，在第二層水道的一個對角處，每角的兩個口均為第二層水道的入水口 ；在另一個對角處，每角的一個口為第二層水道的出水口。
9.按照權利要求8所述的熱沖壓成形模具，其特征在于，在另一個對角處，每角的另一個口為非冷卻水道，非冷卻水道進、出口采用密封螺紋銷與點焊方式進行密封的結構。
10.按照權利要求6所述的熱沖壓成形模具，其特征在于，凹模第一層水道位于凹模型腔的外圍，凹模第二層水道位于凹模型腔的底部，凹模第三層水道位于第二層水道底部。
專利摘要本實用新型涉及一種熱沖壓成形模具，屬于熱沖壓成形技術領域，尤其是能實現超高強鋼板成形件性能同體差異性的熱沖壓模具。該熱沖壓成形模具包括凹模、凸模，凸模和凹模上下相對設置，凹模的型腔與凸模的突出部分相對應，在凹模、凸模中分層設置各自獨立的冷卻水道，冷卻水道對稱布置。從而，解決了現有模具設計難以實現熱沖壓成形件性能同體差異性的問題，為進一步提高車體安全性提供了技術支持。本實用新型凹模、凸模分別為整體式結構，其高溫強度好，壽命高，避免了分體式結構對模具裝配以及成形精度的不良影響。本實用新型冷卻水道等距、交錯布置，保證了模具的冷卻均勻性，模具結構簡單易于加工。
文檔編號B21D37/16GK202479367SQ201220121469
公開日2012年10月10日 申請日期2012年3月28日 優先權日2012年3月28日
發明者宋鴻武, 張士宏, 曲周德, 林濤, 程明 申請人:中國科學院金屬研究所