CN207918906U - 一种可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置，包括：上模座，其下端面设置滑动导轨；下模座，其上端面设置底座，在底座上部设置冷却块；加热板料；多个移动电极，其通过气压装置可移动安装在滑动导轨上，移动电极能够在滑动导轨上水平移动；多个上固定电极，其固定在导轨两侧；多个下固定电极，其固定在底座两侧；冷却水道，其设置在冷却块内部；导热板，其设置在冷却块上部；其中，通过对移动电极和上固定电极通电后传递的能量对加热板料的不同区域进行不同温度的加热；通过在冷却水道内通入冷却水能够对加热板料进行降温。

Description

一种可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置

技术领域

本实用新型涉及高强度钢加热领域，具体涉及一种可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置。

背景技术

汽车工业是我国国民经济的支柱，安全、低碳、环保，是当今世界汽车产业发展关注的重要话题，轻量化已经提升为众多汽车企业的目标之一，而如何在实现轻量化的同时保证汽车的安全性，是一个重难点。研究表明钢的强度达到780MPa级别，则可与同质量高价位的铝镁合金等具有相同特性，此时钢在经济上有着明显的优势。因此，开发780MPa以上级别、各项性能优异的高强度钢板将成为实现轻量化这一目标的重要途径。现有的高强钢热成形技术已经可以获得很高强度的制件,但塑性较低,这就导致了高强钢的伸长率较低、塑性较差的缺点，而车身部件的性能要求之一就是要有足够的吸能能力，以保证在发生碰撞时最大限度保障乘员舱内人员安全。所以合理的结构强度分布才能够改善零件的变形趋势和吸能特性，满足车身部件的性能要求。综上所述，研发具有梯度结构性能的制件尤为重要，如：设计车身B柱加强板应使上半部材料强度高、塑性低，在受到侧面碰撞时变形应较小，保护成员重要部位安全不受冲击；下半部材料强度低、塑性高，在受到碰撞时先发生变形，将碰撞力快速传递到相连的门槛梁，进而大量吸收碰撞能量。

为了制造出具备这样性能的部件，传统的方法有拼焊板技术，将不同结构性能的钢板焊接在一起，但这种技术的成形性受到焊缝的限制，尤其不同厚度的钢板焊接时，难度极大，也很大程度的限制了制件的复杂性，而且为了焊接需要去掉钢材表面的涂层，使得钢材加热时会发生易氧化的问题；还有一种轧制板技术，在钢材轧制过程中通过控制轧辊尺寸达到控制板件厚度的目的，但是模具设计难度极大，且由于排样约束，利用率较低；另外一种是后处理回火工艺，即是将已经马氏体化的制件进行局部后处理回火，但这样无疑增加了工时，且操作难度的相应增加。新兴的方法有局部冷却法，即在制件奥氏体化时进行不同冷速的冷却，得到不同相组成的零件，如图1所示，在冷却过程中需要精确控制不同部位要求的冷却速率，同时在塑性要求较高的部位冷速较低，使得生产周期过长，这与现代工业强调的高效原则不相符合。

如图2所示，表示高强钢加热时奥氏体化的过程,如果控制制件不同部位分别以不同的加热条件加热到不同温度，要求质软塑性高的部位加热到铁素体和珠光体混合的温度,要求强度高塑性低的部位加热到奥氏体的温度，然后再同时进行冷却，则可在不同的部位获得不同的机械性能。因此，实现上述内容需要设计一套可以精确控制加热温度的高强钢梯度加热装置。

实用新型内容

本实用新型设计开发了一种可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置，本实用新型的实用新型目的是使加热板料区域可任意比例调节，能够通过通电加热和冷却水冷却对加热板料进行加热成形。

本实用新型提供的技术方案为：

一种可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置，包括：

上模座，其下端面设置滑动导轨；

下模座，其上端面设置底座，在所述底座上部设置冷却块；

加热板料；

多个移动电极，其通过气压装置可移动安装在所述滑动导轨上，所述移动电极能够在所述滑动导轨上水平移动；

多个上固定电极，其固定在所述导轨两侧；

多个下固定电极，其固定在所述底座两侧；

冷却水道，其设置在所述冷却块内部；

导热板，其设置在所述冷却块上部；

其中，通过对所述移动电极和所述上固定电极通电后传递的能量对所述加热板料的不同区域进行不同温度的加热；通过在所述冷却水道内通入冷却水能够对所述加热板料进行降温。

优选的是，还包括：导套，其设置在所述上模座下部；以及

导柱，其设置在所述下模座上部，与所述导套同轴设置；

其中，所述导柱在所述导套内能够相对于所述导套上下移动。

优选的是，所述移动电极设置为2个，包括：第一移动电极和第二移动电极；以及

所述上固定电极设置为2个，包括：第一上固定电极和第二上固定电极。

优选的是，所述加热板料的加热区域分为第一区域、第二区域和第三区域；

其中，通过对所述第一上固定电极和所述第一移动电极通电能够对所述第一区域加热；

通过对所述第一移动电极和所述第二移动电极通电能够对所述第二区域加热；和/或

通过对所述第二移动电极和所述第二上固定电极通电能够对所述第三区域加热。

优选的是，所述下固定电极设置为2个，包括：第一下固定电极和第二下固定电极；

其中，通过对所述第一下固定电极和所述第二下固定电极通电能够对所述加热板料的整个区域加热。

优选的是，还包括：

电极支撑板，其设置在所述下模座上；

绝缘板，其螺接在所述电极支撑板的上部两侧，所述第一下固定电极和所述第二下固定电极固定在所述绝缘板上。

优选的是，还包括：定位销，其设置所述底座上，用于对所述加热板料的定位。

优选的是，所述导热板采用紫铜材料。

优选的是，所述气压装置包括气缸筒和活塞杆。

优选的是，所述导套焊接在所述上模座上；以及

所述导柱焊接在所述下模座上。

本实用新型与现有技术相比较所具有的有益效果：

1、本实用新型所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置实现了同一板件在不同机械性能各部位间的良好衔接；本实用新型使用电阻加热，通过调节电压即可使加热温度任意调节，使不同位置产生不同加热热量，高温区和低温区之间连接相的转换较为平滑，不会出现传统焊接技术中因焊缝或者板厚等原因引起的不连续问题；

2、本实用新型所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置根据电路原理KCL方程，利用多个电极实现对电流的引流，装置简单，适用范围广；本实用新型打破传统电阻分块加热(如图3所示)只考虑单独电源分流的局限性，克服了中间部分不能加热且两端加热温度必须一致的弊端；根据KCL方程，在任一瞬时，流向某一结点的电流之和恒等于由该结点流出的电流之和；如图4所示，因为三段加热区域分别由三个独立的电路组成，由KCL方程可知各独立电路之间没有电流流通，所以三段加热区域互不影响，分别控制电压即可完成对各段加热温度的控制，装置简单易操作；

3、本实用新型所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置可实现材料性能按任意比例分布，打破传统技术中制件性能单一的局限性，适用于多种工况；四个电极中，两端的固定电极固定不动，中间两个移动电极可以借助上模座下底面的梯形导轨任意滑动，使得每两个电极间的加热区域长度任意变化，进而通过调节电压来控制电流便可任意调节每段加热区域的加热温度；对比已有的高强度钢热成形技术，本装置实现了多种温度分布之间的灵活组合，可满足各种性能要求的制件，应用范围广泛。

4、本实用新型所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置生产率和生产质量高，可实现大批量生产；本实用新型打破已有技术的限制，在钢材加热阶段进行处理，使不同性能要求的部位分别加热到不同温度，进而完成最终成形制件成分的不同化，操作简单，不需要额外的装置，相比传统的技术降低了人力财力上投入的成本，缩短了生产周期，提高了生产效率；本实用新型利用电阻加热方式设计了三个独立的加热电路，具备很高的加热效率，能够确保加热热量的精确利用，所以产品质量较高。本装置应用工序简单，可应用在很多方面，能够胜任大批量生产；

5、本实用新型所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置温度控制精确，能耗较低；本实用新型使用电阻加热的加热方式，在导热板中安置有热电偶，可以实时监测板料的温度，底部安置有冷却水道，可以保证每一加热部分温度都精确可控，可实现任意比例的三种不同板料的相成分分布情况，而且相比传统的技术能耗也有所降低，避免了能源的浪费，更加低碳环保；

6、本实用新型所述的高强度热成形钢梯度加热装置体积小，占地面积小；本实用新型设计的装置不需要很大的安装尺寸，装置面积适应板料面积即可，比起传统的辊底炉等加热装置占地面积小得多，且体积小，适用范围广。

7、本实用新型所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置考虑了高强度钢热成形的最佳成形温度；本实用新型所述的加热装置在进行加热过程中，当需要高强度性能的部分板料加热到奥氏体化温度后，不断控制电压，通过热电偶测温使其保持恒温加热，当此部分板料完全奥氏体化后，切断电流，在底部冷却水道通入冷却水流进行快速冷却，使其冷却至650℃左右，此时材料的硬化指数值最高，且此温度范围内板料的成形性最好。对于不需要高强度性能的部分板料，使其加热到720℃以下温度，保持铁素体和珠光体的混合相即可。此时板料既适宜成形又符合强度要求，之后将板料放置到热成形模具上，完成成形工序即可获得所需的热成形制件。

附图说明

图1为材料连续冷却相变曲线图。

图2为材料连续加热相变曲线图。

图3为传统单电源电阻加热原理图。

图4为本实用新型装置的加热原理图。

图5a为本实用新型所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置所能实现的一种不同板料相成分分布情况示意图，即实现板料中间区域为马氏体相，两端区域为铁素体和珠光体混合相的情况，长度比例为1:1:1。

图5b为本实用新型所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置所能实现的一种不同板料相成分分布情况示意图，即实现板料中间区域为铁素体和珠光体混合相，两端区域为马氏体相的情况，长度比例为1:1:2。

图5c为本实用新型所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置所能实现的一种不同板料相成分分布情况示意图，即实现板料中间区域为马氏体相，两端区域为铁素体和珠光体混合相的情况，长度比例为1:2:1。

图6为本实用新型所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置中的上部结构图。

图7为本实用新型所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置中的下部结构图。

图8为本实用新型所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置中的热电偶在导热板上分布位置的示意图。

图9为本实用新型所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置上下分离可放置和取出板料时的结构图。

图10为本实用新型所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置上下合模时一种情况的结构图，可加热图5a中所示的板料。

图11为本实用新型所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置上下合模时一种情况的结构图，可加热图5b中所示的板料。

图12为本实用新型所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置上下合模时一种情况的结构图，可加热图5c中所示的板料。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型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。

本实用新型所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置包括外部控制装置、上部模块、下部模块、电阻加热装置、动力系统。

如图6所示，上部机构包括有上模座100，上模座支撑导套110，第一上固定电极310，第一移动电极320，第二移动电极330，第二上固定电极340，活塞杆120，固定电极气缸筒121，移动电极滑动导轨130，移动电极气缸筒122。

如图5a～5c所示，第一移动电极320和第二移动电极330通过移动电极气缸筒122安装在滑动导轨130上，第一移动电极320和第二移动电极330能够在移动电极滑动导轨130上滑动，通过第一上固定电极310，第一移动电极320，第二移动电极330，第二上固定电极340将加热板料500的加热区域分为第一区域、第二区域和第三区域；其中，通过对第一上固定电极310和第一移动电极320通电能够对第一区域加热，通过对第一移动电极320和第二移动电极330通电能够对第二区域加热，通过对第二移动电极330和第二上固定电极340通电能够对第三区域加热；在本实施例中，作为一种优选，图5a为第一上固定电极310，第一移动电极320，第二移动电极330，第二上固定电极340之间的距离比例为1:1:1时，通过对不同区域的加热实现板料中间区域为马氏体相，两端区域为铁素体和珠光体混合相的情况，图5b为第一上固定电极310，第一移动电极320，第二移动电极330，第二上固定电极340之间的距离比例为1:1:2时，通过对不同区域的加热实现板料中间区域为铁素体和珠光体混合相，两端区域为马氏体相的情况，图5c为第一上固定电极310，第一移动电极320，第二移动电极330，第二上固定电极340之间的距离比例为1:2:1时，通过对不同区域的加热实现板料中间区域为马氏体相，两端区域为铁素体和珠光体混合相的情况。

如图7所示，下部机构包括有下模座200、下模座支撑导柱210、电极支撑板220、绝缘板221、第二下固定电极420、定位销240、加热板料500、导热板233、冷却块231、冷却水道232、下部底座230、第一下固定电极410，固定螺栓250，测温热电偶234。

通过第一下固定电极410和第二下固定电极420能够对板料500整个区域进行整体加热。

如图6所示，上模座100为长方形的中空的箱式结构件，内部装有控制移动电极的液压动力系统，四角与导套110之间采用焊接方式连接，并与外部控制系统相连，控制整个系统上下分离运动；上模座100底面设置有梯形导轨，与缸筒形状相吻合，控制系统可自由控制缸筒左右移动进而带动移动电极的移动，4个活塞杆装入缸筒中为滑动连接控制移动电极上下运动。

如图7所示，下模座200四角与导柱210之间采用焊接方式连接，电极支撑板220、底座230与下模座200之间固定连接，绝缘板221采用螺栓250连接固定在两侧电极支撑板220上，第二下固定电极420和第一下固定电极410分别镶嵌在两侧绝缘板221上，导热板233、冷却块231与底座230固定连接，在底座230上部设置冷却块231，在冷却块231内部设置冷却水道232，定位销240为小圆柱体式结构件，插入导热板233的定位销孔内，上表面高出加热板料500表面3～5mm，用于对高强度钢板料的定位。

如图8所示，在导热板233上设置多个测温热电偶234，能够对加热板料500的第一区域、第二区域和第三区域进行实时测试温度，并且在所述冷却水道232的出水口上设置温度传感器，能够对冷却水出水口温度进行实时测试温度。

如图9、图10所示，通过外部控制系统控制上部模块与下部模块分离如图9，板料放置好并将移动电极调整到合适位置后上下模块回位到合模状态如图10，此时活塞杆将移动电极压在板料上，进而使板料与固定电极可靠接触，保证电流传导。

实施例1

本实用新型还公开了一种高强度钢热成形加热装置的工作过程包括：

如图5a、图9、图10所示，以第一上固定电极310，第一移动电极320，第二移动电极330，第二上固定电极340之间的距离比例为1:1:1为例，通过对不同区域加热实现板料中间区域为马氏体相，两端区域为铁素体和珠光体混合相的情况；其中，采用尺寸规格为2000mm×800mm×1.5mm的材质为22MnB5的高强度钢板料500作为操作对象。

步骤如下：

1.利用切割机切割好一块规格尺寸为2000mm×800mm×1.5mm的材质为22MnB5的高强度钢板料；

2.控制系统通过导套导柱控制上部模块一起向上以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500放置到导热板的表面上，并利用定位销240对高强度钢板料500进行定位，与高强度钢板料500接触后测温热电偶234开始测量温度，热信号经控制系统转换为电信号，通过外部设备实时观察高强度钢板料500温度变化；

4.上部模块中，控制系统控制第一移动电极320和第二移动电极330左右移动使四个电极310、320、330、340之间的距离为1:1:1，同时上部模块向下移动到电极与板料500相接触，此时第一上固定电极310、第二上固定电极340以及第一移动电极320、第二移动电极330也分别通过气缸获得向下的压紧力，将板料500压紧并使板料500与四个电极可靠接触；

5.通过控制系统控制移动电极320、330之间的电压，对高强度钢板料500中间部分进行加热，通过热电偶234对板料500的实时温度监测以及电压调节，将加热温度控制在900℃后保持恒温，使高强度钢板料500中间部分完全奥氏体化；

6.通过控制系统控制第一上固定电极310与第一移动电极320之间的电压以及第二上固定电极340与第二移动电极330之间的电压，对高强度钢板料500两侧进行加热，加热到650℃后保持恒温，与此同时，控制冷却块231，打开对应高强度钢板料500中间奥氏体化部分下部的冷却水道232，对高强度钢板料中间部分进行快速冷却，通过调节对应冷却水道中的液体流速，保证当高强度钢板料500两侧加热温度达到650℃时，高强度钢板料500中间部分也达到650℃，即整个高强度钢板料500都为650±10℃；

7.切断施加在电极上的电压，同时关闭冷却水道中的液体流动，控制系统控制上部模块以0.2m/s的速度向上运动，使其移动到初始位置，同时切断测温热电偶234传递的信号，测温热电偶234测温结束；

8.利用机械装置将已经加热分块好的板料取出，转移到下一步工序，利用热成形冲压模具对加热完毕的高强度钢板料500进行快速冲压成形，并保温保压得到最终的热成形零件；

9.将装置所有机构归原始位置。

尽管本实用新型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实用新型的领域，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，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置，其特征在于，包括：

上模座，其下端面设置滑动导轨；

下模座，其上端面设置底座，在所述底座上部设置冷却块；

加热板料；

多个移动电极，其通过气压装置可移动安装在所述滑动导轨上，所述移动电极能够在所述滑动导轨上水平移动；

多个上固定电极，其固定在所述导轨两侧；

多个下固定电极，其固定在所述底座两侧；

冷却水道，其设置在所述冷却块内部；

导热板，其设置在所述冷却块上部；

其中，通过对所述移动电极和所述上固定电极通电后传递的能量对所述加热板料的不同区域进行不同温度的加热；通过在所述冷却水道内通入冷却水能够对所述加热板料进行降温。

2.如权利要求1所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置，其特征在于，还包括：导套，其设置在所述上模座下部；以及

导柱，其设置在所述下模座上部，与所述导套同轴设置；

其中，所述导柱在所述导套内能够相对于所述导套上下移动。

3.如权利要求1或2所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置，其特征在于，所述移动电极设置为2个，包括：第一移动电极和第二移动电极；以及

所述上固定电极设置为2个，包括：第一上固定电极和第二上固定电极。

4.如权利要求3所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置，其特征在于，所述加热板料的加热区域分为第一区域、第二区域和第三区域；

其中，通过对所述第一上固定电极和所述第一移动电极通电能够对所述第一区域加热；

通过对所述第一移动电极和所述第二移动电极通电能够对所述第二区域加热；和/或

通过对所述第二移动电极和所述第二上固定电极通电能够对所述第三区域加热。

5.如权利要求4所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置，其特征在于，所述下固定电极设置为2个，包括：第一下固定电极和第二下固定电极；

其中，通过对所述第一下固定电极和所述第二下固定电极通电能够对所述加热板料的整个区域加热。

6.如权利要求5所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置，其特征在于，还包括：

电极支撑板，其设置在所述下模座上；

绝缘板，其螺接在所述电极支撑板的上部两侧，所述第一下固定电极和所述第二下固定电极固定在所述绝缘板上。

7.如权利要求6所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置，其特征在于，还包括：定位销，其设置所述底座上，用于对所述加热板料的定位。

8.如权利要求7所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置，其特征在于，所述导热板采用紫铜材料。

9.如权利要求1、2、4-8中任一项所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置，其特征在于，所述气压装置包括气缸筒和活塞杆。

10.如权利要求2所述的可使高强度钢加热区域任意调节的加热装置，其特征在于，所述导套焊接在所述上模座上；以及

所述导柱焊接在所述下模座上。