一種22MnB5高強(qiáng)度薄鋼板熱沖壓成形工藝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種22MnB5高強(qiáng)度薄鋼板熱沖壓成形工藝，包括如下步驟：將22MnB5高強(qiáng)度鋼板加工成板厚為1.5-2.0mm的板料；將板料放入電阻加熱爐中加熱加熱至920-970℃，保溫4-10min；將板料轉(zhuǎn)移到摩擦系數(shù)為0.20-0.40的模具上進(jìn)行熱沖壓，板料成形初始溫度控制在750-950℃，轉(zhuǎn)移時(shí)間為3-8s，沖壓速度為20-40mm/s，在整個(gè)熱沖壓過(guò)程中模具不停通入溫度為室溫20℃的冷卻水，同時(shí)施以強(qiáng)風(fēng)冷卻；待其在模具中繼續(xù)冷卻，保壓2-10s后結(jié)束保壓。本發(fā)明熱沖壓成形后板料零件強(qiáng)度高且硬度大，尺寸精度高，回彈較小，安全性高，使用壽命長(zhǎng)，而且最大抗拉強(qiáng)度可達(dá)1500MPa。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種22MnB5高強(qiáng)度薄鋼板熱沖壓成形工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于熱沖壓工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種22MnB5高強(qiáng)度薄鋼板熱沖壓成 形工藝。

【背景技術(shù)】
[0002] 高強(qiáng)度鋼零件在提高汽車(chē)抗碰撞等安全性能的同時(shí)大幅減輕車(chē)重，降低油耗以減 少尾氣對(duì)環(huán)境的污染，因而在汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)件和安全件上具有廣泛的應(yīng)用前景。高強(qiáng)度鋼 擁有無(wú)法比擬的超高強(qiáng)度與硬度，但是其硬化指數(shù)與延伸率卻比較低，嚴(yán)重影響其在室溫 情況下的成形性能。高強(qiáng)度鋼在室溫下成形由于材料流動(dòng)性差易出現(xiàn)各種缺陷，例如裂 紋、起皺、回彈引起的零件尺寸、形狀不穩(wěn)定等，而高強(qiáng)鋼在沖壓成形后由于強(qiáng)度升高，殘余 應(yīng)力增大導(dǎo)致回彈而引起的零件尺寸、形狀穩(wěn)定性差則是高強(qiáng)度鋼板成形中最為嚴(yán)重的問(wèn) 題。同時(shí)由于其超高強(qiáng)度與硬度的原因使沖壓壓力大大增加，無(wú)疑增加了生產(chǎn)成本。
[0003] 22MnB5為低碳硼鋼，其化學(xué)成分組成為：C0. 22?0. 25、Mnl. 20?I. 40、Si0. 20? 0. 30、A10. 02 ?0. 05、B0. 002 ?0. 0035、CrO. 11 ?0. 20、TiO. 02 ?0. 05、MoO ?0. 10、 CuO?0. KKNiO?0. 10、Fe余量。其中含有極微量的硼元素，可大幅度降低獲得馬氏體組 織的臨界冷卻速度，是汽車(chē)用熱沖壓件使用較多的一種高強(qiáng)度鋼。22MnB5高強(qiáng)度鋼板在碳 錳鋼的基礎(chǔ)上添加微量硼元素，主要作用是提高鋼的淬透性，淬透性指鋼在高溫奧氏體化 后在一定的冷卻速率情況下發(fā)生淬火相變得到馬氏體的能力。淬火相變后馬氏體組織深度 越大，表明該鋼種淬透性越高，則組織性能愈加均勻，這也是可淬火硼鋼在熱沖壓成形工藝 中的核心問(wèn)題。
[0004] 現(xiàn)有熱沖壓成形技術(shù)只考慮成形后的力學(xué)性能相比，沒(méi)有考慮成形后板料的減薄 率和最大溫差，由于沖壓成形的特點(diǎn)，板料在沖壓成形過(guò)程中某些部位由于受力作用而出 現(xiàn)厚度嚴(yán)重減薄，甚至?xí)霈F(xiàn)拉裂的缺陷，這種現(xiàn)象在薄壁件的沖壓成形中更易出現(xiàn)，減薄 率和最大溫差這兩個(gè)指標(biāo)參數(shù)決定著零件成形后尺寸精度，其中最大溫差的大小還決定成 形后零件的內(nèi)應(yīng)力的大小，即決定零件的安全性和使用壽命。因此，迫切需要提供一種新工 藝來(lái)提高零件的抗拉強(qiáng)度、安全性和使用壽命。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種22MnB5高強(qiáng)度薄鋼板熱沖壓成形工藝，從而解決背 景技術(shù)中存在的問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種22MnB5高強(qiáng)度薄鋼板熱沖壓成形工藝，具體包括如下步驟：
[0008] (1)下料：將22MnB5高強(qiáng)度鋼板加工成坯料，通過(guò)剪板機(jī)將坯料裁剪為板料，按照 模具尺寸要求鉆出定位孔；
[0009] ⑵加熱保溫：將板料放入電阻加熱爐中加熱至920-970°C，保溫4-10min，使板料 均勻奧氏體化；
[0010] (3)轉(zhuǎn)移沖壓成形：將板料轉(zhuǎn)移到摩擦系數(shù)為0. 20-0. 40的模具上進(jìn)行熱沖壓，在 轉(zhuǎn)移過(guò)程中高溫板料與空氣進(jìn)行熱量交換，板料成形初始溫度控制在750-950°C，轉(zhuǎn)移時(shí)間 為3-8s，沖壓速度為20-40mm/s，在整個(gè)熱沖壓過(guò)程中模具不停通入溫度為室溫20°C的冷 卻水，同時(shí)施以強(qiáng)風(fēng)冷卻；
[0011] (4)保壓定形：熱沖壓過(guò)程結(jié)束之后，不取出板料，待其在模具中繼續(xù)冷卻，保壓 2-10s后結(jié)束保壓。
[0012] 所述22MnB5高強(qiáng)度鋼板加工成的板料板厚為0· 9-2. 0mm。
[0013] 優(yōu)選地，所述板料成形初始溫度為750°C，沖壓速度為40mm/s，保壓時(shí)間為10s，摩 擦系數(shù)為0. 20時(shí)，效果最好，此組優(yōu)選工藝參數(shù)在減小熱沖壓件保壓結(jié)束后溫差同時(shí)減緩 厚度減薄情況的同時(shí)，能夠提高成形零件的機(jī)械性能與質(zhì)量，而且可以提高生產(chǎn)效率，降低 生產(chǎn)成本。
[0014] 加熱溫度和保溫時(shí)間會(huì)影響熱沖壓成形過(guò)程以及成形件質(zhì)量，所以要選取合適的 溫度和保溫時(shí)間。選取奧氏體化溫度的依據(jù)：一是鋼板奧氏體化溫度以上，獲得完全的奧氏 體組織，為后續(xù)的淬火獲得馬氏體提供條件；二是選擇在金屬會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈氧化反應(yīng)的溫度 以下，避免材料氧化造成缺陷；三是考慮后續(xù)坯料轉(zhuǎn)移過(guò)程的熱量損失，為了保證成形開(kāi)始 溫度，選定的加熱溫度為920-970°C。
[0015] 為了達(dá)到?jīng)_壓淬火后得到更多馬氏體組織的目的，必須將坯料加熱后進(jìn)行保溫， 讓殘余滲碳體充分溶解，獲得均勻的奧氏體組織。同時(shí)，由于原始組織對(duì)沖壓件質(zhì)量有很大 的影響，保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)引起晶粒長(zhǎng)大，會(huì)降低沖壓件的質(zhì)量，所以保溫時(shí)間為4-10即可。
[0016] 將板料快速?gòu)募訜釥t中轉(zhuǎn)移到模具上，板料從加熱爐中轉(zhuǎn)移到?jīng)_壓模具的過(guò)程 中，由于與20°c的空氣接觸，板料和空氣之間會(huì)進(jìn)行熱量交換。為了保證在沖壓成形過(guò)程 中板料具有較好的流動(dòng)性，同時(shí)淬火過(guò)程中能獲得多的馬氏體組織，保證沖壓的初始溫度 在750-950°C，在轉(zhuǎn)移過(guò)程中板料的熱量損失十分大，所以要盡可能縮短轉(zhuǎn)移時(shí)間，轉(zhuǎn)移時(shí) 間為3-8s。
[0017] 模具的摩擦系數(shù)選取為0. 20-0. 40,因?yàn)闊釠_壓過(guò)程中，板料處于高溫狀態(tài)，這對(duì) 于模具材料及質(zhì)量提出了較高要求。模具不僅需要具有良好的導(dǎo)熱能力，而且要保證高強(qiáng) 度、高硬度與優(yōu)良抗疲勞強(qiáng)度，能夠在冷熱交替環(huán)境中抵抗熱摩擦，不會(huì)出現(xiàn)熱裂紋；同時(shí) 為減小摩擦，模具表面質(zhì)量需經(jīng)過(guò)嚴(yán)格控制。
[0018] 因?yàn)槟＞叩睦鋮s能力不夠，不僅會(huì)影響成形件的強(qiáng)度，還會(huì)在成形過(guò)程中產(chǎn)生因 高溫引起的模具熱裂紋，進(jìn)而影響零件的尺寸精度。為保證板料在熱沖壓過(guò)程中的冷卻速 率，熱沖壓模具設(shè)有冷卻水管道，管道均設(shè)置在靠近模具邊緣處，原因是在熱沖壓過(guò)程中， 高溫板料與模具直接接觸，模具吸收熱量導(dǎo)致溫度升高，顯著降低了模具的冷卻能力，因此 在熱沖壓過(guò)程中模具需要不停通入溫度為室溫20°c的冷卻水，帶走因模具與板料接觸吸收 的熱量。熱沖壓僅依靠通過(guò)對(duì)模具冷卻很難達(dá)到較高冷卻速率，因此采用通強(qiáng)風(fēng)輔助冷卻， 以此顯著提高板料的降溫速率。
[0019] 熱沖壓工藝最主要的優(yōu)點(diǎn)是可以顯著提高沖壓件的機(jī)械性能與質(zhì)量精度。熱沖壓 過(guò)程中板料的溫度變化是對(duì)淬火相變的反映，然而在實(shí)際熱沖壓生產(chǎn)過(guò)程中，由于零件的 形狀要求，其不同部位與模具接觸的開(kāi)始時(shí)間不同，導(dǎo)致保壓結(jié)束后零件溫度差相差很大， 這說(shuō)明零件各部分平均冷卻速率差值較大，淬火程度極不均勻，不利于得到組織性能分布 均勻的沖壓件；且溫度分布不均使板料內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，應(yīng)力的存在會(huì)增大零件的回彈，影 響沖壓件的尺寸精度，因此通過(guò)選擇合適的工藝參數(shù)來(lái)控制保壓結(jié)束后零件溫度差可以達(dá) 到提高淬火均勻性、得到組織分布較均的沖壓件的目的。
[0020] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0021] 通過(guò)本發(fā)明工藝制備的零件可用于汽車(chē)A柱、B柱、加強(qiáng)板、結(jié)構(gòu)梁、防撞梁等部 件，本發(fā)明工藝熱沖壓過(guò)程中高強(qiáng)度鋼在同一模具中實(shí)現(xiàn)形變與相變，成形過(guò)程中表現(xiàn)出 了優(yōu)良成形性能，強(qiáng)度高且硬度大，滿足汽車(chē)抗碰撞性能的要求，尺寸精度高，回彈較小，安 全性高，使用壽命長(zhǎng)，而且最大抗拉強(qiáng)度可達(dá)1500MPa。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié) 合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0023] 實(shí)施例1 :
[0024] -種22MnB5高強(qiáng)度薄鋼板熱沖壓成形工藝，具體包括如下步驟：
[0025] (1)下料：將22MnB5高強(qiáng)度鋼板加工成坯料，板厚0. 9mm，通過(guò)剪板機(jī)將坯料裁剪 為矩形板料，按照模具尺寸要求鉆出定位孔；
[0026] (2)加熱保溫：將板料放入電阻加熱爐中加熱至920°C，保溫4min，使板料均勻奧 氏體化；
[0027] (3)轉(zhuǎn)移沖壓成形：將板料轉(zhuǎn)移到摩擦系數(shù)為0. 25的模具上進(jìn)行熱沖壓，在轉(zhuǎn)移 過(guò)程中高溫板料與空氣進(jìn)行熱量交換，板料成形初始溫度控制在800°C，轉(zhuǎn)移時(shí)間為3s，沖 壓速度為20/s，在整個(gè)熱沖壓過(guò)程中模具不停通入溫度為室溫20°C的冷卻水，同時(shí)施以強(qiáng) 風(fēng)冷卻；
[0028] (4):保壓定形：熱沖壓過(guò)程結(jié)束之后，不取出板料，待其在模具中繼續(xù)冷卻，保壓 2s后結(jié)束保壓。
[0029] 實(shí)施例2 :
[0030] 一種22MnB5高強(qiáng)度薄鋼板熱沖壓成形工藝，具體包括如下步驟：
[0031] (1)下料：將22MnB5高強(qiáng)度鋼板加工成坯料，板厚I. 2mm，通過(guò)剪板機(jī)將坯料裁剪 為矩形板料，按照模具尺寸要求鉆出定位孔；
[0032] (2)加熱保溫：將板料放入電阻加熱爐中加熱至930°C，保溫6min，使板料均勻奧 氏體化；
[0033] (3)轉(zhuǎn)移沖壓成形：將板料轉(zhuǎn)移到摩擦系數(shù)為0. 35的模具上進(jìn)行熱沖壓，在轉(zhuǎn)移 過(guò)程中高溫板料與空氣進(jìn)行熱量交換，板料成形初始溫度控制在900°C，轉(zhuǎn)移時(shí)間為4s，沖 壓速度為25mm/s，在整個(gè)熱沖壓過(guò)程中模具不停通入溫度為室溫20°C的冷卻水，同時(shí)施以 強(qiáng)風(fēng)冷卻；
[0034] (4)保壓定形：熱沖壓過(guò)程結(jié)束之后，不取出板料，待其在模具中繼續(xù)冷卻，保壓 4s后結(jié)束保壓。
[0035] 實(shí)施例3 :
[0036] 一種22MnB5高強(qiáng)度薄鋼板熱沖壓成形工藝，具體包括如下步驟：
[0037] (1)下料：將22MnB5高強(qiáng)度鋼板加工成坯料，板厚I. 8mm，通過(guò)剪板機(jī)將坯料裁剪 為矩形板料，按照模具尺寸要求鉆出定位孔；
[0038] (2)加熱保溫：將板料放入電阻加熱爐中加熱至950°C，保溫5min，使板料均勻奧 氏體化；
[0039] (3)轉(zhuǎn)移沖壓成形：將板料轉(zhuǎn)移到摩擦系數(shù)為0. 20的模具上進(jìn)行熱沖壓，在轉(zhuǎn)移 過(guò)程中高溫板料與空氣進(jìn)行熱量交換，板料成形初始溫度控制在750°C，轉(zhuǎn)移時(shí)間為8s，沖 壓速度為40mm/s，在整個(gè)熱沖壓過(guò)程中模具不停通入溫度為室溫20°C的冷卻水，同時(shí)施以 強(qiáng)風(fēng)冷卻；
[0040] (4)保壓定形：熱沖壓過(guò)程結(jié)束之后，不取出板料，待其在模具中繼續(xù)冷卻，保壓 IOs后結(jié)束保壓。
[0041] 實(shí)施例4:
[0042] -種22MnB5高強(qiáng)度薄鋼板熱沖壓成形工藝，具體包括如下步驟：
[0043] (1)下料：將22MnB5高強(qiáng)度鋼板加工成坯料，板厚I. 5mm，通過(guò)剪板機(jī)將坯料裁剪 為矩形板料，按照模具尺寸要求鉆出定位孔；
[0044] (2)加熱保溫：將板料放入電阻加熱爐中加熱至960°C，保溫8min，使板料均勻奧 氏體化；
[0045] (3)轉(zhuǎn)移沖壓成形：將板料轉(zhuǎn)移到摩擦系數(shù)為0. 30的模具上進(jìn)行熱沖壓，在轉(zhuǎn)移 過(guò)程中高溫板料與空氣進(jìn)行熱量交換，板料成形初始溫度控制在850°C，轉(zhuǎn)移時(shí)間為5s，沖 壓速度為30mm/s，在整個(gè)熱沖壓過(guò)程中模具不停通入溫度為室溫20°C的冷卻水，同時(shí)施以 強(qiáng)風(fēng)冷卻；
[0046] (4)保壓定形：熱沖壓過(guò)程結(jié)束之后，不取出板料，待其在模具中繼續(xù)冷卻，保壓 6s后結(jié)束保壓。
[0047] 實(shí)施例5 :
[0048] 一種22MnB5高強(qiáng)度薄鋼板熱沖壓成形工藝，具體包括如下步驟：
[0049] (1)下料：將22MnB5高強(qiáng)度鋼板加工成坯料，板厚2. 0mm，通過(guò)剪板機(jī)將坯料裁剪 為矩形板料，按照模具尺寸要求鉆出定位孔；
[0050] (2)加熱保溫：將板料放入電阻加熱爐中加熱至970°C，保溫lOmin，使板料均勻奧 氏體化；
[0051] (3)轉(zhuǎn)移沖壓成形：將板料轉(zhuǎn)移到摩擦系數(shù)為0. 40的模具上進(jìn)行熱沖壓，在轉(zhuǎn)移 過(guò)程中高溫板料與空氣進(jìn)行熱量交換，板料成形初始溫度控制在950°C，轉(zhuǎn)移時(shí)間為6s，沖 壓速度為35mm/s，在整個(gè)熱沖壓過(guò)程中模具不停通入溫度為室溫20°C的冷卻水，同時(shí)施以 強(qiáng)風(fēng)冷卻；
[0052] (4)保壓定形：熱沖壓過(guò)程結(jié)束之后，不取出板料，待其在模具中繼續(xù)冷卻，保壓 8s后結(jié)束保壓。
[0053] 通過(guò)本發(fā)明工藝制備的零件可用于汽車(chē)A柱、B柱、加強(qiáng)板、結(jié)構(gòu)梁、防撞梁等部 件，本發(fā)明工藝熱沖壓過(guò)程中高強(qiáng)度鋼在同一模具中實(shí)現(xiàn)形變與相變，成形過(guò)程中表現(xiàn)出 了優(yōu)良成形性能，強(qiáng)度高且硬度大，滿足汽車(chē)抗碰撞性能的要求，尺寸精度高，回彈較小，安 全性高，使用壽命長(zhǎng)，而且最大抗拉強(qiáng)度可達(dá)1500MPa。
[0054] 工藝參數(shù)優(yōu)化組合為板料成形初始溫度750°C，沖壓速度40mm/s，保壓時(shí)間10s， 摩擦系數(shù)〇. 20,此組工藝參數(shù)減小熱沖壓件保壓結(jié)束后溫差同時(shí)減緩厚度減薄，不僅能夠 提高成形零件的機(jī)械性能與質(zhì)量，而且可以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。選用高強(qiáng)度鋼 22MnB5,基于汽車(chē)結(jié)構(gòu)部件B柱典型特征建立U形件幾何模型，以零件保壓結(jié)束后最大溫差 與最大減薄率為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，采用熱模擬試驗(yàn)技術(shù)、正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的 方法進(jìn)行驗(yàn)證，如表1正交實(shí)驗(yàn)方案安排與模擬結(jié)果。
[0055] 表 1
[0056]

【權(quán)利要求】
1. 一種22MnB5高強(qiáng)度薄鋼板熱沖壓成形工藝，其特征是：具體包括如下步驟： (1) 下料：將22MnB5高強(qiáng)度鋼板加工成坯料，通過(guò)剪板機(jī)將坯料裁剪為板料，按照模具 尺寸要求鉆出定位孔； (2) 加熱保溫：將板料放入電阻加熱爐中加熱至920-970°C，保溫4-10min，使板料均勻 奧氏體化； (3) 轉(zhuǎn)移沖壓成形：將板料轉(zhuǎn)移到摩擦系數(shù)為0. 20-0. 40的模具上進(jìn)行熱沖壓，在轉(zhuǎn) 移過(guò)程中高溫板料與空氣進(jìn)行熱量交換，板料成形初始溫度控制在750-950°C，轉(zhuǎn)移時(shí)間為 3-8s，沖壓速度為20-40mm/s，在整個(gè)熱沖壓過(guò)程中模具不停通入溫度為室溫20°C的冷卻 水，同時(shí)施以強(qiáng)風(fēng)冷卻； (4) 保壓定形：熱沖壓過(guò)程結(jié)束之后，不取出板料，待其在模具中繼續(xù)冷卻，保壓2-10s 后結(jié)束保壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種22MnB5高強(qiáng)度薄鋼板熱沖壓成形工藝，其特征是：所述 22MnB5高強(qiáng)度鋼板加工成的板料板厚為0. 9-2. 0mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種22MnB5高強(qiáng)度薄鋼板熱沖壓成形工藝，其特征是：所述 板料成形初始溫度為750°C，沖壓速度為40mm/s，保壓時(shí)間為10s，摩擦系數(shù)為0. 20。
【文檔編號(hào)】B21D37/16GK104384283SQ201410529046
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】張立強(qiáng) 申請(qǐng)人:中南林業(yè)科技大學(xué)