本發(fā)明涉及一種新型的汽車B柱結(jié)構(gòu)和其板料熱沖壓成形技術(shù)，尤其是能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)度大大提高和抗沖擊安全性能優(yōu)良的多層普通金屬?gòu)?fù)合板熱沖壓成形技術(shù)。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)汽車銷量的不斷增加，汽車工業(yè)已經(jīng)成為推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要力量，汽車輕量化的發(fā)展趨勢(shì)使得高強(qiáng)度材料應(yīng)用日益廣泛。軋制技術(shù)是高強(qiáng)鋼汽車板生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和綜合力學(xué)性能。熱軋鍍鋅板一般強(qiáng)度高、硬度好、塑性好、冷加工比較困難，同時(shí)，若不采取措施，力學(xué)性能變化偏大，給后續(xù)工序帶來(lái)相應(yīng)的困難。另外，汽車耐腐蝕鍍鋅板再冶煉時(shí)，產(chǎn)生的鋅層絕大部分排入大氣，鋅資源的過(guò)度使用以成為汽車工業(yè)面臨的巨大考驗(yàn)。目前高強(qiáng)鋼汽車板熱軋工藝是經(jīng)原料->加熱爐->控軋（粗軋、精軋）->層流冷卻工藝后，由卷取機(jī)將帶有余熱的高強(qiáng)度鋼卷成帶卷，運(yùn)動(dòng)到?jīng)_壓淬火加工企業(yè)進(jìn)行加工。

現(xiàn)有沖壓淬火成型工藝是由高強(qiáng)鋼生產(chǎn)企業(yè)提供高強(qiáng)鋼汽車板，經(jīng)過(guò)加熱->保溫->沖壓淬火等工藝過(guò)程，將原始強(qiáng)度440MPa左右的高強(qiáng)鋼經(jīng)沖壓淬火成形后形成抗拉強(qiáng)度達(dá)到1600MPa左右的超高強(qiáng)鋼成形件，成形的超高強(qiáng)鋼零件運(yùn)輸?shù)礁髌放破嚿a(chǎn)企業(yè)。

現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)對(duì)單層鋼板進(jìn)行多重加工來(lái)使原始強(qiáng)度440MPa左右的鋼板達(dá)到1600MPa抗拉強(qiáng)度，從原料到成品的制備需要耗費(fèi)大量能源，且單層金屬經(jīng)過(guò)熱處理后形成外硬內(nèi)軟的結(jié)構(gòu)，其抗沖擊和緩沖吸收的性能不佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種新型的B柱結(jié)構(gòu)，提供一種能夠提高汽車板的耐沖擊和緩沖吸能性能的基于多層普通金屬?gòu)?fù)合板熱沖壓成形制作汽車B柱的方法。

基于多層普通金屬?gòu)?fù)合板熱沖壓成形制作汽車B柱的方法，包括以下步驟：

1、獲取具有2-5層的復(fù)合金屬板作為原料板材，復(fù)合金屬板中具有良好的抗沖擊性能的韌性層和具有良好抗拉強(qiáng)度的強(qiáng)度層間隔分布；

2、制作沖壓模具，沖壓模具主要包括凸模、凹模和壓邊圈，凸模位于壓邊圈之內(nèi)，凸模與凹模配合；凸模與凹模中分別設(shè)置冷卻管道；凸模與凹模的所有拐角處均用圓角過(guò)渡；

3、將原料板材經(jīng)剪板機(jī)裁剪成所需的輪廓形狀，形成裁切后的板料；

4、將裁切后的板料運(yùn)送到加熱爐中，在加熱爐中對(duì)裁切后的板料進(jìn)行均勻加熱到450℃-950℃，使裁切后的板料實(shí)現(xiàn)微觀組織轉(zhuǎn)變；

5、將經(jīng)步驟4處理的板料從加熱爐中轉(zhuǎn)移到凹模上，用定位銷將裁切后的板料定位；

6、壓邊圈比凸模先接觸板料，壓邊圈對(duì)板料完成壓邊之后、凸模將壓邊區(qū)域內(nèi)的板料壓向凹模內(nèi)；

7、凸模與凹模合模，凸模和凹模中的冷卻管道在凸模與凹模合模的同時(shí)以小于25℃/s的冷卻速度冷卻淬火，保壓20s±5s、獲得沖壓淬火件；板料的層數(shù)越多，板料的層數(shù)越多、冷卻速度越慢且保壓時(shí)間越長(zhǎng)，板料的層數(shù)越少、冷卻速度越快且保壓的時(shí)間越短；

8、采用加熱保溫退火工藝對(duì)沖壓淬火件進(jìn)行時(shí)效處理；然后用噴丸方式去除氧化皮并利用激光修邊設(shè)備對(duì)沖壓淬火件進(jìn)行修邊操作。

進(jìn)一步，步驟2中，圓角半徑取原料板材厚度的2.5-4倍，原料板材的層數(shù)越多、圓角半徑越大。復(fù)合金屬板在合模時(shí)，層與層之間存在結(jié)合界面，結(jié)合界面的結(jié)合強(qiáng)度較弱，可能會(huì)出現(xiàn)界面開(kāi)裂的現(xiàn)象，因此，當(dāng)復(fù)合金屬板的層數(shù)較多時(shí)，增大模具拐角處的圓角半徑大，使得復(fù)合金屬板在模具拐角處的形變程度變緩，使復(fù)合金屬板的層間變形協(xié)調(diào)，從而盡量避免復(fù)合金屬板的層合界面開(kāi)裂。

進(jìn)一步，步驟7中，冷卻速度為20℃-25℃/s。復(fù)合金屬板的層數(shù)越多，冷卻速度靠近下限值；復(fù)合金屬板的層數(shù)越少，冷卻速度靠近上限值。當(dāng)復(fù)合金屬板的層數(shù)多時(shí)，冷卻溫度要逐層傳遞，造成復(fù)合金屬板的層與層之間將出現(xiàn)溫差，低速冷卻使復(fù)合金屬板緩慢降溫，從而縮小相鄰層之間的溫差，是多層金屬間溫度下降盡量均勻，不會(huì)由于溫度的劇烈變化引起殘余應(yīng)力導(dǎo)致界面損傷及界面層裂。

本發(fā)明的有益效果是：

（1） 原料板材由單質(zhì)金屬板變?yōu)槎鄬訌?fù)合金屬板，可以依據(jù)服役環(huán)境進(jìn)行材料設(shè)計(jì)，不需依賴熱處理使其達(dá)到內(nèi)外不同性能的效果，如外層為吸能材料，內(nèi)層為承力材料；外層為耐腐蝕材料，內(nèi)層為吸能承力材料。

（2）復(fù)合金屬板外層為吸能材料時(shí)可以承受較大的變形，破壞形式為層間層裂破壞，且為逐層破壞，避免了受沖擊時(shí)的壓潰破壞，抗沖擊緩沖吸能能力強(qiáng)，提高了結(jié)構(gòu)的安全性；在沖壓件性能上可以彌補(bǔ)高強(qiáng)鋼熱沖壓件的強(qiáng)度高而塑性低的不足，提高沖壓件的抗腐蝕和抗沖擊緩沖吸能能力。

（3）可以減少貴重金屬的用量，節(jié)約資源資源；所需壓力機(jī)噸位小，有效地降低了制造成本。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的沖壓模具的示意圖。

圖2是使用Q235鋼、45鋼二層復(fù)合鋼板作為原料制成的成品沖壓淬火件。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

基于多層普通金屬?gòu)?fù)合板熱沖壓成形制作汽車B柱的方法，包括以下步驟：

1、獲取具有2-5層的復(fù)合金屬板作為原料板材，復(fù)合金屬板中具有良好的抗沖擊性能的韌性層和具有良好抗拉強(qiáng)度的強(qiáng)度層間隔分布；復(fù)合金屬板為鋼-鋼復(fù)合板材；

2、制作沖壓模具，如圖1所示，沖壓模具主要包括凸模1、凹模6和壓邊圈3，凸模1位于壓邊圈3之內(nèi)，凸模1與凹模6配合；凸模1與凹模6中分別設(shè)置冷卻管道，如圖2中所示的凸模冷卻管道2和凹模冷卻管道5；凸模1與凹模6的所有拐角處均用圓角過(guò)渡；沖壓模具的其他結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)的模具相同。圓角半徑取層合后板材整體厚度的2.5-4倍，原料板材4的層數(shù)為5層時(shí)、圓角半徑取原料板材4厚度的4倍，原料板材4的層數(shù)為2層時(shí)、圓角半徑取原料板材4厚度的2.5倍。復(fù)合金屬板在合模時(shí)，層與層之間存在結(jié)合界面，結(jié)合界面的結(jié)合強(qiáng)度較弱，可能會(huì)出現(xiàn)界面開(kāi)裂的現(xiàn)象，因此，當(dāng)復(fù)合金屬板的層數(shù)較多時(shí)，增大模具拐角處的圓角半徑大，使得復(fù)合金屬板在模具拐角處的形變程度變緩，使復(fù)合金屬板的層間變形協(xié)調(diào)，從而盡量避免復(fù)合金屬板的層合界面開(kāi)裂。

3、將原料板材4經(jīng)剪板機(jī)裁剪成所需的輪廓形狀，形成裁切后的板料。

4、將裁切后的板料運(yùn)送到加熱爐中，在加熱爐中對(duì)裁切后的板料進(jìn)行均勻加熱到奧氏體溫度區(qū)間727℃-950℃，使裁切后的板料實(shí)現(xiàn)奧氏體化組織轉(zhuǎn)變。

5、將經(jīng)步驟4處理的板料從加熱爐中轉(zhuǎn)移到凹模6上，用定位銷將裁切后的板料定位。

6、壓邊圈3比凸模1先接觸板料，壓邊圈3對(duì)板料完成壓邊之后、凸模1將壓邊區(qū)域內(nèi)的板料壓向凹模6內(nèi)，壓邊圈3以對(duì)板料完成壓邊。

7、凸模1與凹模6合模，凸模1和凹模6中的冷卻管道在凸模1與凹模6合模的同時(shí)以20℃/s -25℃/s的冷卻速度冷卻、淬火并保壓20s左右、獲得沖壓淬火件；板料的層數(shù)越多，板料的層數(shù)越多、冷卻速度越慢且保壓時(shí)間越長(zhǎng)，板料的層數(shù)越少、冷卻速度越快且保壓的時(shí)間越短。冷卻速度為。復(fù)合金屬板的層數(shù)為5層時(shí)，冷卻速度取20℃/s；復(fù)合金屬板的層數(shù)越少為2層時(shí)，冷卻速度取25℃/s。當(dāng)復(fù)合金屬板的層數(shù)多時(shí)，冷卻溫度要逐層傳遞，造成復(fù)合金屬板的層與層之間將出現(xiàn)溫差，低速冷卻使復(fù)合金屬板緩慢降溫，從而縮小相鄰層之間的溫差，是多層金屬間溫度下降盡量均勻，不會(huì)由于溫度的劇烈變化引起殘余應(yīng)力導(dǎo)致界面損傷及界面層裂。

8、采用加熱保溫退火工藝對(duì)沖壓淬火件進(jìn)行時(shí)效處理；然后用噴丸方式去除氧化皮并利用激光修邊設(shè)備對(duì)沖壓淬火件進(jìn)行修邊操作。

本發(fā)明的有益效果是：

（1） 原料板材由單質(zhì)金屬板變?yōu)槎鄬訌?fù)合金屬板，可以依據(jù)服役環(huán)境進(jìn)行材料設(shè)計(jì)，如使用不銹鋼代替鍍鋅層，不需依賴熱處理使其達(dá)到內(nèi)外不同性能的效果，如外層為吸能材料，內(nèi)層為承力材料；外層為耐腐蝕材料，內(nèi)層為吸能承力材料。

（2）復(fù)合金屬板外層為吸能材料時(shí)可以承受較大的變形，破壞形式為層間層裂破壞，且為逐層破壞，避免了受沖擊時(shí)的壓潰破壞，抗沖擊緩沖吸能能力強(qiáng)，提高了結(jié)構(gòu)的安全性；在沖壓件性能上可以彌補(bǔ)高強(qiáng)鋼熱沖壓件的強(qiáng)度高而塑性低的不足，提高沖壓件的抗腐蝕和抗沖擊緩沖吸能能力。

（3）可以減少貴重金屬的用量，節(jié)約資源資源；所需壓力機(jī)噸位小，有效地降低了制造成本。

實(shí)施例2

(1)獲取原料板料：以Q235鋼、6061鋁合金二層復(fù)合鋼板作為原料板料。

(2)下料：利用剪板機(jī)剪裁出成形件在沖壓中所需的板料輪廓。

（3）板料加熱：板料在加熱爐中加熱至450℃-550℃以實(shí)現(xiàn)板料初始組織轉(zhuǎn)化，增加板料塑性，加熱達(dá)到450℃-550℃后晶粒粗大，深沖性能變好。

（4）板料轉(zhuǎn)移：機(jī)械手將紅熱板料快速轉(zhuǎn)移至凹模6上，通過(guò)定位銷等定位裝置對(duì)板料進(jìn)行精確定位。

（5）壓邊進(jìn)程：壓邊圈3與凸模1通過(guò)壓邊彈簧相連接，在壓力機(jī)滑塊的帶動(dòng)下壓邊圈3首先與板料接觸并下行并與固定在凹模6上的限位柱接觸完成壓邊進(jìn)程。

（6）沖壓及淬火：凸模1繼續(xù)以15m/s的速度下行完成沖壓過(guò)程并保壓3s-15s左右時(shí)間，同時(shí)布置在凸模1和凹模6中通有冷卻水的冷卻管道（2、5）對(duì)裁切后的板料以大于馬氏體組織轉(zhuǎn)變的臨界冷卻速率（20℃-25℃/s）的冷卻速率進(jìn)行淬火操作并保壓10s左右以實(shí)現(xiàn)板料組織轉(zhuǎn)變及工件的精確成形。

（7）后續(xù)處理：采用加熱保溫退火工藝進(jìn)行時(shí)效處理以消除殘余應(yīng)力；用噴丸方式去除氧化皮并利用激光修邊設(shè)備對(duì)工件進(jìn)行修邊操作。

（8）最終沖壓件成形，如圖2所示。

本普通鋼復(fù)合板中，所用的Q235鋼、6061鋁合金材料價(jià)格便宜，貴重金屬使用量小，生產(chǎn)技術(shù)成熟，綜合了各單層金屬的高強(qiáng)度和延展性好的優(yōu)點(diǎn)，并且在制備過(guò)程中經(jīng)歷了細(xì)晶強(qiáng)化過(guò)程，強(qiáng)度和塑性得到了大大提高，且提高沖壓件的抗腐蝕能力。

本說(shuō)明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。