一种用于高强度钢板的温控式冲压模具及方法[工艺流程]

　　用于高强度钢板的温控式冲压模具及方法

　　【技术领域】

　　[0001]本发明涉及的是一种高强度钢板冲压形成领域的技术，具体是一种用于抗拉强度不低于270MPa高强度钢板的温控式冲压模具及方法。

　　【背景技术】

　　[0002]随着汽车对强度和轻量化要求不断提高，高强度钢板逐渐成为现代汽车制造过程中的首选材料。而冲压工艺具有生产效率高、材料利用率高、制件质量优良、工艺适应性好等诸多优点，被广泛应用在汽车工业生产中。板材冲压件在汽车车身结构中占有很大的比重，其中大多数采用冷冲压工艺成形。在高强度钢板冷冲压成形过程中，模具与板料之间会产生摩擦生热。相比低碳钢板，所需的冲压成形力显著增大，摩擦作用相比更强，且由外力引起的板材塑性变形功转换为热量，导致模具温升更加明显。在连续大批量生产中，随着冲压次数的增加，模具吸收的热量越来越多，模具温度逐渐升高，而模具温度升高会影响高强度钢板冲压成形过程中的摩擦条件，而且由于热膨胀变形，导致模具型面变形，直接影响高强度钢冷冲压件的成形质量。实际生产中为了降低模具温度，需要中断冲压操作，严重影响生产效率。这一问题正逐渐成为当前工程学术界的研究热点。

　　[0003]高强度钢板冲压成形过程是复杂的热力耦合过程，主要涉及板材的塑性成形、模具与板材的接触摩擦、模具和板材与周围环境的热交换、模具与板材之间的热传递等。模具在单次冲压周期结束时的温度场分布非常不均匀，温度变化主要集中在凸、凹模的圆角部位和凹模突缘与压边圈配合的上表面。随着板料不断被拉入凹模，板料与模具之间的接触面积不断增大，模具上的温度场区域也在不断扩大，并且温度也明显升高。

　　[0004]通过对用于高强度钢板的温控式冲压模具及方法的检索发现:美国俄亥俄州立大学精密成形制造国家工程中心(Engineering Research Center for Net ShapeManufacturing, ERC/NSM)的T.Altan等在评价模具材料、模具涂层和润滑剂对高强度钢冷冲压质量的影响规律中，采用商业有限元软件模拟了高强度钢筒形件拉深中的温度分布，最高温度出现在凹模圆角处，但未涉及到模具的实际测温降温装置和方法。德国达姆施塔特大学产品工程和成型机械研究所(Institute for Product1n Engineering andForming Machines, PtU)的M.Christiany等在研究高强钢冷成形模具的磨损行为中，采用传感器测量模具温度，红外热像仪记录板料的温度，显示随着成形次数的增加，板料温度连续升高，但未提及模具的降温手段。

　　[0005]目前国内对高强度钢板冲压模具的测温、控温装置，大多是分开来设计和研究的。如吉林大学的管志平等通过ABAQUS有限元分析软件，建立单冲压周期的热力耦合模型，基于热分析模拟不同初始温度模具的温度场，通过数学物理分析建立连续批量生产条件下模具温度随冲压次数的变化关系，未涉及到控温装置和方法的研究。

　　[0006]经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN104722651A，公开日2015.6.24，公开了一种带冷却设备的冲压模具，包括上模，下模和冷却设备，上模为凸模，上模底端中心处设有凸起的模头，下模顶端中心设有凹模，上模顶端设有上垫板，上垫板顶端设有上模盖，下模底端设有下垫板，下垫板底端设有下模盖，上模盖底端的两侧处设有导筒，下模盖顶端的两侧处设有导杆，冷却设备包括冷气喷头，冷气管，喷头支架和冷气管支架，冷气喷头与冷气管连接。但该技术无法实现对冲压模具模头温度的实时监测，并且仅设置于模具两侧的冷气喷头易使冷却效果不均，冷气喷头距离模具中心距离较短易使冷气喷头与模具的运动和工件的上下料造成干涉。

　　【发明内容】

　　[0007]本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种用于高强度钢板的温控式冲压模具及方法，采用空气对冲压完成后的冲压模具进行降温，通过红外热像仪观察冲压模具的温度变化，可重复用于多种模具的测温控温，提高生产效率。

　　[0008]本发明是通过以下技术方案实现的:

　　[0009]本发明涉及一种用于高强度钢板的温控式冲压模具，包括:冷却系统、测温系统、平行设置的上模模块和下模模块，其中:上模模块与下模模块合模对所述高强度钢板进行冲压成形，测温系统采集上模模块冲压完成后的温度变化数据，冷却系统根据温度变化数据分别对上模模块、下模模块和所述高强度钢板的成形件进行空冷降温。

　　[0010]所述的上模模块包括:上模座和设置于上模座下方的凹模。

　　[0011]所述的凹模的端部外侧为直角，内侧为圆角。

　　[0012]所述的下模模块包括:从上而下依次相连的压边圈、凸模和下模座。

　　[0013]所述的上模座与下模座通过导柱相连。

　　[0014]所述的冷却系统包括:气源、进气管和输气管，其中:气源将空气通过输气管排出进行冷却作业。

　　[0015]所述的输气管均匀分布在上模模块和下模模块的分模位置四周。

　　[0016]所述的输气管上设有出气孔，并对准凸模、凹模、成形件和压边圈。

　　[0017]所述的测温系统为红外热像仪。

　　[0018]本发明涉及上述温控式冲压模具的冲压方法，包括以下步骤:

　　[0019]S1:将上模模块和下模模块分别安装于压机上。

　　[0020]S2:在距离上模模块一段间隔的位置安装红外热像仪，将红外热像仪的镜头轴线对准凹模端部的圆角，根据测温条件设置红外热像仪的相关测温参数并校准测温精度。

　　[0021]所述的测温参数包括:红外热像仪镜头到测温处的距离、冲压模具的热辐射率和环境湿度。

　　[0022]S3:将高强度钢板置于压边圈上，凹模下行与压边圈闭合进行压边，压边完成后凹模继续下行，直到与凸模闭合，完成冲压。

　　[0023]S4:打开红外热像仪，抬起凹模，通过红外热像仪测量高强度钢板冲压完成后凹模圆角处的温度变化情况。

　　[0024]S5:打开气源，在凹模抬起和下行合模的过程中，空气通过输气管上的出气孔吹向冲压模具和成形件，进行降温。

　　技术效果

　　[0025]与现有技术相比，本发明具有以下优点:

　　[0026]I)无需对冲压模具进行结构修改，测温控温都是在冲压模具外完成，测温和降温装置只需简单调整位置就可以在不同模具中反复使用；

　　[0027]2)通过红外热像仪采集凹模端部的圆角处的温度变化，可以准确快速捕捉冲压模具温度的变化；

　　[0028]3)通过在冲压模具的分模位置外侧的四周固定输气管，通过输气管上的出气孔对凹模、凸模、压边圈和成形件进行吹风降温，结构简单，可控制冲压模具的工作温度，保证了高强度钢板连续批量冲压成形的质

　　量稳定性和生产效率，提高了冲压模具的使用寿命。

　　【附图说明】

　　[0029]图1为本发明示意图；

　　[0030]图2为冷却系统示意图；

　　[0031 ] 图3为控制方法流程图；

　　[0032]图中:I为上模座，2为下模座，3为凹模，4为凸模，5为压边圈，6为高强度钢板，7为成形件，8为导柱，9为导套，10为红外热像仪，11为数据线，12为计算机，13为气源，14为进气管，15为输气管，16为出气孔。

　　【具体实施方式】

　　[0033]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

　　实施例1

　　[0034]如图1所示，本实施例包括:导柱8、高强度钢板6、冷却系统、测温系统、平行设置的上模模块和下模模块，其中:上模模块和下模模块通过导柱8相连，并合模对高强度钢板6进行冲压，测温系统对上模模块进行测温，冷却系统分别对上模模块、下模模块和高强度钢板6的成形件7进行冷却。

　　[0035]所述的导柱8上滑动设置有导套9。

　　[0036]所述的上模模块包括:上模座I和设置于上模座I下方的凹模3。

　　[0037]所述的下模模块包括:从上而下依次相连的压边圈5、凸模4和下模座2。

　　[0038]所述的凹模3的端部外侧为直角，内侧为圆角。

　　[0039]所述的冷却系统包括:依次相连的气源13、进气管14和输气管15。

　　[0040]所述的输气管15为4个，并且均勾分布在凸模4和凹模3的分模位置四周。

　　[0041]所述的输气管15上设有两对并列的出气孔16，一对对准凹模3，另一对对准凸模4、压边圈5和成形件7。

　　[0042]所述的测温系统包括:红外热像仪10、数据线11和计算机12，其中:红外热像仪10和计算机12通过数据线11相连。

　　[0043]如图3所示，本实施例通过以下步骤实现测温控温:

　　[0044]S1:将上模模块和下模模块分别安装于压机上。

　　[0045]S2:在距离上模模块一段间隔的位置安装红外热像仪10，将红外热像仪10的镜头轴线对准凹模3端部的圆角，根据测温条件设置红外热像仪10的相关测温参数并校准测温精度。

　　[0046]所述的测温参数包括:红外热像仪10的镜头到测温处的距离、冲压模具的热辐射率和环境湿度。

　　[0047]S3:将高强度钢板6置于压边圈5上，凹模3下行与压边圈5闭合进行压边，压边完成后凹模3继续下行，直到与凸模4闭合，完成冲压。

　　[0048]S4:打开红外热像仪10，抬起凹模3，通过红外热像仪10测量高强度钢板6冲压完成后凹模3端部的圆角处的温度变化情况。

　　[0049]S5:打开气源13，在凹模3抬起和下行合模的过程中，空气通过输气管15上的出气孔16吹向冲压模具和成形件7，进行降温。

　　[0050]所述的红外热像仪10实时记录凹模3端部的圆角处的温度，并将记录的温度数据通过计算机12显示。

　　[0051]所述的出气孔16对准冲压模具的凹模3、凸模4、压边圈5和高强度钢板6完成冲压后的冲压件7进行吹风散热，达到降温目的。

　　[0052]所述的测温系统外置于上模模块和下模模块，对冲压模具结构没有影响，只需调整红外热像仪10的位置，便可用于多种冲压模具的温度测量，并可反复使用。

　　[0053]所述的冷却系统采用空冷，外置于上模模块和下模模块，对冲压模具的结构复杂度和刚度没有影响，并可反复用于多种冲压模具的冷却。

　　[0054]本实施例集成了测温和控温功能，可根据测量温度的变化调节气流的大小，保证冲压模具的合适工作温度。

　　【主权项】

　　1.一种用于高强度钢板的温控式冲压模具，其特征在于，包括:冷却系统、测温系统、平行设置的上模模块和下模模块，其中:上模模块与下模模块合模对所述高强度钢板进行冲压成形，测温系统采集上模模块冲压完成后的温度变化数据，冷却系统根据温度变化数据分别对上模模块、下模模块和所述高强度钢板的成形件进行空冷降温；所述的上模模块包括:上模座和设置于上模座下方的凹模；所述的下模模块包括:从上而下依次相连的压边圈、凸模和下模座；所述的冷却系统包括:气源、进气管和输气管，其中:气源将空气通过输气管排出进行冷却作业。2.根据权利要求1所述的温控式冲压模具，其特征是，所述的凹模的端部外侧为直角，内侧为圆角。3.根据权利要求1所述的温控式冲压模具，其特征是，所述的上模座与下模座通过导柱相连。4.根据权利要求1所述的温控式冲压模具，其特征是，所述的输气管均匀分布在上模模块和下模模块的分模位置四周。5.根据权利要求1所述的温控式冲压模具，其特征是，所述的出气孔分别对准凹模、所述成形件、凸模和压边圈。6.一种根据上述任一权利要求所述温控式冲压模具的冲压方法，其特征在于，包括以下步骤: S1:将上模模块和下模模块分别安装于压机上； S2:在距离上模模块一段间隔的位置安装红外热像仪，将红外热像仪的镜头轴线对准凹模端部的圆角，根据测温条件设置红外热像仪的相关测温参数并校准测温精度； 53:将高强度钢板置于压边圈上，凹模下行与压边圈闭合进行压边，压边完成后凹模继续下行，直到与凸模闭合，完成冲压； 54:打开红外热像仪，抬起凹模，通过红外热像仪测量高强度钢板冲压完成后凹模圆角处的温度变化情况； 55:打开气源，在凹模抬起和下行合模的过程中，空气通过输气管上的出气孔吹向冲压模具和成形件，进行降温。

　　【专利摘要】一种用于高强度钢板的温控式冲压模具及方法，包括：高强度钢板、冷却系统、测温系统、平行设置的上模模块和下模模块，其中：上模模块与下模模块合模对高强度钢板进行冲压成形，红外热像仪采集上模模块的凹模端部的圆角在每次冲压完成后的温度数据并通过计算机进行显示，冷却系统采用设置于分模位置四周的输气管上的出气孔根据温度变化数据对上模模块、下模模块和所述高强度钢板的成形件进行空冷降温；本发明无需对冲压模具进行修改，测温和控温均在冲压模具外完成，并可重复使用，避免了冲压模具在高强度钢板连续批量冲压过程中的损耗。

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

　　【公开号】CN105195623

　　【申请号】CN201510702749

　　【发明人】李细锋, 纪博宇, 陈军, 吴会平, 贾敬华, 吴国洪

　　【申请人】上海交通大学, 东莞市横沥模具科技产业发展有限公司

　　【公开日】2015年12月30日

　　【申请日】2015年10月26日