毛坯成型和切边用的热冲压加工方法以及模具装置.pdf

本发明涉及热冲压加工方法以及模具装置，尤其涉及同时实现毛坯成型和切边的毛坯成型和切边用的热冲压加工方法以及模具装置。所述热冲压加工模具装置具备：下模，具有第一冷却面，该第一冷却面紧贴于被加热的毛坯的成型部以冷却成型部；上模，在接近下模的第一位置与远离下模的第二位置之间移动，具有第二冷却面，其与第一冷却面相对且与第一冷却面一起加压并冷却毛坯的成型部；冲头，设置在上模的第二冷却面周围，在对毛坯施加剪切应力切割毛坯成型部和飞边部的边界的第三位置与远离毛坯的第四位置之间移动。本发明的热冲压加工同时实现成型和切边，从而减少加工成本和时间。此外，由于飞边部的硬度低，增加切边用冲头的寿命，切割表面干净。

权利要求书
1.  一种热冲压加工模具装置，其包括：
下模，其具有第一冷却面，该第一冷却面紧贴于被加热的毛坯的成型部，以冷却所述成型部；
上模，其在接近所述下模的第一位置与远离所述下模的第二位置之间移动，并且具有第二冷却面，该第二冷却面与所述第一冷却面相对，且与所述第一冷却面一起加压并冷却所述毛坯的成型部；
冲头，其设置在所述上模的第二冷却面周围，并在对所述毛坯施加剪切应力以切割所述毛坯的成型部和飞边部的边界的第三位置与远离所述毛坯的第四位置之间移动；
加热支撑板，其设置在所述下模的周围，具有支撑并加热所述毛坯的飞边部的加热面。

2.  如权利要求1所述的热冲压加工模具装置，其特征在于，
当所述冲头向第三位置移动时，所述加热支撑板与所述冲头一起下降，而当所述冲头返回第四位置时，所述加热支撑板返回到支撑所述毛坯的飞边部的位置。

3.  如权利要求1所述的热冲压加工模具装置，其特征在于，
所述加热支撑板包括在加热面上形成的槽，在所述槽中插入有电加热器，所述槽由传热部件密封。

4.  如权利要求3所述的热冲压加工模具装置，其特征在于，
所述传热部件为铜。

5.  如权利要求1所述的热冲压加工模具装置，其特征在于，
在所述下模与所述加热支撑板之间设置有隔热材料，该隔热材料用于防止所述下模与所述加热支撑板之间的热交换。

6.  如权利要求1所述的热冲压加工模具装置，其特征在于，
所述上模移动到第一位置以冷却所述毛坯的成型部之后，所述冲头移动到第三位置以切割所述毛坯的成型部和飞边部的边界。

7.  一种热冲压加工方法，包括如下步骤：
(a)步骤，将毛坯加热至850～950℃；
(b)步骤，将经加热的所述毛坯投入到冲压模具装置的上模与下模之间；
(c)步骤，使所述冲压模具装置的上模和下模闭模，将所述毛坯的成型部成型为规定形状，并以每秒30℃至100℃的冷却速度将所述毛坯的成型部冷却至200℃以下，同时，通过设置在所述下模周围的加热支撑板的加热面来支撑并加热所述毛坯的飞边部；
(d)步骤，切割所述飞边部。

8.  如权利要求7所述的热冲压加工方法，其特征在于，
在所述(c)步骤中，成型开始之前的所述毛坯的温度为700℃以上。

9.  如权利要求7所述的热冲压加工方法，其特征在于，
在所述(d)步骤中，所述飞边部的温度为450℃以上。

说明书毛坯成型和切边用的热冲压加工方法以及模具装置
技术领域
本发明涉及热冲压加工方法以及模具装置，更具体地，涉及同时实现毛坯成型和切边的热冲压加工方法以及模具装置。
背景技术
为了轻量化以及提高碰撞安全性，车体上使用热冲压成型后拉伸强度为1.3GPa以上的热冲压构件。热冲压工艺是将加热至850～950℃左右的硼钢迅速转移到模具中后，在钢板被冷却之前进行加压成型并在模具中进行急冷的加工方法。若采用该加工方法，则材料具有比加工之前高出3～5倍左右的强度。由于具有类似于淬火的热处理效果，因此其强度得以提高。
热冲压构件具有高的强度和硬度，因此由剪切模具进行切边或冲孔是几乎不可能的。所以，大多数利用激光来实现切边或孔加工。但是，利用激光加工，加工成本高以及耗时，所以存在效率非常低的问题。
因此，最近，为了提高剪切加工热冲压构件时的生产率，以及减少成本，正在研究由剪切模具进行加工的技术。但是，对具有高硬度的热冲压构件进行剪切加工时，存在模具寿命过短的问题。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：韩国授权专利第10-0907266号
发明内容
如上所述，以往，利用激光来对经热冲压的构件进行切边。这种方法存在加工成本高以及耗时的问题。本发明是为了解决所述问题而提出的，目的在于，提供一种能够同时实现毛坯成型和切边的方法以及模具装置。
用于实现所述目的的本发明涉及的热冲压加工模具装置具备：下模，其具有第一冷却面，该第一冷却面紧贴于被加热的毛坯的成型部，用于冷却所 述成型部；上模，其在接近所述下模的第一位置与远离所述下模的第二位置之间移动，并且具有第二冷却面，该第二冷却面与所述第一冷却面相对，且与所述第一冷却面一起加压并冷却所述毛坯的成型部；冲头，其设置在所述上模的第二冷却面周围，并在对所述毛坯施加剪切应力以切割所述毛坯的成型部和飞边部的边界的第三位置与远离所述毛坯的第四位置之间移动。
优选，所述热冲压加工模具装置还包括加热支撑板，其设置在所述下模的周围，具有支撑并加热所述毛坯的飞边部的加热面。
所述加热支撑板可以构成为，当所述冲头向第三位置移动时，与所述冲头一起下降，而当所述冲头返回第四位置时，则返回到支撑所述毛坯的飞边部的位置。
所述加热支撑板包括在加热面上形成的槽，在所述槽中插入有电加热器，所述槽可以由传热部件密封。优选，所述传热部件为铜。
此外，优选，在所述下模与所述加热支撑板之间设置有隔热材料，该隔热材料用于防止所述下模与所述加热支撑板之间的热交换。
优选，所述上模移动到第一位置以冷却所述毛坯的成型部之后，所述冲头移动到第三位置以切割所述毛坯的成型部和飞边部的边界。
用于实现所述目的的本发明涉及的热冲压加工方法，包括如下步骤：(a)步骤，将毛坯加热至850～950℃；(b)步骤，将经加热的所述毛坯投入到上模与下模之间；(c)步骤，使所述上模和下模闭模，以将所述毛坯的成型部成型为规定形状，并以每秒30℃至100℃的冷却速度将所述毛坯的成型部冷却至200℃以下，同时，对所述毛坯的飞边(trimming)部进行空气冷却；(d)步骤，切割所述飞边部。
在所述(c)步骤中，所述毛坯开始成型之前的温度优选为700℃以上。此外，在所述(d)步骤中，所述飞边部的温度优选为450℃以上。
用于实现所述目的的本发明涉及的另一热冲压加工方法，可以包括如下步骤：(a)步骤，将毛坯加热至850～950℃；(b)步骤，将经加热的所述毛坯投入到冲压模具装置的上模与下模之间；(c)步骤，使所述冲压模具装置的上模和下模闭模，将所述毛坯的成型部成型为规定形状，并以每秒30℃至100℃的冷却速度将所述毛坯的成型部冷却至200℃以下，同时，加热所述毛坯的飞边(trimming)部；(d)步骤，切割所述飞边部。
本发明涉及的热冲压加工同时实现成型和切边，因此减少加工成本和时间。此外，飞边部的硬度低，从而延长用于切边的冲头寿命，且切割表面干净利落。
附图说明
图1是示出本发明涉及的热冲压加工模具装置的一实施例中的开模状态的概略图。
图2是示出图1所示的模具装置的闭模状态的概略图。
图3是示出图1所示的模具装置的冲头的下降状态的概略图。
图4是示出本发明涉及的热冲压加工模具装置的另一实施例中的呈开模状态的概略图。
图5是示出图4所示的模具装置的闭模状态的概略图。
图6是示出图4所示的模具装置的冲头的下降状态的概略图。
附图标记：
10:下模11:第一冷却面
12:冷却水通道20:上模
21:第二冷却面22:冷却水通道
30:冲头40:加热支撑板
41:加热面43:电加热器
45:螺旋弹簧
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的优选实施例。下面介绍的实施例仅作为示例提供，以便向本领域的技术人员充分传达本发明的思想。因此，本发明并不限于下面说明的实施例，也可以以其它形式实现。此外，在图中，为了便于表示，可能夸大表示构成要素的宽度、长度、厚度等。在说明书全文中，相同附图标记表示相同的构成要素。
图1是示出本发明涉及的热冲压加工模具装置的一实施例的开模状态的概略图，图2是示出图1所示的模具装置的闭模状态的概略图，图3是示出图1所示的模具装置的冲头的下降状态概略图。
参照图1至图3，本发明的一实施例涉及的热冲压加工模具装置具备下模10、上模20和冲头30。本实施例涉及的热冲压加工模具装置能够同时进行毛坯成型和切边加工。毛坯可以由通过淬火硬化的金属材料形成，例如硼钢。毛坯分为构成产品的成型部A和成型后需要去除的作为成型部A周边的飞边部B。
本发明是毛坯的成型部A和飞边部B以彼此不同的条件进行热处理，从而成型后能够容易实现切边加工。毛坯通过感应加热或热处理而被加热至850～950℃的状态下投入到热冲压加工模具装置的上模20与下模10之间。被加热的毛坯，可以由工作人员利用钳子等投入，但是从安全方面考虑，优选利用机器臂投入。以被加热的状态投入到上模20与下模10之间的毛坯的成型部A在成型的同时被急剧冷却。被加热后急剧冷却的毛坯，如同经淬火处理一样被硬化。毛坯的成型部A经成型之后，其硬度为HRC41～50，拉伸强度为1.3GPa以上，几乎不可能进行剪切加工。与此相反，毛坯的飞边部B没有被下模10和上模20急剧冷却，而在空气中缓慢冷却。因此，相对于成型部A，飞边部B的硬度低，所以通过冲头30的剪切应力较容易切断。
下模10与下模支撑板1结合，下模支撑板1被垫板(bolster)2支撑。下模10具有第一冷却面11，该第一冷却面11紧贴于毛坯的成型部A的下表面，用于冷却成型部A。下模10的内部具有使冷却水流动的冷却水通道12。通过在冷却水通道12流动的冷却水来冷却第一冷却面11。
上模20与撞锤3结合，该撞锤3通过间隔快4进行上下直线运动。间隔快4用于确保与上模20结合的冲头30的设置空间。
撞锤3的直线往复运动可以通过曲轴(Crank)、偏心轮(Eccentric)、肘杆(Toggle)、铰链(Link)、凸轮(Cam)等机构实现，或者可以利用液压缸实现。撞锤3的直线往复运动的结构众所周知，故省略详细说明。
上模20通过撞锤3的直线往复运动而在接近下模10的第一位置(参见图2)与远离下模10的第二位置(参见图1)之间移动。上模20具有第二冷却面21，该第二冷却面21与第一冷却面11相对，与第一冷却面11一起加压冷却毛坯的成型部A。上模20的第二冷却面21与毛坯的成型部A的上表面接触。上模20位于第一位置时，上模20和下模10呈闭模状态，从而加压成型部A。第一冷却面11和第二冷却面21具有将被加热的毛坯成型为规定形 状的表面形状。例如，可以具有如车辆框架那样要求轻量化和刚性的汽车构件的形状。上模20位于第二位置时，上模20和下模10呈开模状态，此时，将毛坯投入到下模10与上模20之间，或者除去完成成型和切边的毛坯。
冲头30起到如下作用，对毛坯施加剪切应力，从而从毛坯的成型部A切割飞边部B。冲头30设置在沿着上模20的第二冷却面21周围形成的穿孔23中。冲头30可以通过液压缸31进行直线往复运动。冲头30在对毛坯施加剪切应力而切割毛坯的第三位置(参见图3)与远离毛坯的第四位置(参见图1)之间移动。
上模20和下模10闭模而进行毛坯成型之后，冲头30下降以切割飞边部B。由于毛坯在成型过程中变形，因此，优选在毛坯成型结束后进行切割。优选毛坯的成型部A的温度冷却至200℃左右时进行毛坯切割。由于毛坯飞边部B进行空气冷却，所以毛坯的成型部A的温度为200℃时，毛坯飞边部B保持比该温度高得多的温度，从而容易切割。切割毛坯飞边部B时，毛坯飞边部B的温度优选为450℃以上。
下面，说明所述热冲压加工模具装置的作用。
通过热处理等，将毛坯加热至850～950℃。
上模20位于第二位置，而投入毛坯之前，上模20和下模10的冷却水通道12、22中预先供给冷却水。通过所供给的冷却水冷却上模20和下模10的第一冷却面11和第二冷却面21。
由机器臂将经加热的毛坯投入到上模20与下模10之间，上模20向第一位置下降的同时对毛坯的成型部A施压并进行冷却，从而按照上模20和下模10的第一冷却面11和第二冷却面21的形状对毛坯进行成型。经加热的毛坯由机器臂投入到上模20与下模10之间的过程中被冷却，因此，成型开始之前的温度低于从热处理炉排出时的温度。优选，成型开始之前的毛坯温度为700℃以上。毛坯每秒以30℃至100℃的冷却速度冷却至200℃以下。
当毛坯的成型部A的温度达到200℃左右时，冲头30下降，以切割正在空气中冷却的飞边部B。当经过预先输入至控制箱(未图示)的时间时，冲头30下降。由于基于预先测量的数据来决定时间与毛坯温度之间的关系，因此，可以省略用于测量毛坯温度的单独的温度传感器。毛坯的飞边部B在空气中冷却，因此，保持高于毛坯的成型部A的温度，从而较容易切割。切割 毛坯飞边部B时，毛坯飞边部B的温度优选为450℃以上。
图4是示出本发明涉及的热冲压加工模具装置的另一实施例的开模状态的概略图，图5是示出图4所示的模具装置的闭模状态的概略图，图6是示出图4所示的模具装置的冲头呈下降状态的概略图。
本实施例与图1至图3所示的实施例不同，还包括加热支撑板40。加热支撑板40具有加热面41，该加热面41用于支撑并加热毛坯飞边部B。加热支撑板40设置在下模10的第一冷却面11周围。优选，加热支撑板40距离下模10规定距离。原因在于，有可能不必要地加热下模10和毛坯的成型部A。此外，优选在下模10与加热支撑板40之间设置隔热材料47。
加热支撑板40通过螺旋弹簧45固定于下模的支撑板1上，该螺旋弹簧45提供使加热支撑板40从下模支撑板1远离方向的弹力。在加热支撑板40的加热面41上形成有槽42，槽42中设置有电加热器43。在电加热器43与槽42之间可以填充有如铜等传热部件44。若冲头30下降挤压毛坯，则螺旋弹簧45被压缩而使加热支撑板40下降。毛坯的飞边部B被冲头30切割之后，冲头30上升，则螺旋弹簧45拉伸而使加热支撑板40恢复到原来位置。
本实施例与图1至图3所示的实施例相比，存在结构复杂的缺点。但是，在图1至图3所示的实施例中，虽然毛坯的飞边部B不直接接触于第一冷却面11和第二冷却面21，但有可能通过热传导作用急剧冷却而硬化，本实施例与图1至图3所示的实施例相比能够防止这些问题，因此更有效。
以上说明的实施例仅仅说明了本发明的优选实施例，本发明的保护范围并不限于所说明的实施例。应该理解为，对于所属技术领域的普通技术人员来说，在不超出本发明的技术思想和保护范围的范围内，可以进行多种变更和变形或替换，这些实施例均属于本发明的保护范围内。