镀锌钢板热冲压成型方法及设备与流程

本发明涉及热冲压技术领域，尤其涉及一种镀锌钢板热冲压成型方法及设备。

背景技术：

热冲压工艺（hot stamping）最早由一家瑞典公司的开发，并申请了专利（GB1490535，19771102），其用于制造锯片和割草机刀片。然而，鉴于汽车的轻量化、安全化和抗冲击性能，对于高强度汽车机构钢板的需求日益明显，1984年SAAB汽车公司首次将淬硬化的硼钢零件引入汽车制造（Saab9000），成为第一家公司将热冲压技术引入汽车领域，从此拉起了热冲压工艺的又一研究热潮。

热冲压成形工艺是指：先将材料（超高强度/高强度钢）加热到规定温度、保温规定时间使之完全奥氏体化，然后借助模具冲压成形；成形的同时材料在模具内保压淬火，冷却后即获得具有均匀马氏体组织的零件，抗拉强度高达1500MPa。热冲压与普通冷冲压的区别和优势，主要体现在：（1）加热后材料变形抗力小、塑性好、成形极限高、易于成形，降低了对成形设备和模具的要求；（2）超高强钢制成的零件强度非常高，整体上改善了车身的抗冲击与疲劳能力，从而提高了汽车的安全性；简化车身结构和零部件设计，有效减少加强板数量，实现了车身轻量化的目标。因此，热冲压成形零部件在汽车中应用越来越广泛，尤其是车身支撑结构类零件如 B 柱、A 柱、前后保险杠、纵向承载梁等。

热冲压存在两种途径：直接和间接热冲压方法。在直接热冲压中，半成品被加热到钢的奥氏体温度，并在该温度下保持5分钟左右，使组织得到充分奥氏体化，再转移到冲压，随后在闭式模具内成型和淬火。间接热冲压的特征是使用一个接近完整的预成型的冷模，这仅用于淬火和奥氏体化后冲压的标准使用。

目前，在上述工艺途径的基础上，依据钢材性能、成型质量和成型尺寸精度等产品要求，围绕热冲压的工艺条件设置和热冲压所使用装置的结构设置，来对钢材制件从加热奥氏体化、冷却淬火至产品结构成型整个工艺过程进行优化研究。热冲压的工艺条件设置主要从钢材的组成成分（如钢的碳含量、其他合金元素如硼的添加量等）、钢材成型工艺、钢材的表面处理等方面进行研究设计，而热冲压所使用装置的结构设置主要从加热结构、冷却结构、成型结构进行研究设计。

住友金属工业株式会社、丰田自动车株式会社、丰田铁工株式会社申请的WO2004/106573，提供一种热成形法与热成形构件，意识到热压淬火对钢板强度的影响，是对具有如下钢组成的钢板，加热至Ac3点以上并保持后，进行对最终制品形状的成形的方法，在成形中或者从成形后的成形温度的冷却之时，到 达成形构件的Ms点的冷却速度在临界冷却速度以上，并且，以从Ms点到 200℃的平均冷却速度为25～150℃/s冷却而进行淬火处理。

本田技研工業株式会社申请的US2011/0252856，提供一种热压成型方法，其实质上是一种在热压成型过程中伴随有冲孔与切边的复合热压成型方法，热压模具包括上模和下模，上模上设置有冲头、上压模以及切边模，下模上设置有与冲头对应的下模孔以及与切边模对应的切边刃口，工件W在热压冲孔切边模的作用下，进行冲孔、切边、热压加工，并且控制热压工艺，将工件加热到800℃放入热压模具中，控制钢板的冷却速度大于等于27℃/S，使得工件冷却到100-200℃，完成淬火。

专利“热压部件的制造方法”（申请号：2014800369512）中提到了一种耐腐蚀性优异的热压部件的制造方法，并且提供一种不会产生因镀层中的锌侵入钢板所引起的液态金属脆性断裂的、耐液态金属脆性优异的热压部件的制造方法。该热压部件的制造方法，将镀敷钢板加热至850℃～950℃，在加热后的镀敷钢板的温度为650℃～800℃时，开始热压成型，所述镀敷钢板具有底层钢板和形成于该底层钢板上的镀层，镀层含有10质量％～25质量％的Ni，余部由Zn和不可避免的杂质构成，单个表面的附着量为10g/m2～90g/m2。

申请人在实现本发明时，发现现有技术针对镀锌钢板热冲压研究比较欠缺，虽然，专利“热压部件的制造方法”（申请号：2014800369512）专利技术可抑制在热压前钢板的加热处理时镀层中包含的熔融Zn侵入底层钢板而引起的液态金属脆性断裂，但是由于是将在加热后的镀敷钢板的温度缓慢冷却为650℃～800℃时，开始热压成型，这样将使得钢板不能完全淬火硬化，导致产品的机械强度不能达到最优，基于此，本发明的发明人提出了一种汽车覆盖件热冲压成型方法来解决上述技术问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种镀锌钢板热冲压成型方法及设备，有效解决了现有的镀敷钢板热冲压成型在热压前钢板的加热处理时镀层中包含的熔融Zn侵入底层钢板而引起的液态金属脆性断裂的技术问题，并且使得钢板完全淬火硬化，使得产品的机械强度达到最优。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种镀锌钢板热冲压成型方法，所述镀锌钢板1包括钢板本体10和镀锌层11，在镀锌钢板1热冲压成型之前，在镀锌钢板1表面喷涂吸热层12，所述吸热层12均匀覆盖在所述镀锌层11上。

其中，所述镀锌钢板热冲压成型方法的具体步骤如下：

（1）钢卷开卷：将带有镀锌层的钢卷放置在开卷机上，将钢卷开卷，钢卷开卷后的钢带进入清洗工位、矫直工位，然后通过夹送辊进入板坯冲裁区域；

（2）冲裁板坯：将开卷、清洗以及矫直后的钢带通过夹送辊传送到冲裁工位，首先进入计量工段，计量辊根据要求将钢带按照一定长度间歇式的送往冲裁设备，从而冲裁一定尺寸的板坯，并且，在计量工段之前还设置有缓冲区域，使得连续传送的钢带不受间歇式计量辊的影响；

（3）涂覆吸热层：将冲裁的板坯通过传送辊道传送到涂覆工位，首先，在传送辊道的传送下，板坯进入加热工段，利用涂覆工位的加热工段将板坯加热到40℃-45℃，其次，钢带进入涂覆工段，在上下多个涂覆刷辊的作用下，将吸热材料均匀涂覆在板坯表面，最后，板坯进入烘干工位，将板坯加热到110℃-115℃，将板坯烘干，使得吸热材料粘附在板坯表面以形成吸热层；

（4）加热冲压：将形成有吸热层的板坯通过传送辊道传送到加热冲压工段，在机械手的吸盘作用下，将板坯单个的放入冲压设备上，将板坯通电加热，当板坯加热到720℃-740℃时，板坯表面的吸热材料开始挥发和/或升华为气体，并大量带走板坯表面的热量，使得板坯表面靠近镀锌层区域的温度小于790℃，而板坯内部温度继续加热到915℃-925℃，使得板坯内部完全奥氏体化，然后，断电，模具下行，将板坯热冲压成型；

（5）保压淬火：将模具在合模状态下保持一定的压力，并在模具内通入冷却介质，使得热冲压成型后的板坯快速冷却，以25℃/S-35℃/S的冷却速度进行冷却，使得板坯完成保压淬火；

（6）包装入库：将保压淬火的工件用机械手取出，放入传送辊道，在传送辊道上设置有冷却风机，将工件冷却到室温，然后，传送到检测工段，对工件进行检测，最后传送到涂油包装工段，对工件进行包装并入库。

其中，所述吸热材料为阻燃吸热材料，所述吸热材料的挥发和/或升华温度为720℃-740℃。

为解决上述技术问题，本发明还特别提供了一种实现镀锌钢板热冲压成型方法的设备，镀锌钢板热冲压成型方法的设备包括开卷设备、冲裁设备、涂覆设备以及热冲压成型设备；所述热冲压成型设备包括冲床、模具2、加热部件3、冷却部件、吸热材料回收部件5以及密封部件4，所述冷却部件设置在所述模具2内，所述模具2设置在冲床上，所述加热部件3与工件电连接，所述冲床、模具2、加热部件3、冷却部件以及吸热材料回收部件5都设置在密封部件4内；所述密封部件4包括入口密封门41以及出口密封门42；所述加热部件采用电加热方式，所述加热部件包括加热导线以及加热开关31；所述冷却部件包括设置在模具的上模以及下模上的循环冷却通路；所述回收部件包括设置在模具上方的回收通路51，以及均匀设置在通路下方、模具上方的多个回收抽吸部件52，并且，在模具的下模内设置有多个抽吸通道53，多个抽吸通道53通过抽吸部件与所述回收通路51连接，通过抽吸部件52将挥发和/或升华为气体的吸热材料收集并冷却回收。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请的核心方案如下：

在镀锌钢板热冲压成型之前，在镀锌钢板表面喷涂吸热层，吸热层均匀覆盖在镀锌层上，镀锌钢板热冲压成型方法的核心步骤如下：

（1）钢卷开卷；

（2）冲裁板坯：按要求将钢带按照一定长度间歇式的送往冲裁设备，从而冲裁一定尺寸的板坯；

（3）涂覆吸热层：将冲裁的板坯通过传送辊道传送到涂覆工位，首先，在传送辊道的传送下，板坯进入加热工段，利用涂覆工位的加热工段将板坯加热到40℃-45℃，其次，钢带进入涂覆工段，在上下多个涂覆刷辊的作用下，将吸热材料均匀涂覆在板坯表面，最后，板坯进入烘干工位，将板坯加热到110℃-115℃，将板坯烘干，使得吸热材料粘附在板坯表面以形成吸热层；

（4）加热冲压：将形成有吸热层的板坯通过传送辊道传送到加热冲压工段，在机械手的吸盘作用下，将板坯单个的放入冲压设备上，将板坯通电加热，当板坯加热到720℃-740℃时，板坯表面的吸热材料开始挥发和/或升华为气体，并大量带走板坯表面的热量，使得板坯表面靠近镀锌层区域的温度小于790℃，而板坯内部温度继续加热到915℃-925℃，使得板坯内部完全奥氏体化，然后，断电，模具下行，将板坯热冲压成型；

（5）保压淬火：将模具在合模状态下保持一定的压力，并在模具内通入冷却介质，使得热冲压成型后的板坯快速冷却，以25℃/S-35℃/S的冷却速度进行冷却，使得板坯完成保压淬火；

（6）包装入库。

本发明还特别提供了一种实现镀锌钢板热冲压成型方法的设备，镀锌钢板热冲压成型方法的设备包括开卷设备、冲裁设备、涂覆设备以及热冲压成型设备；热冲压成型设备包括冲床、模具、加热部件、冷却部件、吸热材料回收部件以及密封部件，冷却部件设置在模具内，模具设置在冲床上，加热部件与工件电连接，冲床、模具、加热部件、冷却部件以及吸热材料回收部件都设置在密封部件内；密封部件包括入口密封门以及出口密封门；加热部件采用电加热方式，加热部件包括加热导线以及加热开关；冷却部件包括设置在模具的上模以及下模上的循环冷却通路；回收部件包括设置在模具上方的回收通路，以及均匀设置在通路下方、模具上方的多个回收抽吸部件，并且，在模具的下模内设置有多个抽吸通道，多个抽吸通道通过抽吸部件与回收通路连接，通过抽吸部件将挥发和/或升华为气体的吸热材料收集并冷却回收。

由于采用了上述核心方案，有效解决了现有的镀锌钢板热冲压成型在热压前钢板的加热处理时镀层中包含的熔融Zn侵入底层钢板而引起的液态金属脆性断裂的技术问题。并且，由于在热冲压淬火过程中，钢板内部温度处于奥氏体化温度，能够使得钢板完全淬火硬化，使得产品的机械强度达到最优，并且，在热冲压时，没有等待降温时间，加快了生产效率。以及，通过抽吸部件将挥发和/或升华为气体的吸热材料收集并冷却回收。

附图说明

图1是本发明中镀锌钢板的示意图；

图2是本发明中镀锌钢板涂覆有吸热层的示意图；

图3是本发明实施例中热冲压成型工艺的流程图；

图4是本发明实施例中钢板热冲压成型设备的局部示意图；

图中，1 镀锌钢板，10 钢板本体，11 镀锌层，12吸热层，2 模具，3加热部件，31 加热开关，4 密封部件，41 入口密封门，42 出口密封门，5 回收部件，51 回收通路，52 回收抽吸部件，53 抽吸通道。

具体实施方式

本实施方式中的技术方案为解决上述技术问题。总体思路如下：

在镀锌钢板热冲压成型之前，在镀锌钢板表面喷涂吸热层，吸热层均匀覆盖在镀锌层上，镀锌钢板热冲压成型方法的核心步骤如下：

（1）钢卷开卷；

（2）冲裁板坯；

（3）涂覆吸热层：在上下多个涂覆刷辊的作用下，将吸热材料均匀涂覆在板坯表面，将板坯烘干，使得吸热材料粘附在板坯表面以形成吸热层；

（4）加热冲压：将板坯单个的放入冲压设备上，将板坯通电加热，当板坯加热到720℃-740℃时，板坯表面的吸热材料开始挥发和/或升华为气体，并大量带走板坯表面的热量，使得板坯表面靠近镀锌层区域的温度小于790℃，而板坯内部温度继续加热到915℃-925℃，使得板坯内部完全奥氏体化，然后，断电，模具下行，将板坯热冲压成型；

（5）保压淬火：使得热冲压成型后的板坯快速冷却，以25℃/S-35℃/S的冷却速度进行冷却，使得板坯完成保压淬火；

（6）包装入库。

实施例一：

在实施例一中，提供了一种镀锌钢板热冲压成型方法，镀锌钢板1包括钢板本体10和镀锌层11，在镀锌钢板1热冲压成型之前，在镀锌钢板1表面喷涂吸热层12，吸热层12均匀覆盖在镀锌层11上。

其中，镀锌钢板热冲压成型方法的具体步骤如下：

（1）钢卷开卷：将带有镀锌层的钢卷放置在开卷机上，将钢卷开卷，钢卷开卷后的钢带进入清洗工位、矫直工位，然后通过夹送辊进入板坯冲裁区域；

（2）冲裁板坯：将开卷、清洗以及矫直后的钢带通过夹送辊传送到冲裁工位，首先进入计量工段，计量辊根据要求将钢带按照一定长度间歇式的送往冲裁设备，从而冲裁一定尺寸的板坯，并且，在计量工段之前还设置有缓冲区域，使得连续传送的钢带不受间歇式计量辊的影响；

（3）涂覆吸热层：将冲裁的板坯通过传送辊道传送到涂覆工位，首先，在传送辊道的传送下，板坯进入加热工段，利用涂覆工位的加热工段将板坯加热到40℃，其次，钢带进入涂覆工段，在上下多个涂覆刷辊的作用下，将吸热材料均匀涂覆在板坯表面，最后，板坯进入烘干工位，将板坯加热到110℃，将板坯烘干，使得吸热材料粘附在板坯表面以形成吸热层；

（4）加热冲压：将形成有吸热层的板坯通过传送辊道传送到加热冲压工段，在机械手的吸盘作用下，将板坯单个的放入冲压设备上，将板坯通电加热，当板坯加热到720℃时，板坯表面的吸热材料开始挥发和/或升华为气体，并大量带走板坯表面的热量，使得板坯表面靠近镀锌层区域的温度小于790℃，而板坯内部温度继续加热到915℃，使得板坯内部完全奥氏体化，然后，断电，模具下行，将板坯热冲压成型；

（5）保压淬火：将模具在合模状态下保持一定的压力，并在模具内通入冷却介质，使得热冲压成型后的板坯快速冷却，以25℃/S-27℃/S的冷却速度进行冷却，使得板坯完成保压淬火；

（6）包装入库：将保压淬火的工件用机械手取出，放入传送辊道，在传送辊道上设置有冷却风机，将工件冷却到室温，然后，传送到检测工段，对工件进行检测，最后传送到涂油包装工段，对工件进行包装并入库。

其中，吸热材料为阻燃吸热材料，吸热材料的挥发和/或升华温度为720℃。

本实施例还特别提供了一种实现镀锌钢板热冲压成型方法的设备，镀锌钢板热冲压成型方法的设备包括开卷设备、冲裁设备、涂覆设备以及热冲压成型设备；热冲压成型设备包括冲床、模具2、加热部件3、冷却部件、吸热材料回收部件5以及密封部件4，冷却部件设置在模具2内，模具2设置在冲床上，加热部件3与工件电连接，冲床、模具2、加热部件3、冷却部件以及吸热材料回收部件5都设置在密封部件4内；密封部件4包括入口密封门41以及出口密封门42；加热部件采用电加热方式，加热部件包括加热导线以及加热开关31；冷却部件包括设置在模具的上模以及下模上的循环冷却通路；回收部件包括设置在模具上方的回收通路51，以及均匀设置在通路下方、模具上方的多个回收抽吸部件52，并且，在模具的下模内设置有多个抽吸通道53，多个抽吸通道53通过抽吸部件与回收通路51连接，通过抽吸部件52将挥发和/或升华为气体的吸热材料收集并冷却回收。

实施例二：

实施例二中，提供了一种镀锌钢板热冲压成型方法，镀锌钢板1包括钢板本体10和镀锌层11，在镀锌钢板1热冲压成型之前，在镀锌钢板1表面喷涂吸热层12，吸热层12均匀覆盖在镀锌层11上。

其中，镀锌钢板热冲压成型方法的具体步骤如下：

（1）钢卷开卷：将带有镀锌层的钢卷放置在开卷机上，将钢卷开卷，钢卷开卷后的钢带进入清洗工位、矫直工位，然后通过夹送辊进入板坯冲裁区域；

（2）冲裁板坯：将开卷、清洗以及矫直后的钢带通过夹送辊传送到冲裁工位，首先进入计量工段，计量辊根据要求将钢带按照一定长度间歇式的送往冲裁设备，从而冲裁一定尺寸的板坯，并且，在计量工段之前还设置有缓冲区域，使得连续传送的钢带不受间歇式计量辊的影响；

（3）涂覆吸热层：将冲裁的板坯通过传送辊道传送到涂覆工位，首先，在传送辊道的传送下，板坯进入加热工段，利用涂覆工位的加热工段将板坯加热到45℃，其次，钢带进入涂覆工段，在上下多个涂覆刷辊的作用下，将吸热材料均匀涂覆在板坯表面，最后，板坯进入烘干工位，将板坯加热到115℃，将板坯烘干，使得吸热材料粘附在板坯表面以形成吸热层；

（4）加热冲压：将形成有吸热层的板坯通过传送辊道传送到加热冲压工段，在机械手的吸盘作用下，将板坯单个的放入冲压设备上，将板坯通电加热，当板坯加热到730℃时，板坯表面的吸热材料开始挥发和/或升华为气体，并大量带走板坯表面的热量，使得板坯表面靠近镀锌层区域的温度小于790℃，而板坯内部温度继续加热到920℃-925℃，使得板坯内部完全奥氏体化，然后，断电，模具下行，将板坯热冲压成型；

（5）保压淬火：将模具在合模状态下保持一定的压力，并在模具内通入冷却介质，使得热冲压成型后的板坯快速冷却，以27℃/S-30℃/S的冷却速度进行冷却，使得板坯完成保压淬火；

（6）包装入库：将保压淬火的工件用机械手取出，放入传送辊道，在传送辊道上设置有冷却风机，将工件冷却到室温，然后，传送到检测工段，对工件进行检测，最后传送到涂油包装工段，对工件进行包装并入库。

其中，吸热材料为阻燃吸热材料，吸热材料的挥发和/或升华温度为730℃。

本实施例还特别提供了一种实现镀锌钢板热冲压成型方法的设备，镀锌钢板热冲压成型方法的设备包括开卷设备、冲裁设备、涂覆设备以及热冲压成型设备；热冲压成型设备包括冲床、模具2、加热部件3、冷却部件、吸热材料回收部件5以及密封部件4，冷却部件设置在模具2内，模具2设置在冲床上，加热部件3与工件电连接，冲床、模具2、加热部件3、冷却部件以及吸热材料回收部件5都设置在密封部件4内；密封部件4包括入口密封门41以及出口密封门42；加热部件采用电加热方式，加热部件包括加热导线以及加热开关31；冷却部件包括设置在模具的上模以及下模上的循环冷却通路；回收部件包括设置在模具上方的回收通路51，以及均匀设置在通路下方、模具上方的多个回收抽吸部件52，并且，在模具的下模内设置有多个抽吸通道53，多个抽吸通道53通过抽吸部件与回收通路51连接，通过抽吸部件52将挥发和/或升华为气体的吸热材料收集并冷却回收。

实施例三：

实施例三中，提供了一种镀锌钢板热冲压成型方法，镀锌钢板1包括钢板本体10和镀锌层11，在镀锌钢板1热冲压成型之前，在镀锌钢板1表面喷涂吸热层12，吸热层12均匀覆盖在镀锌层11上。

其中，镀锌钢板热冲压成型方法的具体步骤如下：

（1）钢卷开卷：将带有镀锌层的钢卷放置在开卷机上，将钢卷开卷，钢卷开卷后的钢带进入清洗工位、矫直工位，然后通过夹送辊进入板坯冲裁区域；

（2）冲裁板坯：将开卷、清洗以及矫直后的钢带通过夹送辊传送到冲裁工位，首先进入计量工段，计量辊根据要求将钢带按照一定长度间歇式的送往冲裁设备，从而冲裁一定尺寸的板坯，并且，在计量工段之前还设置有缓冲区域，使得连续传送的钢带不受间歇式计量辊的影响；

（3）涂覆吸热层：将冲裁的板坯通过传送辊道传送到涂覆工位，首先，在传送辊道的传送下，板坯进入加热工段，利用涂覆工位的加热工段将板坯加热到45℃，其次，钢带进入涂覆工段，在上下多个涂覆刷辊的作用下，将吸热材料均匀涂覆在板坯表面，最后，板坯进入烘干工位，将板坯加热到115℃，将板坯烘干，使得吸热材料粘附在板坯表面以形成吸热层；

（4）加热冲压：将形成有吸热层的板坯通过传送辊道传送到加热冲压工段，在机械手的吸盘作用下，将板坯单个的放入冲压设备上，将板坯通电加热，当板坯加热到740℃时，板坯表面的吸热材料开始挥发和/或升华为气体，并大量带走板坯表面的热量，使得板坯表面靠近镀锌层区域的温度小于790℃，而板坯内部温度继续加热到925-930℃，使得板坯内部完全奥氏体化，然后，断电，模具下行，将板坯热冲压成型；

（5）保压淬火：将模具在合模状态下保持一定的压力，并在模具内通入冷却介质，使得热冲压成型后的板坯快速冷却，以30℃/S-35℃/S的冷却速度进行冷却，使得板坯完成保压淬火；

（6）包装入库：将保压淬火的工件用机械手取出，放入传送辊道，在传送辊道上设置有冷却风机，将工件冷却到室温，然后，传送到检测工段，对工件进行检测，最后传送到涂油包装工段，对工件进行包装并入库。

其中，吸热材料为阻燃吸热材料，吸热材料的挥发和/或升华温度为740℃。

本实施例还特别提供了一种实现镀锌钢板热冲压成型方法的设备，镀锌钢板热冲压成型方法的设备包括开卷设备、冲裁设备、涂覆设备以及热冲压成型设备；热冲压成型设备包括冲床、模具2、加热部件3、冷却部件、吸热材料回收部件5以及密封部件4，冷却部件设置在模具2内，模具2设置在冲床上，加热部件3与工件电连接，冲床、模具2、加热部件3、冷却部件以及吸热材料回收部件5都设置在密封部件4内；密封部件4包括入口密封门41以及出口密封门42；加热部件采用电加热方式，加热部件包括加热导线以及加热开关31；冷却部件包括设置在模具的上模以及下模上的循环冷却通路；回收部件包括设置在模具上方的回收通路51，以及均匀设置在通路下方、模具上方的多个回收抽吸部件52，并且，在模具的下模内设置有多个抽吸通道53，多个抽吸通道53通过抽吸部件与回收通路51连接，通过抽吸部件52将挥发和/或升华为气体的吸热材料收集并冷却回收。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。