基于直接感应加热的齿板局部热冲裁系统的制作方法

本实用新型涉及热冲裁成形领域，尤其涉及一种基于直接感应加热的齿板局部热冲裁系统。

背景技术：

随着汽车行业的快速发展，载重汽车车窗的操作稳定性、安全性和便利性越来越受到关注，玻璃升降器是车门系统中非常重要的组件，玻璃升降器的性能是否可靠直接影响到汽车安全性及客户的舒适性。而在玻璃升降器的组成零件中，扇形齿板是玻璃升降器中重要的传动零件。扇形齿板在生产制造和使用过程中面临着两方面的问题：一方面，扇形齿板的生产制造的质量对玻璃升降器的传动精度、传动平稳性和使用寿命有着很大的影响。另一方面，在使用过程中，扇形齿板要与发电机进行齿轮啮合，长时间使用会对扇形板板造成严重的磨损，啮合精度下降，导致玻璃升降器出现故障。因此扇形齿板的加工制造工艺对获得高性能、高精度、耐磨性好的齿板尤为重要。

齿板齿形部分硬度要求高，其它部分为了满足拉铆、冲铆工艺的需求，要求硬度低，塑性好。为了满足这两方面的需求，一般通过三种方式。第一种方式，齿板冷冲裁后，通过真空热处理工艺，将齿板整体硬度控制在28-32HRC，虽然满足了冲铆的要求，但是齿形部分硬度低，耐磨性差，寿命低，而且生产成本较高；第二种方式，齿板冷冲裁后，通过热处理工艺整体淬硬，硬度约为52-56HRC，然后利用光焊工艺将齿板和其它零件连接起来，这种方式虽然使的齿板硬度较高，但是光焊易出现缺陷，导致工件焊接不良，可靠性不高；第三种方式，冷冲压后，对齿板进行局部加热，然后通过水冷让齿部变硬，这种工艺虽然使齿板具有了较高的硬度，但是在加热和冷却过程中，由于温度和相变的影响，齿形发生了畸变，影响了齿板的啮合精度。一方面这三种工艺都存在着缺陷，另一方面整个工艺耗费的时间太久，增加了工作量和生产成本。

CN101486061A公开了高强度钢零件的热成形、冲孔和切边一体化工艺及模具，用于高强度钢零件的热冲压成形、冲孔和切边。一方面，该工艺和模具只适用于高强度钢零件先冲压成形后再冲孔、切边，最终成形件的组织保持一致，提高了整个零件的强度和硬度，只能降低冲裁过程的载荷，并不能保证冲裁精度和剪切区质量，而且不易于后续的拉铆成形；另一方面，该工艺是必须在电阻加热炉中通保护气对板料进行加热，成本较高，很容易产生氧化皮。CN103143630A公开了一种热冲压复合模，通过铸造将复杂的模具冷却系统嵌入模具，得到了用于热冲压件成形、冲孔和淬火的复合模具，该模具不适用于局部获得马氏体组织同时其它部位保持原有组织，不易于后续的拉铆成形。CN205324500U公开了一种带冷却水道的热冲压模具，其设置的冷却水道可以以均匀的冷却速度和冷却程度进行冷却，也不适用于局部获得马氏体组织。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种基于直接感应加热的齿板局部热冲裁系统，能够提高齿板的齿面和齿底的强度、硬度、耐磨性、尺寸和形状精度，提高生产效率，降低生产成本。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

基于直接感应加热的齿板局部热冲裁系统，包括用于加热齿板齿端的感应加热装置和用于局部热冲裁感应加热后齿板的模具；感应加热装置包括导磁体及其内部用于加热齿板齿端的感应加热线圈，感应加热线圈表面涂覆绝热材料；模具包括上下相对设置的的上模座和下模座，上模座上固定有相互配合的凸模和压边圈，下模座上固定有相互配合的弹性卸料板和凹模,弹性卸料板位于凸模下方且与其形状相同，凹模位于压边圈下方且与其形状相同，凹模和弹性卸料板内部沿配合边缘设置有用于通冷却水的冷却水道，冷却水道两侧设置有用于放置橡胶密封圈的橡胶密封圈道。

作为本实用新型的进一步优化，导磁体U形包覆感应加热线圈，感应加热线圈U形包覆齿板齿端；感应加热装置内部设置有温度检测器，外部设置有温度控制器。

作为本实用新型的进一步优化，凹模和弹性卸料板均由上下镶块构成，上镶块下表面和下镶块上表面分别设置构成冷却水道的相互配合的凹槽，冷却水道的凹槽两侧设置有构成橡胶圈密封道的凹槽。

作为本实用新型的进一步优化，凸模和压边圈内部沿配合边缘也设置有用于通冷却水的冷却水道，冷却水道两侧设置有用于放置橡胶密封圈的橡胶密封圈道。

作为本实用新型的进一步优化，凸模和压边圈均由上下镶块构成，上镶块下表面和下镶块上表面分别设置构成冷却水道的相互配合的凹槽，冷却水道的凹槽两侧设置有构成橡胶圈密封道的凹槽。

作为本实用新型的进一步优化，下模座两侧固定设置有滑动导柱，上模座通过导套套接在滑动导柱上。

作为本实用新型的进一步优化，凹模分为上凹模镶块和下凹模镶块，凸模分为上凸模镶块和下凸模镶块，上下镶块通过多个销钉与上模座或下模座定位，销钉两侧上下镶块通过多个内六角螺栓固定在上模座或下模座上；上凹模镶块上设置有用于定位齿板的弹性定位销和多个用于支撑未成形齿板的弹性顶料销。

作为本实用新型的进一步优化，弹性卸料板分为上弹性卸料板镶块和下弹性卸料板镶块，压边圈分为上压边圈镶块和下压边圈镶块，上下镶块通过销钉定位，通过内六角螺栓紧固并通过弹性卸料螺钉固定于上模座或下模座上。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：

1、感应加热装置中感应加热线圈的形状适应于齿板齿端的形状，利用感应加热，可在2-3s升温至900℃，加快了齿板的加热速度，提高了生产效率，降低了生产成本。

2、凸凹模、弹性卸料板、压边圈做成镶块，便于对各个部分靠近配合处进行弧形水道机械加工。冷却水道在热冲裁过程中，对齿板齿端和凸凹模、弹性卸料板、压边圈相互配合部即凸凹模成形齿板齿形的部分和弹性卸料板、压边圈靠近齿板成形的部分位具有较好的冷却效果，同时不影响其他部分，冷却部位具有针对性，效率高。

3、在冷却水道两侧开有橡胶圈密封道，放入橡胶密封圈，可防止在通冷却水的过程中，由于水压的存在使冷却水沿上下镶块配合的表面溢出，影响热冲裁过程。

4、凹模上设有弹性顶料销，避免了经过感应加热的未成形齿板接触到模具，热量快速散失，实现了未成形齿板局部加热的部分进行空冷。

5、将未成形齿板利用感应加热装置加热使其完全奥氏体化，材料的塑性提高，成形性提高，降低了热冲裁过程中对压力机较高的要求和对模具的磨损。另一方面，进行热冲裁时通入冷却水冷却，在模内冷却淬火，最终齿板齿部能够形成完全马氏体组织，其抗拉强度达1500MPa，硬度达550-600HV，齿板齿部强硬度增大，耐磨性增强。齿板未加热部位，依旧保持原始组织，易于拉铆和冲铆工艺。齿底和齿板在热冲裁过程中，发生了塑剪变形，实现了加工硬化，提高了强硬度，减少了微裂纹的产生。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的感应加热装置结构示意图；

图2为本实用新型一实施例的感应加热线圈分布图；

图3为本实用新型一实施例的局部热冲裁模具的剖面图；

图4为本实用新型一实施例的局部热冲裁模具的俯视图；

图5为本实用新型一实施例的上凹模镶块图；

图6为本实用新型一实施例的下凹模镶块图；

图7为本实用新型一实施例的上弹性卸料版镶块图；

图8为本实用新型一实施例的下弹性卸料版镶块图；

以上各图中：1-滑动导柱；2-下模座；3-上模座；4-凸模；41-上凸模镶块；42-下凸模镶块；5-压边圈；51-上压边圈镶块；52-下压边圈镶块；6-弹性卸料板；61-上弹性卸料板镶块；62-下弹性卸料板镶块；7-凹模；71-上凹模镶块；72-下凹模镶块；73-弹性定位销；74-弹性顶料销；8-冷却水道；9-橡胶圈密封道；10-内六角螺栓；11-销钉；12-弹性卸料螺钉；13-导套；1a-未成形齿板；2a-导磁体；3a-感应加热线圈；4a绝热材料。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本实用新型进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本实用新型的描述中，需要说明的是术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于图3所示的位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

基于直接感应加热的齿板局部热冲裁系统，包括用于加热齿板齿端的感应加热装置和用于局部热冲裁感应加热后齿板的模具。参见图1，图1为本实用新型一实施例的感应加热装置结构示意图。如图1所示，感应加热装置包括导磁体2a及其内部用于加热齿板齿端的感应加热线圈3a。作为优选的实施例，导磁体2a U形包覆感应加热线圈3a，感应加热线圈3a U形包覆未成形齿板1a的齿端。

参见图2，图2为本实用新型一实施例的感应加热线圈分布图，线圈U型分布与齿板齿端外，通过交变电流后，感应加热线圈产生的磁场不完整，在感应加热线圈外部设置导磁体，可使感应加热线圈产生的磁场完整，在加热的工件中产生涡流。作为优选的实施例，在感应加热装置内部设有温度检测器，外部设有温度控制器，检测被加热的齿板温度，通过温度控制器调节通入感应线圈的电流和电压，使齿板达到加热温度并保持恒定。通过感应加热装置先加热齿板齿端，可在2-3s升温至900℃，加快了齿板的加热速度，效率提高的同时成本降低。将未成形齿板利用感应加热装置加热使其完全奥氏体化，材料的塑性提高，成形性提高，降低了热冲裁过程中对压力机较高的要求和对模具的磨损。

基于直接感应加热的齿板局部热冲裁系统还包括用于局部热冲裁感应加热后齿板的模具，参见图3，图3是本实用新型一实施例的局部热冲裁模具的剖面图。如图3所示，模具包括上下相对设置的上模座3和下模座2，上模座3上固定有相互配合的凸模4和压边圈5，下模座2上固定有相互配合的弹性卸料板6和凹模7,弹性卸料板6位于凸模4下方且与其形状相同，凹模7位于压边圈5下方且与其形状相同，凹模7和弹性卸料板6内部沿配合边缘即成形齿板齿形的部分设置有用于通冷却水的冷却水道8，冷却水道8两侧设置有用于放置橡胶密封圈的橡胶密封圈道9。冷却水道8在热冲裁过程中通入冷却水，对齿板齿端、凹模、弹性卸料板相互配合的部位即凹模成形齿板齿形的部分和弹性卸料板靠近齿板成形的部位具有较好的冷却效果，同时不影响其他部分，冷却部位具有针对性，效率高。而冷却水道8两侧的橡胶圈密封道9内放入橡胶密封圈，可防止在通冷却水的过程中，由于水压的存在使冷却水沿上下镶块配合的表面溢出，影响热冲裁过程。

参见图5-8，图5-8为本实用新型一实施例的凹模7和弹性卸料板6的上下镶块的结构示意图。作为优选的实施例，凹模7和弹性卸料板6均由上下镶块构成，上镶块下表面和下镶块上表面分别设置构成冷却水道8的相互配合的凹槽，冷却水道8的凹槽两侧设置有构成橡胶圈密封道9的凹槽。上下镶块的凹槽配合后形成完整的冷却水道8和完整的橡胶圈密封道9。将凹模7和弹性卸料板6做成上下镶块，便于对各个部分靠近配合处即靠近成形齿板齿形的部分的冷却水道进行机械加工。

继续参见图5-8，作为优选的实施例，由于凸模4与弹性卸料板6形状相同，压边圈5与凹模7形状相同。凸模4和压边圈5内部沿配合边缘也设置有用于通冷却水的冷却水道8，冷却水道8两侧设置有用于放置橡胶密封圈的橡胶密封圈道9。冷却水道8在热冲裁过程中通入冷却水，对齿板齿端、凸模、压边圈相互配合的部位即凸模成形齿板齿形的部分和压边圈靠近齿板成形的部位具有较好的冷却效果，四条冷却水道配合，冷却效果更好。

继续参见图5-8，作为优选的实施例，凸模4和压边圈5也设置为均由上下镶块构成，上镶块下表面和下镶块上表面分别设置构成冷却水道8的相互配合的凹槽，冷却水道8的凹槽两侧设置有构成橡胶圈密封道9的凹槽。

继续参见图3，结合图4，图4为本实用新型一实施例的局部热冲裁模具的俯视图。如图3和图4所示，下模座2两侧固定设置有滑动导柱1，上模座3通过导套13套接在滑动导柱1上，上述设置可使上模座3在滑动导柱1和导套13导向作用下下降从而带动凸模4下降与下模座2上的凹模7配合进行热冲裁。凹模7分为上凹模镶块71和下凹模镶块72，凸模4分为上凸模镶块41和下凸模镶块42。作为优选的实施例，上下镶块通过2个销钉11与上模座3或下模座2定位，销钉11两侧上下镶块通过4个内六角螺栓10固定在上模座3或下模座2上；上凹模镶块上71设置有3个用于定位齿板的弹性定位销73和7个用于支撑未成形齿板的弹性顶料销74。销钉11可使上下镶块定位，而内六角螺栓10将两个镶块一起固定于上下模座，可使凸模4和凹模7不轻易脱落。凹模7上的弹性顶料销74能够支撑未成形齿板1a不与凹模7接触，避免了经过感应加热的未成形齿板1a接触到模具后热量快速散失，从而实现局部加热部分的空冷。未成形齿板1a周围可设置弹性定位销73，将齿板固定于凹模7的特定位置。

继续参见图3，弹性卸料板6分为上弹性卸料板镶块61和下弹性卸料板镶块62，压边圈5分为上压边圈镶块51和下压边圈镶块52，上下镶块通过销钉11定位，通过内六角螺栓10紧固并通过弹性卸料螺钉12固定于上模座3或下模座2上。冲裁后弹性卸料板6通过弹性卸料螺钉12的回弹将冲裁后的余料进行卸料。作为优选的实施例，凸凹模镶块、弹性卸料板镶块和压边圈镶块的材料为H13热作模具钢。

运行时将板料经过落料冲裁模具落料冲裁后，形成未成形齿板，如图1中1a所示，将热冲裁模具安装在WDW-200E微机控制电子万能试验机上。将未成形齿板1a放置在感应加热装置中进行局部感应加热，工作频率为18000HZ，加热至900-920℃，并保温3-5min；将感应加热后的未成形齿板1a快速转移到设置有冷却水道8和弹性顶料销74的热冲裁模具的凹模7上，由弹性顶料销74支撑，空冷3-10s至700-800℃；开启压力机，使凸模4以200mm/s的速度下行至凸凹模闭合，凸凹模双边间隙为8％-10％，进行热冲裁，热冲裁过程中冷却水道内通入冷却水，对齿板的齿部进行冷却淬火，凸模下行至模具闭合保压4-5min，齿板在模内淬火冷却至室温。将未成形齿板利用感应加热装置加热使其完全奥氏体化，材料的塑性提高，成形性提高，降低了热冲裁过程中对压力机较高的要求和对模具的磨损。利用热冲裁模具进行热冲裁时通入冷却水冷却，在模内冷却淬火，最终齿板齿部能够形成完全马氏体组织，其抗拉强度达1500MPa，硬度达550-600HV，而未加热部位，依旧保持原始组织。进行热冲裁时通入冷却水冷却，在模内冷却淬火，最终齿板齿部能够形成完全马氏体组织，其抗拉强度达1500MPa，硬度达550-600HV，齿板齿部强硬度增大，耐磨性增强。齿板未加热部位，依旧保持原始组织，易于后续的拉铆和冲铆工艺。齿底和齿板在热冲裁过程中，发生了塑剪变形，实现了加工硬化，提高了强硬度，减少了微裂纹的产生。