CN207695476U - 用于热冲压成型异形板的模具加工系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于热冲压成型异形板的模具加工系统，包括用于热冲压成型异形板的热冲压成型模具，还包括加热模组、补冷模组、凸模位置采集单元以及第二主控单元，所述加热模组包括设置于所述第五圆角部分的两第一电极，所述模具加工系统还包括设置于所述第六圆角部分的两第二电极，所述模具加工系统还包括设置于所述第三圆角部分的两第三电极，所述模具加工系统还包括设置于所述第四圆角部分的两第四电极，所述加热模组还包括开关控制单元，所述两第一电极、两第二电极、两第三电极以及两第四电极均通过所述开关控制单元与电源连接，所述开关控制单元具有一与所述第二主控装置的开关控制信号输出端电连接的开关控制信号输入端。

Description

用于热冲压成型异形板的模具加工系统

技术领域

本实用新型涉及热冲压加工系统，特别涉及一种用于热冲压成型异形板的模具加工系统。

背景技术

热冲压是一种获得拥有优良性能冲压件的成形方法，其过程是把高强钢板(22MnB) 加热到奥氏体化温度并保温使奥氏体均匀化，然后快速移动到冲压模具上，在模具上完成冲压过程和保压淬火，最后获得组织形态以马氏体为主的高强钢冲压件。热冲压工艺的优点在于冲压过程中变形抗力小，所得制件强度高，回弹相对冷冲压件小。

其成形过程中板件温度的变化对成形件质量的影响显著。由于板件的冷却速率在整个冲压过程中是不均匀的，高温时板件与模具之间的热传递非常快。在冲压过程刚开始时，凸模圆角和凹模圆角最先接触到板件，此时板件与模具之间由于有巨大的温差而使得传热剧烈并倒致与这部分材料温度下降剧烈，而使得这部分材料开始向铁素体和珠光体转变，进而使得最终淬火时得不到马氏体相。随着冲压过程的继续进行，与凹模圆角接触的那部分材料继续向模具内流动形成冲压件的侧壁部分；与此同时，法兰部分的材料逐渐向中心流动并与凹模圆角接触，这也使得这部分材料温度下降，进而开始向铁素体和珠光体转变而使最终淬火得到的马氏体含量减少。以上这些不均匀的降温最终使得成形件的圆角和侧壁发生扩散型相变而使铁素体和珠光体含量较多，并使最终保压淬火得到的热冲压件马氏体含量少而且组织不均匀。

热冲压的保压淬火过程对成形件组织和性能的影响也尤为重要，能否获得马氏体含量均匀，性能均一的构件取决于保压淬火过程中板件各个部分的冷却速率。只有当板件的冷却速率大于临界冷却速率(对多数热冲压硼钢而言,此临界值约为27℃/s)时奥氏体才会转变为马氏体。然而在保压淬火阶段，坯料和模具接触往往是不均匀的，这是因为在热冲压时凸模圆角处的材料和凸模圆角处的材料最先接触到模具，此两部分的材料冷却速率加快因而产生局部硬化，而在后续成形过程中，成形件侧壁部分材料受拉应力的作用而减薄致使最后合模时，成形件的侧壁不能与模具形面完整贴合而存在间隙。坯料和模具接触紧密的地方热量通过对流、辐射、传倒扩散因而冷却速率较快，而坯料和模具有间隙的地方热量只能以热辐射的形式和通过空气介质传播，因此冷却速率较慢。冷却速率的不均匀性倒致了组织的不均匀，进而使得冲压件整体力学性能的不均匀，在侧壁部分冷却速率慢，所获得的马氏体含量低，强度硬度不足。

并且，现有的方案中，热冲压模具的常规冷却水流量控制系统仅能实现恒定流量的控制，热冲压模具在成形、保压和抬起的整个运行周期内，流入模具内的冷却水流量始终保持基本恒定，制冷设备保持持续工作，造成电能浪费。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实有必要提供一种用于热冲压成型异形板的模具加工系统。

提供一种用于热冲压成型异形板的模具加工系统，包括用于热冲压成型异形板的热冲压成型模具，所述异形板具有一底壁、由所述底壁的两相对侧竖直向上延伸形成的两侧壁、由所述两侧壁的两端分别向外延伸形成的法兰部分，所述底壁与两侧壁之间倒圆，所述两侧壁与对应的法兰部分之间倒圆，所述底壁、两侧壁以及法兰部分通过所述热冲压成型模具一体成型；所述热冲压成型模具包括一凹模以及一凸模，所述凹模具有与所述底壁以及两侧壁形状相匹配的模腔，所述模腔的截面呈U形，所述模腔的腔底壁与两腔侧壁之间倒圆以形成第一圆角部分及第二圆角部分；所述凹模的顶面形状与所述法兰部分的形状相匹配以成型所述法兰部分，所述凹模的顶面与对应的腔侧壁之间倒圆以形成第三圆角部分及第四圆角部分；所述凸模的截面呈T形，具有与所述模腔凹凸配合的下凸部以及位于所述下凸部顶面的模板；所述下凸部的底面与两侧面的连接处倒圆以形成第五圆角部分及第六圆角部分；

所述模具加工系统还包括加热模组、补冷模组、凸模位置采集单元以及第二主控装置，所述加热模组包括设置于所述第五圆角部分的两第一电极，所述两第一电极沿所述第一圆角部分的长度方向设置于所述第五圆角部分的两端；所述模具加工系统还包括设置于所述第六圆角部分的两第二电极，所述两第二电极沿所述第六圆角部分的长度方向设置于所述第六圆角部分的两端；所述模具加工系统还包括设置于所述第三圆角部分的两第三电极，所述两第三电极沿所述第三圆角部分的长度方向设置于所述第三圆角部分的两端，所述模具加工系统还包括设置于所述第四圆角部分的两第四电极，所述两第四电极沿所述第四圆角部分的长度方向设置于所述第四圆角部分的两端；所述加热模组还包括开关控制单元，所述两第一电极、两第二电极、两第三电极以及两第四电极均通过所述开关控制单元与电源连接，所述开关控制单元具有一与所述第二主控装置的开关控制信号输出端电连接的开关控制信号输入端；

所述补冷模组包括设于所述模具上相应两腔侧壁的冷却介质通道、流量流速控制阀、泵以及冷却介质提供装置；所述冷却介质通道的里端与所述模腔连通，外端与外界连通；所述冷却介质的外端通过冷却介质输送管道与所述泵的输出端连接，所述泵的输入端与所述冷却介质提供装置的输出端连接，所述流量流速控制阀设于所述冷却介质输送管道上，所述流量流速控制阀具有与所述第二主控装置的流量流速控制信号输出端子电连接的流量流速控制信号输入端。

进一步的，还包括冷却水循环系统，所述冷却水循环系统包括设于所述凹模及所述凸模上的冷却水道、入水口水箱、伺服变量泵、第一压力传感器、第一流量传感器、温度传感器、第二流量传感器、出水口水箱、冷却介质循环机、流量控制器以及若干管道，所述入水口水箱的出水端通过一第一管道与所述伺服变量泵的输入端连接，所述伺服变量泵的输出端通过一第二管道与模具的冷却水道输入端连接，所述模具的冷却水道输出端通过一第三管道与所述出水口水箱的入水端连接，所述出水口水箱的出水端通过一第四管道与所述冷却介质循环机的输入端连接，所述冷却介质循环机的输出端通过一第五管道与所述入水口水箱的入水端连接；所述第一压力传感器及第一流量传感器串设于所述第二管道上，所述第二流量传感器及温度传感器串设于所述第三管道上；所述伺服变量泵具有与所述流量控制器的流量控制信号输出端子电连接的流量控制信号输入端子，所述第一压力传感器具有与所述流量控制器的第一压力信号接收端子电连接的第一压力信号输出端子，所述第一流量传感器具有与所述流量控制器的第一流量信号接收端子电连接的第一流量信号输出端子，所述第二流量传感器具有与所述流量控制器的第二流量信号接收端子电连接的第二流量信号输出端子，所述温度传感器具有与所述流量控制器的模具冷却温度信号接收端子电连接的模具冷却温度信号输出端子；所述流量控制器还与模具系统的模具状态检测单元电连接。

进一步的，在所述凸模与板件接触的位置处设置有第一绝缘层；在所述凹模与所述板件接触的位置处设置有第二绝缘层。

进一步的，所述两第一电极、两第二电极、两第三电极以及两第四电极中，其中一第一电极、第二电极、第三电极以及第四电极的正极向外，另一第一电极、第二电极、第三电极以及第四电极的负极向外。

进一步的，在所述第五圆角部分的两端位置处分别开设有一第一电极安装孔，所述两第一电极分别设置于两第一电极安装孔中；在所述第六圆角部分的两端位置处分别开设有一第二电极安装孔，所述两第二电极分别设置于所述两第二电极安装孔中；在所述第三圆角部分的两端位置处分别开设有一第三电极安装孔，所述两第三电极分别设置于两第三电极安装孔中；在所述第四圆角部分的两端位置处分别开设有一第四电极安装孔，所述两第四电极分别设置于两第四电极安装孔中。

进一步的，所述两第一电极、两第二电极、两第三电极以及两第四电极的外端均凸出于相应圆角部分的外表面。

进一步的，所述两第一电极、两第二电极、两第三电极以及两第四电极的外端均凸出于相应圆角部分的外表面0.3mm～2mm。

本实用新型的用于热冲压成型异形板的模具加工系统，鉴于前所述冲压过程中板件局部散失热量以及保压淬火阶段冷却不均匀性问题，一种均匀化热冲压件组织与性能的方法被提出。在冲压阶段，通过给板件补热以防止板件产生局部不均匀相变,实用新型中使用的补热的方式是在模具每一圆角处的两端嵌入两个电极，通过电极给板件圆角部分材料局部加热。在保压淬火阶段，通过给板件侧壁部分材料提供额外的冷却能力从而获得接近百分之百的马氏体成分。实用新型中所采用补冷的方式是注入额外冷却介质淬火，首先在凹模侧壁打上小孔(即冷却介质通道)，这些小孔连接模具的内形面和外表面，在模具冲压过程中由于板件的侧壁减薄而使得模具与板件存在间隙，此时通过模具上开的所述冷却介质通道给间隙处的板件表面注射液态二氧化碳，液态二氧化碳快速气化过程中其与冲压件侧壁接触，产生的冷却速率大于马氏体相变的临界冷却速率(对多数热冲压硼钢而言,此临界值约为27℃/s)，以提高这部分材料的冷却速度，从而使其完全淬火发生马氏体相变。

附图说明

图1是热冲压成型异形板的结构示意图。

图2本实用新型用于热冲压成型异形板的模具一实施例的示意图。

图3是本实用新型用于热冲压成型异形板的模具水循环系统的示意图。

图4是本实用新型热冲压成型异形件加工系统的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参见图1，本实施例的用于热冲压成型异形板的模具水循环系统，用于热冲压成型异形板(以下简称异形板300)。所述异形板300具有一底壁301、由所述底壁301的两相对侧竖直向上延伸形成的两侧壁302、由所述两侧壁302的两端分别向外延伸形成的法兰部分303，所述底壁301与两侧壁302之间倒圆以形成第七圆角部分304及第八圆角部分305(即底壁301与两侧壁302之间的连接处倒圆)，所述两侧壁302与对应的法兰部分303之间倒圆以形成第九圆角部分306及第十圆角部分307(即两侧壁302与对应的法兰部分303的连接处倒圆)，所述底壁301、两侧壁302以及法兰部分303通过所述热冲压成型模具一体成型。

所述热冲压成型模具200包括一凹模201以及一凸模202，所述凹模201具有与所述异形板300的底壁301以及两侧壁302形状相匹配的模腔203，所述模腔203的截面呈U 形，所述模腔203的腔底壁301与两腔侧壁302之间倒圆以形成第一圆角部分204及第二圆角部分205；所述凹模201的顶面形状与所述法兰部分303的形状相匹配以成型所述法兰部分303，所述凹模201的顶面与对应的腔侧壁302之间倒圆以形成第三圆角部分206 及第四圆角部分207；所述凸模202的截面呈T形，具有与所述模腔203凹凸配合的下凸部以及位于所述下凸部顶面的模板；所述下凸部的底面与两侧面的连接处倒圆以形成第五圆角部分208及第六圆角部分209。

在所述第五圆角部分208设置有两第一电极211，所述两第一电极211沿所述第一圆角部分204的长度方向设置于所述第五圆角部分208的两端，在所述第六圆角部分209设置有两第二电极210，所述两第二电极210沿所述第六圆角部分209的长度方向设置于所述第六圆角部分209的两端；在所述第三圆角部分206设置有两第三电极212，所述两第三电极212沿所述第三圆角部分206的长度方向设置于所述第三圆角部分206的两端，在所述第四圆角部分207设置有两第四电极213，所述两第四电极213沿所述第四圆角部分 207的长度方向设置于所述第四圆角部分207的两端。

具体地，在所述第五圆角部分208的两端位置处分别开设有一第一电极211安装孔(图未示出)，所述两第一电极211分别设置于两第一电极211安装孔中；在所述第六圆角部分209的两端位置处分别开设有一第二电极210安装孔，所述两第二电极210分别设置于所述两第二电极210安装孔中；在所述第三圆角部分206的两端位置处分别开设有一第三电极212安装孔，所述两第三电极212分别设置于两第三电极212安装孔中；在所述第四圆角部分207的两端位置处分别开设有一第四电极213安装孔，所述两第四电极213分别设置于两第四电极213安装孔中。

当所述两第一电极211、两第二电极210、两第三电极212以及两第四电极213安装于相应的电极安装孔中后，所述两第一电极211、两第二电极210、两第三电极212的外端均外凸于相应圆角部分的外表面。具体可外凸于相应圆角部分的外表面0.3mm～2mm。这样，保证冲压过程中电极能与板件充分接触，电极的导线从模具截面的小孔处伸出接通外电源。

本实施例中，所述两第一电极211、两第二电极210、两第三电极212以及两第四电极213中，其中一第一电极211、第二电极210、第三电极212以及第四电极213的正极向外，另一第一电极211、第二电极210、第三电极212以及第四电极213的负极向外。这样，不会使电流横向流动，只能从板件流动，使每两个电极之间形成工作回路。

所述两第一电极211形成一回路，两第二电极210形成一回路，两第三电极212形成一回路，两第四电极213形成一回路。这样，可以使得每一圆角部分处的电极的电流的定向流动，即每一圆角部分的两电极中，其中一电极的电流流向板件(异形板300未成型之前的板件)，再由板件流向该圆角部分的另一电极，如此形成工作回路。本具体实施例中，所述两第一电极211、两第二电极210、两第三电极212以及两第四电极213均与一继电开关电连接，通过所述继电开关与电源连接，同时所述继电开关与一主控装置电连接，通过所述主控装置的控制信号确定开启电源或关闭电源，从而控制上述电极加热与否。

上述两第一电极211、两第二电极210、两第三电极212以及两第四电极213均为加热电极，用于对板件的第七圆角部分304、第八圆角部分305、第九圆角部分306以及第十圆角部分307加热。第七到第十圆角部分307是与模具的导部部分最先接触的部分，对板件的第七到第十圆角部分307加热可以防止其过快冷却，解决背景技术存在的问题。

本实施例中，在所述凸模202与板件接触的位置处设置有第一绝缘层；在所述凹模201 与所述板件接触的位置处设置有第二绝缘层。所述第一绝缘层及第二绝缘层防止电极与模具导电，使得电极的电流只能经过板件，提高加热效率，如果与模具导电的话，电流的流向不能控制，并且不能完全加热到板件。

本实施例中，在所述凹模201的两第一相对侧(宽度方向A的两侧)设置有使所述模腔203与外界连通的冷却介质通道214。本实施例中，在所述凹模201上相应于模腔203 两侧壁的部分均开设有若干冷却介质通道214，所述若干冷却介质通道214里端与所述模腔203连通，外端贯穿所述凹模201以通过管道与冷却介质供应装置连通。本实施例中，所述冷却介质为液态二氧化碳。在模具冲压过程中由于板件的侧壁302减薄而使得模具与板件存在间隙，此时通过模具上开的所述冷却介质通道214给间隙处的板件表面注射液态二氧化碳，液态二氧化碳快速气化过程中其与冲压件侧壁302接触，产生的冷却速率大于马氏体相变的临界冷却速率(对多数热冲压硼钢而言,此临界值约为27℃/s)，以提高这部分材料的冷却速度，从而使其完全淬火发生马氏体相变。

本实施例中，在所述凹模201的模腔203以外的部分设置有第一冷却水道215，所述第一冷却水道215从所述凹模201的两第二相对侧(模具的长度方向B的两端侧)方向贯穿所述凹模201。所述第一冷却水道215沿所述凹模201的长度方向贯穿所述凹模201。所述第一冷却水道215为若干条，所述若干条第一冷却水道215绕所述模腔203的边缘分布于所述凹模201上，每一第一冷却水道215的长度方向均与所述模腔203的长度方向平行。

在所述凸模202上开设有第二冷却水道216，所述第二冷却水道216与所述凸模202的长度方向(模具的长度方向B)平行，并从所述凸模202的长度方向贯穿所述凸模202。所述第二冷却水道216为若干条，所述若干条第二冷却水道216绕所述凸模202的下凸边缘、模板边缘分布于所述凸模202上。在断面上，所述若干第二冷却水道216呈U形。

本实用新型的热冲压成型模具200，在上述相应圆角部分的两端设置两相应电极，如此，在冲压阶段，能够通过电极给板件补热以防止板件与模具倒圆处接触时发生的局部不均匀相变，在保压淬火阶段，通过冷却水道、冷却介质通道214提供额外的冷却能力，从而获得接近百分之百的马氏体成分。上述模具，能够使成型得到组织均匀的冲压件，通过冷却介质通道214补充冷却介质，有助于减轻冲压件受氧化的程度。当通入液态二氧化碳时，液态二氧化碳快速气化过程中其与冲压件侧壁302接触，产生的冷却速率大于马氏体相变的临界冷却速率(对多数热冲压硼钢而言,此临界值约为27℃/s)，从而使其淬火，与此同时，液态二氧化碳快速气化并迅速充满整个模具型腔。由于高速二氧化碳气流的强烈冲击扰动，板件表面的氧化皮会被快速冲掉，而且由于二氧化碳气体的弥漫，氧气被隔绝，因而可以降低板件被氧化的程度。由于二氧化碳是无毒无害气体，而且会被快速气化挥发掉，所以不用回收处理。通入液态二氧化碳的时机应为成形接近终了时，此时板件已经基本成形，但仍有足够的间隙扩散液态二氧化碳。通入液态二氧化碳的时间大约为 7-10s。液态二氧化碳的冷却能力很强，通过快速气化吸取板件的温度，所以侧壁302部分的传热仅考虑液态二氧化碳的气化所吸收的热量，而忽略其它传热因素的影响。上述加热电极开始工作的时间为板件与模具圆角刚开始接触传热时，其结束时间应为淬火开始时，即是成形刚要完成时，整个过程持续3-4秒。补热时通入的电流大小因综合考虑材料的电阻，散热速率以及材料对温度的敏感性。

请参见图3，本实用新型还公开了一种用于对所述热冲压成型模具200进行水冷却的水冷却系统，包括上述实施例的热冲压成型模具200、入水口水箱101、伺服变量泵102、第一压力传感器103、第一流量传感器104、温度传感器105、第二流量传感器106、出水口水箱107、冷却水循环机108、第一主控装置若干管道。其中，所述热冲压成型模具200 的结构或功能请参见上述实施例的描述，此处不再一一赘述。

本实施例的水冷却系统，所述入水口水箱101的出水端通过一第一管道111与所述伺服变量泵102的输入端连接，所述伺服变量泵102的输出端通过一第二管道112与模具200的冷却水输入端连接(即与上述模具的第一冷却水道215及第二冷却水道216的输入端连接)，所述模具200的冷却水输出端(即上述模具的第一冷却水道215及第二冷却水道216 的输出端)通过一第三管道113与所述出水口水箱107的入水端连接，所述出水口水箱107 的出水端通过一第四管道114与所述冷却水循环机108的输入端连接，所述冷却水循环机 108的输出端通过一第五管道115与所述入水口水箱101的入水端连接；所述第一压力传感器103及第一流量传感器104串设于所述第二管道112上，所述第二流量传感器106及温度传感器105串设于所述第三管道113上；所述伺服变量泵102具有与所述第一主控装置的流量控制信号输出端子电连接的流量控制信号输入端子，所述第一压力传感器103具有与所述第一主控装置的第一压力信号接收端子电连接的第一压力信号输出端子，所述第一流量传感器104具有与所述第一主控装置的第一流量信号接收端子电连接的第一流量信号输出端子，所述第二流量传感器106具有与所述第一主控装置的第二流量信号接收端子电连接的第二流量信号输出端子，所述温度传感器105具有与所述第一主控装置的模具冷却温度信号接收端子电连接的模具冷却温度信号输出端子；所述第一主控装置还与模具系统的模具状态检测单元电连接。

所述第一主控装置为流量控制器109，用于获取所述模具系统的模具工作状态，当所述第一主控装置获取到的模具状态为模具抬起状态时，所述第一主控装置控制伺服变量泵 102转速降低，以使得供应模具的冷却水流量降至最低流量Qmin，所述最低流量Qmin小于冷却水循环机108流量的恒定流量Qs，所述入水口水箱101开始蓄水，出水口水箱107 水位下降；当所述第一主控装置获取到的模具状态为下降状态时，所述第一主控装置控制所述伺服变量泵102转速提高，以使得冷却水流量逐渐增大至最高流量Qmax，最高流量 Qmax大于所述恒定流量Qs，入水口水箱101开始放水；当所述第一主控装置获取到模具合模保压时，所述伺服变量泵102保持高转速，冷却水流量保持Qmax，所述入水口水箱 101水位下降。

水冷却系统还包括通过一第六管道116与所述伺服变量泵102并接的第二压力传感器 121以及电控溢流阀122，所述第六管道116的输入端与所述入水口水箱101的出水端连接，所述第六管道116的输出端连接于所述第二管道112靠近所述伺服变量泵102的一端；所述第二压力传感器121具有与所述第一主控装置的第二压力信号接收端子电连接的第二压力信号输出端子，所述电控溢流阀122具有与所述第一主控装置的溢流阀控制信号输出端子电连接的信号接收端子。采用这种方案，当所述流量控制器109通过第二压力传感器121得到其检测到压力大于预先设定的安全压力时，表示入水口水箱101压力过大，需要控制电控溢流阀122打开，从而即时释放所述入水口水箱101的压力。另外，当出现意外或设备检修时，与所述伺服变量泵102并联的电控溢流阀122打开，冷却水以恒定流量Q_s流入模具。

在超高强钢热冲压工艺中，通过超高强钢热冲压模具完成相应的工艺，超高强钢热冲压模具主要有下降、合模保压、抬起三个工作状态，所述超高强钢热冲压模具状态通过获取压机滑块位置而得到所述超高强钢热冲压模具下降、合模保压以及模具(凸模202)抬起的状态。具体地，使所述流量控制器109与所述超高强钢热冲压模具的凸模位置采集单元402电连接，具体可与下述实施例的第二主控装置连接，以获取凸模位置，从而获取到模具状态(即上述工作状态)。

通过上述水循环系统，能够实现智能调节冷却水流量从而冷却效果，水流量调节根据模具抬起、模具下降以及合模保压来调节水流量的大小，具体如下：

通过上述水循环系统，供应模具的冷却水流量可分为流量增大、保持大流量、流量减小，保持小流量四个状态。冷却水循环机108提供的冷却水流量Qs可视为恒定，当所述流量控制器109获取到所述模具抬起(比如获取所述压机滑块的位置而得到所述凸模202 上升至最高点)、凸模202完全打开时，所述流量控制器109可控制伺服变量泵102转速降低(降低至第一预定值)，从而使得供应模具的冷却水流量降至最低流量Qmin，所述冷却水流量保持最低流量Qmin，Qmin小于Qs，这时，所述入水口水箱101开始蓄水，出水口水箱107水位下降；当所述流量控制器109获取到所述模具下降时，所述流量控制器109 可控制所述伺服变量泵102转速提高(提高至第二预定值，所述第二预定值大于所述第一预定值)，以使得冷却水流量逐渐增大至Qmax，Qmax大于Qs，入水口水箱101开始放水；当所述流量控制器109获取到模具合模保压时，所述伺服变量泵102保持高转速，冷却水流量保持Qmax，所述入水口水箱101水位下降；当所述流量控制器109获取得所述模具抬起时，变量泵降低转速，冷却水流量降至最低Qmin，入水口水箱101再次开始蓄水，开始下一个循环。当出现意外或设备检修时，与伺服变量泵102并联的溢流阀打开，冷却水以恒定流量Qs流入模具。

本实用新型的模具系统的冷却介质循环控制系统的流量控制器109，能够实现功能可见下表1：

本水冷却系统，主要体现在流量控制器109能够对Qmin、Qmax，以及伺服变量泵102进行各种动作的时间的控制，控制器首先采集各个流量、温度、压力传感器所发信息以及压机、冷却水循环机108流量Qs等信息，能够自动对伺服变量泵102的转速进行实时的控制，并根据运行情况对恒定流量Qs进行建议。与现有技术相比，本实用新型可根据模具工作状态调整冷却水流量，最大程度实现节能降耗。

请参见图4，本实施例的用于热冲压成型异形板的模具加工系统包括上述实施例的热冲压成型模具200、用于对板件进行加热补冷的加热补冷系统。所述水冷却系统的结构或功能参见上述描述，此处不再一一赘述。

本实施例中，所述模具加工系统还包括用于对所述热冲压成型模具200进行水冷却的水冷却循环系统。所述水冷却循环系统见上述描述，此处不再一一赘述。

所述加热补冷系统包括加热模组、补冷模组、凸模位置采集单元402以及第二主控装置400。

所述加热模组包括上述的两第一电极211、两第二电极210、两第三电极212及两第四电极213、与所述两第一电极211、两第二电极210、两第三电极212以及两第四电极 213的同一端均相连的开关控制单元401(即上述继电开关)、与所述开关控制单元401 的电源端电连接的电源，所述开关控制单元401具有与所述第二主控装置400的开关控制信号输出端电连接的开关控制信号输入端。

所述补冷模组包括上述的冷却介质通道214、流量流速控制阀403、泵404以及冷却介质提供装置405，所述冷却介质通道214的外端(输入端)通过冷却介质输送管道与所述泵404的输出端连接，所述泵404的输入端与所述冷却介质提供装置405(例如装有冷却介质的冷却介质容纳箱)的输出端连接，所述流量流速控制阀403设于所述冷却介质输送管道上，所述流量流速控制阀403具有与所述第二主控装置400的流量流速控制信号输出端子电连接的流量流速控制信号输入端。

所述凸模位置采集单元402具有一与所述第二主控装置400的位置信号接收端子电连接的位置信号输出端子。本实施例中，所述凸模位置采集单元402为一红外位移传感器，用于采集凸模202的实时位移以得到凸模202的位置，并将采集到的信号发送至所述第二主控装置400。

所述第二主控装置400用于接收所述凸模位置采集单元402发送的位置信号，还用于根据该位置信号判断所述凸模202是否开始冲压(即凸模202接触到板件的位置)，若判断得到所述凸模202开始冲压时，使所述开关控制单元401发送接通信号，从而使得两第一电极211、两第二电极210、两第三电极212以及两第四电极213均接通电源，两电极形成工作回路，此时电流通向电势最低的地方而且流经电阻最小的路径，从正电极、板件流向负电极，最终板件与模具圆角部分相接触的材料通过自身电阻热而被加热，此时便可弥补因为板件与模具圆角接触而散失的热量。冲压过程继续进行，此时与凹模201圆角接触部分的材料便向内流动而脱离加热电极而形成冲压件的侧壁302，而此时板件与模具之间存在间隙而使得降温速度减慢；相应地，法兰部分303的材料也向内流动开始接触到凹模201圆角处的加热电极，此时这部分材料与模具接触而散失的热量也同样地被自阻加热所补偿。所以一直到板件冲压结束，整个板件所有地方的温度仍然均匀，并保持在奥氏体相变温度以上。采用这种方式，本实用新型的一大特点是巧妙地运用绝缘涂层材料实现电流的定向流动。在开始冲压前，先给凸模202和凹模201形面涂上绝缘涂层(此处采用快固丙烯酸酯胶黏剂粘有一层氧化铝陶瓷，既能满足了绝缘的要求，又具有较高的强度)，然后将模具圆角形面处打出能放进加热电极的安装孔，在模具截面圆角处打出能穿过倒线的小孔，然后将加热电极嵌入孔中并用快固丙烯酸酯胶黏剂固定好电极，此处应该注意确保电极与模具的绝缘，使用快固丙烯酸酯胶黏剂的目的在于既能获得好的绝缘，而又能保证电极在冲压过程中结合牢固。电极的表面需要突出模具形面约一毫米左右以保证冲压过程中电极能与板件充分接触，电极的倒线从模具截面的小孔处伸出接通外电源。

本实施例中，所述第二控制装置还用于当判断得到凸模202开始冲压后，控制所述伺服变量泵404102转速提高，以使得冷却水流量逐渐增大至最高流量Qmax，最高流量Qmax大于所述恒定流量Qs，入水口水箱101开始放水。

所述第二主控装置400还用于根据接收到的所述位置信号判断所述凸模202是否接近下死点(即是否靠近凹模201的腔底壁301)，若判断得到所述凸模202接近下死点时，发出关闭控制信号至所述开关控制单元401以断开上述电极的电源，同时控制所述流速流量控制阀以输送冷却介质至所述凹模201中。本实施例中，所述接近可根据不同实施例中的要求而确定接近值，例如当凸模202与腔底壁301之间的间隙为10mm时，可认为接近下死点。所述凸模202接近下死点时，板件侧壁302与凹模201形面之间还留有间隙；此时，红外位移传感器接收到接近下死点的信号，并将信号传递给第二主控装置400，信号经过中央处理器处理然后发送到输出端口并分别向流速流量控制阀和加热电极发出命令，此时加热电极停止补热，同时冷却介质(液态二氧化碳)通过低温不锈钢高压金属软管输送到凹模201侧壁302上的冷却介质通道214，然后被打入到板件与凹模201形面的间隙中。通入液态二氧化碳的量和通入的速率由PLC控制电路通过流速流量控制阀控制。

所述第二主控装置400还用于根据接收到的所述位置信号判断模具是否合模进入保压淬火阶段，当判断得到合模进入保压淬火阶段时，控制冷却介质以及冷却水继续保持之前的流量及流速。当模具继续合模并进入保压淬火阶段，此时红外位移传感器又接受到信号并传递给第二主控装置400，所述第二主控装置400还用于从进入保压粹火阶段开始计算补充冷却介质的时间，当合模保压进入粹火阶段时，补充冷却介质的时间达到一预定时间值时，控制补冷系统停止以停止输送冷却介质至凹模201中。

本实施例中，当板件快成型完毕时，板件的温度约为900度，此时需要让其降温到320 度以下得到马氏体，整个过程放出的热量为相变潜热与过冷奥氏体放出的热量以及马氏体放出的热量之和，但考虑到等温冷却曲线的形状，只需将过冷奥氏体淬火到CCT曲线的“鼻子”(即临界值，本实施例为27度/秒)以下便可，此时依靠模具保压淬火以及高压气体快速对流换热的能力足以避开贝氏体转变温度区间。板件900度-700度的温度可通过环境以及上述水冷却系统进行降温，所以板件所放出的热量仅需计算板件从700度淬火到450 度时需要通过上述补冷模组进行降温，而450度-320度可与传统的普通热冲压的降温方式相同，即通过水冷却系统使模具降温进而使板件降温，因此，所述第二主控装置400需要得到补冷装置进行降温的时间，从而得到控制所述补冷模组关闭的时间点，也即上述预定时间值，散发出的热量：

q＝c₁mΔT₁

c₁--过冷奥氏体的比热容

m--质量

ΔT₁--温度梯度

液态二氧化碳气化吸收的热量为:

q₁＝m₁ΔH

m₁--二氧化碳质量

ΔH--气化潜热

此时q₁＝q,可得出此件所需二氧化碳的质量约为0.25kg，通入二氧化碳的时间应综合考虑冷却能力、保压淬火的时间与通入液态二氧化碳的速度，考虑到模具液态二氧化碳通道的直径约为8mm，保压淬火时间大约为7-10s。因此本实用新型中所给的补冷装置持续时间为5-7s。即上述预定时间值为5s-7s。

所述第二主控装置400还用于根据接收到的位置信号判断所述模具是否抬起(比如获取所述压机滑块的位置而得到所述凸模202上升至最高点，若模具抬起时，则控制伺服变量泵404102转速降低(降低至第一预定值)，从而使得供应模具的冷却水流量降至最低流量Qmin，所述冷却水流量保持最低流量Qmin，Qmin小于Qs，这时，所述入水口水箱101 开始蓄水，出水口水箱107水位下降。

本实用新型的热冲压成型模具200以及热冲压成型异形件加工系统，鉴于前所述冲压过程中板件局部散失热量以及保压淬火阶段冷却不均匀性问题，一种均匀化热冲压件组织与性能的方法被提出。在冲压阶段，通过给板件补热以防止板件产生局部不均匀相变,实用新型中使用的补热的方式是在模具每一圆角处的两端嵌入两个电极，通过电极给板件圆角部分材料局部加热。在保压淬火阶段，通过给板件侧壁302部分材料提供额外的冷却能力从而获得接近百分之百的马氏体成分。实用新型中所采用补冷的方式是注入额外冷却介质淬火，首先在凹模201侧壁302打上小孔(即冷却介质通道214)，这些小孔连接模具的内形面和外表面，在模具冲压过程中由于板件的侧壁302减薄而使得模具与板件存在间隙，此时通过模具上开的所述冷却介质通道214给间隙处的板件表面注射液态二氧化碳，液态二氧化碳快速气化过程中其与冲压件侧壁302接触，产生的冷却速率大于马氏体相变的临界冷却速率(对多数热冲压硼钢而言,此临界值约为27℃/s)，以提高这部分材料的冷却速度，从而使其完全淬火发生马氏体相变。

在成形阶段通过圆角电极补热不仅使得成形结束时整个板件各个部分温度均匀，而且能在成形过程中降低变形抗力和提高成形性以及减轻板件侧壁302部分材料的变薄率。在没有补热前，流经凹模201圆角部分的材料会由于与模具的热传递而降温发生珠光体转变，从而使这部分材料在淬火时不发生非扩散相变而降低马氏体体积分数；继续成形时，由于圆角部分的材料需要被拉入模具内形成冲压件的侧壁302，而圆角部分材料由于发生了珠光体转变而使得局部强度硬度提高，变形困难，此时板件侧壁302部分材料便要提供更大的拉力才能继续成形，所以此时板件的侧壁302部分材料承担了更大的拉应力，最终使板件减薄严重。然而，在加入补热装置后，板件各个地方都是奥氏体，此时变形抗力减小而且没有局部硬化使得板件减薄。

加热模组开始工作的时间为板件与模具圆角刚开始接触传热时，其结束时间应为淬火开始时，即是成形刚要完成时，整个过程持续3-4秒。补热时通入的电流大小因综合考虑材料的电阻，散热速率以及材料对温度的敏感性。补冷模组不仅能获得组织均匀的冲压件，而且还有助于减轻冲压件受氧化的程度。

以上仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于热冲压成型异形板的模具加工系统，包括用于热冲压成型异形板的热冲压成型模具，所述异形板具有一底壁、由所述底壁的两相对侧竖直向上延伸形成的两侧壁、由所述两侧壁的两端分别向外延伸形成的法兰部分，所述底壁与两侧壁之间倒圆，所述两侧壁与对应的法兰部分之间倒圆，所述底壁、两侧壁以及法兰部分通过所述热冲压成型模具一体成型；所述热冲压成型模具包括一凹模以及一凸模，所述凹模具有与所述底壁以及两侧壁形状相匹配的模腔，所述模腔的截面呈U形，所述模腔的腔底壁与两腔侧壁之间倒圆以形成第一圆角部分及第二圆角部分；所述凹模的顶面形状与所述法兰部分的形状相匹配以成型所述法兰部分，所述凹模的顶面与对应的腔侧壁之间倒圆以形成第三圆角部分及第四圆角部分；所述凸模的截面呈T形，具有与所述模腔凹凸配合的下凸部以及位于所述下凸部顶面的模板；所述下凸部的底面与两侧面的连接处倒圆以形成第五圆角部分及第六圆角部分；

所述模具加工系统还包括加热模组、补冷模组、凸模位置采集单元以及第二主控装置，所述加热模组包括设置于所述第五圆角部分的两第一电极，所述两第一电极沿所述第一圆角部分的长度方向设置于所述第五圆角部分的两端；所述模具加工系统还包括设置于所述第六圆角部分的两第二电极，所述两第二电极沿所述第六圆角部分的长度方向设置于所述第六圆角部分的两端；所述模具加工系统还包括设置于所述第三圆角部分的两第三电极，所述两第三电极沿所述第三圆角部分的长度方向设置于所述第三圆角部分的两端，所述模具加工系统还包括设置于所述第四圆角部分的两第四电极，所述两第四电极沿所述第四圆角部分的长度方向设置于所述第四圆角部分的两端；所述加热模组还包括开关控制单元，所述两第一电极、两第二电极、两第三电极以及两第四电极均通过所述开关控制单元与电源连接，所述开关控制单元具有一与所述第二主控装置的开关控制信号输出端电连接的开关控制信号输入端；

所述补冷模组包括设于所述模具上相应两腔侧壁的冷却介质通道、流量流速控制阀、泵以及冷却介质提供装置；所述冷却介质通道的里端与所述模腔连通，外端与外界连通；所述冷却介质的外端通过冷却介质输送管道与所述泵的输出端连接，所述泵的输入端与所述冷却介质提供装置的输出端连接，所述流量流速控制阀设于所述冷却介质输送管道上，所述流量流速控制阀具有与所述第二主控装置的流量流速控制信号输出端子电连接的流量流速控制信号输入端。

2.如权利要求1所述的用于热冲压成型异形板的模具加工系统，其特征在于：还包括冷却水循环系统，所述冷却水循环系统包括设于所述凹模及所述凸模上的冷却水道、入水口水箱、伺服变量泵、第一压力传感器、第一流量传感器、温度传感器、第二流量传感器、出水口水箱、冷却介质循环机、流量控制器以及若干管道，所述入水口水箱的出水端通过一第一管道与所述伺服变量泵的输入端连接，所述伺服变量泵的输出端通过一第二管道与模具的冷却水道输入端连接，所述模具的冷却水道输出端通过一第三管道与所述出水口水箱的入水端连接，所述出水口水箱的出水端通过一第四管道与所述冷却介质循环机的输入端连接，所述冷却介质循环机的输出端通过一第五管道与所述入水口水箱的入水端连接；所述第一压力传感器及第一流量传感器串设于所述第二管道上，所述第二流量传感器及温度传感器串设于所述第三管道上；所述伺服变量泵具有与所述流量控制器的流量控制信号输出端子电连接的流量控制信号输入端子，所述第一压力传感器具有与所述流量控制器的第一压力信号接收端子电连接的第一压力信号输出端子，所述第一流量传感器具有与所述流量控制器的第一流量信号接收端子电连接的第一流量信号输出端子，所述第二流量传感器具有与所述流量控制器的第二流量信号接收端子电连接的第二流量信号输出端子，所述温度传感器具有与所述流量控制器的模具冷却温度信号接收端子电连接的模具冷却温度信号输出端子；所述流量控制器还与模具系统的模具状态检测单元电连接。

3.如权利要求1所述的用于热冲压成型异形板的模具加工系统，其特征在于：在所述凸模与板件接触的位置处设置有第一绝缘层；在所述凹模与所述板件接触的位置处设置有第二绝缘层。

4.如权利要求1所述的用于热冲压成型异形板的模具加工系统，其特征在于：所述两第一电极、两第二电极、两第三电极以及两第四电极中，其中一第一电极、第二电极、第三电极以及第四电极的正极向外，另一第一电极、第二电极、第三电极以及第四电极的负极向外。

5.如权利要求4所述的用于热冲压成型异形板的模具加工系统，其特征在于：在所述第五圆角部分的两端位置处分别开设有一第一电极安装孔，所述两第一电极分别设置于两第一电极安装孔中；在所述第六圆角部分的两端位置处分别开设有一第二电极安装孔，所述两第二电极分别设置于所述两第二电极安装孔中；在所述第三圆角部分的两端位置处分别开设有一第三电极安装孔，所述两第三电极分别设置于两第三电极安装孔中；在所述第四圆角部分的两端位置处分别开设有一第四电极安装孔，所述两第四电极分别设置于两第四电极安装孔中。

6.如权利要求5所述的用于热冲压成型异形板的模具加工系统，其特征在于：所述两第一电极、两第二电极、两第三电极以及两第四电极的外端均凸出于相应圆角部分的外表面。

7.如权利要求6所述的用于热冲压成型异形板的模具加工系统，其特征在于：所述两第一电极、两第二电极、两第三电极以及两第四电极的外端均凸出于相应圆角部分的外表面0.3mm～2mm。