用于高強(qiáng)度鋼板的溫控式?jīng)_壓模具及方法

　　【技術(shù)領(lǐng)域】

　　[0001]本發(fā)明涉及的是一種高強(qiáng)度鋼板沖壓形成領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種用于抗拉強(qiáng)度不低于270MPa高強(qiáng)度鋼板的溫控式?jīng)_壓模具及方法。

　　【背景技術(shù)】

　　[0002]隨著汽車對(duì)強(qiáng)度和輕量化要求不斷提高，高強(qiáng)度鋼板逐漸成為現(xiàn)代汽車制造過程中的首選材料。而沖壓工藝具有生產(chǎn)效率高、材料利用率高、制件質(zhì)量?jī)?yōu)良、工藝適應(yīng)性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在汽車工業(yè)生產(chǎn)中。板材沖壓件在汽車車身結(jié)構(gòu)中占有很大的比重，其中大多數(shù)采用冷沖壓工藝成形。在高強(qiáng)度鋼板冷沖壓成形過程中，模具與板料之間會(huì)產(chǎn)生摩擦生熱。相比低碳鋼板，所需的沖壓成形力顯著增大，摩擦作用相比更強(qiáng)，且由外力引起的板材塑性變形功轉(zhuǎn)換為熱量，導(dǎo)致模具溫升更加明顯。在連續(xù)大批量生產(chǎn)中，隨著沖壓次數(shù)的增加，模具吸收的熱量越來越多，模具溫度逐漸升高，而模具溫度升高會(huì)影響高強(qiáng)度鋼板沖壓成形過程中的摩擦條件，而且由于熱膨脹變形，導(dǎo)致模具型面變形，直接影響高強(qiáng)度鋼冷沖壓件的成形質(zhì)量。實(shí)際生產(chǎn)中為了降低模具溫度，需要中斷沖壓操作，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。這一問題正逐漸成為當(dāng)前工程學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。

　　[0003]高強(qiáng)度鋼板沖壓成形過程是復(fù)雜的熱力耦合過程，主要涉及板材的塑性成形、模具與板材的接觸摩擦、模具和板材與周圍環(huán)境的熱交換、模具與板材之間的熱傳遞等。模具在單次沖壓周期結(jié)束時(shí)的溫度場(chǎng)分布非常不均勻，溫度變化主要集中在凸、凹模的圓角部位和凹模突緣與壓邊圈配合的上表面。隨著板料不斷被拉入凹模，板料與模具之間的接觸面積不斷增大，模具上的溫度場(chǎng)區(qū)域也在不斷擴(kuò)大，并且溫度也明顯升高。

　　[0004]通過對(duì)用于高強(qiáng)度鋼板的溫控式?jīng)_壓模具及方法的檢索發(fā)現(xiàn):美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)精密成形制造國(guó)家工程中心(Engineering Research Center for Net ShapeManufacturing, ERC/NSM)的T.Altan等在評(píng)價(jià)模具材料、模具涂層和潤(rùn)滑劑對(duì)高強(qiáng)度鋼冷沖壓質(zhì)量的影響規(guī)律中，采用商業(yè)有限元軟件模擬了高強(qiáng)度鋼筒形件拉深中的溫度分布，最高溫度出現(xiàn)在凹模圓角處，但未涉及到模具的實(shí)際測(cè)溫降溫裝置和方法。德國(guó)達(dá)姆施塔特大學(xué)產(chǎn)品工程和成型機(jī)械研究所(Institute for Product1n Engineering andForming Machines, PtU)的M.Christiany等在研究高強(qiáng)鋼冷成形模具的磨損行為中，采用傳感器測(cè)量模具溫度，紅外熱像儀記錄板料的溫度，顯示隨著成形次數(shù)的增加，板料溫度連續(xù)升高，但未提及模具的降溫手段。

　　[0005]目前國(guó)內(nèi)對(duì)高強(qiáng)度鋼板沖壓模具的測(cè)溫、控溫裝置，大多是分開來設(shè)計(jì)和研究的。如吉林大學(xué)的管志平等通過ABAQUS有限元分析軟件，建立單沖壓周期的熱力耦合模型，基于熱分析模擬不同初始溫度模具的溫度場(chǎng)，通過數(shù)學(xué)物理分析建立連續(xù)批量生產(chǎn)條件下模具溫度隨沖壓次數(shù)的變化關(guān)系，未涉及到控溫裝置和方法的研究。

　　[0006]經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN104722651A，公開日2015.6.24，公開了一種帶冷卻設(shè)備的沖壓模具，包括上模，下模和冷卻設(shè)備，上模為凸模，上模底端中心處設(shè)有凸起的模頭，下模頂端中心設(shè)有凹模，上模頂端設(shè)有上墊板，上墊板頂端設(shè)有上模蓋，下模底端設(shè)有下墊板，下墊板底端設(shè)有下模蓋，上模蓋底端的兩側(cè)處設(shè)有導(dǎo)筒，下模蓋頂端的兩側(cè)處設(shè)有導(dǎo)桿，冷卻設(shè)備包括冷氣噴頭，冷氣管，噴頭支架和冷氣管支架，冷氣噴頭與冷氣管連接。但該技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)對(duì)沖壓模具模頭溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并且僅設(shè)置于模具兩側(cè)的冷氣噴頭易使冷卻效果不均，冷氣噴頭距離模具中心距離較短易使冷氣噴頭與模具的運(yùn)動(dòng)和工件的上下料造成干涉。

　　【發(fā)明內(nèi)容】

　　[0007]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種用于高強(qiáng)度鋼板的溫控式?jīng)_壓模具及方法，采用空氣對(duì)沖壓完成后的沖壓模具進(jìn)行降溫，通過紅外熱像儀觀察沖壓模具的溫度變化，可重復(fù)用于多種模具的測(cè)溫控溫，提高生產(chǎn)效率。

　　[0008]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:

　　[0009]本發(fā)明涉及一種用于高強(qiáng)度鋼板的溫控式?jīng)_壓模具，包括:冷卻系統(tǒng)、測(cè)溫系統(tǒng)、平行設(shè)置的上模模塊和下模模塊，其中:上模模塊與下模模塊合模對(duì)所述高強(qiáng)度鋼板進(jìn)行沖壓成形，測(cè)溫系統(tǒng)采集上模模塊沖壓完成后的溫度變化數(shù)據(jù)，冷卻系統(tǒng)根據(jù)溫度變化數(shù)據(jù)分別對(duì)上模模塊、下模模塊和所述高強(qiáng)度鋼板的成形件進(jìn)行空冷降溫。

　　[0010]所述的上模模塊包括:上模座和設(shè)置于上模座下方的凹模。

　　[0011]所述的凹模的端部外側(cè)為直角，內(nèi)側(cè)為圓角。

　　[0012]所述的下模模塊包括:從上而下依次相連的壓邊圈、凸模和下模座。

　　[0013]所述的上模座與下模座通過導(dǎo)柱相連。

　　[0014]所述的冷卻系統(tǒng)包括:氣源、進(jìn)氣管和輸氣管，其中:氣源將空氣通過輸氣管排出進(jìn)行冷卻作業(yè)。

　　[0015]所述的輸氣管均勻分布在上模模塊和下模模塊的分模位置四周。

　　[0016]所述的輸氣管上設(shè)有出氣孔，并對(duì)準(zhǔn)凸模、凹模、成形件和壓邊圈。

　　[0017]所述的測(cè)溫系統(tǒng)為紅外熱像儀。

　　[0018]本發(fā)明涉及上述溫控式?jīng)_壓模具的沖壓方法，包括以下步驟:

　　[0019]S1:將上模模塊和下模模塊分別安裝于壓機(jī)上。

　　[0020]S2:在距離上模模塊一段間隔的位置安裝紅外熱像儀，將紅外熱像儀的鏡頭軸線對(duì)準(zhǔn)凹模端部的圓角，根據(jù)測(cè)溫條件設(shè)置紅外熱像儀的相關(guān)測(cè)溫參數(shù)并校準(zhǔn)測(cè)溫精度。

　　[0021]所述的測(cè)溫參數(shù)包括:紅外熱像儀鏡頭到測(cè)溫處的距離、沖壓模具的熱輻射率和環(huán)境濕度。

　　[0022]S3:將高強(qiáng)度鋼板置于壓邊圈上，凹模下行與壓邊圈閉合進(jìn)行壓邊，壓邊完成后凹模繼續(xù)下行，直到與凸模閉合，完成沖壓。

　　[0023]S4:打開紅外熱像儀，抬起凹模，通過紅外熱像儀測(cè)量高強(qiáng)度鋼板沖壓完成后凹模圓角處的溫度變化情況。

　　[0024]S5:打開氣源，在凹模抬起和下行合模的過程中，空氣通過輸氣管上的出氣孔吹向沖壓模具和成形件，進(jìn)行降溫。

　　技術(shù)效果

　　[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):

　　[0026]I)無需對(duì)沖壓模具進(jìn)行結(jié)構(gòu)修改，測(cè)溫控溫都是在沖壓模具外完成，測(cè)溫和降溫裝置只需簡(jiǎn)單調(diào)整位置就可以在不同模具中反復(fù)使用；

　　[0027]2)通過紅外熱像儀采集凹模端部的圓角處的溫度變化，可以準(zhǔn)確快速捕捉?jīng)_壓模具溫度的變化；

　　[0028]3)通過在沖壓模具的分模位置外側(cè)的四周固定輸氣管，通過輸氣管上的出氣孔對(duì)凹模、凸模、壓邊圈和成形件進(jìn)行吹風(fēng)降溫，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可控制沖壓模具的工作溫度，保證了高強(qiáng)度鋼板連續(xù)批量沖壓成形的質(zhì)

　　量穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率，提高了沖壓模具的使用壽命。

　　【附圖說明】

　　[0029]圖1為本發(fā)明示意圖；

　　[0030]圖2為冷卻系統(tǒng)示意圖；

　　[0031 ] 圖3為控制方法流程圖；

　　[0032]圖中:I為上模座，2為下模座，3為凹模，4為凸模，5為壓邊圈，6為高強(qiáng)度鋼板，7為成形件，8為導(dǎo)柱，9為導(dǎo)套，10為紅外熱像儀，11為數(shù)據(jù)線，12為計(jì)算機(jī)，13為氣源，14為進(jìn)氣管，15為輸氣管，16為出氣孔。

　　【具體實(shí)施方式】

　　[0033]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

　　實(shí)施例1

　　[0034]如圖1所示，本實(shí)施例包括:導(dǎo)柱8、高強(qiáng)度鋼板6、冷卻系統(tǒng)、測(cè)溫系統(tǒng)、平行設(shè)置的上模模塊和下模模塊，其中:上模模塊和下模模塊通過導(dǎo)柱8相連，并合模對(duì)高強(qiáng)度鋼板6進(jìn)行沖壓，測(cè)溫系統(tǒng)對(duì)上模模塊進(jìn)行測(cè)溫，冷卻系統(tǒng)分別對(duì)上模模塊、下模模塊和高強(qiáng)度鋼板6的成形件7進(jìn)行冷卻。

　　[0035]所述的導(dǎo)柱8上滑動(dòng)設(shè)置有導(dǎo)套9。

　　[0036]所述的上模模塊包括:上模座I和設(shè)置于上模座I下方的凹模3。

　　[0037]所述的下模模塊包括:從上而下依次相連的壓邊圈5、凸模4和下模座2。

　　[0038]所述的凹模3的端部外側(cè)為直角，內(nèi)側(cè)為圓角。

　　[0039]所述的冷卻系統(tǒng)包括:依次相連的氣源13、進(jìn)氣管14和輸氣管15。

　　[0040]所述的輸氣管15為4個(gè)，并且均勾分布在凸模4和凹模3的分模位置四周。

　　[0041]所述的輸氣管15上設(shè)有兩對(duì)并列的出氣孔16，一對(duì)對(duì)準(zhǔn)凹模3，另一對(duì)對(duì)準(zhǔn)凸模4、壓邊圈5和成形件7。

　　[0042]所述的測(cè)溫系統(tǒng)包括:紅外熱像儀10、數(shù)據(jù)線11和計(jì)算機(jī)12，其中:紅外熱像儀10和計(jì)算機(jī)12通過數(shù)據(jù)線11相連。

　　[0043]如圖3所示，本實(shí)施例通過以下步驟實(shí)現(xiàn)測(cè)溫控溫:

　　[0044]S1:將上模模塊和下模模塊分別安裝于壓機(jī)上。

　　[0045]S2:在距離上模模塊一段間隔的位置安裝紅外熱像儀10，將紅外熱像儀10的鏡頭軸線對(duì)準(zhǔn)凹模3端部的圓角，根據(jù)測(cè)溫條件設(shè)置紅外熱像儀10的相關(guān)測(cè)溫參數(shù)并校準(zhǔn)測(cè)溫精度。

　　[0046]所述的測(cè)溫參數(shù)包括:紅外熱像儀10的鏡頭到測(cè)溫處的距離、沖壓模具的熱輻射率和環(huán)境濕度。

　　[0047]S3:將高強(qiáng)度鋼板6置于壓邊圈5上，凹模3下行與壓邊圈5閉合進(jìn)行壓邊，壓邊完成后凹模3繼續(xù)下行，直到與凸模4閉合，完成沖壓。

　　[0048]S4:打開紅外熱像儀10，抬起凹模3，通過紅外熱像儀10測(cè)量高強(qiáng)度鋼板6沖壓完成后凹模3端部的圓角處的溫度變化情況。

　　[0049]S5:打開氣源13，在凹模3抬起和下行合模的過程中，空氣通過輸氣管15上的出氣孔16吹向沖壓模具和成形件7，進(jìn)行降溫。

　　[0050]所述的紅外熱像儀10實(shí)時(shí)記錄凹模3端部的圓角處的溫度，并將記錄的溫度數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)12顯示。

　　[0051]所述的出氣孔16對(duì)準(zhǔn)沖壓模具的凹模3、凸模4、壓邊圈5和高強(qiáng)度鋼板6完成沖壓后的沖壓件7進(jìn)行吹風(fēng)散熱，達(dá)到降溫目的。

　　[0052]所述的測(cè)溫系統(tǒng)外置于上模模塊和下模模塊，對(duì)沖壓模具結(jié)構(gòu)沒有影響，只需調(diào)整紅外熱像儀10的位置，便可用于多種沖壓模具的溫度測(cè)量，并可反復(fù)使用。

　　[0053]所述的冷卻系統(tǒng)采用空冷，外置于上模模塊和下模模塊，對(duì)沖壓模具的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度和剛度沒有影響，并可反復(fù)用于多種沖壓模具的冷卻。

　　[0054]本實(shí)施例集成了測(cè)溫和控溫功能，可根據(jù)測(cè)量溫度的變化調(diào)節(jié)氣流的大小，保證沖壓模具的合適工作溫度。

　　【主權(quán)項(xiàng)】

　　1.一種用于高強(qiáng)度鋼板的溫控式?jīng)_壓模具，其特征在于，包括:冷卻系統(tǒng)、測(cè)溫系統(tǒng)、平行設(shè)置的上模模塊和下模模塊，其中:上模模塊與下模模塊合模對(duì)所述高強(qiáng)度鋼板進(jìn)行沖壓成形，測(cè)溫系統(tǒng)采集上模模塊沖壓完成后的溫度變化數(shù)據(jù)，冷卻系統(tǒng)根據(jù)溫度變化數(shù)據(jù)分別對(duì)上模模塊、下模模塊和所述高強(qiáng)度鋼板的成形件進(jìn)行空冷降溫；所述的上模模塊包括:上模座和設(shè)置于上模座下方的凹模；所述的下模模塊包括:從上而下依次相連的壓邊圈、凸模和下模座；所述的冷卻系統(tǒng)包括:氣源、進(jìn)氣管和輸氣管，其中:氣源將空氣通過輸氣管排出進(jìn)行冷卻作業(yè)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控式?jīng)_壓模具，其特征是，所述的凹模的端部外側(cè)為直角，內(nèi)側(cè)為圓角。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控式?jīng)_壓模具，其特征是，所述的上模座與下模座通過導(dǎo)柱相連。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控式?jīng)_壓模具，其特征是，所述的輸氣管均勻分布在上模模塊和下模模塊的分模位置四周。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控式?jīng)_壓模具，其特征是，所述的出氣孔分別對(duì)準(zhǔn)凹模、所述成形件、凸模和壓邊圈。6.一種根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述溫控式?jīng)_壓模具的沖壓方法，其特征在于，包括以下步驟: S1:將上模模塊和下模模塊分別安裝于壓機(jī)上； S2:在距離上模模塊一段間隔的位置安裝紅外熱像儀，將紅外熱像儀的鏡頭軸線對(duì)準(zhǔn)凹模端部的圓角，根據(jù)測(cè)溫條件設(shè)置紅外熱像儀的相關(guān)測(cè)溫參數(shù)并校準(zhǔn)測(cè)溫精度； 53:將高強(qiáng)度鋼板置于壓邊圈上，凹模下行與壓邊圈閉合進(jìn)行壓邊，壓邊完成后凹模繼續(xù)下行，直到與凸模閉合，完成沖壓； 54:打開紅外熱像儀，抬起凹模，通過紅外熱像儀測(cè)量高強(qiáng)度鋼板沖壓完成后凹模圓角處的溫度變化情況； 55:打開氣源，在凹模抬起和下行合模的過程中，空氣通過輸氣管上的出氣孔吹向沖壓模具和成形件，進(jìn)行降溫。

　　【專利摘要】一種用于高強(qiáng)度鋼板的溫控式?jīng)_壓模具及方法，包括：高強(qiáng)度鋼板、冷卻系統(tǒng)、測(cè)溫系統(tǒng)、平行設(shè)置的上模模塊和下模模塊，其中：上模模塊與下模模塊合模對(duì)高強(qiáng)度鋼板進(jìn)行沖壓成形，紅外熱像儀采集上模模塊的凹模端部的圓角在每次沖壓完成后的溫度數(shù)據(jù)并通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示，冷卻系統(tǒng)采用設(shè)置于分模位置四周的輸氣管上的出氣孔根據(jù)溫度變化數(shù)據(jù)對(duì)上模模塊、下模模塊和所述高強(qiáng)度鋼板的成形件進(jìn)行空冷降溫；本發(fā)明無需對(duì)沖壓模具進(jìn)行修改，測(cè)溫和控溫均在沖壓模具外完成，并可重復(fù)使用，避免了沖壓模具在高強(qiáng)度鋼板連續(xù)批量沖壓過程中的損耗。

　　【IPC分類】B21D37/16, B21C51/00, B21D22/22, B21D37/10

　　【公開號(hào)】CN105195623

　　【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510702749

　　【發(fā)明人】李細(xì)鋒, 紀(jì)博宇, 陳軍, 吳會(huì)平, 賈敬華, 吳國(guó)洪

　　【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué), 東莞市橫瀝模具科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司

　　【公開日】2015年12月30日

　　【申請(qǐng)日】2015年10月26日