[发明专利]适用于Zn镀层且冲压应力可调的热冲压装置及热冲压方法

说明书

本发明公开了适用于Zn镀层且冲压应力可调的热冲压装置及热冲压方法，属于热成形零部件领域。本发明的热冲压装置，包括凸模底座和凹模底座，以及上下对应设置的凸模和凹模，凸模的两侧对称设有压边模块，压边模块下方设有氮气弹簧；凹模包括侧凹模一和侧凹模二，凹模底座底面开设有安装槽，侧凹模一和侧凹模二顶部对应设有相配合的安装块，侧凹模一和侧凹模二沿安装槽方向滑动配合且两者拼接形成整体凹模。本发明针对目前Zn镀层热冲压钢容易产生裂纹的现状，利用该热冲压装置进行热冲压实验，旨在研究不同大小的应力对Zn(含Zn合金)镀层热冲压钢液致裂纹的影响。

技术领域

本发明涉及热成形零部件技术领域，涉及一款应用于涂覆钢板的热冲压装置及冲压方法，更具体地说，涉及适用于Zn镀层且冲压应力可调的热冲压装置及热冲压方法。

背景技术

汽车轻量化技术是适应现代汽车安全、节能、环保趋势的关键技术之一，目前越来越多的汽车车身零部件使用热成形技术，如：汽车保险杠、防撞梁、A柱、B柱、车门防撞杠等。热成形技术是将成形与强化分为两个步骤生产超高强度汽车零部件的一种新工艺，生产的零件具有超高强度、成型精度高、无回弹等优点。

对于热成形钢而言，主要分为带镀层的热成形钢和无镀层热成形钢两大类产品。无镀层热成形钢在热成形过程中需要加热至完全奥氏体化温度并保温，在这个过程中表面易发生氧化，并形成脱碳层；而带有预涂覆的热成形钢产品，表面有一层耐高温镀层，在加热过程中可以阻止基体氧化，并且可以阻止基体与高温空气接触，消除脱碳层，从而获得良好的机械性能。因此，目前带镀层的热成形钢产品是目前用量最多的产品，带镀层热成形钢的需求量约为130万吨/年。

带镀层的热成形钢主要有铝硅镀层和锌镀层，其中锌镀层分为GI和GA两种类型。铝硅镀层在冲压过程中，折弯和侧壁位置也会应因为冲压应力的存在，导致其镀层出现开裂，从而影响后续的涂装和耐腐蚀性能，若裂纹扩展到基体，会进一步危害零件的安全性能；与铝硅镀层不同的是：锌镀层在加热过程中，镀层会发生液化(锌熔点低＜奥氏体化温度)，在随后的热冲压过程中，若成形工艺控制不当，会在零件基体上形成液致裂纹缺陷(LME)，从而影响零件机械性能。

在镀锌热成形钢的使用过程中，液致裂纹缺陷是需要解决的首要问题。因此，如何改善或消除镀锌热成形钢液致裂纹缺陷成为镀锌热成形钢应用技术研究的热点之一。

要解决镀锌热成形钢的液致裂纹缺陷，需要深入了解液致裂纹缺陷的产生机理，并有针对性的优化成形工艺。因此，越来越多的研究人员在实验室开展模拟热冲压实验来重现热成形过程，并通过工艺和组织性能的对应关系来研究导致液致裂纹缺陷的机理，并摸索适合镀锌热成形钢的热冲压成形工艺。

通过论文文献调研，发现很多研究人员使用“V”形模具开展液致裂纹脆性的研究，“V”形模具在使用过程中，主要是让热态的板料在成形过程中受折弯力的作用；然而热成形零件在成形过程中的受力状态非常复杂，不仅仅受折弯力作用，有些部位也会受到拉延力或者挤压力；因此，“V”形模具并不能完全代表热成形零件在成形过程中的受力状态。论文文献中还有一部分研究，利用GLEEBLE等设备开展不同单向拉应力状态下的LME研究，该方法使用的是感应加热，无法精确模拟零件冲压过程中真实的复杂受力状况。因此，有文献用“冒型”模具开展了液致裂纹脆性的研究，分析了冒型件各部位的受力情况，在深拉的侧壁部位会产生微裂纹，其方法能够模拟零件在冲压过程中的受力变形过程，但其并未考虑不同受力大小对液至裂纹的影响，零件在实际冲压过程中，为防止零件起皱，会设置压边装置，不同形状的零件压边条件也不一样，导致各部位零件的受力大小也不一样。

经检索，专利公告号CN105050743B的申请案中，提出了一种通过热冲压成形法对镀锌钢板或合金化熔融镀锌钢板进行成形来制造冲压成形品的方法，其在加热、保持钢板后，在钢板表面存在液态锌的状态下，在680℃以上、750℃以下的温度开始成形，使钢板中的塑性变形部的应变速度为0.5秒-1以下进行成形，能够抑制LME裂纹的发生。