一種汽車吸能結構熱成形沖壓裝置及沖壓方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及高強鋼熱成形技術領域，特別涉及一種多片組合式汽車吸能結構熱成形沖壓裝置及實現(xiàn)最有強度分布的沖壓方法。
【背景技術】
[0002]汽車用超高強鋼的出現(xiàn)使得減輕車重，降低油耗，減少排放和提高安全性得以統(tǒng)一。超高強鋼的熱沖壓成形(后面簡稱為“熱成形”)解決了超高強鋼冷成形板料難加工，冷加工后回彈大等問題，而且零件在成形淬火后可以得到更高的強度。然而具有均勻高強度的安全部件通常并不能滿足吸能性要求，強度高的零部件不一定能夠最大限度地提升結構的碰撞吸能效果，合理的結構強度分布才可以改善零件的變形趨勢和吸能特性。如:車身B柱加強板，其上端設計的強度應該很高，伸長率較低，下端設計的強度應該很低，伸長率較高。這樣，當車身B柱受到側面碰撞時，由于加強板下端較軟，先產(chǎn)生變形，引導碰撞力向下方的門檻梁方向傳遞，從而減小B柱上端(乘員胸部高度位置處)乘員保護區(qū)的侵入量。汽車前防撞梁，其中部設計的強度應該很高，伸長率較低，兩端設計的強度應該較低，伸長率較高。這樣，當汽車正碰時應力較大的中部能保證強度要求，同時又能達到最佳的吸能效果?，F(xiàn)有汽車吸能機構成形工藝發(fā)展出了選擇性冷卻、選擇性加熱、局部回火等工藝。本發(fā)明針對選擇性冷卻工藝進行了創(chuàng)新和優(yōu)化，現(xiàn)有選擇性冷卻工藝存在三個問題:
[0003]1.傳統(tǒng)冷卻通道布置方式只能實現(xiàn)兩種或三種不同的冷卻速率，使得成形后的板材強度分布比較粗糙，無法達到最優(yōu)的強度分布；
[0004]2.傳統(tǒng)模具制造完成后長度就已經(jīng)確定，鑒于模具制造的復雜性和高成本，當需要制造不同長度的同型零件時就要重新制造模具，造成成本提高；
[0005]3.零件形狀較復雜時會出現(xiàn)冷卻不良，造成零件局部強度不足或者過大。
[0006]因此，有必要設計一種組合式?jīng)_壓裝置，以保證汽車吸能結構的最佳強度分布，同時避免冷卻不良的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明設計開發(fā)了一種汽車吸能結構熱成形沖壓裝置及沖壓方法，解決了現(xiàn)有汽車吸能結構熱成形后強度分布不夠合理的缺陷，使組合模具的設計方便成形不同長度的零件，同時克服了現(xiàn)有技術存在的復雜形狀零件局部冷卻速率不均的問題。
[0008]本發(fā)明提供的技術方案為:
[0009]—種汽車吸能結構熱成形沖壓裝置，包括
[0010]組合凹模，其包括多片并列緊密固定連接的凹模片；
[0011]組合凸模，其設置與所述組合凹模的上方，所述組合凸模包括多片并列緊密固定連接的凸模片；
[0012]壓邊圈，其設置于所述組合凹模上方，用于壓緊待沖壓鋼板；
[0013]驅動機構，其分別與所述組合凸模和壓邊圈連接，驅動所述組合凸模和壓邊圈向下移動進行沖壓操作；
[0014]其中，所述凹模片和/或凸模片內(nèi)設置有冷卻通道，所述凹模片和/或所述凸膜片形成多個不同的冷卻區(qū)域，每個區(qū)域具有不同的冷卻速率。
[0015]優(yōu)選的是，所述驅動機構包括第一液壓缸和第二液壓缸，所述第一液壓缸與組合凸模連接，所述第二液壓缸與壓邊圈連接。
[0016]優(yōu)選的是，所述凹模片的一側設置有凹模凹槽，另一側設置有凹模突起，所述凹模凹槽與凹模突起相配合，使相鄰兩片凹模片并列精確定位；
[0017]所述凸模片的一側設置有凸模凹槽，另一側設置有凸模突起，所述凸模凹槽與凸模突起相配合，使相鄰兩片凸模片并列精確定位。
[0018]優(yōu)選的是，相鄰連個凹模片之間設置有隔熱片；相鄰連個凸模片之間設置有隔熱片。
[0019]優(yōu)選的是，所述凹模凹槽的深度大于所述凹模突起的高度，所述隔熱片設置在所述凹模凹槽內(nèi)；所述凸模凹槽的深度大于所述凸模突起的高度，所述隔熱片設置在所述凸模凹槽內(nèi)。
[0020]優(yōu)選的是，所述凹模上表面下方和凸模下表面上方設置有溫度傳感器。
[0021]優(yōu)選的是，所述組合凹模還包括凹模座，所述凹模座上設置有凹模安裝導軌，所述凹模片下方設置有凹模安裝槽，所述凹模安裝槽與所述凹模安裝導軌配合;所述組合凸模還包括凸模座，所述凸模座上設置有凸模安裝導軌，所述凸模片上方設置有凸模安裝槽，所述凸模安裝槽與所述凸模安裝導軌配合。
[0022]優(yōu)選的是，所述組合凹模還包括凹模座擋板，其固定于所述凹模座的一側，所述凹模片通過螺栓與所述凹模座擋板固定;所述組合凸模還包括凸模座擋板，其固定于所述凸模座的一側，所述凸模片通過螺栓與所述凸模座擋板固定。
[0023]—種汽車吸能結構熱成形沖壓方法，包括如下步驟:
[0024]步驟一、將鋼板進行加熱，使其內(nèi)部組織完全轉化為均勻的奧氏體；
[0025]步驟二、將鋼板放置于組合凹模上，并使第一液壓缸和第二液壓缸向下運動，進行熱沖壓操作；
[0026]步驟三、在每片凹模片和凸模片的冷卻通道中分別單獨通入冷卻劑，在沖壓工作區(qū)形成五個連續(xù)的冷卻速率不同的區(qū)域，使在第一個區(qū)域中鋼板形成馬氏體組織，第二個區(qū)域中鋼板形成貝氏體和馬氏體組織，第三個區(qū)域中鋼板形成鐵素體貝氏體和馬氏體混合組織，第四個區(qū)域中鋼板形成素體珠光體和貝氏體混合組織，第五個區(qū)域中鋼板形成鐵素體和珠光體組織。
[0027]優(yōu)選的是:
[0028]步驟一中，鋼板升溫至900 °C，并保溫5min;
[0029]步驟二中，沖壓速度為75?80mm/s;
[0030]步驟三中，所述凹模片和凸模片均設置有15片，第1-4片凹模片和凸模片上冷卻速率大于25°C/s，第5、6片凹模片和凸模片上冷卻速率為17°C/s，第7-9片凹模片和凸模片上冷卻速率為10°C/s，第10、11片凹模片和凸模片上冷卻速率為5°C/s，第12-15片凹模片和凸模片上冷卻速率為3 °C/S。
[0031]與現(xiàn)有技術相比本發(fā)明的有益效果是:
[0032]1、本發(fā)明所述的最優(yōu)強度分布汽車條形吸能結構熱成形方法及裝置可以實現(xiàn)長條形汽車吸能結構的最優(yōu)的強度分布。
[0033]傳統(tǒng)的汽車條形吸能結構所用模具都是兩塊或三塊，冷卻通道布置方式為縱向，因此只能實現(xiàn)兩種或三種冷卻速率。本發(fā)明通過多薄片式設計和冷卻通道橫向貼合模具表面布置方式，通過調(diào)節(jié)每片冷卻通道的冷卻液流速，讓條形零件不同部位以不同的冷卻速率降溫，從而實現(xiàn)不同的強度。由于每片模具都有單獨的冷卻通道，使得冷卻速率有了很大的調(diào)節(jié)空間，從而可以根據(jù)需要實現(xiàn)多種強度以及強度的最優(yōu)分布。
[0034]2、本發(fā)明可以用一套模具實現(xiàn)同一系列但不同長度的零件制造。
[0035]傳統(tǒng)模具制造完成后長度就已經(jīng)確定，鑒于模具制造的復雜性和高成本，當需要制造不同長度的同型零件時就要重新制造模具，造成成本提高。本發(fā)明的多片式模具結構可以根據(jù)需要增加或減少片數(shù)，從而實現(xiàn)了不同長度條形吸能結構的熱成形。
[0036]3、本發(fā)明可以改善復雜零件熱成形時局部冷卻速率不均勻的問題。
[0037]傳統(tǒng)模具冷卻通道的縱向布置方式當零件形狀較復雜時會出現(xiàn)冷卻速率不均勻，造成零件局部強度不足或者過大。本發(fā)明的冷卻通道橫向貼合模具表面布置方式可以保證條形吸能結構同一橫截面冷卻速率保持一致，改善冷卻不良問題。
【附圖說明】
[0038]圖1為本發(fā)明所述的汽車吸能結構熱成形沖壓裝置總體結構示意圖。
[0039]圖2為本發(fā)明所述的汽車吸能結構熱成形沖壓裝置正視圖。
[0040]圖3為本發(fā)明所述的汽車吸能結構熱成形沖壓裝置后視圖。
[0041]圖4為本發(fā)明所述的凹模片的正向軸測圖。
[0042]圖5為本發(fā)明所述的凹模片的后向軸測圖。
[0043]圖6為本發(fā)明所述的凹模片凹模片在A-A處剖視圖。
[0044]圖7為本發(fā)明所述的凸模座與凸模座擋板結構示意圖。
[0045]圖8為本發(fā)明所述的凸模片的正向軸測圖。
[0046]圖9為本發(fā)明所述的凸模片的后向軸測圖。
[0047]圖10為本發(fā)明所述的凸模片在B-B處的剖視圖。
[0048]圖11為本發(fā)明所述的凸模座與凸模座擋板結構示意圖。
[0049]圖12為本發(fā)明所述的汽車吸能結構熱成形沖壓裝置沖壓后的軸測圖。
[0050]圖13為本發(fā)明所述的汽車吸能結構熱成形沖壓裝置沖壓后的正視圖。
[0051]圖14為本發(fā)明所述的汽車吸能結構熱成形沖壓裝置沖壓后的后視圖。
[0052]圖15為本發(fā)明所述的材料22MnB5熱成形的連續(xù)冷卻CCT曲線。
【具體實施方式】
[0053]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。
[0054]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種汽車汽車吸能結構熱成形沖壓裝置，包括下部機構、上部機構、組合式凹模、組合式凸模和壓邊圈。其中下部機構、上部機構組成了本裝置的支架，組合式凹模固定于下部機構，組合式凸模和壓邊圈安裝于上部機構上。
[0055]—并參閱圖2、圖3，所述下部機構包括底座110和四個相同的支撐柱120，四個相同的支撐柱21位O于底座110四個邊角處，并且支撐柱120的底面焊接在底座110上。所述下部機構通過底板螺栓160與地基相連。
[0056]所述上部機構包括頂板130、兩個相同規(guī)格的第一液壓缸140以及四個相同規(guī)格的第二液壓缸150。第一液壓缸140和第二液壓缸150均焊接在頂板130上，頂板130焊接在支撐住120上，從而實現(xiàn)上部機構和下部機構的連接。
[0057]組合式凹模通過螺栓連接在底座110上。組合式凸模通過螺紋連接到第一液壓缸140上。壓邊圈400通過螺紋連接在第二液壓缸150上。
[0058]所述的組合式凹模由凹模座210、凹模座擋板220、凹模片230以及兩個凹模連接螺栓240組成。凹模座210通過底板螺栓160固定在底板110上。凹模座擋板220焊接在凹模座210的一側，多片凹模片230依次排列在凹模座210上并用凹模連接螺栓240將多片凹模片230固定在凹模座擋板16上。
[0059]所述的組合式凸模由凸模座310、凸模座擋板320、凸模片330以及一個凸模連接螺栓340組成。凸模座310通過螺紋與第一液壓缸140固定連接，凸模座擋板320焊接在凸模座310的一側，多片凸模片330依次排列在凸模座310上并用凸模連接螺栓340將多片凸模片330固定在凸模擋板320上。
[0060]如圖4、圖5所示，所述的凹模片230厚度為25mm，在其正面加工有3mm厚的凹模凹槽231，背面加工有2mm厚的凹模突起232，所述凹模凹槽231和凹模突起232相配合，實現(xiàn)相鄰兩個凹模片230之間的精確定位。凹模片230所加工的凹模凹槽231比凹模突起232深，用來在兩片凹模片230中間布置隔熱片，使相鄰兩片凹模片230之間沒有熱量傳遞。<