CN102873213A - 超高强度钢板局部淬火硬化成形模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高强度钢板局部淬火硬化成形模具，包括上模座和固定在上模座上的凹模，下模座和固定在下模座上的凸模，凸模与凹模分别采用镶拼式结构，由加热镶块与冷却镶块组成，进行模具不同区域的加热与冷却。加热镶块嵌入多个电加热管，冷却镶块内部有冷却水孔，冷却水孔与冷却水循环系统相连接。可以实现超高强度钢板热成形后分区变冷却路径的保压淬火，进而得到具有定制机械性能的零件。本发明结构简单可靠，由于整个过程是在模具闭合状态下完成的，因此零件变形很小，具有良好的尺寸精度。

Description

超高强度钢板局部淬火硬化成形模具

技术领域：

本发明涉及一种加工具有定制性能的超高强度钢板局部硬化成形模具。

技术背景：

随着当今社会对汽车工业节能减排与碰撞安全性要求的日益提高，传统的单纯具有高强度、低塑性的车身零件已无法满足汽车工业的发展需要，研制新一代的具有定制性能的车身零件正成为汽车工业亟需解决的问题。相比于传统高强度、低塑性的零件，具有定制性能的车身零件可以实现最优的组织与力学性能分布，从而满足综合的强韧需求。对于加工具有定制性能的车身零件而言，目前的板料成形技术远远不能满足其要求。对于常规的冷冲压技术而言，采用激光拼焊技术虽然可以实现零件的差强度、差厚度及差钢质拼接，但是对于成形高强度钢板所导致的高成形力及回弹问题一直未能有效解决，尤其是强度超过1000MPa时，常规的冷冲压工艺几乎无法成形。近年来采用的超高强度钢板热成形整体淬火技术虽然具有成形强度高、精度好及成形后回弹量小等优点，但由于其几乎为完全的马氏体组织，导致零件的塑性大大降低，一般延伸率低于10％，不能有效吸收碰撞能量，对车身结构的安全性提高有限，而且超高强度的零件增加后续的切边及冲孔加工的困难。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种简单可靠的局部淬火热成形模具，它采用模具分区加热与冷却技术，可以很好的满足具有定制性能高强零件成形的工艺要求。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种超高强度钢板的局部淬火硬化成形模具，包括上模座和固定在上模座上的凹模，下模座和固定在下模座上的凸模，陶瓷绝缘板，入水口接头和出水口接头，电加热管；凹模与凸模上分别开设与零件形状结构相对应的型面，其特征是，凸模和凹模分别进行分区域控制加热和冷却，加热系统为内嵌入凸模与凹模的多根电加热管；冷却系统为凸模与凹模内部的多条冷却通道。

进一步，所述的凸模与凹模加热部分的电加热管有引线同加热装置相连接，冷却部分的冷却水道均外接一个入水口接头和一个出水口接头，用于与冷却水循环系统相连接。

所述的加热系统为10-15根单头不锈钢电加热管，加热管直径为12-20mm。加热管壁之间的距离不小于10mm，顶端与模具型面距离为20-30mm；所述的冷却通道为16-24根直冷却水管，冷却水管直径为8-16mm。冷却水管壁之间的距离不小于10mm，与模具型面距离为10-15mm。

所述的凸模与凹模的加热与冷却区域之间留有2-4mm间隙，通过间隙间的空气阻止模具加热与冷却区域之间的热量传递。在模具上、下模座与凸模和凹模之间增加厚度为15-30mm陶瓷垫板以避免模具与压力机间的热量传递及模具加热部分的热量损失。

超高强度钢板在加热炉中经过加热保温，由快速机械手将加热后的板料移动到拟申报专利的具有定制性能的超高强度钢板局部硬化成形模具中，成形设备快速合模成形，同时模具表面与高温板料换热，对于模具的加热部分通过电加热管加热，其温度控制在450℃以上，可以保证与该部分接触的板料在保压过程以低于马氏体转变的冷却速度进行冷却，根据模具温度的不同，可以得到室温铁素体-珠光体或铁素体-贝氏体组织，抗拉强度＞650MPa，硬度＞HV 200；对于模具的冷却部分，内部的循环冷却水将热量带走，其温度控制在150℃以下，保证该部分板料在保压过程以高于马氏体转变的冷却速度进行淬火冷却，得到室温马氏体组织，抗拉强度＞1500MPa，硬度＞HV 410。

作为上述技术方案的一种优选方案，所述的模具加热部分设计成箱体结构，通过优化箱体结构的壁厚，以实现在高速生产条件下模具同板料与环境热交换可以达到自然平衡，避免模具加热部分温度过高。

本发明采用对模具不同区域进行分别加热与冷却的方式，控制模具不同区域的温度，进而控制模具内板料的冷却速度，实现零件多元组织及性能的拼接，拼接过渡区域性能过渡平滑，无突变。相比于传统的整体成形硬化的热成形模具，简化了工序，降低了制造成本，提高了零件的碰撞安全性能，具有巨大的经济效益。

附图说明：

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明超高强度钢板局部淬火硬化成形模具结构示意图，其中：

图1(a)是凹模结构立体示意图；

图1(b)是凸模结构立体示意图。

图2是凸模结构示意图。

图3是加热部分箱式结构示意图。

具体实施方式：

参见图1与图2，以汽车U型加强梁类零件为例，该模具包括，模具凹模2和凸模5，其上分别开设与汽车U型加强梁类零件结构形状相对应的型面3、4，凹模2与凸模5分别固定在上模座1和下模座6上。

凹模2与凸模5根据零件不同区域强韧性的要求设计为镶拼结构。

以凸模5为例进行说明，凸模5由加热镶块7与冷却镶块10组成，加热镶块7内部布置6-10根单头不锈钢电加热管8，电加热管8直径为12-20mm，加热管壁之间的距离不小于10mm，加热管8顶端与模具型面4距离为20-30mm，加热管8与加热镶块7间隙配合在0.05mm以下，所有电加热管8引线15由下模座6上的导线引出孔16引出，同加热电源相连接，通过控制电流的大小来控制加热镶块7的温度，保证模具在闭合过程中温度大于450℃；冷却镶块10内部设有8-10根直通冷却水道11，冷却水道11直径为8-16mm。冷却水道11管壁之间的距离不小于10mm，与模具型面距离为10-15mm。所有冷却水道11由布置在冷却镶块内部的一条总进水道17及一条总出水道18连接，总进水道17和总出水道18的直径为24-32mm，在总进水道17与总出水道18的一侧有进水口12和出水口13，接头内有内螺纹，用于外接冷却水管及模温机的连接，通过控制冷却水流量控制冷却镶块10的温度，保证模具在闭合过程中温度低于150℃。

所述的加热镶块7与冷却镶块10之间留有2-4mm间隙9，通过间隙间的空气阻止加热镶块7与冷却镶块10之间的热量传递。在下模座6与凸模5之间设置厚度为15-30mm陶瓷垫板14以避免下模座6与压力机间的热量传递及加热镶块7的热量损失。

通过模具不同区域温度的变化，使零件在模具的加热部分与冷却部分具有不同的冷却速度，进而具有不同的室温组织及性能，获得分区域定制化性能。以该汽车U型加强梁零件为例，模具加热镶块型面温度为450℃，冷却镶块型面温度为120℃，保压淬火10s，则在模具加热镶块下保压的零件区域室温组织为铁素体-贝氏体，硬度为HV265，为高塑性区，满足碰撞时吸收碰撞能量的需要，在模具冷却镶块下保压的零件区域室温组织为马氏体，硬度为HV450，为高强度区，满足碰撞时保持形状能力的需要，在零件高塑性区与高强度区之间为过渡区，其宽度小于20mm，高强度区与高塑性区过渡平顺。本发明的模具在一次成形及淬火过程即可实现零件多元组织及性能的拼接，拼接过渡区域性能过渡平滑，无突变。同时通过改变模具的型面及结构，本发明模具也适用于汽车防撞梁及B柱类零件。

图3是一种优选实施的箱式加热镶块7结构示意图，将电加热管8固定在箱体结构的实心部分，通过优化箱体外壁的壁厚19和内部加强梁的厚度20，达到高速生产条件下模具同板料与环境热交换可以达到自然平衡的目的，避免加热镶块7温度过高。

Claims (6)

1.一种超高强度钢板局部淬火硬化成形模具，其特征是：凸模与凹模根据零件不同区域强韧性的需求采用镶拼式结构，凸模与凹模均由加热镶块与冷却镶块组成。

2.如权利要求1要求的超高强度钢板局部淬火硬化成形模具，加热镶块内部布置多根单头不锈钢电加热管，冷却镶块内部设有多根直通冷却水道。

3.如权利要求1要求的超高强度钢板局部淬火硬化成形模具，加热镶块内部电加热管直径为12-20mm，加热管壁之间的距离大于10mm，加热管顶端与模具型面距离为20-30mm。

4.如权利要求1要求的超高强度钢板局部淬火硬化成形模具，冷却镶块内部冷却水道沿型面布置，冷却水道直径为8-16mm。冷却水道管壁之间的距离大于10mm，与模具型面距离为10～15mm。

5.如权利要求1要求的超高强度钢板局部淬火硬化成形模具，所述的加热镶块与冷却镶块之间留有2-4mm间隙，通过间隙间的空气阻止加热镶块与冷却镶块之间的热量传递。在凹、凸模与上、下模座之间设置厚度为15～30mm陶瓷垫板以避免模座与压力机间的热量传递及加热镶块的热量损失。

6.如权利要求1要求的超高强度钢板局部淬火硬化成形模具，其特征是：加热镶块为箱式结构。

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