CN114713724B - 一种汽车桥壳用高强钢中厚板坯的加热装备及冲压工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车桥壳用高强钢中厚板坯的加热装备及冲压工艺，涉及冲压成形技术领域。装备包括，在板坯的桥包折弯处设置有线形加热模块、方圆过渡处设置有环性加热模块，更换不同型号的加热模块以适应不同型号的板坯；在环形加热模块和线形加热模块中分别安装有环形和线形加热元件，加热模块内壁的截面轮廓均为椭圆状，加热单元和板坯分别位于椭圆的两个焦点处。工艺包括：开启循环水冷系统、各加热模块开启、气氛保护系统和安全监测系统，对板坯的桥包折弯处和方圆过渡处进行局部加热，完成后板坯移送至冲压机上。装备及配套差温冲压工艺降低了中厚板桥壳成形压力，防止了冲压过程中上述两个位置的开裂，模具磨损小，产品合格率高，成本低。

Description

一种汽车桥壳用高强钢中厚板坯的加热装备及冲压工艺

技术领域

本发明涉及冲压成形技术领域，特别是指一种汽车桥壳用高强钢中厚板坯的加热装备及冲压工艺。

背景技术

冲压焊接式桥壳由两个冲压成形的半桥壳焊接而成，半桥壳的冲压生产不同于薄板冲压过程，其压板坯多为中厚板，因此需考虑板厚对成形过程的影响。一方面，冷冲压成形过程中，受板厚特征的影响，易在桥壳方圆过渡处和桥壳桥包折弯处两个典型位置发生开裂、划伤等失效行为，此外由于中厚板的冷冲压过程所需压力机吨位大，生产过程中对模具的磨损非常严重，显著影响桥壳成形质量；另一方面，汽车桥壳热冲压成形过程中，需要对整个板料进行加热，能耗及生产成本均较高。

发明内容

本发明提供了一种汽车桥壳用高强钢中厚板坯的加热装备及冲压工艺。现有冲压工艺具有以下问题，冷冲压成形过程中桥壳方圆过渡处和折弯处两个发生开裂、划伤等失效行为；整个板料进行加热，能耗及生产成本均较高。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下方案：

一方面，本发明实施例提供一种汽车桥壳用高强钢中厚板坯的加热装备，包括外壳，在外壳内位于板坯的折弯处设置有线形加热模块、方圆过渡处设置有环形加热模块，更换不同型号的环形加热模块、线形加热模块以适应不同型号的板坯；

在所述环形加热模块内安装有环形加热元件，线形加热模块内安装有线形加热元件，加热模块内壁的截面轮廓均为为椭圆状，所述加热单元和所述板坯分别位于椭圆截面的两个焦点处；

优选地，所述环形加热元为环形短波红外加热元件，所述线形加热元件为线形短波红外加热元件。

优选地，在所述加热模块内壁涂覆有短波红外反射镀层。

优选地，所述装备还包括气氛保护系统，所述气氛保护系统包括在所述环形加热模块和所述线形加热模块上分别设有的气管接口，惰性保护气体经由所述气管接口分别进入所述环形加热模块和所述线形加热模块内。

优选地，所述气氛保护系统还包括气压自动控制仪表和惰性气体气瓶，所述惰性气体气瓶通过气管连接所述气管接口，在所述气管上设置有气压自动控制仪表。

优选地，所述装备还包括循环水冷系统，所述循环水冷系统包括在所述环形加热模块和所述线形加热模块上分别设有的循环水路。

优选地，所述装备还包括隔热装置，所述隔热装置包括在所述环形加热模块和所述线形加热模块上分别设置的环形加热模块隔热滑盖和线形加热模块隔热滑盖，滑盖通过电动滑轨控制来实现对加热模块的打开和遮蔽。

优选地，在所述外壳内设有板坯定位槽，所述板坯放置在板坯定位槽内。

另一方面，本发明实施例提供一种汽车桥壳用高强钢中厚板坯的冲压工艺，冲压工艺基于所述的加热装备实现，所述冲压工艺包括：

冲压前，循环水冷系统开启，环形加热模块和线形加热模块开启，气氛保护系统开启，隔热滑盖遮蔽加热模块，安全监测系统监测各传感器数据；

板坯移动到定位槽中，气氛保护系统向加热模块内充入高纯氩气，保持各加热模块腔体内为微正压状态；

隔热滑盖移除，环形加热模块和线形加热模块中的加热元件发射的短波红外，通过内壁的反射镀层汇聚至板坯上，开始对板坯的桥包折弯处和方圆过渡处进行局部加热；

电动滑轨控制隔热滑盖遮蔽加热模块，气氛保护系统自动停止向加热模块内通入高纯氩气；

板坯移送至冲压机上，完成冲压。

本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

上述方案中，各加热模块采用模块化设计，可根据不同板坯尺寸更换不同短波红外加热元件，加热模块内部设计反射聚光面，并通过内壁的反射涂层来增加局部加热效率；气氛保护系统防止局部加热区的氧化；隔热装置及循环水冷系统保护反射涂层及人员安全；安全监测系统实时监测设备运行安全状态。在桥壳冲压前对板坯易开裂的桥包折弯处、方圆过渡处进行局部加热，利用高温下高强钢强度衰减以及塑性增强的特征，来协调整个桥壳冲压过程中的变形，既能够显著降低中厚板桥壳成形压力，又可以有效防止冲压过程中上述两个关键位置的开裂，进而在减小模具磨损的同时，提高产品合格率，降低生产成本。

附图说明

图1为本发明的加热装备的俯视图；

图2为本发明的加热装备的三维图；

图3为本发明的环形加热模块的三维视图；

图4为本发明的环形加热模块剖开的三维视图；

图5为本发明的环形加热模块的剖面图；

图6为本发明的线形加热模块的三维视图；

图7为本发明的板坯冲压的示意图；

图8为本发明的冲压后桥壳方圆过渡处以及桥包折弯处的位置示意图；

图9为本发明的900℃差温加热后，板坯方圆过渡角和桥包折弯处冲压的应力对比结果以及其变形时的温度变化；

图10为本发明的冲压工艺流程图。

附图标记：

1、外壳；2、环形加热模块；3、板坯；4、线形加热模块；5、定位槽；6、环形隔热滑盖；7、线形隔热滑盖；8、安装底板；9、接线槽及气管槽；10、环形加热模块内壁；11、环形加热元件；12、环形模块电动滑轨；13、环形加热模块进水口；14、环形加热模块出水口；15、环形加热元件电源接头；16、温度传感器孔；17、加热元件支撑块；18、反射聚光壁椭圆形截面焦点位置；19、气管接口；20、线形加热模块出水口；21、线形加热模块进水口；22、线形加热元件；23、线形加热模块壳体；24、线形模块电动滑轨；25、凸模；26、凹模；27、桥包折弯处；28、方圆过渡处。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例一

如图1~图9所示的，本发明实施例提供了一种汽车桥壳用高强钢中厚板坯的加热装备，通过在冲压前对8mm-25mm高强中厚板坯3进行局部加热，从而实现高强中厚板的差温冲压工艺。加热装备包括外壳1，在外壳1内位于板坯3的方圆过渡处28设置有环形加热模块2、桥包折弯处27设置有线形加热模块4，各加热模块采用模块化设计，更换不同型号的环形加热模块2、线形加热模块4以适应不同型号的板坯3；在环形加热模块2内安装有环形加热元件11，在线形加热模块4内安装有线形加热元件22，加热模块内壁的截面轮廓均为椭圆状，板坯3和加热元件分别位于椭圆截面的两个焦点处18，来实现加热效率的最大化。

本实施例的汽车桥壳用高强钢中厚板坯的加热装备应用于局部加热板坯3的方圆过渡处28和桥包折弯处27，针对方圆过渡处28和桥包折弯处27的结构特点，分别设置环形加热模块2和线形加热模块4。

本实施例的冲压板坯3需由板料切割成特定外形。在外壳1内设有板坯3定位槽5，板坯3放置在板坯定位槽5内，定位槽5实现了板坯3的加热定位。在外壳1内设有安装底板8，环形加热模块2和线形加热模块4固定在安装底板8上，安装底板8实现了加热模块和各种管线仪表的安装定位。在外壳1上设有接线槽及气管槽9。

如图3~图5所示的，本实施例的环形加热元件2和线形加热元件4均为短波红外加热元件。可根据不同板坯3尺寸更换不同短波红外加热元件。在加热模块内壁涂覆有短波红外反射镀层，实现加热效率的最大化。具体地，桥包折弯处27设置有两个线形加热模块4，在方圆过渡处28设置有四个环形加热模块2，分别对板坯3局部加热。此外，在加热模块内壁10均涂覆有短波红外反射镀层。

如图3~图6所示的，装备还包括隔热装置，隔热装置包括在环形加热模块2和线形加热模块4上分别设置的环形加热模块隔热滑盖6和线形加热模块隔热滑盖7。具体地，在环形加热模块2上设置有环形模块电动滑轨12，在线形加热模块4上设置有线形模块电动滑轨24。隔热滑盖通过电动滑轨实现对加热模块的打开和遮蔽，在板坯3传递间隙隔热滑盖自动遮蔽加热模块来达到高温安全防护的效果，保护人员安全。具体地，各加热模块上均加热元件电源接头15。在加热模块内均设置有加热元件支撑块17，环形加热元件11和线形加热元件22分别安装在加热元件支撑块17上。

装备还包括气氛保护系统，气氛保护系统包括在环形加热模块2和线形加热模块4上分别设有的气管接口19，惰性保护气体经由气管接口19分别进入环形加热模块2和线形加热模块4内。气氛保护系统还包括气压自动控制仪表和惰性气体气瓶，惰性气体气瓶通过气管连接气管接口19，在气管上设置有气压自动控制仪表。气压自动控制仪表通过程序控制实现加热模块中的微正压气氛保护。具体地，气氛保护系统开启，并通过气管接口19向环形加热模块2和线形加热模块4内部吹入惰性保护气体，并由压力传感器控制加热模块内部保护气体缓慢溢出，使加热模块内部压强略高于外接气压，从而防止板坯3的桥包折弯处27和方圆过渡处28在加热时氧化。

装备还包括循环水冷系统。具体地，各加热模块内壁设计有循环水冷管道，外接恒温水冷箱。在环形加热模块2上设有环形加热模块进水口13和环形加热模块出水口14，在线形加热模块4上设有线形加热模块进水口21和线形加热模块出水口20。循环水冷却器恒温控制系统，通过水管接头连接各加热模块，利用加热模块内部循环水路实现对加热模块外壁的冷却，防止短波红外反射镀层的挥发，进而保证加热模块的加热效率。

装备还包括安全监测系统，安全监测系统具有多目标监测特征，实时读取设装备里的温度、压力、循环水流速等参数，通过温度、压力等传感器实时监测加热和气氛保护等系统的运行状态，当参数出现异常波动时，监测系统能够发出警报并自动切断电源停止设备运行。具体地，在环形加热模块2和线形加热模块4上分别设有温度传感器孔16，在温度传感器孔16内安装温度传感器，温度传感器采用铠装热电偶，实时测量局部加热温度。装置还包括加热控制系统，加热控制系统自动调节短波红外加热元件功率，使板坯3加热的局部温度升至设定温度并按工艺程序保温特定时间。

实施例二

如图10所示的，本发明实施例提供了一种汽车桥壳用高强钢中厚板坯3的冲压工艺，冲压工艺采用实施例一中的加热装备。板坯3差温加热工艺制度根据生产现场环境的散热条件、坯料传送间隔、板料厚度来综合确定，冲压时桥包折弯处27和方圆过渡处28温度应避开材料对应的高温脆性区，冲压机凸模25和凹模26对应于桥包折弯处27和方圆过渡处28成形位置的镶块，需采用耐热高温合金加工。

冲压工艺包括：

S100、冲压前，循环水冷系统开启，环形加热模块2和线形加热模块4开启，气氛保护系统开启，隔热滑盖遮蔽加热模块，安全监测系统监测各传感器数据；

S200、板坯3移动到定位槽5中，气氛保护系统通过气压传感器自动控制惰性保护气体从气管接口19处溢出，气氛保护系统向加热模块内充入高纯氩气，保持加热模块腔体内为微正压状态，保证加热腔内气体压力为0.3Kpa，防止板坯3加热区域的氧化；循环水冷系统通过温度传感器调节循环水温度和流速，使各加热模块内壁温度在安全范围内，防止短波红外反射镀层的挥发，保证加热效率；

S300、隔热滑盖移除，环形加热模块2和线形加热模块4中的加热元件发射的短波红外，通过内壁的反射镀层汇聚至加热板坯3上，开始对板坯3的桥包折弯处27和方圆过渡处28进行局部加热，局部升温至特定目标温度，并按工艺要求保温特定时间；

S400、隔热滑盖遮蔽加热模块，气氛保护系统自动停止向加热模块内通入高纯氩气；

S500、板坯3移送至冲压机上，完成冲压。

汽车桥壳用高强度板坯3厚度为10mm，名义成分为0.09C-0.25Si-1.61Mn-0.056V-0.051Nb-0.016Ti，室温组织为珠光体和铁素体。

冲压前，循环水冷系统开启，加热电源开启，气氛保护系统开启，隔热滑盖处于遮蔽状态，安全监测系统监测各传感器数据；

冲压板坯3通过传动装置移动到定位槽5中，气氛保护系统由程序控制，通过气管接口19向加热模块内充入高纯氩气，控制加热腔内气体压力为0.3KPa；

电动滑轨同时启动移开隔热滑盖，加热元件发射的短波红外射线，通过内壁的反射镀层汇聚至加热板坯3上，开始对板坯3的桥包折弯处27和方圆过渡处28进行局部加热，升温速度5℃/s，加热表面局部温度升温至900℃后，保温3min；

电动滑轨同时启动使隔热滑盖遮蔽加热模块，气氛保护系统自动停止向加热模块腔体内通入高纯氩气；

板坯3由传动装置移送至冲压机上，板坯3位于凹模26和凸模25之间，移送间隔时间共10s，移送过程中桥壳在空气中冷却，至冲压开始前，桥包折弯处27和方圆过渡处28加热温度分别为800℃和600℃，冲压后桥壳温度约为500℃，冲压速度平均为36.4mm/s，冲压时间10s，保压后凸模25退出，顶出机构将桥壳顶出凹模26，完成桥壳冲压，之后桥壳空冷至室温。

具体地，加热温度根据生产现场环境的散热条件、坯料传送间隔、板料厚度来综合确定，冲压时桥包折弯处27和方圆过渡处28温度应避开材料对应的高温脆性区，冲压机凸模25和凹模26由不同的镶块拼接组成，其对应与桥包折弯处27和方圆过渡处28成形位置的镶块，需采用耐热高温合金加工。

采用同一冲压机和相同冲压规程，对比分析室温冲压和差温冲压过程中桥包折弯处27和方圆过渡处28的应力特征，结果显示差温冲压能够在整个冲压过程中显著降低上述两个位置的应力值，其中方圆过渡处28在冲压7s时应力最大减少约39.4%（276MPa）,桥包折弯处27在冲压4s-6s过程中应力最大减少约66.2%（478MPa）；此外，由于实验表明600℃-700℃条件变形时，该材料延伸率较室温能够提升约20%~30%，即局部的高温使板坯3桥包折弯处27和方圆过渡处28具有更好的延伸率，进而显著减少了桥壳开裂的趋势，改善了桥壳成型质量。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种汽车桥壳用高强钢中厚板坯的加热装备，其特征在于，包括外壳，在外壳内位于板坯的折弯处设置有线形加热模块、方圆过渡处设置有环形加热模块，更换不同型号的线形加热模块、环形加热模块以适应不同型号的板坯；

在所述环形加热模块内安装有环形加热元件；在所述线形加热模块内安装有线形加热元件，加热模块内壁的截面轮廓均为椭圆状，所述板坯和加热元件分别位于椭圆截面的两个焦点处；

在所述加热模块内壁涂覆有短波红外反射镀层。

2.根据权利要求1所述的汽车桥壳用高强钢中厚板坯的加热装备，其特征在于，所述环形加热元件为环形短波红外加热元件，所述线形加热元件为线形短波红外加热元件。

3.根据权利要求1所述的汽车桥壳用高强钢中厚板坯的加热装备，其特征在于，所述装备还包括气氛保护系统，所述气氛保护系统包括在所述环形加热模块和所述线形加热模块上分别设有的气管接口，惰性保护气体经由所述气管接口分别进入所述环形加热模块和所述线形加热模块内。

4.根据权利要求3所述的汽车桥壳用高强钢中厚板坯的加热装备，其特征在于，所述气氛保护系统还包括气压自动控制仪表和惰性气体气瓶，所述惰性气体气瓶通过气管连接所述气管接口，在所述气管上设置有气压自动控制仪表。

5.根据权利要求1所述的汽车桥壳用高强钢中厚板坯的加热装备，其特征在于，所述装备还包括循环水冷系统，所述循环水冷系统包括在所述环形加热模块和所述线形加热模块上分别设有的循环水路。

6.根据权利要求1所述的汽车桥壳用高强钢中厚板坯的加热装备，其特征在于，所述装备还包括隔热装置，所述隔热装置包括在所述环形加热模块和所述线形加热模块上分别设置的环形加热模块隔热滑盖和线形加热模块隔热滑盖，滑盖通过电动滑轨控制来实现对加热模块的打开和遮蔽。

7.根据权利要求1所述的汽车桥壳用高强钢中厚板坯的加热装备，其特征在于，在所述外壳内设有板坯定位槽，所述板坯放置在板坯定位槽内。

8.一种汽车桥壳用高强钢中厚板坯的冲压工艺，其特征在于，所述冲压工艺基于如权利要求1~7任意一项所述的加热装备实现，所述装备还包括气氛保护系统、隔热装置和循环水冷系统，所述隔热装置包括在环形加热模块和线形加热模块上分别设置的环形加热模块隔热滑盖和线形加热模块隔热滑盖；

所述冲压工艺包括：

冲压前，循环水冷系统开启，环形加热模块和线形加热模块开启，气氛保护系统开启，隔热滑盖遮蔽加热模块，安全监测系统监测各传感器数据；

板坯移动到定位槽中，气氛保护系统向加热模块内充入高纯氩气，保持各加热模块腔体内为微正压状态；

隔热滑盖移除，环形加热模块和线形加热模块中的加热元件发射的短波红外，通过内壁的反射镀层汇聚至板坯上，开始对板坯的桥包折弯处和方圆过渡处进行局部加热；

隔热滑盖遮蔽加热模块，气氛保护系统自动停止向加热模块内通入高纯氩气；

板坯移送至冲压机上，完成冲压。

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