基于多层普通金属复合板热冲压成形制作汽车B柱的方法与流程

本发明涉及一种新型的汽车B柱结构和其板料热冲压成形技术，尤其是能够实现强度大大提高和抗冲击安全性能优良的多层普通金属复合板热冲压成形技术。

背景技术：

随着我国汽车销量的不断增加，汽车工业已经成为推动我国经济增长的重要力量，汽车轻量化的发展趋势使得高强度材料应用日益广泛。轧制技术是高强钢汽车板生产的重要环节，直接影响产品的质量和综合力学性能。热轧镀锌板一般强度高、硬度好、塑性好、冷加工比较困难，同时，若不采取措施，力学性能变化偏大，给后续工序带来相应的困难。另外，汽车耐腐蚀镀锌板再冶炼时，产生的锌层绝大部分排入大气，锌资源的过度使用以成为汽车工业面临的巨大考验。目前高强钢汽车板热轧工艺是经原料->加热炉->控轧（粗轧、精轧）->层流冷却工艺后，由卷取机将带有余热的高强度钢卷成带卷，运动到冲压淬火加工企业进行加工。

现有冲压淬火成型工艺是由高强钢生产企业提供高强钢汽车板，经过加热->保温->冲压淬火等工艺过程，将原始强度440MPa左右的高强钢经冲压淬火成形后形成抗拉强度达到1600MPa左右的超高强钢成形件，成形的超高强钢零件运输到各品牌汽车生产企业。

现有技术通过对单层钢板进行多重加工来使原始强度440MPa左右的钢板达到1600MPa抗拉强度，从原料到成品的制备需要耗费大量能源，且单层金属经过热处理后形成外硬内软的结构，其抗冲击和缓冲吸收的性能不佳。

技术实现要素：

本发明的目的在于设计一种新型的B柱结构，提供一种能够提高汽车板的耐冲击和缓冲吸能性能的基于多层普通金属复合板热冲压成形制作汽车B柱的方法。

基于多层普通金属复合板热冲压成形制作汽车B柱的方法，包括以下步骤：

1、获取具有2-5层的复合金属板作为原料板材，复合金属板中具有良好的抗冲击性能的韧性层和具有良好抗拉强度的强度层间隔分布；

2、制作冲压模具，冲压模具主要包括凸模、凹模和压边圈，凸模位于压边圈之内，凸模与凹模配合；凸模与凹模中分别设置冷却管道；凸模与凹模的所有拐角处均用圆角过渡；

3、将原料板材经剪板机裁剪成所需的轮廓形状，形成裁切后的板料；

4、将裁切后的板料运送到加热炉中，在加热炉中对裁切后的板料进行均匀加热到450℃-950℃，使裁切后的板料实现微观组织转变；

5、将经步骤4处理的板料从加热炉中转移到凹模上，用定位销将裁切后的板料定位；

6、压边圈比凸模先接触板料，压边圈对板料完成压边之后、凸模将压边区域内的板料压向凹模内；

7、凸模与凹模合模，凸模和凹模中的冷却管道在凸模与凹模合模的同时以小于25℃/s的冷却速度冷却淬火，保压20s±5s、获得冲压淬火件；板料的层数越多，板料的层数越多、冷却速度越慢且保压时间越长，板料的层数越少、冷却速度越快且保压的时间越短；

8、采用加热保温退火工艺对冲压淬火件进行时效处理；然后用喷丸方式去除氧化皮并利用激光修边设备对冲压淬火件进行修边操作。

进一步，步骤2中，圆角半径取原料板材厚度的2.5-4倍，原料板材的层数越多、圆角半径越大。复合金属板在合模时，层与层之间存在结合界面，结合界面的结合强度较弱，可能会出现界面开裂的现象，因此，当复合金属板的层数较多时，增大模具拐角处的圆角半径大，使得复合金属板在模具拐角处的形变程度变缓，使复合金属板的层间变形协调，从而尽量避免复合金属板的层合界面开裂。

进一步，步骤7中，冷却速度为20℃-25℃/s。复合金属板的层数越多，冷却速度靠近下限值；复合金属板的层数越少，冷却速度靠近上限值。当复合金属板的层数多时，冷却温度要逐层传递，造成复合金属板的层与层之间将出现温差，低速冷却使复合金属板缓慢降温，从而缩小相邻层之间的温差，是多层金属间温度下降尽量均匀，不会由于温度的剧烈变化引起残余应力导致界面损伤及界面层裂。

本发明的有益效果是：

（1） 原料板材由单质金属板变为多层复合金属板，可以依据服役环境进行材料设计，不需依赖热处理使其达到内外不同性能的效果，如外层为吸能材料，内层为承力材料；外层为耐腐蚀材料，内层为吸能承力材料。

（2）复合金属板外层为吸能材料时可以承受较大的变形，破坏形式为层间层裂破坏，且为逐层破坏，避免了受冲击时的压溃破坏，抗冲击缓冲吸能能力强，提高了结构的安全性；在冲压件性能上可以弥补高强钢热冲压件的强度高而塑性低的不足，提高冲压件的抗腐蚀和抗冲击缓冲吸能能力。

（3）可以减少贵重金属的用量，节约资源资源；所需压力机吨位小，有效地降低了制造成本。

附图说明

图1是本发明的冲压模具的示意图。

图2是使用Q235钢、45钢二层复合钢板作为原料制成的成品冲压淬火件。

具体实施方式

实施例1

基于多层普通金属复合板热冲压成形制作汽车B柱的方法，包括以下步骤：

1、获取具有2-5层的复合金属板作为原料板材，复合金属板中具有良好的抗冲击性能的韧性层和具有良好抗拉强度的强度层间隔分布；复合金属板为钢-钢复合板材；

2、制作冲压模具，如图1所示，冲压模具主要包括凸模1、凹模6和压边圈3，凸模1位于压边圈3之内，凸模1与凹模6配合；凸模1与凹模6中分别设置冷却管道，如图2中所示的凸模冷却管道2和凹模冷却管道5；凸模1与凹模6的所有拐角处均用圆角过渡；冲压模具的其他结构与现有技术的模具相同。圆角半径取层合后板材整体厚度的2.5-4倍，原料板材4的层数为5层时、圆角半径取原料板材4厚度的4倍，原料板材4的层数为2层时、圆角半径取原料板材4厚度的2.5倍。复合金属板在合模时，层与层之间存在结合界面，结合界面的结合强度较弱，可能会出现界面开裂的现象，因此，当复合金属板的层数较多时，增大模具拐角处的圆角半径大，使得复合金属板在模具拐角处的形变程度变缓，使复合金属板的层间变形协调，从而尽量避免复合金属板的层合界面开裂。

3、将原料板材4经剪板机裁剪成所需的轮廓形状，形成裁切后的板料。

4、将裁切后的板料运送到加热炉中，在加热炉中对裁切后的板料进行均匀加热到奥氏体温度区间727℃-950℃，使裁切后的板料实现奥氏体化组织转变。

5、将经步骤4处理的板料从加热炉中转移到凹模6上，用定位销将裁切后的板料定位。

6、压边圈3比凸模1先接触板料，压边圈3对板料完成压边之后、凸模1将压边区域内的板料压向凹模6内，压边圈3以对板料完成压边。

7、凸模1与凹模6合模，凸模1和凹模6中的冷却管道在凸模1与凹模6合模的同时以20℃/s -25℃/s的冷却速度冷却、淬火并保压20s左右、获得冲压淬火件；板料的层数越多，板料的层数越多、冷却速度越慢且保压时间越长，板料的层数越少、冷却速度越快且保压的时间越短。冷却速度为。复合金属板的层数为5层时，冷却速度取20℃/s；复合金属板的层数越少为2层时，冷却速度取25℃/s。当复合金属板的层数多时，冷却温度要逐层传递，造成复合金属板的层与层之间将出现温差，低速冷却使复合金属板缓慢降温，从而缩小相邻层之间的温差，是多层金属间温度下降尽量均匀，不会由于温度的剧烈变化引起残余应力导致界面损伤及界面层裂。

8、采用加热保温退火工艺对冲压淬火件进行时效处理；然后用喷丸方式去除氧化皮并利用激光修边设备对冲压淬火件进行修边操作。

本发明的有益效果是：

（1） 原料板材由单质金属板变为多层复合金属板，可以依据服役环境进行材料设计，如使用不锈钢代替镀锌层，不需依赖热处理使其达到内外不同性能的效果，如外层为吸能材料，内层为承力材料；外层为耐腐蚀材料，内层为吸能承力材料。

（2）复合金属板外层为吸能材料时可以承受较大的变形，破坏形式为层间层裂破坏，且为逐层破坏，避免了受冲击时的压溃破坏，抗冲击缓冲吸能能力强，提高了结构的安全性；在冲压件性能上可以弥补高强钢热冲压件的强度高而塑性低的不足，提高冲压件的抗腐蚀和抗冲击缓冲吸能能力。

（3）可以减少贵重金属的用量，节约资源资源；所需压力机吨位小，有效地降低了制造成本。

实施例2

(1)获取原料板料：以Q235钢、6061铝合金二层复合钢板作为原料板料。

(2)下料：利用剪板机剪裁出成形件在冲压中所需的板料轮廓。

（3）板料加热：板料在加热炉中加热至450℃-550℃以实现板料初始组织转化，增加板料塑性，加热达到450℃-550℃后晶粒粗大，深冲性能变好。

（4）板料转移：机械手将红热板料快速转移至凹模6上，通过定位销等定位装置对板料进行精确定位。

（5）压边进程：压边圈3与凸模1通过压边弹簧相连接，在压力机滑块的带动下压边圈3首先与板料接触并下行并与固定在凹模6上的限位柱接触完成压边进程。

（6）冲压及淬火：凸模1继续以15m/s的速度下行完成冲压过程并保压3s-15s左右时间，同时布置在凸模1和凹模6中通有冷却水的冷却管道（2、5）对裁切后的板料以大于马氏体组织转变的临界冷却速率（20℃-25℃/s）的冷却速率进行淬火操作并保压10s左右以实现板料组织转变及工件的精确成形。

（7）后续处理：采用加热保温退火工艺进行时效处理以消除残余应力；用喷丸方式去除氧化皮并利用激光修边设备对工件进行修边操作。

（8）最终冲压件成形，如图2所示。

本普通钢复合板中，所用的Q235钢、6061铝合金材料价格便宜，贵重金属使用量小，生产技术成熟，综合了各单层金属的高强度和延展性好的优点，并且在制备过程中经历了细晶强化过程，强度和塑性得到了大大提高，且提高冲压件的抗腐蚀能力。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对本发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。