專利名稱：超高強(qiáng)度鋼板局部淬火硬化成形模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加工具有定制性能的超高強(qiáng)度鋼板局部硬化成形模具。
背景技術(shù)：
隨著當(dāng)今社會(huì)對(duì)汽車工業(yè)節(jié)能減排與碰撞安全性要求的日益提高，傳統(tǒng)的單純具有高強(qiáng)度、低塑性的車身零件已無法滿足汽車工業(yè)的發(fā)展需要，研制新一代的具有定制性能的車身零件正成為汽車工業(yè)亟需解決的問題。相比于傳統(tǒng)高強(qiáng)度、低塑性的零件，具有定制性能的車身零件可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的組織與力學(xué)性能分布，從而滿足綜合的強(qiáng)韌需求。對(duì)于加工具有定制性能的車身零件而言，目前的板料成形技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足其要求。對(duì)于常規(guī)的冷沖壓技術(shù)而言，采用激光拼焊技術(shù)雖然可以實(shí)現(xiàn)零件的差強(qiáng)度、差厚度及差鋼質(zhì)拼接，但是對(duì)于成形高強(qiáng)度鋼板所導(dǎo)致的高成形力及回彈問題一直未能有效解決，尤其是強(qiáng)度超 過IOOOMPa時(shí)，常規(guī)的冷沖壓工藝幾乎無法成形。近年來采用的超高強(qiáng)度鋼板熱成形整體淬火技術(shù)雖然具有成形強(qiáng)度高、精度好及成形后回彈量小等優(yōu)點(diǎn)，但由于其幾乎為完全的馬氏體組織，導(dǎo)致零件的塑性大大降低，一般延伸率低于10%，不能有效吸收碰撞能量，對(duì)車身結(jié)構(gòu)的安全性提高有限，而且超高強(qiáng)度的零件增加后續(xù)的切邊及沖孔加工的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種簡(jiǎn)單可靠的局部淬火熱成形模具，它采用模具分區(qū)加熱與冷卻技術(shù)，可以很好的滿足具有定制性能高強(qiáng)零件成形的工藝要求。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種超高強(qiáng)度鋼板的局部淬火硬化成形模具，包括上模座和固定在上模座上的凹模，下模座和固定在下模座上的凸模，陶瓷絕緣板，入水口接頭和出水口接頭，電加熱管；凹模與凸模上分別開設(shè)與零件形狀結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的型面，其特征是，凸模和凹模分別進(jìn)行分區(qū)域控制加熱和冷卻，加熱系統(tǒng)為內(nèi)嵌入凸模與凹模的多根電加熱管；冷卻系統(tǒng)為凸模與凹模內(nèi)部的多條冷卻通道。進(jìn)一步，所述的凸模與凹模加熱部分的電加熱管有引線同加熱裝置相連接，冷卻部分的冷卻水道均外接一個(gè)入水口接頭和一個(gè)出水口接頭，用于與冷卻水循環(huán)系統(tǒng)相連接。所述的加熱系統(tǒng)為10-15根單頭不銹鋼電加熱管，加熱管直徑為12_20mm。加熱管壁之間的距離不小于10mm，頂端與模具型面距離為20-30mm;所述的冷卻通道為16-24根直冷卻水管，冷卻水管直徑為8-16mm。冷卻水管壁之間的距離不小于10mm，與模具型面距離為 1 0~1 Smnin所述的凸模與凹模的加熱與冷卻區(qū)域之間留有2-4_間隙，通過間隙間的空氣阻止模具加熱與冷卻區(qū)域之間的熱量傳遞。在模具上、下模座與凸模和凹模之間增加厚度為15-30_陶瓷墊板以避免模具與壓力機(jī)間的熱量傳遞及模具加熱部分的熱量損失。超高強(qiáng)度鋼板在加熱爐中經(jīng)過加熱保溫，由快速機(jī)械手將加熱后的板料移動(dòng)到擬申報(bào)專利的具有定制性能的超高強(qiáng)度鋼板局部硬化成形模具中，成形設(shè)備快速合模成形，同時(shí)模具表面與高溫板料換熱，對(duì)于模具的加熱部分通過電加熱管加熱，其溫度控制在450°C以上，可以保證與該部分接觸的板料在保壓過程以低于馬氏體轉(zhuǎn)變的冷卻速度進(jìn)行冷卻，根據(jù)模具溫度的不同，可以得到室溫鐵素體-珠光體或鐵素體-貝氏體組織，抗拉強(qiáng)度> 650MPa，硬度> HV 200 ;對(duì)于模具的冷卻部分，內(nèi)部的循環(huán)冷卻水將熱量帶走，其溫度控制在150°C以下，保證該部分板料在保壓過程以高于馬氏體轉(zhuǎn)變的冷卻速度進(jìn)行淬火冷卻，得到室溫馬氏體組織，抗拉強(qiáng)度> 1500MPa，硬度> HV 410。作為上述技術(shù)方案的一種優(yōu)選方案，所述的模具加熱部分設(shè)計(jì)成箱體結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化箱體結(jié)構(gòu)的壁厚，以實(shí)現(xiàn)在高速生產(chǎn)條件下模具同板料與環(huán)境熱交換可以達(dá)到自然平衡，避免模具加熱部分溫度過高。本發(fā)明采用對(duì)模具不同區(qū)域進(jìn)行分別加熱與冷卻的方式，控制模具不同區(qū)域的溫度，進(jìn)而控制模具內(nèi)板料的冷卻速度，實(shí)現(xiàn)零件多元組織及性能的拼接，拼接過渡區(qū)域性能過渡平滑，無突變。相比于傳統(tǒng)的整體成形硬化的熱成形模具，簡(jiǎn)化了工序，降低了制造成本，提高了零件的碰撞安全性能，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖I是本發(fā)明超高強(qiáng)度鋼板局部淬火硬化成形模具結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖1(a)是凹模結(jié)構(gòu)立體示意圖；圖1(b)是凸模結(jié)構(gòu)立體示意圖。圖2是凸模結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是加熱部分箱式結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式參見圖I與圖2，以汽車U型加強(qiáng)梁類零件為例，該模具包括，模具凹模2和凸模5，其上分別開設(shè)與汽車U型加強(qiáng)梁類零件結(jié)構(gòu)形狀相對(duì)應(yīng)的型面3、4，凹模2與凸模5分別固定在上模座I和下模座6上。凹模2與凸模5根據(jù)零件不同區(qū)域強(qiáng)韌性的要求設(shè)計(jì)為鑲拼結(jié)構(gòu)。以凸模5為例進(jìn)行說明，凸模5由加熱鑲塊7與冷卻鑲塊10組成，加熱鑲塊7內(nèi)部布置6-10根單頭不銹鋼電加熱管8，電加熱管8直徑為12-20mm，加熱管壁之間的距離不小于10mm，加熱管8頂端與模具型面4距離為20-30mm，加熱管8與加熱鑲塊7間隙配合在
O.05mm以下，所有電加熱管8引線15由下模座6上的導(dǎo)線引出孔16引出，同加熱電源相連接，通過控制電流的大小來控制加熱鑲塊7的溫度，保證模具在閉合過程中溫度大于450°C ；冷卻鑲塊10內(nèi)部設(shè)有8-10根直通冷卻水道11，冷卻水道11直徑為8-16mm。冷卻水道11管壁之間的距離不小于10mm，與模具型面距離為10-15mm。所有冷卻水道11由布置在冷卻鑲塊內(nèi)部的一條總進(jìn)水道17及一條總出水道18連接，總進(jìn)水道17和總出水道18的直徑為24-32mm，在總進(jìn)水道17與總出水道18的一側(cè)有進(jìn)水口 12和出水口 13，接頭內(nèi)有內(nèi)螺紋，用于外接冷卻水管及模溫機(jī)的連接，通過控制冷卻水流量控制冷卻鑲塊10的溫度，保證模具在閉合過程中溫度低于150°C。
所述的加熱鑲塊7與冷卻鑲塊10之間留有2_4mm間隙9，通過間隙間的空氣阻止加熱鑲塊7與冷卻鑲塊10之間的熱量傳遞。在下模座6與凸模5之間設(shè)置厚度為15-30mm陶瓷墊板14以避免下模座6與壓力機(jī)間的熱量傳遞及加熱鑲塊7的熱量損失。通過模具不同區(qū)域溫度的變化，使零件在模具的加熱部分與冷卻部分具有不同的冷卻速度，進(jìn)而具有不同的室溫組織及性能，獲得分區(qū)域定制化性能。以該汽車U型加強(qiáng)梁零件為例，模具加熱鑲塊型面溫度為450°C，冷卻鑲塊型面溫度為120°C，保壓淬火10s，則在模具加熱鑲塊下保壓的零件區(qū)域室溫組織為鐵素體-貝氏體，硬度為HV265，為高塑性區(qū)，滿足碰撞時(shí)吸收碰撞能量的需要，在模具冷卻鑲塊下保壓的零件區(qū)域室溫組織為馬氏體，硬度為HV450，為高強(qiáng)度區(qū)，滿足碰撞時(shí)保持形狀能力的需要，在零件高塑性區(qū)與高強(qiáng)度區(qū)之間為過渡區(qū)，其寬度小于20_，高強(qiáng)度區(qū)與高塑性區(qū)過渡平順。本發(fā)明的模具在一次成形及淬火過程即可實(shí)現(xiàn)零件多元組織及性能的拼接，拼接過渡區(qū)域性能過渡平滑，無突變。 同時(shí)通過改變模具的型面及結(jié)構(gòu)，本發(fā)明模具也適用于汽車防撞梁及B柱類零件。圖3是一種優(yōu)選實(shí)施的箱式加熱鑲塊7結(jié)構(gòu)示意圖，將電加熱管8固定在箱體結(jié)構(gòu)的實(shí)心部分，通過優(yōu)化箱體外壁的壁厚19和內(nèi)部加強(qiáng)梁的厚度20，達(dá)到高速生產(chǎn)條件下模具同板料與環(huán)境熱交換可以達(dá)到自然平衡的目的，避免加熱鑲塊7溫度過高。
權(quán)利要求
1.一種超高強(qiáng)度鋼板局部淬火硬化成形模具，其特征是凸模與凹模根據(jù)零件不同區(qū)域強(qiáng)韌性的需求采用鑲拼式結(jié)構(gòu)，凸模與凹模均由加熱鑲塊與冷卻鑲塊組成。
2.如權(quán)利要求I要求的超高強(qiáng)度鋼板局部淬火硬化成形模具，加熱鑲塊內(nèi)部布置多根單頭不銹鋼電加熱管，冷卻鑲塊內(nèi)部設(shè)有多根直通冷卻水道。
3.如權(quán)利要求I要求的超高強(qiáng)度鋼板局部淬火硬化成形模具，加熱鑲塊內(nèi)部電加熱管直徑為12-20mm，加熱管壁之間的距離大于10mm，加熱管頂端與模具型面距離為20_30mm。
4.如權(quán)利要求I要求的超高強(qiáng)度鋼板局部淬火硬化成形模具，冷卻鑲塊內(nèi)部冷卻水道沿型面布置，冷卻水道直徑為8-16mm。冷卻水道管壁之間的距離大于10mm，與模具型面距離為10 15mm。
5.如權(quán)利要求I要求的超高強(qiáng)度鋼板局部淬火硬化成形模具，所述的加熱鑲塊與冷卻鑲塊之間留有2-4_間隙，通過間隙間的空氣阻止加熱鑲塊與冷卻鑲塊之間的熱量傳遞。在凹、凸模與上、下模座之間設(shè)置厚度為15 30mm陶瓷墊板以避免模座與壓力機(jī)間的熱量傳遞及加熱鑲塊的熱量損失。
6.如權(quán)利要求I要求的超高強(qiáng)度鋼板局部淬火硬化成形模具，其特征是加熱鑲塊為箱式結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超高強(qiáng)度鋼板局部淬火硬化成形模具，包括上模座和固定在上模座上的凹模，下模座和固定在下模座上的凸模，凸模與凹模分別采用鑲拼式結(jié)構(gòu)，由加熱鑲塊與冷卻鑲塊組成，進(jìn)行模具不同區(qū)域的加熱與冷卻。加熱鑲塊嵌入多個(gè)電加熱管，冷卻鑲塊內(nèi)部有冷卻水孔，冷卻水孔與冷卻水循環(huán)系統(tǒng)相連接?？梢詫?shí)現(xiàn)超高強(qiáng)度鋼板熱成形后分區(qū)變冷卻路徑的保壓淬火，進(jìn)而得到具有定制機(jī)械性能的零件。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，由于整個(gè)過程是在模具閉合狀態(tài)下完成的，因此零件變形很小，具有良好的尺寸精度。
文檔編號(hào)B21D37/16GK102873213SQ20121040487
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月21日
發(fā)明者張志強(qiáng), 趙勇, 李湘吉, 代尚君, 袁秋菊, 李憲爽 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)