CN108043971B - 一种快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法，包括：步骤一、将板料置于热冲压成形装置的下模具块上表面；步骤二、给上模具块和下模具块的加热孔道内的感应线圈通入电流，根据热成形零件的性能梯度分布要求控制上模具块和下模具块的前部、后部区域的加热温度；步骤三、控制上模具块向上移动到最大位置，使上模具块形成热冲压装置的凸模，控制下模具块向下移动到最大位置，使下模具块形成热冲压装置的凹模；步骤四、控制上模具块快速向下移动冲压成形；步骤五、给上模具块和下模具块的冷却水道内通入冷却水，最终获得满足性能梯度分布要求的高强钢热成形零件。

Description

一种快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形 方法

技术领域

本发明涉及高强钢热冲压成形领域，具体涉及一种快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法。

背景技术

随着节能减排要求的提高，车身轻量化设计已得到汽车工业的日益重视。实现车身轻量化主要有两种途径：一是结构轻量化，即结合有限元技术和优化设计方法对结构进行优化设计，以改善零件的结构或减少其数量；二是材料轻量化，即采用高性能或轻质材料等制造车身结构件，如：高强度钢、铝合金、镁合金，碳纤维等材料。在当前汽车制造业中，高强度钢由于其高减重潜力、高碰撞吸收能、高疲劳强度、高成形性等优势，兼顾车身减重和碰撞安全性，在车身轻量化材料领域具有无法替代的地位。

然而，钢板的成形性会随着其强度的提高而变差，采用传统冲压成形工艺会产生回弹严重、成形困难、容易开裂等问题。高强钢热成形是一种可以实现高强度车身零件高精度冲压成形的新型成形技术。现有工业生产中高强钢热成形工艺流程如图1，即将在切割机上切割好的高强钢板料，放至传统加热炉中加热到900℃左右，保温使其均匀奥氏体化后，转运至传统水冷模具中冲压成形，并保压快速淬火，使奥氏体转变为马氏体，最终获得室温下屈服强度达1000MPa以上的高强度、高硬度、无回弹的成形零件。尽管如此，均匀高强度零部件不一定能够最大限度地提升结构的碰撞吸能效果，合理的结构强度分布才可以改善零件的变形趋势和吸能特性。例如，汽车在正面碰撞过程中，乘员舱前部区域变形吸收冲击能量，减小乘员舱变形，保证乘员生存空间。前纵梁是前部区域中最主要的吸能部件，其强度设计对其在正碰中的吸能表现尤为重要。通常前纵梁的设计使用具有梯度特性的高强度钢，使其前端强度小、塑性好，后端强度大、塑性差，从而实现在正碰中从前至后渐进压溃变形，通过充分的塑性变形吸收尽可能多的碰撞能量。

目前，实现高强钢零件性能梯度分布的方法有多种。传统的方法一种是拼焊板技术，但焊缝会限制板料的成形性，焊接前需要去除钢板表面的涂层，加热过程易氧化，板厚不连续增加了成形模具的设计难度。另一种是轧制板技术，板料厚度变化同样会导致模具设计困难；且排样约束导致材料利用率偏低，成本较高。

目前应用较多的方法一种是分区冷却热冲压成形工艺法，根据原理图2，工艺流程如图3，包括加热+保温、转移、冲压+分区冷却三步，即在传统加热炉中将高强钢加热到900℃以上，保温使其奥氏体化，通过机械装置将保温后的钢板转移至带有分区冷却热冲压模具中，成形后迅速保压淬火冷却，通过控制零件不同区域的冷却速度，从而在零件的不同区域分别生成纯马氏体组织或者铁素体和珠光体组织，最终得到具有性能梯度分布的热成形零件。

另一种方法是分区加热热冲压成形工艺法，根据原理图4，工艺流程如图5，包括分区加热+保温、转移、冲压+冷却三步，即在专门的分区加热炉中采用分区加热方式将板料分区域加热至不同温度后保温，使成形后需要具有纯马氏体组织的区域完全奥氏体化，成形后需要具有铁素体和珠光体组织的区域不发生奥氏体化，通过机械装置将保温后的钢板移至传统热冲压模具中完成成形和保压淬冷工序，得到具有性能梯度分布的热成形零件。

上述两种实现零件性能梯度分布的热成形工艺至少需要加热+保温、转移、冲压+分区冷却或者分区加热+保温、转移、冲压+冷却三步工序，如图6～9，其中图6和图7分别为分区冷却热冲压成形工艺法中的传统加热方式和冲压、分区冷却方式，图8和图9分别为分区加热热冲压成形工艺法中的分区加热方式和传统冲压、冷却方式，1代表低温区，2代表高温区。图6和图7中的分区冷却热冲压成形方法，图8和图9中的分区加热热冲压成形方法均需要转移工序，即需要机械装置将加热完成后的钢板转移至冲压模具中，导致工艺过程繁琐，周期长，设计成本高。此外，钢板转移过程中会导致板材温度降低，造成无谓的能量损耗。

在申请号为201710213652.7的发明专利申请中，也是解决了对板料同时分区加热的问题，但是同样的，在进行冲压成形的过程中，还需要将分区加热后的板料进行转移至冲压成形装置中进行冲压成形；同样的，在申请号为201511024094.7的发明专利申请中，虽然可以对板材冲压成形后进行不同冷速冷却，但也存在着只能同一横向区域冷却，不能够进行灵活的分段，分块区域冷却，并且也不能满足不同加热温度和不同冷却冷速的一体化冲压成形操作。

因此，需要在现有高强钢热成形冲压工艺基础上，设计一种快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法，省去转移工序，快速完成分区加热或分区冷却热冲压成形，且保证热成形零件具有梯度性能。

发明内容

本发明设计开发了一种快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法，本发明的发明目的是解决在同一模具中对板料同时完成选择性的分区段加热、分区段冷却，无需对板料进行转移即可热冲一体成形的问题。

本发明提供的技术方案为：

一种快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法，包括如下步骤：

步骤一、将切割好的板料置于热冲压成形装置的下模机构的下模具块上表面；

步骤二、给上模具块和下模具块的加热孔道内的感应线圈通入电流，根据热成形零件的性能梯度分布要求控制上模具块和下模具块的前部、后部区域的加热温度，到达指定温度后保持该温度直到板材指定部位达到性能梯度分布要求；

步骤三、控制与上固定板的气压装置连接的上模具块向上移动到最大位置，使与上固定板连接的上模具块形成热冲压装置的凸模，控制与下固定板的气压装置连接的下模具块向下移动到最大位置，使与下固定板连接的下模具块和与下固定板的气压装置连接的下模具块形成热冲压装置的凹模；

步骤四、通过上模机构控制上固定板带动与上固定板连接的上模具块快速向下移动冲压成形；

步骤五、给上模具块和下模具块的冷却水道内通入冷却水，根据热成形零件的性能梯度分布要求控制上模具块和下模具块的前部、后部区域温度降至室温的冷速，最终获得满足性能梯度分布要求的高强钢热成形零件。

优选的是，在所述步骤一中，通过上模机构控制上固定板以0.2m/s的速度向上移动至最大位置停止。

优选的是，在所述步骤二中，所述上模具块和下模具块的前部加热区域温度为900℃或650℃；以及

所述上模具块和下模具块的后部加热区域温度为900℃或650℃。

优选的是，在所述步骤三中，控制与上固定板的气压装置连接的上模具块以0.2m/s的速度向上移动到最大位置。

优选的是，在所述步骤三中，控制与下固定板的气压装置连接的下模具块以0.2m/s的速度向下移动到最大位置。

优选的是，在所述步骤四中，上模机构控制上固定板带动与上固定板连接的上模具块以100mm/s的速度向下移动冲压成形。

优选的是，在所述步骤五中，所述上模具块和下模具块的前部区域温度降至室温的冷速高于27℃/s或者低于27℃/s；以及

所述上模具块和下模具块的后部区域温度降至室温的冷速高于27℃/s或者低于27℃/s。

本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：

1、本发明所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法可以只包含加热、成形+冷却两步，不需额外的转移工序，可以快速高效一体化地完成热冲压成形，节约时间，缩短了生产周期，提高了生产效率；目前的热成形冲压生产过程一般需要加热保温、转移、成形淬冷，需要多道工序和工位的配合，工艺过程繁琐。本发明所述方法可以快速高效地完成热冲压成形过程，只包含加热、成形+冷却两步，不需转移，减少了生产工序、节省时间，提高了生产效率；

2、本发明所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法提高了加热过程的能量利用率，且避免了板料转移过程的能量耗散；本发明所述方法不需要对保温的板料进行转移，而是直接在冲压模具上成形，整个过程快速高效率，避免了工位转换过程中能量的无谓耗散，具有节约能源的优点。且在对板料进行分区加热时，更具有针对性，在不需要高温(奥氏体化)的部位，减少其加热能量，避免产生不必要的热量消耗；

3、本发明所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法普遍适用于分区加热、分区冷却、传统热冲压成形工艺过程，通用性强，降低了设计开发成本，不需额外的加热装置和转移装置，减少生产设备数量，从而降低了对设备的投资成本；目前的分区加热、分区冷却、传统热冲压成形工艺法均需要事先规划设计工艺方式，且每种方法所需设备仅适用于各自的生产状况，导致设计和生产的成本增加。本发明可以同时满足分区加热、分区冷却、传统等多种热冲压成形工艺需要，可以方便自由地切换工艺形式，不需配备加热和转移装置，具有广泛的通用性，大大降低了投资成本；

4、本发明所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法实现了同一零件的机械性能梯度分布，且具有不同性能的各部位之间在厚度、机械性能等方面的良好过渡；传统的激光拼焊板可以实现同一板件上不同部位具有不同性能的特性，但焊缝的存在限制了板料的成形性，从而降低了成形零件形状的复杂性。不同的板料厚度引起的板厚不连续也增加了模具设计的难度。分区加热时，本发明可根据零件在不同部位的机械性能需要而在对应的板料位置产生不同热量，对于板料不进行额外处理，加热时由于热交换等原因，在板料高温区(奥氏体化)和低温区(未奥氏体化)中间存在过渡区域，使板料性能平滑过渡，解决了传统拼焊板因焊缝引起的问题。同样，对热成形零件进行分区冷却时，也可根据零件在不同部位的机械性能需要方便地控制不同部位的冷却速度，从而在对应位置生成需要的马氏体或铁素体和珠光体组织，同理，由于热交换等原因，热成形零件各部分的机械性能平滑过渡；

5、本发明所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法通过控制板料的加热路径或零件的冷却速度可以实现某一特定区域相的多样性；如图4所示，对于板料的某一区域，若其加热温度高于Ac3，保温一段时间，可得到成分单一的奥氏体相；若其加热温度低于Ac1，则组成成分仍为板料原始成分，即铁素体和珠光体混合相；加热过程中，相组成成分除受到加热温度影响外，还受保温时间的影响。若加热温度在Ac1与Ac3之间，则组成成分为奥氏体、铁素体和珠光体相的混合物，可以通过调节加热温度和保温时间，改变各组成相成分间的相对比例。同样，如图2所示，通过控制零件不同位置处的冷却速度也可以控制生成不同比例的室温组织。

附图说明

图1为现有工业生产中高强钢热成形工艺流程图。

图2为材料的连续冷却相变曲线图。

图3为现有分区冷却热冲压成形工艺流程图。

图4为材料的连续加热相变曲线图。

图5为现有分区加热热冲压成形工艺流程图。

图6为分区冷却热冲压成形工艺法中的传统加热方式。

图7为分区冷却热冲压成形工艺法中的冲压、分区冷却方式。

图8为分区加热热冲压成形工艺法中的分区加热方式。

图9为分区加热热冲压成形工艺法中的冲压、冷却方式。

图10为本发明所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法中的分区加热及分区冷却热冲压成形工艺所采用的一体化热冲压成形设备中上模机构结构组成的轴测投影图。

图11为本发明所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法中的分区加热及分区冷却热冲压成形工艺所采用的一体化热冲压成形设备中上模座的轴测投影图。

图12为本发明所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法中的分区加热及分区冷却热冲压成形工艺所采用的一体化热冲压成形设备中上固定板的轴测投影图。

图13为本发明所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法中的分区加热及分区冷却热冲压成形工艺所采用的一体化热冲压成形设备中前模具块510b的轴测投影图。

图14为本发明所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法中的分区加热及分区冷却热冲压成形工艺所采用的一体化热冲压成形设备中前模具块510b上冷却水道和加热孔道分布图。

图15为本发明所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法中的分区加热及分区冷却热冲压成形工艺所采用的一体化热冲压成形设备中前模具块510b下表面热电偶分布图。

图16为本发明所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法中的分区加热及分区冷却热冲压成形工艺所采用的一体化热冲压成形设备中下模机构结构组成的轴测投影图。

图17为本发明所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法中的分区加热及分区冷却热冲压成形工艺所采用的一体化热冲压成形设备中下模座的轴测投影图。

图18为本发明所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法中的分区加热及分区冷却热冲压成形工艺所采用的一体化热冲压成形设备中下固定板的轴测投影图。

图19为本发明所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法中的分区加热及分区冷却热冲压成形工艺所采用的一体化热冲压成形设备结构组成的轴测投影图。

图20为本发明所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法中的分区加热及分区冷却热冲压成形工艺所采用的一体化热冲压成形设备结构组成的左视图。

图21为本发明所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法的流程图。

图22为本发明所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法所能实现的不同区域零件或板料相成分分布情况示意图，即实现前部区域(A)为马氏体相，后部区域(B)为铁素体和珠光体混合相的情况。

图23为本发明所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的分区冷却热冲压成形方法中为实现图22中板料相为分布情况所进行的区加热操作的主视图。

图24为本发明所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的分区冷却热冲压成形方法中为实现图22中板料相为分布情况所进行的形成凸凹模操作的轴测投影图。

图25为本发明所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的分区冷却热冲压成形方法中为实现图22中板料相为分布情况所进行的冲压成形操作的主视图。

图26为性能梯度分布的高强钢热冲压成形零件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法中的分区加热及分区冷却热冲压成形工艺所采用的一体化热冲压成形设备包括上模机构、下模机构、加热控制系统、冷却控制系统、动力系统和控制系统。

如图10所示，上模机构包括有上模座100，4个结构相同的导套120，8个结构相同的大气缸筒310a、8个结构相同的大活塞杆310b、上固定板120、8个结构相同的小气缸筒320a、8个结构相同的小活塞杆320b、前模具块510a、前模具块510b、前模具块510c、后模具块520a、后模具块520b、后模具块520c、热电偶430。

如图11所示，上模座100为长方体形的中空箱体式结构件，上模座100内部装有控制整个上部机构的液压动力系统，并与外部控制系统相连；上模座100的(底面)下表面均匀设置有8个结构相同的圆孔，圆孔分为两列，每列四个，8个结构相同的大气缸筒310a的上端装入8个圆孔内为固定连接，8个结构相同的大活塞杆310b装入8个结构相同的缸筒3内为滑动连接，4个结构相同的导套110焊接在上模座100的下部。

大气缸筒310a为中空圆筒结构，可使大活塞杆310b在其内部上下运动。

大活塞杆310b为杆式结构，其上端装入大气筒缸310a内，用于承受液压力；大活塞杆310b下端设置有外螺纹，通过其下端的外螺纹与上固定板120螺纹连接，大活塞杆310b带动上固定板120上下移动。

如图12所示，上固定板120为长方体形的中空箱体式结构件，其内部装有控制上部模具块的液压动力系统，并与外部控制系统相连；上固定板的(底面)下表面设置有8个结构相同的圆孔，圆孔在上固定板120的(底面)下表面上从左至右分为2列，每列前后4个，8个结构相同的小气缸筒320a的上端装入8个结构相同的圆孔内为固定连接，8个结构相同的小活塞杆320b装入8个结构相同的小气缸筒320a内为滑动连接。

小气缸筒320a为中空圆筒结构，可使小活塞杆320b在其内部上下运动。

小活塞杆320b为杆式结构，其上端装入小气缸筒320a内，用于承受液压力；小活塞杆320b下端设置有外螺纹，前后每列两个小活塞杆320b通过其下端的外螺纹与前模具块510a、后模具块520a、前模具块510c、后模具块520c连接，小活塞杆320b带动前模具块510a、后模具块520a、前模具块510c、后模具块520c上下移动。

如图13所示，前模具块510a、510b、510c和后模具块520a、520b、520c为外部总体结构尺寸相同的长方体结构件，分别前后对应位置，前模具块510a、510c和后模具块520a、520c结构完全相同，其上部均钻有两个相同的螺纹孔，以通过小活塞杆320b的外螺纹与上固定板120连接，其底部设置两排孔道，如图14所示，上排为加热孔道420，以放置感应线圈给板料加热，下排为冷却水道410，通过注入冷却水冷却板料或零件；如图15所示，模具块510a和520a的下表面和右侧壁、模具块510c和520c的下表面和左侧壁的凹槽内均点焊有热电偶430；模具块510b和520b结构相同，通过焊接方式与上固定板120固定连接，随着上固定板120上下移动，构成冲压模具的凸模，模具块510b和520b的底部和两侧侧壁均设有两排孔道，上排或外层一排为加热孔道420，以放置感应线圈给板料加热，下排或内层一排为冷却水道410，通过注入冷却水冷却板料或零件，且在其下表面和左右两侧壁的凹槽内均点焊有热电偶430。

上模座100位于整个快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形装置的最上部，四个结构相同的导套110与上模座100的底面采用焊接方式连接，上模座100的底面与四个结构相同的导套110及装入圆孔中的大气缸筒310a的外圆柱面之间采用焊接方式连接，8个结构相同的大活塞杆310b的上端装入8个结构相同的大气缸筒310a内，可以上下滑动，8个结构相同的大活塞杆310b的下端与上固定板120上端的盲孔采用螺纹连接，上固定板120的底面与装入其圆孔中的小气缸筒6的外圆柱面之间采用焊接方式连接，8个结构相同的小活塞杆320b的上端装入8个结构相同的小气缸筒320a内，可以上下滑动，8个结构相同的小活塞杆320b的下端分别与模具块510a、520a、510c、520c上端盲孔采用螺纹连接，模具块510b、520b与上固定板120的底面采用焊接方式连接。

如图16所示，下模机构包括下模座200、4个结构相同的导柱210、6个结构相同的地脚螺栓230、下固定板220、4个结构相同的小气缸筒330a、4个结构相同的小活塞杆330b、前模具块510d、前模具块510e、前模具块510f、后模具块520d、后模具块520e、后模具块520f、热电偶430。

如图17所示，下模座200为长方体形的箱体式结构件，通过6个相同的地脚螺栓230固定在地面上，四个结构相同的导柱210焊接在下模座200上部。下模座200上部左右两侧各有一个凸块，两个完全相同的凸块均卡入下固定板下部对应位置处两个相同的凹槽内，过渡配合连接，4个结构相同的导柱210焊接在下模座200的上部。

如图18所示，下固定板220为长方体形中空箱体式结构件，与下模座200通过卡槽连接,内部装有液压动力系统，并与外部控制系统相连；下固定板220的上表面设置有4个结构相同的圆孔，4个结构相同的小气缸筒330a的上端装入4个结构相同的圆孔内为固定连接，4个结构相同的小活塞杆330b装入4个结构相同的小气缸筒330a内为滑动连接。

小气缸筒330a为中空圆筒结构，可使小活塞杆330b在其内部上下运动。

小活塞杆330b为杆式结构，其上端装入小气缸筒330a内，用于承受液压力；四个结构相同小活塞杆330b上端设置有外螺纹，与前模具块510e、后模具块520e通过螺纹连接，小活塞杆330b带动前模具块510e和后模具块520e上下移动。

前模具块510d、510e、510f和后模具块520d、520e、520f为外部整体结构尺寸相同的长方体结构件，分别前后对应位置。前模具块510e和后模具块520e结构完全相同，其下部均钻有两个螺纹孔，以通过小活塞杆320b的外螺纹与下固定板220连接，其上部设置两排孔道，上排为加热孔道420，以放置感应线圈给板料加热，下排为冷却水道410，通过注入冷却水冷却板料或零件。前模具块510e和后模具块520e上表面的凹槽内均点焊有热电偶430。前模具块510d和后模具块520d结构相同，通过焊接方式与下固定板220固定连接，随着下固定板220上下移动。前模具块510d、后模具块520d的顶部和右侧侧壁均设有两排孔道，上排或外层一排为加热孔道420，以放置感应线圈给板料加热，下排或内层一排为冷却水道410，通过注入冷却水冷却板料或零件，且在其下表面和右侧侧壁的凹槽内均点焊有热电偶430。前模具块510f和后模具块520f结构相同，通过焊接方式与下固定板220固定连接，随着下固定板220上下移动，前模具块510f、后模具块520f的顶部和左侧侧壁均设有两排孔道，上排或外层一排为加热孔道420，以放置感应线圈给板料加热，下排或内层一排为冷却水道410，通过注入冷却水冷却板料或零件，且在其下表面和左两侧壁的凹槽内均点焊有热电偶430。前模具块510e和后模具块520e随着小活塞杆330b下移后，模具块510d、520d的右侧壁和模具块510f、520f的左侧壁及模具块510e、520e的上表面构成冲压模具的凹模型腔。

下模座200位于整个快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形装置的最下部，四个结构相同的导柱210与下模座200的上表面采用焊接方式连接，下模座200的基座上的两个完全相同的凸块与下固定板下部对应位置处的两个完全相同的卡槽过渡配合连接，下固定板220的上表面与装入其圆孔中的小气缸筒330a的外圆柱面之间采用焊接方式连接，4个结构相同的小活塞杆330b的下端装入4个结构相同的小气缸筒330a内，可以上下滑动，4个结构相同的小活塞杆330b的上端分别与模具块510e、520e下端盲孔采用螺纹连接，模具块510d、520d、510f、520f与下固定板220的上表面采用焊接方式连接。

如图19和图20，下模座200和上模座100通过四个相同的导柱210和四个相同的导套110滑动连接，上模机构中的四个导套110和下模机构中的四个导柱210同心，导柱210位于导套110内，通过导柱210和导套110，上模座100将外部压力机的冲压力传至下模机构。

如图21所示，本发明所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法分为分区冷却热冲压成形法和分区加热热冲压成形法两种工艺方法。

实施例1

分区冷却热冲压成形方法

如图22所示，利用分区冷却方式实现热成形零件前部区域(A区域)为马氏体相，后部区域(B区域)为铁素体和珠光体混合相的情况。采用尺寸规格为1200mm×600mm×1.5mm的材质为22MnB5的高强度钢板料600作为操作对象，在长度方向均分成两个区域。

步骤如下：

1、利用切割机切割好一块规格尺寸为1200mm×600mm×1.5mm的材质为22MnB5的高强度钢板料600。

2、上模座100内控制系统控制上模机构通过导套导柱带动上固定板120和上部6个模具块(前模具块510a、510b、510c，后模具块520a、520b、520c)一起向前上以0.2m/s的速度移动到最大位置停止。

3、利用机械装置将切割好的高强度钢板料600放置、定位到下部模具块的上表面上。

4、上模座100内控制系统控制上固定板120带动上部模具块一起向下移动到上部的6个模具块与板料600相接触，且完全覆盖板料600。此时，上模机构的前模具块510a、510b、510c和后模具块520a、520b、520c与板料600的上表面接触，下模机构的前模具块510d、510e、510f和后模具块520d、520e、520f与板料600的下表面接触，上下模具块相对于高强钢板料600对称，如图23所示。

5、打开加热控制系统中加热开关，给所有模具块加热孔道420中的感应线圈通电，前模具块510a、510b、510c、510d、510e、510f中线圈电流等于后模具块520a、520b、520c、520d、520e、520f中的线圈电流，使12个模具块的加热温度一致。在加热过程中，前后模具块底部凹槽内的热电偶430实时测量温度并显示在外部设备。当高强钢板料600加热至奥氏体化温度(本例900℃)后保持恒温，使板料600各区域完全奥氏体化。

6、关闭加热控制系统中加热开关，同时切断热电偶430传递的信号，热电偶测温结束。通过上固定板120内控制系统控制前模具块510a、510c和后模具块520a、520c以0.2m/s的速度向上运动，使其移动到最大位置。通过下固定板220内控制系统控制前模具块510e和后模具块520e以0.2m/s的速度向下运动，使其移动到最大位置。此时，上模机构中的前模具块510b和后模具块520b构成热冲压成形装置的凸模，此时，下模机构中的模具块510d、520d、510f、520f的侧壁及510e、520e的上表面构成热冲压成形装置的凹模，如图24所示。

7、通过上模座100内控制系统控制上固定板120带动前模具块510b、和后模具块520b以100mm/s的速度向下，对各部分完全奥氏体化的高强钢板料600快速冲压，完成零件的成形，并保持各模具块位置不变，对热成形零件进行保压，此时零件各部分机械性能均匀，如图25所示。

8、打开冷却控制系统中冷却开关，给前模具块510a、510b、510c、510d、510e、510f和后模具块520a、520b、520c、520d、520e、520f中的冷却水道410分别通入流速不同的循环冷却水以吸收热量，前模具块内冷却水流速高于后模具块，保证零件前部区域(A区域)的冷却速率高于27℃/s，零件后部区域(B区域)的冷却速率低于27℃/s，通过控制A、B区域零件的冷却速度，得到室温下前部区域(A区域)为马氏体相，后部区域(B区域)为铁素体和珠光体混合相的梯度性能热成形零件610，如图26所示。

9、关闭冷却控制系统中冷却开关，上模座1内控制系统控制上部模块中上固定板120及前模具块510a、510b、510c，后模具块520a、520b、520c一起向前上以0.2m/s的速度移动到最大位置停止。上固定板120内控制系统控制前模具块510a、510c和后模具块520a、520c以0.2m/s的速度向下运动到最大位置停止，下固定板220内控制系统控制前模具块510e和后模具块520e以0.2m/s的速度向上运动到最大位置停止，装置所有机构归原始位置，切断电源。

实施例2

分区加热热冲压成形方法

如图22所示，利用分区加热方式实现热成形零件前部区域(A区域)为马氏体相，后部区域(B区域)为铁素体和珠光体混合相的情况。采用尺寸规格为1200mm×600mm×1.5mm的材质为22MnB5的高强度钢板料600作为操作对象，在长度方向均分成两个区域。

步骤如下：

1、利用切割机切割好一块规格尺寸为1200mm×600mm×1.5mm的材质为22MnB5的高强度钢板料600。

2、上模座1内控制系统控制上模机构通过导套导柱带动上固定板120和上部6个模具块(前模具块510a、510b、510c，后模具块520a、520b、520c)一起向前上以0.2m/s的速度移动到最大位置停止。

3、利用机械装置将切割好的高强度钢板料600放置、定位到下部模具块的上表面上。

4、上模座100内控制系统控制上固定板120带动上部模具块一起向下移动到上部的6个模具块与板料600相接触，且完全覆盖板料600。此时上模机构的前模具块520a、520b、520c和后模具块520a、520b、520c与板料上表面接触，下模机构的前模具块510d、510e、510f和后模具块520d、520e、520f与板料600下表面接触，上下模具块相对于高强钢板料600对称，如图23所示。

5、打开加热控制系统中加热开关，给所有模具块加热孔道420中的感应线圈通电，前模具块510a、510b、510c、510d、510e、510f中线圈电流大于后模具块520a、520b、520c、520d、520e、520f中的线圈电流，使前模具块比后模具块加热得更快。在加热过程中，前后模具块底部凹槽内的热电偶430实时测量温度并显示在外部设备。当A区域高强钢板料600加热至奥氏体化温度(本例900℃)后保持恒温，使A区域完全奥氏体化；而B区域板料10加热至奥氏体化温度以下某一温度(本例为650℃)，使其维持原始铁素体和珠光体混合相。

6、关闭加热控制系统中加热开关，同时切断热电偶430传递的信号，热电偶测温结束。通过上固定板120内控制系统控制前模具块510a、510c和后模具块520a、520c以0.2m/s的速度向上运动，使其移动到最大位置。通过下固定板220内控制系统控制前模具块510e和后模具块520e以0.2m/s的速度向下运动，使其移动到最大位置。此时，上模机构中的前模具块510b和后模具块520b构成热冲压成形装置的凸模，此时，下模机构中的模具块510d、520d、510f、520f的侧壁及510e、520e的上表面构成热冲压成形装置的凹模，如图24所示。

7、通过上模座100内控制系统控制上固定板120带动前模具块510b、和后模具块520b以100mm/s的速度向下冲压，完成零件的成形，并保持各模具块位置不变，对热成形零件进行保压，如图25所示。

8.打开冷却控制系统中冷却开关，给所有模具块中的冷却水道410通入流速相同的冷却水，通过循环冷却水迅速吸收热量，保证零件各部分以大于27℃/s的冷速迅速冷却到室温，这时可以得到前部区域(A区域)为马氏体相，后部区域(B区域)为铁素体和珠光体混合相的梯度性能热成形零件610，如图26所示。

9、关闭冷却控制系统中冷却开关，上模座100内控制系统控制上部模块中上固定板120及前模具块510a、510b、510c，后模具块520a、520b、520c一起向前上以0.2m/s的速度移动到最大位置停止。上固定板120内控制系统控制前模具块510a、510c和后模具块520a、520c以0.2m/s的速度向下运动到最大位置停止，下固定板220内控制系统控制前模具块510e和后模具块520e以0.2m/s的速度向上运动到最大位置停止，装置所有机构归原始位置，切断电源。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将切割好的板料置于热冲压成形装置的下模机构的下模具块上表面；

步骤二、给上模具块和下模具块的加热孔道内的感应线圈通入电流，根据热成形零件的性能梯度分布要求控制上模具块和下模具块的前部、后部区域的加热温度，到达指定温度后保持该温度直到板材指定部位达到性能梯度分布要求；

步骤三、控制与上固定板的气压装置连接的上模具块向上移动到最大位置，使与上固定板连接的上模具块形成热冲压装置的凸模，控制与下固定板的气压装置连接的下模具块向下移动到最大位置，使与下固定板连接的下模具块和与下固定板的气压装置连接的下模具块形成热冲压装置的凹模；

步骤四、通过上模机构控制上固定板带动与上固定板连接的上模具块快速向下移动冲压成形；

步骤五、给上模具块和下模具块的冷却水道内通入冷却水，根据热成形零件的性能梯度分布要求控制上模具块和下模具块的前部、后部区域温度降至室温的冷速，最终获得满足性能梯度分布要求的高强钢热成形零件；

其中，所述上模具块和所述下模具块均包括多个前模具块和多个后模具块，在所述步骤二中，分别对所述前模具块和所述后模具块的加热孔道内的感应线圈通入电流，在所述步骤五中，分别对所述前模具块和所述后模具块的冷却水道分别通入流速不同的循环冷却水。

2.如权利要求1所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法，其特征在于，在所述步骤一中，通过上模机构控制上固定板以0.2m/s的速度向上移动至最大位置停止。

3.如权利要求1或2所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述上模具块和下模具块的前部加热区域温度为900℃或650℃；以及

所述上模具块和下模具块的后部加热区域温度为900℃或650℃。

4.如权利要求3所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法，其特征在于，在所述步骤三中，控制与上固定板的气压装置连接的上模具块以0.2m/s的速度向上移动到最大位置。

5.如权利要求3所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法，其特征在于，在所述步骤三中，控制与下固定板的气压装置连接的下模具块以0.2m/s的速度向下移动到最大位置。

6.如权利要求4或5所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法，其特征在于，在所述步骤四中，上模机构控制上固定板带动与上固定板连接的上模具块以100mm/s的速度向下移动冲压成形。

7.如权利要求6所述的快速高效实现高强钢零件性能梯度分布的热冲压成形方法，其特征在于，在所述步骤五中，所述上模具块和下模具块的前部区域温度降至室温的冷速高于27℃/s或者低于27℃/s；以及

所述上模具块和下模具块的后部区域温度降至室温的冷速高于27℃/s或者低于27℃/s。