CN104729278A - 运动托辊式厢式加热炉及热成形分段强化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种运动托辊式厢式加热炉及热成形分段强化工艺，包括壳体，壳体内侧设置保温棉，壳体的一侧设置炉门；其特征是：所述壳体由一个或多个隔离门分割成若干区域，隔离门的上部与伸缩气缸的活塞杆连接。所述热成形分段强化工艺，其特征是，包括以下步骤：（1）硼钢工件在室温下经旋转的托辊导入壳体内部的炉腔中；（2）收缩气缸下行使隔离门的下端距离工件5～50mm，同时隔离门将炉腔分隔成硬区和软区，将硬区加热至880～930℃，软区加热至500～800℃；（3）在工件达到规定加热温度后，通过旋转的托辊将工件从加热炉中导出，再进行热成形冲压和冷却。本发明能够实现工件的分段强化生产。

Description

运动托辊式厢式加热炉及热成形分段强化工艺
技术领域
本发明涉及一种运动托辊式厢式加热炉及热成形分段强化工艺，尤其是一种硼钢钢板或/和钢管高温下的热成形分段强化淬火工艺及箱式炉设备，属于金属塑性成形技术领域。
背景技术
硼钢钢板作为一种新兴超高强度热成形钢板，生产工艺分为4个阶段：
(1)加热：将退火状态的主要晶相组织为铁素体的硼钢钢板或/和钢管加热至热处理所需要的温度；
(2)传输：将硼钢钢板传送至待冲压的模具中；
(3)成形：在高温下由模具冲压成形；
(4)冷却：将工件冷却至所需温度，通常为淬火过程：如果此时硼钢为奥氏体状态，在不同区域控制不同的冷却速度，可以发生不同相变：
a)硬区快速冷却(>25℃/秒)：如果加热阶段将工件加热至奥氏体相变温度以上，通常为930℃，在该冷却速度下，微观组织向马氏体微观组织转变，得到强度和硬度极高、塑性较低的零件HS1150，其强度可以达到1500～2000MPa，塑性大于5％；
b)软区慢速冷却(<25℃/秒)：如果加热阶段将工件加热至奥氏体相变温度以上，通常为930℃，在该冷却速度下，通过控制不同的冷却速度，在奥氏体组织转化的过程中，可以缓慢冷却，向铁素体和珠光体微观组织转变，得到强度和硬度较高、塑性良好的零件HS400；
c)不发生相变：如果加热阶段未将工件加热至奥氏体相变温度以上，冷却速度无论怎样变化，工件晶相组织都不发生变化，仍为铁素体珠光体组织。
如果在一个完整的工件上，在不同区域发生以上不同淬火工艺，不同区域得到不同机械强度的工件，就称其为分段强化工艺，或者软区工艺。
通过上述工艺可获得不同强度及塑性的硼钢材料，典型如表1所示。
表1
序号 材料规格 屈服强度(Mpa) 抗拉强度(Mpa) 延伸率(A50) 硬度(HV2)
1 HS400 400+/-50 600+/-50 15％ 170～220
2 HS1150 1150+/-50 1500+/-50 5％ 400～520
该类硼钢最常见一种可达到1500MPa强度，HS1150的化学成分如表2所示。
表2
C Si Mn P S Cr B
最小 0.20 0.20 1.00 - - 0.15 0.0015
最大 0.25 0.35 1.30 0.025 0.015 0.25 0.0050
目前常见的获得以上热成形零件的生产线，大多为线式滚筒加热炉生产线。分段强化工艺，大多通过热成形模具自身的温度控制来实现。这种生产线投资大，能耗高，热成形模具结构复杂，在新产品开发阶段样品制作、小批量生产和大批量生产前的模具调试等情况下，有成本过高的缺点。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种运动托辊式厢式加热炉及热成形分段强化工艺，能够实现工件的分段强化生产。
按照本发明提供的技术方案，所述运动托辊式厢式加热炉，包括壳体，壳体内侧设置保温棉，壳体的一侧设置炉门；其特征是：所述壳体由一个或多个隔离门分割成若干区域，隔离门的上部与伸缩气缸的活塞杆连接。
进一步的，在所述壳体内部安装加热元件和托辊。
进一步的，所述托辊的直径为20～150mm。
进一步的，所述托辊的材质为内热钢、陶瓷或碳化硅。
进一步的，所述收缩气缸上行至最高点时，隔离门的下端与壳体内炉膛的上表面平齐，绅缩气缸下行至最低点时，隔离门的下端与工件保持5～50mm。
进一步的，所述壳体被隔离门分隔成的的各个区域之间的交接部位采用保温结构。
所述热成形分段强化工艺，其特征是，包括以下步骤：
(1)硼钢工件在室温下经旋转的托辊导入壳体内部的炉腔中；
(2)收缩气缸下行使隔离门的下端距离工件5～50mm，同时隔离门将炉腔分隔成硬区和软区，将硬区加热至880～930℃，软区加热至500～800℃；
(3)在工件达到规定加热温度后，通过旋转的托辊将工件从加热炉中导出，再进行热成形冲压和冷却。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明所述厢式加热炉体积小、投资小，增加隔离区域及气缸等动力装置所增加的成本有限，却可以实现分段强化功能；
(2)分段强化工艺过程中软区不需要加热到850℃以上，冷却时也不需要冷却媒介将其从850℃冷却，能耗更低；
(3)模具结构简单，与普通热成形工艺的模具结构没有区别，却可以实现分段强化工艺；
(4)对于自动/半自动化生产，使用托辊控制工件进出，投取料的端拾器和机械手不需要进入炉膛，端拾器和机械手设计和制造难度低，成本优势也明显。
附图说明
图1为本发明所述运动托辊式厢式加热炉的主视图。
图2为图1的侧视图。
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
如图1～图2所示：所述运动托辊式厢式加热炉包括壳体1、保温棉2、加热元件3、托辊4、炉门5、伸缩气缸6、炉膛7、隔离门8等。
如图1、图2所示，本发明包括壳体1，壳体1内侧设置保温棉2，壳体1的一侧设置炉门5，壳体1由一个或多个隔离门8分割成若干区域，各个区域之间的交接部位的壳体也同样采用保温结构；所述隔离门8的上部与伸缩气缸6的活塞杆连接，在伸缩气缸6的作用下进行上下往复运动；当伸缩气缸6的活塞杆向下运动时，壳体1内的炉膛7被隔离，相互隔离的区域将被升温至不同温度；当伸缩气缸6的活塞杆向上运动时，壳体1内相邻区域的炉膛被联通，加热温度相同。
在所述壳体1内部安装加热元件3和托辊4，托辊4起到支撑工件的作用，在炉门5打开后进行旋转，带动工件进出炉膛。所述托辊4的直径为20～150mm，材质为内热钢、陶瓷、碳化硅等耐热材料，为控制工件进出炉膛时的能量损失，炉门5提升高度以不低于工件在炉膛内的高度为准。
收缩气缸6上行至最高点时，隔离门8的下端与壳体1内炉膛的上表面平齐，绅缩气缸6下行至最低点时，隔离门8的下端与工件保持必要的安全距离，一般为5～50mm。
实施例一：汽车用无镀层硼钢22MnB5工件B柱，料厚1.5mm，其产品特性上部为硬区，强度达到1500MPa，下部为软区，强度为600MPa、延伸率15％，中间区域为过渡区。为实现该产品的制造，使用本发明所述厢式加热炉工艺如下：
(1)气缸6向下运动，将隔离门8降下，距离托辊20mm；
(2)在炉膛右侧的加热区域设置加热温度930℃，左侧加热区域设置加热温度700℃；
(3)将板料状态的工件放在与炉膛内托辊一样高度的传送带上；
(4)炉门开启，在传送带和炉膛内托辊的转动下，将板料拖入加热炉内；
(5)关闭炉门；
(6)加热板料至炉内一致温度；
(7)打开炉门；
(8)在传送带和炉膛内托辊的转动下，将板料拖出加热炉外；
(9)将工件在高温下冲压、淬火冷却至150℃，并且工件冷却速度不低于50℃/秒；
由于工件上部置于厢式炉右侧930℃加热区，已经奥氏体化以后快速成形、冷却，得到硬区马氏体组织，强度达到1500MPa，工件下部置于厢式炉左侧700℃区域，没有奥氏体化，成形、冷却后仍为铁素体珠光体组织，得到强度为600MPa、延伸率15％的软区性能工件。

Claims (7)

1.一种运动托辊式厢式加热炉，包括壳体（1），壳体（1）内侧设置保温棉（2），壳体（1）的一侧设置炉门（5）；其特征是：所述壳体（1）由一个或多个隔离门（8）分割成若干区域，隔离门（8）的上部与伸缩气缸（6）的活塞杆连接。
2.如权利要求1所述的，其特征是运动托辊式厢式加热炉：在所述壳体（1）内部安装加热元件（3）和托辊（4）。
3.如权利要求2所述的，其特征是运动托辊式厢式加热炉：所述托辊（4）的直径为20～150mm。
4.如权利要求1所述的，其特征是运动托辊式厢式加热炉：所述托辊（4）的材质为内热钢、陶瓷或碳化硅。
5.如权利要求1所述的，其特征是运动托辊式厢式加热炉：所述收缩气缸（6）上行至最高点时，隔离门（8）的下端与壳体（1）内炉膛的上表面平齐，绅缩气缸（6）下行至最低点时，隔离门（8）的下端与工件保持5～50mm。
6.如权利要求1所述的，其特征是运动托辊式厢式加热炉：所述壳体（1）被隔离门（8）分隔成的的各个区域之间的交接部位采用保温结构。
7.一种热成形分段强化工艺，其特征是，包括以下步骤：
（1）硼钢工件在室温下经旋转的托辊（4）导入壳体（1）内部的炉腔中；
（2）收缩气缸（6）下行使隔离门（8）的下端距离工件5～50mm，同时隔离门（8）将炉腔分隔成硬区和软区，将硬区加热至880～930℃，软区加热至500～800℃；
（3）在工件达到规定加热温度后，通过旋转的托辊（4）将工件从加热炉中导出，再进行热成形冲压和冷却。
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