本發(fā)明涉及一種金屬成型工藝，尤其是一種沖壓鍛造復(fù)合成型工藝。

背景技術(shù)：

汽車驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)系統(tǒng)配件中的空齒形件(如滾筒齒輪、中空環(huán)齒輪)和復(fù)雜盤類件(如盤齒輪、汽車同步器)及汽車座位調(diào)節(jié)器等零部件，一般采用機(jī)加工法或整體鑄造法進(jìn)行生產(chǎn)，也有采用各零件分別成形后通過(guò)焊接工藝將各零件組合起來(lái)的方法進(jìn)行生產(chǎn)；或者采用先進(jìn)行鍛造成形然后再進(jìn)行切削加工的方法進(jìn)行生產(chǎn)；這些加工方法的材料利用率相對(duì)較低、零件整體力學(xué)性能相對(duì)較低、生產(chǎn)效率相對(duì)較低、生產(chǎn)成本及能耗相對(duì)較高。

板材的沖壓鍛造復(fù)合成型工藝是一種可同時(shí)進(jìn)行沖壓成型和鍛造成型的工藝，可有效提高材料利用率和生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本及能耗低，且可實(shí)現(xiàn)零件的凈成形。由于在沖壓-鍛造成形中板材發(fā)生體積成形變形抗力巨大，使得材料與模具間的摩擦磨損非常劇烈，同時(shí)對(duì)壓力機(jī)的噸位和下死點(diǎn)精度有較高要求，因此，目前國(guó)內(nèi)外都僅針對(duì)中、低強(qiáng)度(變形抗力低)的材料(如鎂合金、鋁合金、黃銅、10號(hào)鋼等)進(jìn)行沖壓-鍛造生產(chǎn)，且所獲得的沖壓-鍛造件的力學(xué)性能普遍不高，難以應(yīng)用與力學(xué)性能要求較好的汽車零部件的生產(chǎn)。

此外，如果采用高強(qiáng)鋼板作為坯料進(jìn)行沖壓-鍛造成型，勢(shì)必造成工件應(yīng)力、材料與模具接觸應(yīng)力大幅增加，對(duì)壓力機(jī)和模具的要求更高。由于材料強(qiáng)度高，沖壓-鍛造成形設(shè)備除須具備沖壓加工連續(xù)模自動(dòng)化生產(chǎn)功能外，還須具備高強(qiáng)度、高剛性，以承受壓扁與壓印等冷鍛造工序所需的高成形負(fù)荷，也須具備極高精度以及下死點(diǎn)附近穩(wěn)定的成形速度以制造精密、凈形零件。因此，若要實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)鋼冷沖壓-鍛造成形，傳統(tǒng)沖壓或鍛造所用沖床無(wú)法滿足高強(qiáng)鋼冷沖壓-鍛造工藝對(duì)設(shè)備的要求。因此，目前難以獲得超高強(qiáng)度(1500mpa以上)、高韌性、高耐磨性等高力學(xué)性能的沖壓-鍛造成形件。

有鑒于此，本申請(qǐng)人對(duì)沖壓鍛造符合成型工藝進(jìn)行了深入的研究，遂有本案產(chǎn)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種可采用高強(qiáng)鋼板作為坯料且力學(xué)性能相對(duì)較好的沖壓鍛造復(fù)合成型工藝。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種沖壓鍛造復(fù)合成型工藝，包括以下步驟：

s1，模具制作，根據(jù)產(chǎn)品要求制作復(fù)合成型模具，并將所述復(fù)合成型模具安裝在壓力機(jī)上，所述復(fù)合成型模具中設(shè)置有冷卻管道；

s2，坯料加熱，將作為坯料的鋼板置于加熱爐內(nèi)加熱至奧氏體化溫度；

s3，工件成型，從所述加熱爐中取出被加熱的所述鋼板放入所述復(fù)合成型模具中，并通過(guò)所述壓力機(jī)帶動(dòng)所述復(fù)合成型模具執(zhí)行合模動(dòng)作，在合模動(dòng)作的過(guò)程中，所述復(fù)合成型模具的壓邊圈先壓住所述鋼板，然后對(duì)所述鋼板進(jìn)行沖壓成型，沖壓成型的過(guò)程中，所述鋼板的溫度控制在850℃±50℃，之后對(duì)所述鋼板進(jìn)行鍛造成型，獲得成形件；

s4，保壓冷卻，保持所述復(fù)合成型模具的合模狀態(tài)進(jìn)行保壓，同時(shí)往所述冷卻管道中通入冷卻液，對(duì)所述復(fù)合成型模具進(jìn)行冷卻，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述成形件的淬火處理；

s5，獲得成品，通過(guò)所述壓力機(jī)對(duì)所述復(fù)合成型模具執(zhí)行開模動(dòng)作，取出所述成形件進(jìn)行噴砂處理，獲得成品。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述鋼板為硼鋼板。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，在步驟s2中，所述鋼板被加熱至奧氏體化溫度后，還進(jìn)行了保溫處理，保溫時(shí)間為180秒-300秒。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，在步驟s5中，噴砂處理后還依次進(jìn)行了表面污跡清除處理和表面拋光處理。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述冷卻液為水或液氮。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，在步驟s3中，從所述加熱爐中取出被加熱的所述鋼板放入所述復(fù)合成型模具的時(shí)間控制在4秒以內(nèi)，沖壓成型和鍛造成型的時(shí)間之和控制在2秒以內(nèi)。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，在步驟s4中，保壓時(shí)間為15秒-20秒。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，在步驟s1中，制作所述復(fù)合成型模具時(shí)，所述冷卻管道采用以下方法進(jìn)行設(shè)計(jì)：

s1.1，在abaus軟件中進(jìn)行建模，并選定所述冷卻管道需要在所述復(fù)合成型模具上開設(shè)的冷卻管道數(shù)量n、需要鉆孔的孔數(shù)m和需要鉆孔的孔徑r作為輸入量，選定冷卻水管間的最佳距離s、冷卻水管與模具型腔壁的受力面間的最佳距離x、冷卻水管與模具型腔壁的非受力面間的最佳距離y、冷卻水管最佳直徑r作為輸出量；

s1.2，以冷卻強(qiáng)度為1600mpa以及冷卻最高溫度與最低溫度差不超過(guò)30度作為優(yōu)化準(zhǔn)則，使用abaus軟件進(jìn)行計(jì)算；

s1.3，計(jì)算獲得初解:xc,yc,sc,rc；

s1.4，在初解的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際約束條件生成多組新解：x1,…,xn；y1,…,yn；s1,…,sn；r1,…,rn；

s1.5，比較各組新解下所得到的冷卻強(qiáng)度和冷卻速度，選擇獲得最佳解xo,yo,so,ro。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、通過(guò)將鋼板加熱至奧氏體化溫度，使得鋼板材料塑性好、變形抗力低，材料與模具間的摩擦磨損降低，有利于提高模具使用壽命，且對(duì)壓力機(jī)噸位、下死點(diǎn)精度要求不高；同時(shí)使得鋼板材料充填性能好，易于材料完全充填形狀復(fù)雜的模具型腔，實(shí)現(xiàn)采用高強(qiáng)鋼板作為坯料進(jìn)行沖壓鍛造復(fù)合成型。

2、通過(guò)在保壓是對(duì)成形件進(jìn)行淬火處理，有效提高了成形件的綜合力學(xué)性能，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)到1500mpa以上。

3、通過(guò)采用特定的方法設(shè)計(jì)冷卻管道，可確保成形件均勻冷卻。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例中所要成型的工件的剖切結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)施例中的復(fù)合成型模具壓邊狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為實(shí)施例中的復(fù)合成型模具沖壓狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為實(shí)施例中的復(fù)合成型模具鍛造狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為實(shí)施例中部分冷水水管的示意圖。

圖中各標(biāo)示對(duì)應(yīng)如下：

10-壓邊圈；20-沖壓沖頭；

30-鍛造沖頭；40-鋼板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。

本實(shí)施例中以生產(chǎn)的產(chǎn)品如圖1所示結(jié)構(gòu)的工件為例進(jìn)行說(shuō)明，該工件外形結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，且存在較大的厚差，當(dāng)然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求改變工件的結(jié)構(gòu)。

本實(shí)施例提供的沖壓鍛造復(fù)合成型工藝，包括以下步驟：

s1，模具制作，根據(jù)產(chǎn)品要求制作復(fù)合成型模具，如圖2-圖4所示，該復(fù)合成型模具的凸模包括用于壓緊坯料的壓邊圈10以及穿插在壓邊圈上的沖壓沖頭20和鍛造沖頭30，確保復(fù)合成型模具具備沖壓成型和鍛造成型兩種功能。此外，該復(fù)合成型模具的凸模和凹?？拷颓坏奈恢锰幏謩e有冷卻管道(圖2-圖4中未示出)。

復(fù)合成型模具上的冷卻管道可以根據(jù)常規(guī)的方式布置，為了保證后續(xù)成形件均勻冷卻，如圖5所示，本實(shí)施例在制作復(fù)合成型模具時(shí)，對(duì)冷卻管道采用以下方法進(jìn)行設(shè)計(jì)：

s1.1，在abaus軟件中進(jìn)行建模，并選定冷卻管道需要在述復(fù)合成型模具上開設(shè)的冷卻管道數(shù)量n、需要鉆孔的孔數(shù)m和需要鉆孔的孔徑r作為輸入量，當(dāng)然，輸入量需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)設(shè)，同時(shí)選定冷卻水管間的最佳距離s、冷卻水管與模具型腔壁的受力面間的最佳距離x、冷卻水管與模具型腔壁的非受力面間的最佳距離y、冷卻水管最佳直徑r作為輸出量；

s1.2，以冷卻強(qiáng)度為1600mpa以及冷卻最高溫度與最低溫度差不超過(guò)30度兩個(gè)調(diào)節(jié)作為優(yōu)化準(zhǔn)則，使用abaus軟件進(jìn)行計(jì)算；

s1.3，計(jì)算獲得初解:xc,yc,sc,rc；

s1.4，在初解的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際約束條件生成多組新解：x1,…,xn；y1,…,yn；s1,…,sn；r1,…,rn；

s1.5，比較各組新解下所得到的冷卻強(qiáng)度和冷卻速度，選擇獲得最佳解xo,yo,so,ro，根據(jù)該最佳解xo,yo,so,ro設(shè)置冷卻管道，當(dāng)然，如果對(duì)各組新解都不滿意，可以重新調(diào)整輸入量的豎直，重復(fù)步驟s1.1-s1.3，直到獲得符合要求的最佳解。

復(fù)合成型模具制作完成后，將其安裝在壓力機(jī)上，當(dāng)然，安裝調(diào)試后復(fù)合成型模具處于開模狀態(tài)。壓力機(jī)的噸位優(yōu)選為200噸。

s2，坯料加熱，將作為坯料的鋼板置于加熱爐內(nèi)加熱至奧氏體化溫度，其中鋼板優(yōu)選為硼鋼板，由于硼鋼板的淬火性能極佳，容易獲得力學(xué)性能較好的成形件，硼鋼板的奧氏體化溫度為900℃-950℃，常規(guī)的空氣加熱爐即可將硼鋼板加熱至上述溫度。

鋼板被加熱至奧氏體化溫度后，還進(jìn)行了保溫處理，保溫時(shí)間為180秒-300秒，使奧氏體化均勻。

s3，工件成型，從加熱爐中取出被加熱的鋼板放入復(fù)合成型模具中，使其位于復(fù)合成型模具的凸模和凹模之間，然后通過(guò)壓力機(jī)帶動(dòng)復(fù)合成型模具執(zhí)行合模動(dòng)作，即通過(guò)壓力機(jī)驅(qū)動(dòng)復(fù)合成型模具的凸模往凹模方向運(yùn)動(dòng)。

如圖2-圖4所示，在合模動(dòng)作的過(guò)程中，復(fù)合成型模具的壓邊圈10先壓住鋼板40，然后帶動(dòng)復(fù)合成型模具的沖壓沖頭20和鍛造沖頭30繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，利用沖壓沖頭20和鍛造沖頭30對(duì)鋼板進(jìn)行沖壓成型，在沖壓成型的過(guò)程中，鋼板的溫度控制在850℃±50℃，之后復(fù)合形成模具的鍛造沖頭30繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)鋼板進(jìn)行鍛造成型，獲得成形件；優(yōu)選的，在本實(shí)施例中，從加熱爐中取出被加熱的鋼板放入復(fù)合成型模具的時(shí)間控制在4秒以內(nèi)，沖壓成型和鍛造成型的時(shí)間之和控制在2秒以內(nèi)，以減小鋼板的熱量耗散。

由于硼鋼高溫成型時(shí)材料流動(dòng)應(yīng)力、材料變形抗力、材料與模具間的接觸力和摩擦力均大幅降低，有利于提高模具使用壽命且對(duì)壓力機(jī)噸位、下死點(diǎn)精度的要求不高；同時(shí)材料充填性能好，易于材料完全充填形狀復(fù)雜的模具型腔,所獲得的熱成形件為凈形沖壓件，無(wú)需通過(guò)后續(xù)加工提高其精度。

s4，保壓冷卻，保持復(fù)合成型模具的合模狀態(tài)進(jìn)行保壓處理，保壓時(shí)間為15秒-20秒；同時(shí)往冷卻管道中通入冷卻液，對(duì)復(fù)合成型模具進(jìn)行快速冷卻，實(shí)現(xiàn)對(duì)成形件的淬火處理，其中冷卻液優(yōu)選為水或液氮。這樣有利于提高成形件的綜合力學(xué)性能，使其抗拉強(qiáng)度達(dá)到1500mpa以上，為現(xiàn)有沖壓-鍛造成形件強(qiáng)度的3-4倍。

需要說(shuō)明的是，對(duì)成形件的淬火處理直接影響到成形件的綜合力學(xué)性能，在冷卻的過(guò)程中需要保證成形件各個(gè)區(qū)域的冷卻速度一致。

s5，獲得成品，通過(guò)壓力機(jī)對(duì)復(fù)合成型模具執(zhí)行開模動(dòng)作，然后取出成形件進(jìn)行噴砂處理，獲得成品。優(yōu)選的，在本實(shí)施例中，噴砂處理后還依次進(jìn)行了表面污跡清除處理和表面拋光處理。

上面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做了詳細(xì)的說(shuō)明，但是本發(fā)明的實(shí)施方式并不僅限于上述實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)可以對(duì)本發(fā)明做出各種變形，如上述實(shí)施例中的硼鋼板變更為其他高強(qiáng)度鋼板等，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。