CN208701138U - 实现汽车纵梁强度非线性分布的热处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种实现汽车纵梁强度非线性分布的热处理装置，凹模和凸模闭合形成模腔，模腔用于放置待热处理的汽车纵梁，凹凸模的外侧包覆保温层，汽车纵梁在纵向上被划分为三个待处理局部区域和两个非处理局部区域，三个待处理局部区域分别位于汽车纵梁的前部、中部和根部，两个非处理局部区域设置于相邻的待处理局部区域之间；三个待处理局部区域放置位置对应的保温层外层均匀布置有感应加热线圈，三个待处理局部区域放置位置对应的模腔内均匀布置有冷却管道，两个非处理局部区域放置位置对应的模腔内分别布置有冷却管道，模腔内接近模腔截面中心位置埋设有多个温度传感器，感应加热线圈和温度传感器连接电脑控温电源。

Description

实现汽车纵梁强度非线性分布的热处理装置

技术领域

本实用新型涉及整车车身开发、零部件制造、材料热处理技术领域，特别是涉及一种实现汽车纵梁强度非线性分布的热处理装置。

背景技术

汽车前舱纵梁是汽车的关键承载部件之一，通常用低合金钢板冲压而成。纵梁在设计过程中通常需要考虑的因素有：一、发动机及变速箱悬置安装于纵梁中部，此安装点有较高的刚度需求；二、纵梁是汽车前方碰撞时的主要力传递路径，在碰撞过程中需要在纵向上逐渐溃缩以达到吸收碰撞能量的效果；三、纵梁根部需要承受较大的扭矩，且在前方碰撞压溃过程中不能发生失稳，因此纵梁根部的刚度需求最高。传统的设计方案通常采用在纵梁内侧安装各类加强板的方法来提升局部区域的刚度，这种方法的缺点在于：一方面增加了零件量，导致生产成本的增加和整车重量的增大；另一方面增大了局部零件匹配难度，导致整车开发人工成本和时间成本的增加。

目前，已有的纵向型件热处理的加热方式通常是整体式或梯度式的，冷却方式单一，由于金属的热扩散速率很快，热处理得到零件的强度分布为线性分布，无法实现零件特定区域的强化设计。尚未有一种热处理装置能够实现零件的非线性化的强度分布。

图1为现有的一种梯度结构材料多温度热处理装置(专利公开号：CN106755754A)，图中1—箱体，2—第一电感线圈，3—第二电感线圈，4—第三电感线圈，5—第一感应电源，6—第二感应电源，7—第三感应电源，8—温度控制器，9—第一环状冷却喷气管，10—第二环状冷却喷气管，11—第三环状冷却喷气管，12—冷却控制器，13—惰性气体源，14—第一温度传感器，15—第二温度传感器，16—第三温度传感器，17—温度监控器，18—密封门，19—通气口。该装置加热区域为左右两侧，中间没有阻断热量流动的设计，因此其加热方式为梯度式，温度分布为线性分布；该装置的冷却方式为整体式，因此最终得到的零件强度分布为线性分布；而且该装置没有水冷或油冷功能，无法实现淬火。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的问题和不足，提供一种新型的实现汽车纵梁强度非线性分布的热处理装置，通过对纵梁的局部区域进行独立的加热和冷却，实现纵梁的局部区域热处理，从而实现纵梁在纵向上强度的非线性分布。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本实用新型提供一种实现汽车纵梁强度非线性分布的热处理装置，其特点在于，其包括凹模和凸模，所述凹模和凸模闭合构成凹凸模，所述凹凸模的内部空间形成模腔，所述模腔中用于放置待热处理的汽车纵梁，所述凹凸模的外侧包覆有保温层，所述汽车纵梁在纵向上被划分为三个待处理局部区域和两个非处理局部区域，所述三个待处理局部区域分别位于汽车纵梁的前部、中部和根部，所述两个非处理局部区域设置于相邻的待处理局部区域之间。

所述三个待处理局部区域放置位置对应的保温层外层均匀布置有用于加热的感应加热线圈，所述三个待处理局部区域放置位置对应的模腔内均匀布置有用于冷却的冷却管道，所述两个非处理局部区域放置位置对应的模腔内分别布置有用于阻止待处理局部区域内热量向外侧扩散的冷却管道，所述模腔内接近模腔截面中心位置埋设有多个温度传感器，所述感应加热线圈和温度传感器连接电脑控温电源。

较佳地，所述凹模和凸模均为金属模。

较佳地，所述冷却管道的水道方向与汽车纵梁的纵向垂直。

较佳地，所述多个温度传感器在纵向上均匀分布。

较佳地，所述感应加热线圈的线圈环绕面与汽车纵梁的纵向垂直。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本实用新型各较佳实例。

本实用新型的积极进步效果在于：

本实用新型提出的热处理装置与现有的热处理设备相比，突破了整体式或梯度式加热和冷却方式单一的局限，实现了区域化的加热和冷却，能够阻断区域内热变化对区域外的影响，冷却方式多样灵活。该装置通过对纵梁的局部区域进行独立的加热和冷却，实现了热处理后纵梁的非线性强度分布。

附图说明

图1为现有的一种梯度结构材料多温度热处理装置的示意图。

图2为本实用新型较佳实施例的强度非线性分布汽车纵梁热处理装置的电路示意图。

图3为本实用新型较佳实施例的冷却管道示意图。

图4为本实用新型较佳实施例的凸凹模的截面图。图中，15—凹模内冷却管道，16—凸模内冷却管道。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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的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。

如图2-4所示，本实施例提供一种实现汽车纵梁强度非线性分布的热处理装置，其包括凹模1和凸模2，所述凹模1和凸模2均为金属模，所述凹模和凸模闭合构成凹凸模4，所述凹凸模4的内部空间形成模腔3，所述模腔3中用于放置待热处理的汽车纵梁5，所述凹凸模4的外侧包覆有保温层6，所述汽车纵梁5在纵向上被划分为三个待处理局部区域和两个非处理局部区域，所述三个待处理局部区域分别位于汽车纵梁的前部、中部和根部，所述两个非处理局部区域设置于相邻的待处理局部区域之间。

该热处理装置的感应加热线圈和冷却管道在纵向上的局部区域进行布置，能够实现纵梁的局部区域热处理，布置方式为：

如图2所示，所述三个待处理局部区域放置位置对应的保温层6外层均匀布置有用于加热的感应加热线圈，分别为第一区感应加热线圈7、第二区感应加热线圈8和第三区感应加热线圈9，所述第一区感应加热线圈7、第二区感应加热线圈8和第三区感应加热线圈9的线圈环绕面与汽车纵梁5的纵向垂直。

如图3所示，所述三个待处理局部区域放置位置对应的模腔3内均匀布置有用于冷却的冷却管道，分别为第一区冷却管道10、第二区冷却管道11和第三区冷却管道12，所述两个非处理局部区域放置位置对应的模腔3内分别布置有用于阻止待处理局部区域内热量向外侧扩散的冷却管道(即侧冷却管道)13，所述第一区冷却管道10、第二区冷却管道11、第三区冷却管道12以及侧冷却管道13的水道方向与汽车纵梁5的纵向垂直。

如图2和4所示，所述模腔3内接近模腔截面中心位置埋设有多个温度传感器14，所述多个温度传感器14在纵向上均匀分布，所述第一区感应加热线圈7、第二区感应加热线圈8、第三区感应加热线圈9和温度传感器14连接电脑控温电源17。

所述电脑控温电源17接收温度传感器14传来的信号，能够按照设定的程序控制感应加热线圈的电流以实现控温。

利用上述的区域热处理装置，设计一种强度非线性分布汽车纵梁的热处理方法，其典型的单次热处理包括如下步骤：

步骤一：将待热处理的汽车纵梁放置于凸凹模的模腔中，凸凹模闭合，然后覆盖保温层，布置感应加热线圈；

步骤二：先向各区域的侧冷却管道内通常温气体，然后启动电源，对汽车纵梁各区域分别进行加热，电脑控温电源按照设定程序对各区域进行控温；

步骤三：当某一区域的加热保温时间结束后，对该区域进行冷却。

冷却方式包括且不限于如下三种：一、由电脑控温电源控制按设定的温度曲线逐渐减小线圈电流缓慢冷却，直至关闭电流，可实现炉冷；二、关闭线圈电流，向冷却管道内通常温气体，可实现气冷；三、关闭线圈电流，向冷却管道内通水或通油，可实现淬火。

采用上述的一种强度非线性分布汽车纵梁的热处理方法，能够制造出上述的在纵向的各区域上具有强度非线性分布的汽车纵梁。对于纵梁不同设计强度区域，其热处理轮次不同、过程不同，其中高强度区可采用退火+淬火处理，中高强度区可采用退火+淬火+低温回火处理，中强度区可采用退火+正火+高温回火处理，低强度区可不作处理，保持材料原始状态。

基于图2-4，设定某案例中，非线性强度分布纵梁在其纵向的分区方式由前至后(图2、3中由右至左)依次为：中强度区、低强度区、中高强度区、低强度区、高强度区，则该案例纵梁的热处理步骤如下：

步骤一：将待热处理的汽车纵梁放置于凸凹模模腔中，凸凹模闭合，然后覆盖保温层，布置感应加热线圈；

步骤二：先向各区域的侧冷却管道内通常温气体，然后启动电源，将纵梁的第一区、第二区、第三区分别加热至退火温度，开始第一轮热处理，电脑控温电源按照设定程序对三个区域进行控温；

步骤三：当某一区域的加热保温时间结束后，对该区域进行冷却，冷却方式如下：第一区关闭线圈电流，向冷却管道内通常温气体进行气冷；第二区、第三区关闭线圈电流，向冷却管道内通水进行淬火；

步骤四：冷却完成后，继续向各区域的侧冷却管道内通常温气体，将纵第一区加热至高温回火温度，将第二区加热至低温回火温度，开始第二轮热处理，电脑控温电源按照设定程序对两个区域进行控温；

步骤五：当第一区或第二区的加热保温时间结束后，对该区域进行冷却，冷却方式为关闭线圈电流，向冷却管道内通水；

步骤六：冷却完成后，移除感应加热线圈、保温层和凹模，取出纵梁，热处理全过程结束。

至此，最终得到了强度非线性分布的纵梁，其中热处理第一区对应中强度区，热处理第二区对应中高强度区，热处理第三区对应高强度区，其余部分为低强度区。

需要说明的是，不同材料的热处理方式和温度有所差异，上述步骤为汽车结构件常用低合金钢的典型热处理过程，其退火温度通常为900～1000℃，高温回火温度通常为500～650℃，低温回火温度通常为150～250℃。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种实现汽车纵梁强度非线性分布的热处理装置，其特征在于，其包括凹模和凸模，所述凹模和凸模闭合构成凹凸模，所述凹凸模的内部空间形成模腔，所述模腔中用于放置待热处理的汽车纵梁，所述凹凸模的外侧包覆有保温层，所述汽车纵梁在纵向上被划分为三个待处理局部区域和两个非处理局部区域，所述三个待处理局部区域分别位于汽车纵梁的前部、中部和根部，所述两个非处理局部区域设置于相邻的待处理局部区域之间；

所述三个待处理局部区域放置位置对应的保温层外层均匀布置有用于加热的感应加热线圈，所述三个待处理局部区域放置位置对应的模腔内均匀布置有用于冷却的冷却管道，所述两个非处理局部区域放置位置对应的模腔内分别布置有用于阻止待处理局部区域内热量向外侧扩散的冷却管道，所述模腔内接近模腔截面中心位置埋设有多个温度传感器，所述感应加热线圈和温度传感器连接电脑控温电源。

2.如权利要求1所述的实现汽车纵梁强度非线性分布的热处理装置，其特征在于，所述凹模和凸模均为金属模。

3.如权利要求1所述的实现汽车纵梁强度非线性分布的热处理装置，其特征在于，所述冷却管道的水道方向与汽车纵梁的纵向垂直。

4.如权利要求1所述的实现汽车纵梁强度非线性分布的热处理装置，其特征在于，所述多个温度传感器在纵向上均匀分布。

5.如权利要求1所述的实现汽车纵梁强度非线性分布的热处理装置，其特征在于，所述感应加热线圈的线圈环绕面与汽车纵梁的纵向垂直。