專利名稱：一種高強鋼局部加熱成形方法

　　技術領域：

　　本發明一種高強鋼局部加熱成形技術方法，主要涉及高強度鋼的沖壓成形技術， 屬于沖壓成形技術領域。

　　背景技術：

　　減重降耗和提高安全性是當前汽車制造業的主要發展趨勢，為了實現汽車油耗少，排放少，安全性高等多重目標，人們開始大量使用高強度鋼，但這類鋼強度高，變形抗力很大，成形性較差，零件上形狀復雜、變形量大的區域，極易出現開裂的情況。高強鋼沖壓件是很多行業都廣泛使用的沖壓件，尤其在車身結構件中需求量大， 成形質量要求高，基本都是通過拉深來成形的。但高強鋼沖壓件成形質量一直不穩定，主要是局部形狀復雜，變形量大的區域本身易開裂，加之由于高強鋼強度高，成形性差，使高強鋼沖壓件更易出現開裂缺陷，且難以控制，導致零件質量受到很大影響，是長期困擾沖壓成形生產領域，并急需解決的問題。目前，針對高強鋼成形性較差的缺點，已經發明出相應的熱沖壓成形技術，能很好地改善其成形性，得到強度和形狀精度雙高的零件，但是這種技術只適用于硼合金鋼板，對高強度鋼并不適用；而且，熱沖壓成形技術無論是加熱和成形裝備制造，還是工藝開發，以及后續的加工處理，難度都較大，且成本非常高。為了更好地實現高強鋼的成形，經過理論分析和大量實驗研究后，本發明提出一種改善高強度鋼的局部成形性的方法，可以有效提高易開裂區域的成形性，大幅度提高高強度沖壓件的成形質量，非常適用于成形性差的高強鋼板的沖壓成形。

　　發明內容

　　本發明提供一種高強鋼局部加熱成形方法，主要為了解決高強度鋼在成形過程中容易出現的多處局部拉裂的問題，通過變形區局部加熱，傳力區局部冷卻的方法，改善成形性及整體成形質量。下面以汽車沖壓件中最為典型的拉深件為例，結合附圖對本發明原理進行說明。所述方法中模具結構主要由凹模、凸模、壓邊圈等組成，將處于凹模和壓邊圈之間的毛坯(簡稱變形區)局部加熱，側壁與底部過渡區的毛坯(簡稱傳力區)局部冷卻，一方面減小變形區材料的變形抗力，另一方面又不致減少、甚至提高傳力區的承載能力，以最大限度地提高局部易破裂區域的變形程度。變形區材料的變形抗力下降，塑性提高，可以更容易地通過傳力區流入制件底部，以補償形狀復雜、變形量大處材料，控制在雙向拉應力狀態下厚度的急劇變薄。本發明中所述方法是對易拉裂部位附近的、處于凹模和壓邊圈之間的毛坯進行局部加熱，在對應位置的凹模口和凸模內設置冷卻管道，通以冷卻水，對處于其間的毛坯進行局部冷卻。所述方法模具結構中的凹模和壓邊圈由于被加熱，所以，要選擇耐熱的模具材料。

　　所述的加熱裝置是在壓邊圈及凹模的中心部位開設一個環形室，里面裝入電阻加熱元件，冷卻裝置是在凹模口邊緣和凸模內部開設冷卻管道。所述方法中開設的環形室，為了提高加熱元件的加熱效率，在凹模及壓料板和它們的墊板之間，放置隔熱材料。由于在隔熱材料上加有壓料力，盡可能考慮采用硬質的石棉，或隔熱性的陶瓷。如果隔熱材料的厚度不均勻，會使加在坯料上的壓料力不均勻，產生法蘭邊皺紋，應加以注意。所述板料為高強度鋼板，強度高，延伸率低，制件形狀上存在拉深深度大，急轉彎和斷面突變，導致這些位置變形量大，易開裂。本發明所述高強鋼制件存在拉深深度大，急轉彎和斷面突變等結構特點。在拉深過程中，拉深力作用于底部制件，通過側壁將力傳遞至變形區毛坯，變形區坯料通過凹?？诘倪^渡圓角區發生塑性變形，在此區域，材料除受徑向拉深外，同時產生塑性彎曲，使板厚減小。材料離開凹模圓角后，產生反向彎曲。制件側壁受軸向拉伸，為傳力區。制件底部處于雙向拉伸應力狀態。而急轉彎和斷面突變處的局部受力最大，變薄嚴重，當所受外力大于板料的抗拉強度時，便會在此處產生拉裂。對易開裂部位附近的凹模和壓邊圈的之間的毛坯進行局部加熱，以提高變形區材料的塑性，降低其變形抗力，增大其成形性，使其更易流入制件底部，補充個別變形量大、變薄趨勢非常嚴重的部位；對拉入凸凹模之間、處于側壁和底部過渡區的毛坯進行冷卻，使之發生硬化，不致降低傳力區的抗拉強度，故在一次成形中可獲得很大的變形程度。

　　附圖為本發明的成形模具結構原理圖。圖1 原始成形工藝得到的零件；圖2 坯料上對應的減薄位置及加熱區域；圖3 模具結構截面示意圖。其中1、零件上減薄嚴重的區域，2、坯料上對應的區域，3、壓邊圈，4、凹模，5、凹模墊板，6、變形的板料，7、凹模口獨立冷卻模塊，8、隔熱材料，9、電阻加熱元件，10、壓邊圈墊板，11、凸模，12、冷卻管道具體實施方法下面以B柱為實例，結合附圖所示進一步說明本發明的內容及其具體實施方式

　　。本發明所述模具包括凹模、凸模(11)、壓邊圈(3)、電阻加熱元件(9)、獨立冷卻模塊(7)等主要部件，對B柱進行沖壓工藝分析和成形試驗，確定容易出現拉裂、減薄的區域(1)，如圖1所示，在坯料上標定對應位置( ，在A-A和B-B截面兩端橢圓區域所對應的壓邊圈C3)和凹模(4)中心部位，分別開設一個環形室，在里面裝入電阻加熱元件(9)，使其靠近坯料(6) —側，向坯料表面橢圓部分傳熱，使其受熱變形抗力降低，塑性提高，更容易流向坯料上容易變薄的區域，補償其厚度變化，環形室其余的側面和底面添加隔熱材料 (8)，這樣既不影響其它位置模具和板料的溫度，同時也提高了加熱效率。在凹?？?7)(傳力區)和凸模內部設置獨立冷卻模塊，并開設冷卻管道(12)，通入循環冷卻水，對加熱區域進行冷卻。加熱位置、溫度和面積大小以及冷卻管道的形狀、尺寸、長度和數量視高強鋼的強度、制件的形狀、大小及拉裂位置和開裂的程度而定，拉裂處越多，越嚴重，局部加熱處越多，加熱溫度越高。 本發明所述方法坯料的局部區域進行加熱和冷卻的處理，能夠有效解決高強度鋼板形狀復雜制件成形中的重大難題，通過降低材料局部強度，提高了塑性，從而提高了整體的成形性，能得到成形質量良好的零件。這種方法很巧妙地解決了在高強鋼成形過程中出現的減薄及拉裂的情況，適合加工形狀更加復雜的零件，對生產實際具有重要的現實意義。

　　權利要求

　　1.本發明是一種高強鋼局部加熱成形方法，主要是在傳統的模具上設置獨立模塊，其特征在于針對坯料在成形過程中容易出現開裂的區域，在模具上設置對應的加熱模塊和冷卻模塊，加熱模塊設置在凹模和壓邊圈上的對應位置，通過內置的電阻加熱元件向模具表面傳熱，對坯料進行加熱，并使用隔熱材料將其與其它部位分開；冷卻模塊設置在凹?？诤屯鼓Ｉ希ㄟ^其上開設的冷卻循環管路對加熱的坯料進行冷卻。

　　2.根據權利要求1所述的一種高強鋼局部加熱成形方法，其特征在于所述零件材料為高強鋼，零件拉深深度大，具有急轉彎和斷面突變。

　　3.根據權利要求1所述的一種高強鋼局部加熱成形方法，其特征在于隔熱材料放置在凹模及壓邊圈與對應墊板之間，使用厚度均勻的硬質石棉或隔熱性陶瓷。

　　4.根據權利要求1所述的一種高強鋼局部加熱成形方法，其特征在于獨立加熱模塊和冷卻模塊使用耐熱模具材料加工制作。

　　全文摘要

　　本發明提供一種高強度鋼局部加熱成形方法，屬于沖壓成形技術領域。所述方法中模具結構包括凹模，凸模，壓邊圈，加熱元件，隔熱材料，冷卻管道等，將高強鋼拉深時易拉裂區域附近、在凹模和壓邊圈之間的處于變形區的毛坯進行局部加熱，降低其變形抗力；在其對應的凹模側壁和凸模內部開設冷卻管道，對傳力區材料進行冷卻，保持其強度。加熱后提高了塑性，降低了變形抗力的變形區材料更易通過傳力區流入制件底部，來補充形狀復雜、變形量大區域的材料，控制在雙向拉應力狀態下，局部受力過大而極易發生的減薄趨勢，從而提供成形件整體成形質量。

　　文檔編號B21D22/20GK102527803SQ201110445968

　　公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月28日 優先權日2011年12月28日

　　發明者仝曉輝, 徐虹, 沈永波, 谷諍巍, 鄭生虎 申請人:吉林大學