[发明专利]一种马氏体钢构件无转移的加热冲压成形模块化方法

说明书

技术领域

本发明属于金属塑性成形技术领域，特别涉及金属热冲压成形件的感应加热方法。

背景技术：

马氏体结构钢是一种组织为单一马氏体的超高强度钢，因其超高的力学性能（可达1400MPa以上）被广泛应用于汽车以及轨道交通工业的轻量化制造。然而，马氏体钢的成形制造过程中，需首先将其加热至奥氏体化，并将红热的板料送入有冷却系统的模具内冲压成形，同时被具有快速均匀冷却系统的模具冷却淬火，已形成马氏体组织。

近年来，热冲压技术作为将传统的热处理技术与冷冲压技术相结合的新型制造技术，已广泛应用于马氏体钢的成形制造。该工艺先将加工板材于电阻炉内加热至奥氏体化温度以上并保温，随后转移至热冲压专用设备中进行冲压成型。该种工艺现阶段存在以下问题， （1）在马氏体钢加热与快速转移阶段，板材表面与空气直接接触，而一般马氏体钢的抗氧化性能较低。尽管可通过提高转移速度，采用氧化涂层防护等手段减少刚才表面氧化的发生，但该过程的氧化现象依然十分突出；（2）目前的热冲压工艺，主要通过附加设备进行加热和快速转移操作，生产线较长，制造周期长，生产效率差低，仅能实现单一尺寸板材的制造工艺，并不契合如今的柔性制造理念；（3）马氏体钢对于加热条件要求苛刻，传统热冲压生产线一般采用加热炉多梯度分区加热，以精确控制坯料的加热温度。然而，该情况下，装备能源消耗大，且由加热炉至冲压装备的转移过程中存在温度耗散，在进行冲压成形时，温度精度的控制稳定性差，成品率低。

在已有的专利中，一种冲压产品用搬运机械手装置（CN201511011784.9）通过机械结构对快速转移过程中的热损失问题做出了改良，但其并未完全消除该到工序造成的影响。感应加热装置（CN201210289026.3）中提出了一种对板材均匀加热的感应淬火装置，该装置能够对板材进行均匀的感应加热，但其封闭性过强，仅为独立感应加热装置，与热冲压技术无法进行相互配合，不能实现马氏体钢等产品的成形制造。

发明内容：

基于以上研究背景，本发明提出了一种马氏体钢构件无转移的感应加热-冲压成形方法及模块化装置。本方法能够减小生产区域面积，降低生产强度，提高产品生产效率，使实际的工作流程向柔性化发展，对异种工件的加工具有良好的适应性，具有较高的工程应用价值。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种马氏体钢构件无转移的感应加热-冲压成形方法，其特征在于：

1)冲裁：选择1~2mm厚的钢板材，通过预冲裁将板坯冲裁至相应大小，以便下一步加工；

2)感应加热：通过锯条传送带将钢板材送至冲压设备中，在感应加热模块中进行感应加热，使板材加热至奥氏体化温度以上，感应加热参数根据外界伺服控制自动调整。冲压设备腔内使用保护气氛避免产生氧化；

3)热冲压：利用液压设备将上部凸模下压，在保证腔内温度与板材温度相同的同时进行冲压操作，以保证冲压过程中，板材始终为热变形状态；在保持凸模压力的同时，利用系统控制的冷却控制装置，通过冷却管路对板材进行快速均匀的淬火，使板材组织变为均匀的马氏体组织；

4)裁剪、冲孔；

5)喷丸处理：使用丸粒对工件表面进行冲击，去除表面氧化层，并在表面留下残余压应力层以提高工件的疲劳寿命。

作为优选，步骤（2）中感应加热过程选用频率为200kHz~300kHz，加热温度为920℃~950℃，保温时间为2~5min；

作为优选，步骤（2）中感应加热模块根据预冲裁的板材形状做出调整更换；

作为优选，步骤（2）中的保护气氛为氮气；

作为优选，步骤（3）中冲压过程模具采用电加热方式进行预热操作，加热温度与板材温度相同；在持续生产作业中预热过程只需进行一次；

作为优选，步骤（3）中淬火速度为80℃/s~110℃/s，冷却管路应对于板材进行充分优化设计，使得最终马氏体转变量>96%；

作为优选，步骤（4）中，若原始板材为有抗氧化镀层的马氏体钢板材，则无需进行步骤（5）；

作为优选，步骤（5）中，高速丸粒材质为陶瓷或铸钢，丸粒直径为0.25mm~2mm，丸粒运动速度为40~50m/s；

作为优选，步骤（2）中，如果板材宽度大于上下感应线圈的宽度，则应配合侧围感应线圈设施对边部进行加热，达到整体均衡加热的效果。