一种高强度钢热成形分块加热装置的制作方法

本发明涉及一种加热装置，特别是一种高强度钢热成形分块加热装置。

背景技术：

汽车工业在现代化发展中起着非常重要的作用，如何在保证汽车的安全性能的基础上，实现汽车轻量化并提高废气减排能力成为汽车行业发展的重要课题。高强度钢成为汽车轻量化后保证汽车碰撞安全性的主要材料之一。传统的热成型技术所得制件具有超高强度，但塑性通常超低，不一定能最大限度地提升结构的碰撞吸能效果，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。近年来，为了使热成形件兼具高强度和高塑性的力学性能指标，分区特性热成形技术成为学者们的研究热点。如：设计车身b柱加强板应使上端强度很高且伸长率较低，下端强度低且伸长率较高。当车身b柱收到侧面碰撞时下端先产生变形，引导碰撞力向下方的门槛梁方向传递，从而保护b柱上端乘员区。前纵梁的设计应使前端刚度小、塑性好，后端刚度大、塑性差，从而在正面碰撞中实现从前至后的变形能确保吸收足够的能量，在保证刚度设计要求的同时实现汽车轻量化。

实现同一零件的机械性能按区域分布，传统的方法一种是拼焊板技术，但焊缝的存在限制了板料的成形性；焊接前需要去除钢板表面的涂层，在加热过程中易氧化；不同厚度板料拼焊引起的板厚不连续增加了成形模具的设计难度。另一种是轧制板技术，但板料厚度的变化会增加模具设计的难度；同时由于排样约束的限制导致该方法的材料利用率偏低，成本较高。还有一种是后处理回火工艺，其缺点是在零件成形完成后，需要额外消耗几分钟来进行后处理回火。

目前常用冷却法，是将高强度钢板均匀奥氏体化后热成形，再次通过控制不同部位的冷却速率实现零件的特性按区域分布，但此方法在淬火过程中对板料冷却速率控制的准确要求较高；降低冷却速率来获得软质相也延长了生产周期，降低了生产效率。

另一种方法是通过对板件不同部位施加不同的加热条件然后再冷却淬火得到不同的物质。而现有技术传统加热方法成形速度慢、能耗高、不环保、成形温度受限且加热装置面积大。因此，需要在现有的基础上设计一种克服上述不足的分块加热装置，实现高强度钢零件不同区域具有不同的机械性能。

技术实现要素：

本发明设计开发了一种高强度钢热成形分块加热装置，能够同时对同一板料的不同部位施加不同的加热条件，使同一高强度钢零件不同区域具有不同的机械性能。

本发明提供的技术方案为：

一种高强度钢热成形分块加热装置，包括：

上模座；

下模座；

上分区加热装置，其设置在所述上模座下部，包括至少两个不同温度的加热区域；

下分区加热装置，其设置在所述下模座的上部，包括至少两个不同温度的加热区域；

其中，上分区加热装置的加热区域和下分区加热装置的加热区域位置上下对应，能够对同一块板料同时进行不同温度的加热。

优选的是，所述板料设置在所述下分区加热装置的上部，并通过设置在所述下分区加热装置一侧的固定装置进行固定。

优选的是，在所述上分区加热装置、所述下分区加热装置中，相邻加热区域之间设置有隔热板。

优选的是，所述下分区加热装置包括：

下绝热板罩，其为内部中空的敞口方形结构，并设置在基座上，所述基座设置在所述下模座的上端面上；

下加热机构，其设置在所述下绝热板罩的内部底面；

下加热板，其设置在所述下绝热板罩的内部，所述下加热机构的上部，能够接收并传递所述下加热机构传递的热量，对板料进行加热。

优选的是，所述上分区加热装置包括：

上绝热板罩，其设置在与所述上模座底面连接的上固定板上，为内部中空的敞口结构；

上加热机构，其设置在所述上绝热板罩的内部上面；

上加热板，其设置在所述上绝热板罩的内部，所述上加热机构的下部，能够接收并传递所述上加热机构传递的热量，对板料进行加热。

优选的是，所述下加热板、所述上加热板均采用紫铜材质。

优选的是，所述下加热板、所述上加热板朝向板料的一面开设有多个均布的凹槽。

优选的是，所述凹槽内部设置有热电偶，能够随时测量板料的温度。

优选的是，所述上绝热板罩和所述下绝热板罩之间采用过盈配合。

优选的是，所述上模座的下底面四角设置有四个相同的支撑导套，所述下模座的顶面四角设置有四个相同的支撑导柱，能够在相对应的所述支撑导套中上下滑动，实现分块加热装置的上、下部分的接触和分离。

本发明所述的有益效果

1、采用高强度钢热成形分块加热装置实现了同一板料在具有不同特性的各部位之间的良好过渡。

在不对板料结构作额外处理情况下使板料不同位置吸收不同热量，在板料高温区和低温区转变成不同的相，中间区域平滑过渡，克服了现有技术因焊缝、板厚不连续产生的过渡问题。

2、采用本装置能通过改变不同区域的加热条件，实现同一成形件成分的分区特性，减少了工序，降低了设备投资，缩短了生产周期，提高了生产率。另外也克服了冷却法中为获得软质相降低冷却速率从而产生的降低生产效率的矛盾。

3、本装置可以实现大批量生产，在不同相的分块方式上灵活可变。

通过对分块直接传导加热板的控制，从而控制马氏体相及铁素体和珠光体混合相的分布位置；还可以通过控制加热温度和保温时间，改变某区域各组成相成分间的相对比例。

4、本装置用直接热传导加热成形技术，加热速度快、加热时间短，且便于机械转移。另外板料加热变得更具有针对性，在不同的区域根据需要合理控制加热能量，避免能源浪费而且更加环保。

5、本装置采用直接传导技术加热，以感应线圈为热源控制直接传导加热板，利用热电偶实时测温使加热温度灵活可控。本装置通过分别控制各区域的加热板对板料不同区域加热，适用于零件整体加热、局部加热、不等温加热、局部半热冲压。

6、本装置加热过程板料位置固定，装置面积只需在板料面积外扩展很小的安装尺寸，比传统辊底炉等加热装置占地面积小得多，且体积小。本装置利用直接热传导方式在绝热空间内对高强钢板料加热，使材料表面氧化少并且热量耗散小。本装置中直接传导加热板在板料上下对称布置，在各自区域内对板料上下均匀加热，成形质量好。

附图说明

图1为本发明所述的高强度钢热成形分块加热装置的上部结构图。

图2为本发明所述的高强度钢热成形分块加热装置中的下部结构图。

图3为本发明所述的高强度钢热成形分块加热装置上下分离可放置和取出板料时的结构图。

图4为同一块板料同时实现两组加热情况的剖面图。

图5为同一块板料同时实现三组加热情况的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明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。

如图1-5所示，本发明提供一种高强度钢热成形分块加热装置，包括设置在分块加热装置最上部的上模座110，上模座110为长方形的中空箱式结构，内部装有控制整个上部机构的液压动力系统，同时能够与设置在外部的控制系统连接，控制整个分块加热装置的运行。

上模座110的底端面连接有上固定板120，上固定板120的面积小于上模座110的面积，在上模座110的底面四角连接有四个相同的支撑导套130，上模座110与支撑导套130之间采用焊接的方式进行固定连接。支撑导套130为内部中空的圆筒。

分区加热装置包括上分区加热装置和下分区加热装置，上分区加热装置的加热区域和下分区加热装置的加热区域位置上下对应，能够同时对一块板料同时进行不同温度的加热；其中上分区加热装置设置在上模座110的下部，与固定板120的底面固连，包括：上绝热板罩140、上加热机构150、上加热板160、上隔热板170；上绝热板罩140的顶端面连接固定板120的底面，上绝热板罩140为内部中空的敞口方形结构，内部依次设置有上加热机构150和上加热板160，上加热板160能够接收来自上加热机构150传递的热量，对板料310进行加热。

下模座210水平放置在地面上，通过地脚螺栓固定在地面上，下分区加热装置设置在下模座210的上部，包括：下绝热板罩240、下加热机构250、下加热板260，下绝热板罩240通过基座220与下模座210连接。其中基座220的上端面与下模座210连接，下绝热板罩240为内部中空的敞口方形结构，底面面积与基座220的面积相同，在下绝热板罩240的内部，依次设置有下加热机构250，其与上加热机构150相同，以及下加热板260，下加热板260能够接收并传递下加热机构250传递的热量，对板料310进行加热。

其中，上加热机构150和下加热机构250对称设置，均包括至少两组并排设置的能同时接受不同电流的感应加热线圈，用以在加热时为同一块板料的不同区域提供不同温度。上加热板160和下加热板260的块数与相应的感应加热线圈的数量相同，并且位置相对应，能够传递相应的温度，实现同一块板料310同时进行不同温度的加热。

上隔热板170设置在上分区加热装置中相邻的加热区域之间，将相应的上感应加热线圈和上加热板160划为一组，与相邻的感应加热线圈和上加热板分隔开来，起到不同加热温度区域之间的隔热作用。

下隔热板270设置在下分区加热装置中相邻的加热区域之间，将相应的下感应加热线圈和下加热板划260为一组，与相邻的下感应加热线圈和下加热板分隔开来，起到不同加热温度区域之间的隔热作用。

作为一种优选，在本发明中，上绝热板罩140以及下绝热板罩240的材质选用隔热材料。

作为一种优选，在本发明中，上加热板160和下加热板的材质选用传热较快的紫铜材料。

作为一种优选，在本发明中，上隔热板170和下隔热板270的材质选用陶瓷纤维隔热材料。

在下模座210朝上的一面四角上，设置有四个相同的支撑导柱230，能够与设置在上模座110底面四角的支撑导套130相互配合，并在支撑导套130中上下滑动，实现上、下部分的分离和结合。

板料310设置在分块加热装置的下部，位于下分区加热装置的上端，与下加热板260紧密贴合。上加热板160、下加热板260与上绝热板罩140、下绝热板罩240前后内壁采用过盈配合，其中，上固定板120、上绝热板罩140、下绝热板罩240、基座220的底面积相同，长度、宽度均大于上加热板160和下加热板260，同时上、下加热板面积相同，长度、宽度均大于板料310。在下加热板260的一侧设置有固定装置270，能够用来对板料的放置进行固定。

在上加热板160、下加热板260朝向板料310的一面均开设有多个均布的凹槽，在凹槽内部焊接有热电偶，能够随时测量板料310不同位置的温度。

在分块加热装置工作时，上分区加热装置和下分区加热装置包括至少两个温度不同的加热分区。

在另一实施例中，要实现板料左端区域为马氏体相，右端区域为铁素体和珠光体混合相的情况，优选材质为22mnb5，选择加热机构中设置有两组感应加热线圈的分块加热装置，在长度方向将板料其分块为两个区域，将材质为22mnb5的板料放置在下加热板260上，并通过固定装置270将板料定位，操作控制系统，将上部分块加热装置向下移动，四个支撑导套130与四个支撑导套230相配合，上绝热板罩140到达下绝热板罩240上，使二者相接触，分块加热装置的上下部分完全将板料覆盖住，控制系统对两组感应线圈进行通电，左边感应线圈的电流大于右边感线圈的电流，使左边加热板比右边加热板热得快，且两边均能在较短的通电时间内达到目标温度；在加热过程中，加热板凹槽内的热电偶实时测量温度；当左边板料区域加热至奥氏体化温度后保持恒温，使左边区域完全奥氏体化；而右边板料区域加热温度低于奥氏体化温度，使右边区域和右边板料维持原始铁素体和珠光体混合相；加工结束，通过控制系统将上、下部分分离，取出板料。

作为一种优选，本发明中，奥氏体化温度选择900℃，右边区域的加热温度选择650℃。

在另一实施例中，要实现板料中间部分为马氏体相，左边板料和右边板料为铁素体和珠光体混合相的情况，优选材质为22mnb5，选择加热机构中设置有三组感应加热线圈的分块加热装置，将板料在长度方向分为左、中、右三个区域，将材质为22mnb5的板料放置在下加热板260上，并通过固定装置270将板料定位，操作控制系统，将上部分块加热装置向下移动，四个支撑导套130与四个支撑导套230相配合，上绝热板罩140到达下绝热板罩240上，使二者相接触，分块加热装置的上下部分完全将板料覆盖住，控制系统对三组感应线圈进行通电，中间区域的感应加热线圈的电流大于左、右两边感应加热线圈的电流，使中间加热板比左、右两边加热板热得快，且每个区域均能在较短的通电时间内达到目标温度；在加热过程中，加热板凹槽内的热电偶实时测量温度；当中间板料区域加热至奥氏体化温度后保持恒温，使左边区域完全奥氏体化；而左、右两边板料区域的加热温度维持低于奥氏体化温度，使右边区域和右边板料维持原始铁素体和珠光体混合相；加工结束，通过控制系统将上、下部分分离，取出板料。

作为一种优选，本发明中，奥氏体化温度选择900℃，左、右两边区域的加热温度选择650℃。

尽管本发明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发明的领域，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，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。