[发明专利]一种超高强度开口型材热辊弯成形工艺及装置

说明书

技术领域

本发明涉及超高强度型材的制备，特别是一种超高强度开口型材热辊弯成形工艺及装置。

背景技术

硼钢热成形工艺过程为先将初态组织为铁素体和珠光体，抗拉强度约为600MPa的硼钢板料加热奥氏体化后成形，随后将工件冷却并使之完全转变为马氏体，获得高强度工件。冷却之后硼钢工件的抗拉强度高达1500MPa。热成形硼钢的化学成分是：Al0.02%-0.05%，B0.001%-0.005%，C0.007%-0.33%，Cr0.16%-0.37%，Mn0.75%-1.21%，N0.004-0.006%，Ni0.01-0.1%，Si0.20%-0.40%，Ti0.03%-0.05%，其余为Fe。

目前热成形硼钢采用的工艺主要为热冲压成形工艺。但是，热冲压工艺需在模具中通冷却介质使高温工件冷却，因此其模具结构复杂，造价很高。同时，如果工件的截面发生变化，则冲压模具也需要改变，生产的灵活性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高强度开口型材热辊弯成形工艺及装置，热成形工艺更加灵活，成本更低，在某些工件的成形中替代热冲压成形工艺，适应汽车机构件小批量多品种的发展趋势，同时能够生产出高精度高质量的高强度型材。

热辊弯成形工艺将高温成形工艺与辊弯成形工艺结合在一起，不仅更加符合高强钢的成形要求，实现了高效生产，而且能够有效克服高强钢塑性差，回弹大等成形缺陷。本发明主要涉及热辊弯成形的冷却工艺，如果完全卸载之后对高温工件进行冷却，则冷却不均匀导致工件内部应力分布不均，进而使工件变形，无法得到符合尺寸要求的工件。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

本发明在硼钢开口型材的热辊弯成形中，将高温辊弯半成品转移至表面通有冷却介质的冲压模具中，在整形的同时对型材进行冷却。本发明将整形和冷却结合在一起，使型材在保压的状态下冷却，避免了由于冷却不均匀而产生的变形。

具体地，本发明的一种超高强度开口型材热辊弯成形工艺，包括如下步骤：

1)开卷、剪裁

将热成形钢带剪裁成产品所需长度和宽度的板料；热成形钢带的化学成分重量百分比为：C0.007~0.33%，Al0.02~0.05%，B0.001~0.005%，Cr0.16~0.37%，Mn0.75~1.21%，N0.004~0.006%，Ni0.01~0.1%，Si0.20~0.40%，Ti0.03~0.05%，其余为Fe和不可避免杂质；热成形钢带的原始抗拉强度为500MPa~650MPa；

2)成形

将板料转移至辊弯成形设备中，在室温条件下预成形为形状尺寸接近成品的半成品开口型材；

3)加热

将半成品开口型材加热至800~1100℃，保温2min~6min；

4)冲压定型

迅速将高温半成品开口型材转移至冲压模具中进行整形和冷却；所用模具需将半成品开口型材完全包覆，用3~10个冲压机架装载模具，机架数量同样由型材的长度决定；加载后，利用模具将半成品开口型材整形为尺寸符合要求的成品；整形的同时，在模具表面下方的通道内通循环的冷却介质，利用模具与型材的温度差对高温型材进行淬火，通过控制冷却介质的流量来控制冷却速率，使冷却速率大于27℃/s，即在保压状态下对开口型材进行冷却，使型材的微观组织由高温时的奥氏体组织快速转变为常温下马氏体组织，从而获得高强度型材。

本发明用于超高强度开口型材热辊弯成形的装置，其包括，若干个冲压机架；整形模具，分别设置于各冲压机架上，整形模具设有凸模、凹模；模具表面下内设有通循环冷却介质的通道。

本发明的冷却工艺是将整形过程和冷却过程同时进行，避免了不必要的组织变化，确保得到完全的马氏体组织。本发明的冷却方式是在模具表面下方的通道内通循环的冷却介质，不仅能够通过控制冷却介质的流量来控制冷却速率，而且能够使型材的冷却更加均匀，避免产生过量的残余应力。

本发明的整个工艺流程称之为热辊弯成型工艺。热辊弯成型工艺的主要工艺流程是：辊弯设备常温预成型，加热半成品，对高温半成品进行整形，冷却高温工件。热辊弯成形将热成形工艺和辊弯成形工艺巧妙结合，不仅更加符合高强钢的成型要求，实现了高效生产，而且能够有效克服高强钢塑性差，回弹大等成型缺陷。热辊弯成形工艺的冷却过程不仅决定着产品的组织性能，而且影响着产品的质量，是热辊弯成形工艺的关键技术。所以，本发明的创新之处不仅是将辊弯工艺和热成型工艺相结合，而且还包括将整形工艺和冷却工艺的融合以及利用模具内的循环冷却介质进行淬火的冷却方式。