热成形钢板的分离用冲压模具及分离工艺的制作方法
【专利摘要】热成形钢板的分离用冲压模具包括下模座及固定在下模座上的下分离镶块，工件定位在下分离镶块上，上分离镶块固定在上模座上，上模座固接在压机滑块上，压料块与上模座弹性连接，滑块由压机驱动上、下移动，下分离镶块的刃口型面与工件的表面形状一致，上分离镶块的硬度大于或等于下分离镶块的硬度，且二者的硬度至少为HRC50，并具有韧性。本发明还提供了相应的分离工艺，主要针对高强度热成形钢板采用低速分离及刃口点接触分离的工艺。本发明适用于热成形钢板的分离作业，在保证分离效率的同时，能够大为减小分离时对分离装置的冲击，减小分离装置的磨损，延长分离装置的使用寿命，并且能够大幅降低分离所需的作用力。
【专利说明】热成形钢板的分离用冲压模具及分离工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及热成形钢板的分离【技术领域】，具体涉及一种用于对经过热成形处理后的高强度及超高强度钢板的修边和/或冲孔的冲压模具及分离工艺。
【背景技术】
[0002]高强度钢板强度高，特别是在正火或正火加回火状态有较高的综合力学性能，高强度钢板的应用是同时确保轻量化和碰撞安全性的有效手段，因此在大型船舶、桥梁、电站设备、中、高压锅炉、高压容器、机车车辆、起重机械等工程行业领域中应用广泛。而热成形钢板作为一种新兴事物，其生产工艺不同于普通的高强度钢板，热成形钢板的生产工艺通常包括成形和淬火冷却两个阶段，其中，成形阶段需要在高温下由模具一次冲压成形，淬火冷却阶段需要通过控制一定的冷却速度迅速冷却，从而使钢板发生从奥氏体微观组织向马氏体微观组织的转变，由此得到极高的强度和硬度，以常见硼钢为例，热成形处理后其强度达到1500Mpa左右。一般的高强度钢板的抗拉强度在400MPa?450MPa左右，而热成形钢材加热前抗拉强度即已达到500 MPa?800MPa，加热成形后则可提高至1300?1600 MPa，其强度为普通高强度钢材的3?4倍，其硬度仅次于陶瓷，但又具有钢材的韧性，以常见热成形硼钢钢板为例，强度达到1500MPa，延伸率为5%左右，已经远远超过一般意义的高强钢，其分离工艺难度远远高于普通钢板和常见高强钢钢板。
[0003]对于热成形钢板的分离，若采用传统的针对普通钢板和普通高强钢钢板的压机控制冲压模具的分离工艺，如中国专利CN102189179A公开的“一种自动化修边和整形二合一的汽车冲压模具及其冲压工艺”中模具结构，其修边凸模与修边凹模的刃口边缘与工件的形状一致，可在一个冲程内以一定快速度瞬间完成分离工艺，在冲压分离时，修边凹模与工件为线接触，由于热成型钢板强度高、脆性较大，在冲压瞬间冲压力巨大，由此需要大吨位的压机，以汽车行业的白车身零件为例，通常要求1000吨左右的压机才能满足冲压吨位要求，而另一方面，由于以一定的快速度瞬间完成分离工艺，冲压瞬间冲击力巨大，模具磨损严重，维护频次高，同时，为了缓冲，必须在压机上配备缓冲垫，即使如此，也仍难以解决压力瞬间巨大变化产生的噪音以及模具磨损的问题，因此，现有对高强钢的热成形钢板的分离工艺(包括修边和冲孔)大多采用激光切割工艺。然而，激光切割工艺需要使用激光切割头，并且在激光切割头的每一自由度上均需设置相应的驱动及传动机构，如中国专利CN201483157U公开的“激光切割机”，其切割效率受限于激光切割头的移动速度，相比于传统的压机配合模具的分离装置，激光切割工艺不仅成本高，而且工作效率较低。
【发明内容】
[0004]本 申请人:针对现有技术中的上述缺点进行改进，提供一种热成形钢板的分离用冲压模具及分离工艺，其在保证分离效率的同时，能够大为减小分离时对分离装置的冲击，减小分离装置的磨损，延长分离装置的使用寿命，并且能够大幅降低分离所需的作用力。
[0005]本发明的技术方案如下: 本发明所述热成形钢板的分离用冲压模具，包括下模座及固定在下模座上的下分离镶块，工件定位在下分离镶块上，上分离镶块固定在上模座上，上模座固接在压机滑块上，压料块与上模座弹性连接，滑块由压机驱动上、下移动，下分离镶块的刃口型面与工件的表面形状一致，上分离镶块的硬度大于或等于下分离镶块的硬度，且二者的硬度至少为HRC50，并具有韧性。
[0006]其进一步技术方案为:
所述上分离镶块刃口任一点的切线与工件边线上的对应接触点的切线之间具有夹角。
[0007]所述夹角的范围为0.5°?35°。
[0008]所述夹角大于5°时，使上分离镶块(3)刃口任一点的切线方向与水平线的夹角小于工件边线上的对应接触点的切线方向与水平线的夹角。
[0009]所述压机为液压压机或伺服压机。
[0010]所述上分离镶块与下分离镶块的硬度差的范围为O?HRC10。
[0011]本发明所述热成形钢板的分离工艺，包含以下步骤:
第一步，工件定位在下分离镶块上；
第二步，压机驱动滑块快速下行，滑块快速下行，直至压料块与工件开始接触；
第三步，压机驱动滑块低速下行，压料块压紧工件，上分离镶块在低速下行过程中与工件接触并对工件进行分离作业，上分离镶块低速下行直至分离作业完成；
第四步，压机驱动滑块快速上行，直至滑块恢复原位；
第五步，取出分离后的工件。
[0012]其进一步技术方案为:
所述滑块快速下行的速度为滑块低速下行的速度的3?20倍。
[0013]所述滑块低速下行的行程小于或等于30_。
[0014]所述滑块低速下行的速度范围为5mm/s?50 mm/s。
[0015]所述滑块快速下行及快速上行的速度范围为150mm/s?900 mm/s。
[0016]所述第三步骤中，上分离镶块的刃口与工件为点接触，即上分离镶块刃口任一点的切线与工件边线上的对应接触点的切线之间具有夹角，从而在上分离镶块低速下行过程中将工件逐渐分离。
[0017]本发明的技术效果:
1、本发明提供的分离用冲压模具通过控制上分离镶块和下分离镶块的性能(包括差异化硬度分布和韧性要求)，使得本发明所述冲压模具能够适用于强度较高和延伸率较低的热成形钢板，改变了传统的压机控制冲压模具无法适用于高强度的热成形钢板的现状；上分离镶块大于或等于下分离镶块的硬度，也使得刃口的磨损趋于均衡，进而提升了产品的质量稳定性；
2、进一步地，本发明提供的分离用冲压模具采用上分离镶块的刃口型面为与工件为点接触的刃口结构，大幅降低了压机所需提供的分离作用力，与传统的压机控制冲压模具所需的理论冲压力相比，本发明所需的分离作用力能够降低至传统冲压模具所需的理论冲压力的1%?20%，由于分离作用力大幅减小，降低了本发明所述压机的投资和使用要求，同时，传统冲压模具中压机瞬间的大震动及噪音问题得以解决，因而在本发明所述冲压模具的压机上无需配备缓冲垫；另一方面，对上分离镶块刃口上任一点的切线方向与工件上对应接触点的切线方向之间的夹角的方向性规定，能够确保上分离镶块的刃口更为平坦，确保工作时，对上分离镶块的磨损更小；
3、更进一步地，本发明提供的分离工艺采用快速下行一低速下行分离一快速上行回程的分离工艺，即本发明提供的冲压模具采用移动速度可调的压机控制滑块及上分离镶块的移动速度可调，从而使分离作业在低速阶段进行，低速分离作业，减小了对上分离镶块和下分离镶块的冲击，减小了上分离镶块和下分离镶块的磨损，进而提升了产品的质量稳定性；另一方面，本发明低速下行的行程控制在30mm之内，因此，并不会影响本发明所述冲压模具的工作效率；
4、本发明所述冲压模具与现有常规热成形钢板的激光分离装置相比，由于使用液压装置，既减小了设备投资，又大幅度提高了生产效率。以汽车常用B柱为例，现有最高速激光切割机的投资约为液压分离装置的10倍，而在生产效率方面，用激光切割机切割一个B柱所需要的时间在60秒左右，使用本发明所述液压分离装置，则每个B柱所需要的分离时间不超过15秒，效率提高了 3倍。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明所述分离用冲压模具的结构示意图。
[0019]图2为示意性地表示本发明所述上分离镶块刃口型面、下分离镶块刃口型面与工件断面形状的关系的结构示意图，图中工件以汽车用车门防撞杆热成形硼钢工件为示例。
[0020]图3为图2中上分离镶块刃口型面与工件断面为点接触的放大示意图。
[0021]图4为本发明所述分离用冲压模具分离热成形钢板过程中的压机滑块位移曲线及冲压力示意图，图中还对比显示了传统的压机控制冲压模具分离热成形钢板过程中压机滑块位移曲线及冲压力。
[0022]其中:1、下模座；2、下分离镶块；3、上分离镶块；4、压料块；5、上模座；6、滑块；7、工件。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图，说明本发明的【具体实施方式】。
[0024]见图1，本发明优选实施例公开的热成形钢板的分离用冲压模具包括下模座I及固定在下模座I上的下分离镶块2，工件定位在下分离镶块2上，上分离镶块3固定在上模座5上，上模座5固接在滑块6上，压料块4与上模座5弹性连接，滑块6由压机驱动上、下移动，下分离镶块2的刃口型面与工件的表面形状一致，上分离镶块3的硬度大于或等于下分离镶块2的硬度，且二者的硬度至少为HRC50，并具有韧性，具体地，所述上分离镶块3与下分离镶块2的硬度差的范围为O?HRC10。其中，所述压机为市售的现有技术，所述压机采用液压压机或伺服压机。
[0025]进一步地，见图2，所述上分离镶块3刃口任一点的切线与工件7边线上的对应接触点的切线之间具有夹角，见图3，上分离镶块3的刃口型面形状与工件7的表面形状不一致，且二者之间具有倾角，由此，上分离镶块3与工件7接触时，由于所述倾角的存在，上分离镶块3的刃口渐次与工件7形成点接触，渐次形成剪切力剪切工件7，具体地，在图3中，以上分离镶块3与工件7的接触点A为例，倾角α表示工件7断面边线上的A点的切线方向AE与上分离镶块3上对应接触点的切线方向AF之间的夹角，夹角α依据工件的厚度、形状、分离(修边或冲孔)长度而变化，优选为0.5°?35°。由于上分离镶块3与工件7上需要分离掉的废料部分相接触，因此上分离镶块3的刃口型面形状与工件7的表面形状不一致，对工件7的成型形状没有任何影响。
[0026]进一步地，对所述夹角α规定有方向性，见图3，当夹角α大于5°时，上分离镶块3刃口任一点的切线向工件7断面边线上的对应接触点的切线旋转时，为顺时针旋转，而当夹角α小于5°时，上分离镶块3刃口任一点的切线向工件7断面边线上的对应接触点的切线旋转时，既可以为顺时针旋转，也可以为逆时针旋转。夹角α具有方向性，是为了保证上分离镶块3刃口某一点的切线方向与水平线的夹角小于工件7边线上对应接触点的切线方向与水平线的夹角，如此，使得分离镶块3的刃口更为平坦，工作时，对上分离镶块3的磨损更小。
[0027]本发明所述的热成形钢板的分离冲压模具对传统的针对普通钢板和普通高强度钢板的压机控制冲压模具的分离装置进行改进，与传统的上模上的分离镶块硬度小于下模上的分离镶块硬度的做法不同，本发明将上分离镶块3及下分离镶块2的硬度控制HRC50及以上，并使得下分离镶块2的硬度不超过上分离镶块3的硬度，如此，可以将改进后的冲压模具适用于高强度及延伸率低的热成形钢板的分离，而不至于在非常大的分离作用力之下，将上分离镶块3和下分离镶块2严重磨损或者损坏；另一方面，为了进一步减小所需分离作用力，使上分离镶块3的刃口型面形状与工件7的表面形状之间存在有倾角，上分离镶块3与工件7接触时，由于所述倾角的存在，上分离镶块3的刃口渐次与工件7形成点接触，渐次形成剪切力剪切工件7，从而达到减小所需分离作用力的目的，从而大幅降低了本发明所述压机的投资和使用要求，同时，由于分离时所需的作用力减小，压机瞬间的大震动及噪音问题得以解决，省却了传统冲压模具中压机上配备的缓冲垫。
[0028]在此基础上，本发明还公开了利用上述热成形钢板的分离用冲压模具分离热成形钢板的工艺，其包含以下步骤:
第一步，将工件7定位在下分离镶块2上，下分离镶块2的刃口型面与工件7的表面形状一致，下分离镶块2与工件7未被分离的部分接触；
第二步，压机驱动滑块6快速下行，滑块5带动压料块4及上分离镶块3 —同快速下行，直至压料块4与工件7开始接触；
第三步，压机驱动滑块6低速下行，压料块4压紧工件，由于压料块4与滑块6为通过弹簧等弹性元件连接的弹性连接关系，压料块4压紧工件后停止下行，而上分离镶块3继续随着滑块6 —同低速下行，上分离镶块3在低速下行过程中与工件7接触并对工件7进行分离作业(冲孔和/或修边)，上分离镶块3低速下行直至分离作业完成；
第四步，压机驱动滑块6快速上行，直至滑块6恢复原位；
第五步，从下分离镶块2上取出分离后的工件7。
[0029]具体地，为了保证本发明所述分利用冲压模具分离热成形钢板的工作效率，使所述滑块6快速下行的速度为滑块6低速下行的速度的3?20倍，滑块6低速下行的速度范围优选为5mm/s?50 mm/s,滑块6快速下行及快速上行的速度范围优选为150mm/s?900mm/s，滑块6低速下行的行程小于或等于30mm。
[0030]本发明所述热成形钢板的分离工艺采用压机为压料块4和上分离镶块3的移动、压紧工件和分离工件提供动力源，并使得滑块6的移动速度可调，从而使得压料块4和上分离镶块3的移动速度可调，在分离作业阶段，采用低速下行进行分离作业，对上分离镶块3和下分离镶块2的冲击能量远小于传统的上模随着压机滑块一直以一定快速度下行瞬间完成分离作业的冲击，减小了对上分离镶块3和下分离镶块2的磨损，延长了本发明所述分离用冲压模具的使用寿命。
[0031]进一步地，同样地，当本发明所述分离用冲压模具中的上分离镶块3刃口任一点的切线与工件边线上的对应接触点的切线之间具有夹角时，在所述第三步骤中，上分离镶块3与工件7接触时，上分离镶块3的刃口与工件7为点接触，从而在上分离镶块3低速下行过程中将工件7逐渐分离，即可以使工件7的各分离部分有顺序地依次完成分离作业。这不仅大幅减小所需分离作用力，解决了压机瞬间的大震动及噪音问题，而且，在分离作业阶段，由于工件7为在较小的分离力作用下渐次被分离，因此，工件7的受力较小，对工件7的冲击和磨损较小，从而在保证有效分离作业的前提下，能够提高分离后工件的质量稳定性，为了进一步减小对上分离镶块3刃口的磨损，提高产品的质量稳定性，对上分离镶块3刃口任一点的切线与工件边线上的对应接触点的切线之间的所述夹角规定有方向性。
[0032]以下引用工程实践中的具体实施例对本发明所述液压分离装置及分离工艺进行说明:
见图3，工件7为厚度1.5mm、长度1.2m、断面形状如图3所示的汽车用车门防撞杆热成形硼钢工件，材料抗拉强度1500MPa，对于此类工件，按照传统的压机控制冲压模具的分离装置的所需的理论冲压力的计算公式如下:
P=KLtτ
其中，P为理论冲压力，单位为N，L为工件分离周边长度，单位为mm，t为工件的厚度，单位为mm，τ为材料抗拉强度，单位为MPa，K为系数，一般取K为1.3 (由材料的性质及厚度确定)，按照上述计算公式，将本实施例的工件厚度值1.5 mm、长度1.2m、抗拉强度1500MPa、系数K为1.3代入上式计算得出，传统分离装置所需理论冲压力约为358吨，要求利用本发明所述分离用冲压模具及分离工艺在一个工序中对高强度的热成形工件7的两端进行修边的分离作业。本实施例所述分离用冲压模具选用吨位为60吨的液压压机，且无需配备缓冲垫,压力在O?60吨范围内可调,速度在O?450mm/s可调,其上分离镶块3的行程为600mm，压料块4的行程为30mm，压料力为4吨，在具体材料选用上，所述上分离镶块3及下分离镶块2的刃口材料可以采用SKD61、CALDIE、V4E等硬度在HRC50及以上的、并具有韧性的优质模具钢，并控制下分离镶块2不超过上分离镶块3的硬度，具体分离过程如下:
第一步，工件投放:0.5秒内将工件7快速投放定位在下分离镶块2上；
第二步，快速下行:液压压机驱动滑块6快速下行，以最高速为450mm/s的速度快速下行，压料块4与工件7开始接触，此步骤中，滑块6快速下行的行程为570mm ；
第三步，修边:设置液压压机的吨位20吨，液压压机驱动滑块6以30mm/s的速度低速下行，压料块4压紧工件，由于压料块4与滑块6为通过弹簧等弹性元件连接的弹性连接关系，压料块4压紧工件后停止下行，而上分离镶块3继续随着滑块6 —同低速下行，上分离镶块3在低速下行过程中与工件7接触并对工件7进行修边作业，上分离镶块3低速下行直至修边作业完成，由于上分离镶块3刃口型面与工件7为点接触，在上分离镶块3低速下行过程中将工件7逐渐分离，即可以使工件7的各分离部分有顺序地依次完成修边作业，图3示出了所示工件7的修边刃入顺序为A (C)到B (D)，此步骤中，滑块6低速下行的行程为 30mm ；
第四步，快速回程，取件:液压系统6驱动上滑块以450mm/s的速度快速上行，直至滑块6恢复原位，此步骤中，滑块6快速上行的行程为600mm ；
第五步，取出工件:0.5秒内将进行修边后的工件7快速取出。
[0033]从上述实施例可以看出，本实施例通过控制上分离镶块3和下分离镶块2的性能(包括硬度和韧性要求)，使得本发明所述分离用冲压模具能够适用于本实施例所述的抗拉强度达到1500MPa的汽车用车门防撞杆热成形硼钢工件；进一步地，采用移动速度可调的液压压机控制压机滑块6的移动速度可调，从而使修边作业在低速阶段进行，低速修边，减小了对上分离镶块3和下分离镶块2的冲击，减小了上分离镶块3和下分离镶块2的磨损；更进一步地，采用上分离镶块3的刃口型面为与工件为点接触的刃口结构，大幅降低了液压压机所需提供的修边作用力，本实施例选用的液压压机的吨位为60吨，与传统的压机控制冲压模具分离装置所需的理论冲压力为上述358吨相比，本实施例所需的修边作用力降低至传统冲压模具所需的理论冲压力的16.8%，见图4，图中横轴表示分离作业阶段，图中左边竖轴表示压机滑块的位移，图中右边竖轴表示所需分离的作用力，其中竖轴箭头上方的阶段标注表示传统的压机控制冲压模具用来分离同一强度的钢板的各个分离作业阶段，横轴下方的阶段标注表示使用本发明所述分离用冲压模具用来分离同一强度的钢板的各个分离作业阶段，很明显，在分离作业阶段上，整个分离作业阶段行程和用时与传统冲压模具相同，差别在于分离阶段所用的时间不同，而在所需分离作用力上，由于传统的冲压模具是大冲压力瞬间以一定快速度冲压完成分离，而本发明所述分离用冲压模具由于采用点接触刃口分离，是通过长行程与小分离作用力来完成分离作业的，因此，本发明所需分离作用力远小于传统冲压模具所需理论冲压力，由于修边作用力大幅减小，因而在液压压机上无需配备缓冲垫。
[0034]以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
【权利要求】
1.热成形钢板的分离用冲压模具，包括下模座(I)及固定在下模座(I)上的下分离镶块(2 )，工件定位在下分离镶块(2 )上，上分离镶块(3 )固定在上模座(5 )上，上模座(5 )固接在滑块(6)上，压料块(4)与上模座(5)弹性连接，滑块(6)由压机驱动上、下移动，下分离镶块(2)的刃口型面与工件的表面形状一致，其特征在于:上分离镶块(3)的硬度大于或等于下分离镶块(2)的硬度，且二者的硬度至少为HRC50，并具有韧性。
2.按权利要求1所述的热成形钢板的分离用冲压模具，其特征在于:所述上分离镶块(3)刃口任一点的切线与工件边线上的对应接触点的切线之间具有夹角。
3.按权利要求2所述的热成形钢板的分离用冲压模具，其特征在于:所述夹角的范围为 0.5。?35°。
4.按权利要求2所述的热成形钢板的分离用冲压模具，其特征在于:所述夹角大于5°时，使上分离镶块(3)刃口任一点的切线方向与水平线的夹角小于工件边线上的对应接触点的切线方向与水平线的夹角。
5.按权利要求1所述的热成形钢板的分离用冲压模具，其特征在于:所述压机为液压压机或伺服压机。
6.按权利要求1所述的热成形钢板的分离用冲压模具，其特征在于:所述上分离镶块(3)与下分离镶块(2)的硬度差的范围为O?HRC10。
7.一种利用权利要求1所述的热成形钢板的分离用冲压模具分离热成形钢板的工艺，其特征在于，包含以下步骤: 第一步，工件定位在下分离镶块(2)上； 第二步，压机驱动滑块(6 )快速下行，滑块(6 )快速下行，直至压料块(4 )与工件开始接触； 第三步，压机驱动滑块(6)低速下行，压料块(4)压紧工件，上分离镶块(3)在低速下行过程中与工件接触并对工件进行分离作业，上分离镶块(3)低速下行直至分离作业完成； 第四步，压机驱动滑块(6)快速上行，直至滑块(6)恢复原位； 第五步，取出分离后的工件。
8.按权利要求7所述的热成形钢板的分离工艺，其特征在于:所述滑块(6)快速下行的速度为滑块(6)低速下行的速度的3?20倍。
9.按权利要求7所述的热成形钢板的分离工艺，其特征在于:所述滑块(6)低速下行的行程小于或等于30mm。
10.按权利要求7所述的热成形钢板的分离工艺，其特征在于:所述滑块(6)低速下行的速度范围为5mm/s?50 mm/s。
11.按权利要求7所述的热成形钢板的分离工艺，其特征在于:所述滑块(6)快速下行及快速上行的速度范围为150mm/s?900 mm/s。
12.按权利要求7至11任一权利要求所述的热成形钢板的分离工艺，其特征在于:所述第三步骤中，上分离镶块(3)的刃口与工件为点接触，即上分离镶块(3)刃口任一点的切线与工件边线上的对应接触点的切线之间具有夹角，从而在上分离镶块(3)低速下行过程中将工件逐渐分离。
【文档编号】B21D28/34GK103801617SQ201410034144
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2014年1月24日
【发明者】陈扬 申请人:无锡红弦汽车轻量化科技有限公司, 陈扬