高强度钢热成形局部加热装置制造方法

高强度钢热成形局部加热装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了高强度钢热成形局部加热装置，为克服现有技术仅能实现材料机械性能均匀分布问题，高强度钢热成形局部加热装置包括上部机构、下部机构与加热机构。下部机构包括4个结构相同的上模座支撑柱(2)与下部底座(11)，4个结构相同的上模座支撑柱(2)的底端采用焊接方式垂直地固定在下部底座(11)的四角处，下部机构通过其下部底座(11)并采用下部底座固定螺栓(10)与地基连接，上部机构包括上模座(1)，上部机构通过其上模座(1)安装在下部机构中的4个结构相同的上模座支撑柱(2)的上表面上，并采用焊接方式将上模座支撑柱(2)的上表面与上模座(1)的下表面固定连接，加热机构安装在下部机构后侧的地基上。
【专利说明】高强度钢热成形局部加热装置

【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种黑色金属热成形加热装置，更确切地说，本实用新型涉及一 种高强度钢热成形局部加热装置。

【背景技术】
[0002] 随着国民经济的快速增长、人民生活水平的提高、汽车保有量大幅度上升，能源、 环境污染、行车安全等问题也日益凸显，如何在保证汽车安全性的前提下，实现汽车轻量化 成为汽车行业亟待解决的重要课题。高强度钢以其单位重量碰撞安全性高的优势，成为汽 车轻量化后保证汽车碰撞安全性的主要材料。而高强度钢热成形技术是实现高强度车身零 件高精度冲压成形的重要方式。在成形过程中将硼钢加热到900°C左右，使之均匀奥氏体 化，然后在带有冷却系统的模具内冲压成形，保压同时快速淬火冷却，使奥氏体转变为马氏 体，大幅度提高零件强度。目前，通过热成形工艺获得的马氏体钢拥有1500MPa以上的强度 极限和5?6%的伸长率。尽管如此，具有均匀高强度的安全部件通常并不能满足吸能性 要求，强度高的零部件不一定能够最大限度地提升结构的碰撞吸能效果，合理的结构强度 分布才可以改善零件的变形趋势和吸能特性。如：车身B柱加强板，其上端设计的强度应 该很高，伸长率较低，下端设计的强度应该很低，伸长率较高。这样，当车身B柱受到侧面碰 撞时，由于加强板下端较软，先产生变形，引导碰撞力向下方的门榲梁方向传递，从而减小B 柱上端（乘员胸部高度位置处）乘员保护区的侵入量。而为使同一零件的不同部位具有不 同的机械性能，实现性能按区域分布，传统的方法有：
[0003] 1.拼焊板技术（TWB)，即将先进高强度钢和其它低强度钢拼焊在一起，实现性能 按区域分布，而这种方法的缺点是TWB中的焊缝限制了板料的成形性，从而大大降低了零 件形状的复杂性；同时，焊接前需要去除钢板表面的涂层，这会使加热过程中产生板料氧化 的问题；并且不同厚度板料拼焊引起的板厚不连续也增加了成形模具的设计难度。
[0004] 2.乳制板技术（TRB)，即在轧制过程中通过使用不同尺寸的轧辊来改变同一板件 不同位置的厚度。该方法的缺点是为确保零件形状精确度及板料与模具间的良好接触，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。
[0005] 3.后处理回火工艺，该方法是在得到完全马氏体化的零件后，对其局部区域进行 后处理回火，使该处马氏体相转化为韧度好的低强度相。该方法的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。除上述传统方法外，现今常采用的方法是热成 形"局部冷却法"，将高强度钢板均匀奥氏体化并完成热成形后，通过在淬火冷却过程中，控 制不同部位的冷却速率，实现同一零件不同部位具有不同相组成，进而获得不同机械性能 的目的，即冷却速率大的部位生成强度高、硬度大的马氏体相，冷却速率小的部位生成强 度低、伸长率高的软质相，此过程原理参阅图1。但是，"局部冷却法"也存在不足之处，即在 淬火过程中，对板料冷却速率要求较高（即冷却速率有大有小），需要准确的控制。同时，为 使某些部位生成软质相，需要降低其冷却速率，降低冷却速率意味着延长生产周期，这与实 际生产中提高生产效率的目标相矛盾。
[0006] 参阅图1和图2,现今大多高强度钢热成形的研究都主要针对于其冷却过程中奥 氏体相的分解产物，而忽视了奥氏体的形成过程。本实用新型从奥氏体形成过程入手，通过 对板件不同部位施加不同的加热条件，得到不同的物质，比如：一部分板料加热至低于奥氏 体的转变温度，则这部分维持板料的原始成分（未奥氏体化），即铁素体和珠光体的混合软 质相，而另一部分加热至高于奥氏体的转变温度，可得到奥氏体相，之后将此板料按照传统 工艺成形淬火，便可以得到既具有铁素体和珠光体的混合软相又具有马氏体硬相的零件。


【发明内容】

[0007] 本实用新型所要解决的技术问题是克服了现有技术仅能实现材料机械性能均匀 分布的问题，提供了一种高强度钢热成形局部加热装置。
[0008] 为解决上述技术问题本实用新型是采用如下技术方案实现的：所述的高强度钢热 成形局部加热装置包括上部机构、下部机构与加热机构。
[0009] 下部机构包括上模座支撑柱与下部底座，下部机构通过下部底座与地基螺栓连 接，上部机构包括上模座，上部机构通过上模座安装在下部机构中的4个结构相同的上模 座支撑柱的上表面上，并采用焊接方式将上模座支撑柱的上表面与上模座的下表面固定连 接，加热机构安装在下部机构后侧的地基上。
[0010] 技术方案中所述的下部机构还包括有下导热板、下冷却块基座、6个结构相同的下 冷却块、2个结构相同的定位销与18个结构相同的热电偶。4个结构相同的上模座支撑柱 的底端采用焊接方式垂直地对称地固定在下部底座的四角处，下冷却块基座安装在4个结 构相同的上模座支撑柱之间的下部底座的上表面上，两者之间采用焊接方式连接，6个结构 相同的下冷却块安装在下冷却块基座上端的6个结构相同的通孔内为静配合，下导热板安 装在下冷却块基座的顶端面上，两者之间采用焊接方式连接，18个结构相同的热电偶安装 在下导热板上的凹槽内，每个热电偶采用点焊连接在下导热板上的凹槽内，2个结构相同的 定位销安装在下导热板上表面一侧的定位销孔内，两者通过焊接进行连接。
[0011] 技术方案中所述的下导热板为长方形板类结构件，其工作面积与6个结构相同的 上导热板的底面面积之和相同，厚度与上导热板厚度相同，同样采用导热性能好的紫铜材 料，下导热板上表面等间距对称地设置6列结构相同的凹槽，凹槽内安装有热电偶，下导热 板的四周设置有布置导线的并与凹槽连通的通道孔，下导热板一侧均匀布置有安装定位销 的定位销孔。
[0012] 技术方案中所述的上部机构还包括有12个结构相同的缸筒、12个结构相同的活 塞杆、6个结构相同的上冷却块与6个结构相同的上导热板。上模座为长方体形的中空的箱 体式结构件，上模座的下表面设置有12个结构相同的圆孔，12个结构相同的圆孔在上模座 的下表面上从左至右分为6列，每列前后2个，12个结构相同的缸筒的上端装入12个结构 相同的圆孔内为固定连接，12个结构相同的活塞杆装入12个结构相同的缸筒内为滑动连 接，12个结构相同的活塞杆的下端从左至右依次和6个结构相同的上冷却块上端采用螺纹 连接，6个结构相同的上冷却块的底面与6个结构相同的上导热板上表面采用焊接方式连 接。
[0013] 技术方案中所述的上冷却块为长方体结构件，上冷却块的顶端面上沿纵向设置有 用于连接的2个结构相同的内螺纹孔，上冷却块上沿纵向设置有4个相互平行的圆形通孔 即上冷却水道，圆形通孔式的上冷却水道分两层布置，上冷却水道的直径为40?60mm，每 层相邻两个上冷却水道的中心距为150?180mm，上下层的上冷却水道在垂直方向中心距 为 120 ?150mm。
[0014] 技术方案中所述的加热机构包括6个结构相同的加热板罩、6个结构相同的加热 板、6个结构相同的加热板支撑杆、6个结构相同的加热机构底座滑块、加热机构底座与6个 结构相同的加热机构底座后盖板。6个结构相同的加热板罩位于整个加热机构的最上部， 6个结构相同的加热板罩的拱形内表面的左右两端依次与6个结构相同的加热板的上表面 的左右两端相接触并采用焊接连接，6个结构相同的加热板罩的拱形内表面依次与6个结 构相同的加热板支撑杆的顶端面通过焊接进行连接，6个结构相同的加热板支撑杆下端依 次与6个结构相同的加热机构底座滑块上表面采用焊接连接，6个结构相同的加热机构底 座滑块装入加热机构底座上的6个结构相同的轨道内为滑动连接，6个结构相同的加热机 构底座后盖板与加热机构底座上的6个结构相同的轨道后部采用焊接连接。
[0015] 技术方案中所述的加热机构底座为矩形的板类结构件，在加热机构底座的上表面 上设置有6条结构相同的长方体形的轨道，6条结构相同的长方体形的轨道上加工有横截 面为倒T字形的用于安装6个结构相同的加热机构底座滑块与6个结构相同的加热板支撑 杆下端的凹槽滑道，6条结构相同的长方体形的轨道上的凹槽滑道的前端是封闭的，6条结 构相同的长方体形的轨道上的凹槽滑道的后端是敞开的，加热机构底座的左右两端设置有 用于安装加热机构固定螺栓的螺栓通孔。
[0016] 技术方案中所述的加热板为长方形的平板类结构件，其下表面设置有相互平行的 半圆柱体形的型号为HLS的红外加热管，加热管半径为15?20mm，每个加热板上布置6? 8个加热管，加热管中心间的间距为45?50mm。
[0017] 技术方案中所述的加热板位于高强度钢板料的正上方，两者之间保持0. lm的垂 直间隙。
[0018] 与现有技术相比本实用新型的有益效果是：
[0019] 1.本实用新型所述的高强度钢热成形局部加热装置实现了同一钢板具有不同性 能的各部位之间在厚度、机械性能等方面的良好过渡。
[0020] 传统的激光拼焊板可以实现同一板件上不同部位具有不同性能的特性，但焊缝的 存在限制了板料的成形性，从而降低了成形零件形状的复杂性。不同的板料厚度引起的板 厚不连续也增加了模具设计的难度。本实用新型对热成形加热装置进行设计，可使加热装 置在不同位置产生不同热量，对于板料而言不进行额外处理，加热时由于热交换等原因，在 板料高温区（奥氏体化）和低温区（未奥氏体化）中间存在过渡区域，使板料性能平滑过 渡，解决了传统拼焊板因焊缝引起的问题。
[0021] 2.本实用新型所述的高强度钢热成形局部加热装置不需要额外操作和装置，缩短 了生产周期，提高了生产率，同时可以节约能源。
[0022] 本实用新型仅通过调整热成形加热过程，便达到了预期目标。与现今需要在生产 线中添加额外的操作（焊接、乳制、回火）相比，减少生产工序，降低了设备投资，提高生产 效率，产品质量易于控制。同时，本实用新型舍弃了传统的加热炉，板料加热变得更具有针 对性，在不需要高温（奥氏体化）的部位，减少其加热能量，避免产生不必要的热量消耗，所 以也有节约能源的优点。
[0023] 3.本实用新型所述的高强度钢热成形局部加热装置克服了热成形"局部冷却法" 中降低冷却速率与提高生产效率之间的矛盾。
[0024] 本实用新型针对现在比较普遍的"局部冷却法"为获得软质相，不得不降低冷却速 率，必然降低生产效率这一问题，采取从加热过程入手的措施，在加热时便决定了最终成形 件成分的不同化，冷却时可以依旧按照传统方法快速冷却。这样既解决了上述矛盾，也可以 直接使用传统的热冲压模具，不必对模具进行重新设计。
[0025] 4.本实用新型所述的高强度钢热成形局部加热装置可以实现大批量生产，同时也 可以根据需要调节软化相在板料上的位置。
[0026] 本实用新型设计了六个单独的红外线热辐射加热板，可以按照零件力学性能的需 求，调节红外线加热板的温度和加热次序，从而调节马氏体（硬）相及铁素体和珠光体混合 (软）相的位置，参阅图3,图中：1为马氏体相、2为铁素体和珠光体混合相，可以实现三种 不同板料相成分分布情况，如：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，或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，或板料左半边为马氏 体相，右半边为铁素体和珠光体混合相。
[0027] 5.本实用新型所述的高强度钢热成形局部加热装置通过控制板料的加热路径可 以实现某一特定区域相的多样性。
[0028] 参阅图2,对于板料的某一区域，若其加热温度高于Ac3,保温一段时间，可得到成 分单一的奥氏体相；若其加热温度低于Acl，则组成成分仍为板料原始成分，即铁素体和珠 光体混合相；加热过程中，相组成成分除受到加热温度影响外，还受保温时间的影响。若加 热温度在Acl与Ac3之间，则组成成分为奥氏体、铁素体和珠光体相的混合物，可以通过调 节加热温度和保温时间，改变各组成相成分间的相对比例。
[0029] 6.本实用新型所述的高强度钢热成形局部加热装置考虑了高强度钢热成形的最 佳成形温度。
[0030] 参阅图4,当一部分板料加热至奥氏体化温度后，继续通过红外线加热板对其恒温 照射，使其完全均匀奥氏体化后，撤出红外线加热板，使上导热板对已奥氏体化的部位施加 适当压力，进行快速冷却，使其冷却至650°C左右，此时材料的硬化指数达到最大值，在此温 度范围内板料的成形性最好。而另一部分板料在这段时间内只进行加热，加热至720°C以下 某一温度（本装置中为650°C )，使其并未奥氏体化，维持原始铁素体和珠光体混合相。当 两部分板料的温度均满足要求后，将这种适宜成形又可按需要强度分布的板料取出，放到 传统热成形模具上，成形，冷却，即可获得所需的热成形件。

【专利附图】

【附图说明】
[0031] 下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：
[0032] 图1为现有热成形"局部冷却法"所依据的连续冷却相变曲线图；
[0033] 图2为热成形"局部加热工艺"所依据的连续加热相变曲线图；
[0034] 图3_a为本实用新型所述的高强度钢热成形局部加热装置所能实现的第一种不 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；
[0035] 图3_b为本实用新型所述的高强度钢热成形局部加热装置所能实现的第二种不 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；
[0036] 图3-c为本实用新型所述的高强度钢热成形局部加热装置所能实现的第三种不 同板料相成分分布情况示意图即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；
[0037] 图4为现有不同温度下硼钢的硬化指数N的变化趋势曲线图；
[0038] 图5为本实用新型所述的高强度钢热成形局部加热装置中的上部机构结构组成 的轴测投影图；
[0039] 图6为本实用新型所述的高强度钢热成形局部加热装置中的下部机构结构组成 的轴测投影图；
[0040] 图7为本实用新型所述的高强度钢热成形局部加热装置中的加热机构结构组成 的轴测投影图；
[0041] 图8为图7中A-A处的剖视图；
[0042] 图9为本实用新型所述的高强度钢热成形局部加热装置中的热电偶在下导热板 上分布位置的示意图；
[0043] 图10为本实用新型所述的高强度钢热成形局部加热装置结构组成的主视图；
[0044] 图11为本实用新型所述的高强度钢热成形局部加热装置中的加热机构结构组成 的主视图；
[0045] 图12为本实用新型所述的高强度钢热成形局部加热装置的加热机构中单个加热 板及加热板罩的主视图；
[0046] 图13为图7中B-B处的剖视图；
[0047] 图14为本实用新型所述的高强度钢热成形局部加热装置为实现图3中板料相为 分布情况1所进行的第一步操作的轴测投影图；
[0048] 图15为本实用新型所述的高强度钢热成形局部加热装置为实现图3中板料相为 分布情况1所进行的第二步操作的轴测投影图；
[0049] 图16为本实用新型所述的高强度钢热成形局部加热装置为实现图3中板料相为 分布情况3所进行的第一步操作的轴测投影图；
[0050] 图17为本实用新型所述的高强度钢热成形局部加热装置为实现图3中板料相为 分布情况3所进行的第二步操作的轴测投影图；
[0051] 图18为本实用新型所述的高强度钢热成形局部加热装置为实现图3中板料相为 三种分布情况所进行的第三步操作的轴测投影图；
[0052] 图中：1.上模座，2.上模座支撑柱，3.缸筒，4.活塞杆，5.上冷却块，6.上冷却 水道，7.上导热板，8.下导热板，9.下冷却块基座，10.下部底座固定螺栓，11.下部底座， 12.下冷却块，13.下冷却水道，14.定位销，15.高强度钢板料，16.加热板罩，17.加热板， 18.加热板支撑杆，19.加热机构底座滑块，20.加热机构底座，21.加热机构固定螺栓， 22.加热机构底座后盖板，23.热电偶。

【具体实施方式】
[0053] 下面结合附图对本实用新型作详细的描述：
[0054] 本实用新型所述的高强度钢热成形局部加热装置包括上部机构、下部机构与加热 机构。
[0055] 参阅图5,所述的上部机构包括有上模座1、12个结构相同的缸筒3、12个结构相同 的活塞杆4、6个结构相同的上冷却块5、6个结构相同的上导热板7 ;或者说，所述的上部机 构包括有上模座1、A组冲压总成、B组冲压总成、C组冲压总成、D组冲压总成、E组冲压总 成与F组冲压总成。
[0056] 上模座1为长方体形的中空的箱体式结构件，上模座1的内部装有控制整个上部 机构的液压动力系统，并与外部控制系统相连；上模座1的（底面）下表面设置有12个结 构相同的圆孔，12个结构相同的圆孔在上模座1的（底面）下表面上从左至右分为6列，每 列前后2个，12个结构相同的缸筒3的上端装入12个结构相同的圆孔内为固定连接，12个 结构相同的活塞杆4装入12个结构相同的缸筒3内为滑动连接。
[0057] 缸筒3为中空圆筒结构，可使活塞杆4在其内部上下运动。并将12个结构相同的 缸筒3分为6组，从左至右分别又称为A组缸筒、B组缸筒、C组缸筒、D组缸筒、E组缸筒、 F组缸筒，每组缸筒包含前后2个结构相同的缸筒3。
[0058] 活塞杆4为杆式结构，其上端装入筒缸3内，用于承受液压力；活塞杆4下端设置 有外螺纹，活塞杆4通过其下端的外螺纹与上冷却块5连接，活塞杆4带动上冷却块5上下 移动。并将12个结构相同的活塞杆4分为6组，从左至右分别又称为A组活塞杆、B组活 塞杆、C组活塞杆、D组活塞杆、E组活塞杆、F组活塞杆，每组活塞杆包含前后2个结构相同 的活塞杆4。
[0059] 上冷却块5为长方体结构件，上冷却块5的顶端面上沿纵向设置有用于连接的2 个结构相同的内螺纹孔，沿上冷却块5的纵向设置有4个相互平行的圆形通孔即上冷却水 道6,为保证冷却水道可快速均匀地吸收由上导热板7传递来的热量，圆形通孔式的上冷却 水道6分两层布置，实施例中上冷却水道6的直径为40mm?60,每层相邻两个上冷却水 道6的中心距为150?180mm，上、下层上冷却水道6在厚度（垂直）方向中心距为120? 150mm。并将6个结构相同的上冷却块5分为6组，从左至右分别又称为A组上冷却块、B上 冷却块、C上冷却块、D上冷却块、E上冷却块与F组上冷却块。
[0060] 上导热板7为长方形的板类结构件，其长度、宽度分别与上冷却块5的长度、宽度 相同，用来传递对高温高强度钢板料15施加的压力，上导热板7采用导热性能好的紫铜材 料，上导热板7能够将高温高强度钢板料15的热量快速传递给上冷却块5。将6个结构相 同的上导热板7分为6组，从左至右分别又称为A组上导热板、B组上导热板、C组上导热 板、D组上导热板、E组上导热板与F组上导热板。
[0061] 将缸筒3、活塞杆4、上冷却块5、上导热板7的组合定义为冲压总成，同样将其分为 6组，从左至右分别又称为A组冲压总成、B组冲压总成、C组冲压总成、D组冲压总成、E组 冲压总成与F组冲压总成。
[0062] 上模座1位于整个高强度钢热成形局部加热装置的最上部，上模座1的底面与装 入圆孔中的缸筒3的外圆柱面之间采用焊接方式连接，12个结构相同的活塞杆4的上端装 入12个结构相同的缸筒3内，可以上下滑动，12个结构相同的活塞杆4的下端与6个结构 相同的上冷却块5上端盲孔采用螺纹连接，6个结构相同的上冷却块5的底面与6个结构相 同的上导热板7上表面接触并采用焊接方式连接。
[0063] 参阅图6与图9,所述的下部机构包括有4个结构相同的上模座支撑柱2、下导热 板8、下冷却块基座9、6个结构相同的下部底座固定螺栓10、下部底座11、6个结构相同的 下冷却块12、2个结构相同的定位销14、18个结构相同的热电偶23。
[0064] 上模座支撑柱2为圆柱体式结构件，4个结构相同的上模座支撑柱2的底端采用焊 接方式垂直地对称地固定在下部底座11的四角处，上部机构通过上模座1四角处的底端面 水平地安装在4个结构相同的上模座支撑柱2的顶端面上，4个结构相同的上模座支撑柱 2的顶端与上模座1四角处的底端面之间采用焊接方式连接，上模座1与下部底座11的对 称中心共线，所以说，4个结构相同的上模座支撑柱2用于支撑整个上部机构。下冷却块基 座9安装在4个结构相同的上模座支撑柱2之间的下部底座11的上表面上，两者之间采用 焊接方式连接，6个结构相同的下冷却块12安装在下冷却块基座9上端的6个结构相同的 通孔内为静配合，下导热板8安装在下冷却块基座9的顶端面上，两者之间采用焊接方式连 接，18个结构相同的热电偶23安装在下导热板8上的凹槽内，每个热电偶23采用点焊连接 在下导热板8上的凹槽内。
[0065] 参阅图9,下导热板8为长方形板类结构件，其工作面积与6个结构相同的上导热 板7底面总面积相同，厚度与上导热板7厚度相同，同样采用导热性能好的紫铜材料，将高 温高强度钢板料15的热量快速传递给下冷却块基座9内的6个结构相同的下冷却块12， 下导热板8上表面以300mm等间距对称地设置6列凹槽（每列3个），凹槽内安装有热电 偶23。下导热板8的四周设置有布置导线的并与凹槽连通的通道孔，采用导线连接热电偶 23与外部控制系统，确保热电偶的测量信息实时反馈到外部控制系统，下导热板8 -侧均 匀布置有安装定位销14的定位销孔。
[0066] 下冷却块基座9为长方体式结构件，中部均匀等距布置6个长方体形状的通孔，用 于固定安装下冷却块12,通孔与通孔之间并不连通，尽可能少地减少相邻下冷却块12之间 的热量传递，并且整个下冷却块基座9上、下表面的面积与下部底座11上表面的面积相等。
[0067] 实施例中的下部底座固定螺栓10为Φ 30的地脚螺栓。
[0068] 下部底座11为长方体式铸造结构件，其下部左右两侧每侧等距布置了 3个螺栓 孔，用于安装下部底座固定螺栓10。
[0069] 下冷却块12除了顶端面上无内螺纹孔，左右宽度各比上冷却块5少20mm外（整 个宽度少40mm)外，其它结构尺寸与上冷却块5完全相同。沿下冷却块12的纵向设置有4 个相互平行的圆形通孔即下冷却水道13,为保证冷却水道可快速均匀地吸收由下导热板8 传递来的热量，圆形的下冷却水道13分两层布置，实施例中下冷却水道13的直径为40? 60mm，每层相邻两个上冷却水道6的中心距为150?180mm，上、下层下冷却水道13在厚度 (垂直）方向中心距为120?150mm。并将6个结构相同的下冷却块12分为6组，从左至 右分别称为A组下冷却块、B组下冷却块、C组下冷却块、D组下冷却块、E组下冷却块与F 组下冷却块。A组下冷却块、B组下冷却块、C组下冷却块、D组下冷却块、E组下冷却块与F 组下冷却块分别位于A组上冷却块、B组上冷却块、C组上冷却块、D组上冷却块、E组上冷 却块、F组上冷却块的正下方。
[0070] 定位销14为小圆柱体式结构件，定位销14下端插入下导热板8 -侧的定位销孔 内，定位销14的上表面高出下导热板8上表面5mm，用于对高强度钢板料15的一端进行定 位。
[0071] 热电偶23采用型号为WRNG-430的或型号为WRN2G-430的热电偶，用于测量装置 内高温的高强度钢板料15下表面的实时温度。
[0072] 下导热板8位于6个结构相同的上导热板7的正下方，且在未工作时两者处于分 离状态。各热电偶23依次安装在下导热板8上表面的凹槽内，每个热电偶23通过点焊连 接在下导热板8上的凹槽内。2个结构相同的定位销14安装在下导热板8上表面一侧的定 位销孔内，两者通过焊接进行连接。下导热板8的下表面与下冷却块基座9上表面相接触 并采用焊接方式连接，6个结构相同的下冷却块12布置在下冷却块基座9中部的长方体形 状的通孔内，并通过过盈配合进行装配。下冷却块基座9下表面与下部底座11上表面相接 触并采用焊接方式连接。下部底座11采用6个Φ30的下部底座固定螺栓10与地基连接。 4个结构相同的上模座支撑柱2位于下部底座11的四角处，4个结构相同的上模座支撑柱 2的下表面通过焊接与下部底座11的上表面进行连接，4个结构相同的上模座支撑柱2的 上表面通过焊接与上模座1的下表面进行连接。
[0073] 参阅图7,所述的加热机构包括6个结构相同的加热板罩16、6个结构相同的加热 板17、6个结构相同的加热板支撑杆18、6个结构相同的加热机构底座滑块19、加热机构底 座20、6个结构相同的加热机构固定螺栓21、6个结构相同的加热机构底座后盖板22。
[0074] 加热机构安装在下部机构后侧的地基上，加热机构中的6个结构相同的加热板支 撑杆18往前移动时，能够使6个结构相同的加热板罩16与6个结构相同的加热板17达到 位于下部机构中的4个结构相同的上模座支撑柱2之间的下导热板8的正上方，对高强度 钢板料15加热时不与高强度钢板料15发生接触，加热板17与高强度钢板料15之间保持 0. lm的垂直间隙。
[0075] 参阅图12,所述的加热板罩16为拱形板类结构件，将6个结构相同的加热板罩16 分为6组，从左至右分别称为A组加热板罩、B组加热板罩、C组加热板罩、D组加热板罩、E 组加热板罩与F组加热板罩。
[0076] 所述的加热板17为长方形的板类结构件，其下表面设置有一层相互平行的半圆 柱体形的型号为HLS的红外加热管，加热管半径为15?20mm，每个加热板17上布置6?8 个加热管，加热管中心间的间距为45?50mm。将6个结构相同的加热板17分为6组，从左 至右分别称为A组加热板、B组加热板、C组加热板、D组加热板、E组加热板与F组加热板。
[0077] 加热板支撑杆18为弯曲形圆形等截面圆管结构件，加热板支撑杆18的上部的右 端与加热板罩16顶端的内侧面焊接连接，加热板支撑杆18的下部的底端连接着一个长方 体结构的加热机构底座滑块19。将6个结构相同的加热板支撑杆18分为6组，从左至右分 别称为A组加热板支撑杆、B组加热板支撑杆、C组加热板支撑杆、D组加热板支撑杆、E组 加热板支撑杆与F组加热板支撑杆。
[0078] 参阅图13,加热机构底座滑块19为长方体形结构件，加热机构底座滑块19位于加 热板支撑杆18的下端，用于在加热机构底座20上的轨道内左右滑动。
[0079] 参阅图11，将加热板罩16、加热板17、加热板支撑杆18、加热机构底座滑块19的 组合定义为加热总成，所以所述的加热机构包括6组加热总成即从左至右的A组加热总成、 B组加热总成、C组加热总成、D组加热总成、E组加热总成、F组加热总成和加热机构底座 20、6个结构相同的加热机构固定螺栓21、6个结构相同的加热机构底座后盖板22。
[0080] 参阅图7和图8,加热机构底座20为矩形的板状类结构件，在加热机构底座20的 上表面设置有6条在其上加工有横截面为倒T字形的凹槽的长方体形的轨道，凹槽的两端 是封闭的，凹槽的1端采用加热机构底座后盖板22封闭。
[0081] 加热机构固定螺栓21为Φ 20的地脚螺栓。
[0082] 加热机构底座后盖板22为板状结构件，位于加热机构底座20后部，其表面与地面 相垂直。
[0083] 6个结构相同的加热板罩16位于整个加热机构的最上部，6个结构相同的加热板 罩16的拱形内表面的前后（左右）两端与6个结构相同的加热板17的上表面的前后（左 右）两端相接触并采用焊接连接。6个结构相同的加热板罩16拱形内表面与6个结构相同 的加热板支撑杆18顶端面通过焊接进行连接。6个结构相同的加热板支撑杆18下端与6 个结构相同的加热机构底座滑块19上表面进行焊接，6个结构相同的加热机构底座滑块19 被装入加热机构底座20上的6个结构相同的轨道内为滑动连接，6个结构相同的加热机构 底座后盖板22与加热机构底座20上的1端敞开的6个结构相同的轨道后部通过焊接进行 连接，保证加热机构底座滑块19封闭在加热机构底座20上的6个结构相同的轨道内。采 用加热机构固定螺栓21将整个加热机构固定在下部机构后方的地面上，其中，加热机构底 座20与下部机构中的下部底座（11)的横向对称面共面。
[0084] 其中上导热板7及下导热板8采用紫铜材料，紫铜材料易于获得，热传导系数很 大，且在900°C时仍处于固相状态，加热板17是采用半圆柱体形的型号为HLS的红外加热 管，其它零件均采用4Cr5MoSiV材料。
[0085] 本实用新型所述的高强度钢热成形局部加热装置的工作过程：
[0086] 实施例1
[0087] 参阅3-a、图14、图15和图18,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；采用尺寸规格为2000mmX600mmX 1. 5mm的材质为22MnB5的高 强度钢板料15作为操作对象，将高强度钢板料15在长度（即2000mm)方向加工为三个区 域，即将中间加工为马氏体相区域（长1000mm)，两端为铁素体和珠光体混合相区域（长 500mm)，保证整个板料在成形前均达到65(TC。
[0088] 步骤如下：
[0089] 1.利用切割机切割好1块规格尺寸为2000mmX600mmX 1. 5mm的材质为22MnB5的 高强度钢板料15 ;
[0090] 2.通过机械装置将切割好的高强度钢板料15放置到下部机构的下导热板8的上 表面上，并利用定位销14对高强度钢板料15进行定位，与高强度钢板料15接触后热电偶 23开始测量温度，热信号转换为电信号，通过外部设备实时观察高强度钢板料15温度变 化；
[0091] 3.打开加热机构的控制开关，使C组加热总成、D组加热总成以0. 5m/s的速度向 前移动，移动1000mm后停止，此时C组加热总成、D组加热总成中的C组加热板、D组加热板 将正下方的下导热板8上的对应位置完全覆盖但并不与高强度钢板料15发生接触，两者之 间应保持〇. lm的垂直间隙；
[0092] 4.使C组加热总成、D组组加热总成对高强度钢板料15中部进行加热，加热至 900°C后保持恒温，使高强度钢板料15中部完全奥氏体化；
[0093] 5.使C组加热总成、D组加热总成以0. 5m/s的速度向后移动，移动1000mm后停止； 在这段时间内，冲压总成C、D组以0. 5m/s的速度向下运动，直至其与高强度钢板料15上表 面相接触，并对其施加 lOMPa的压力；同时，A组加热总成、B组加热总成、E组加热总成、F 组加热总成以〇. 5m/s的速度向前移动，移动1000mm后停止，此时A组加热总成、B组加热 总成、E组加热总成、F组加热总成中的A组加热板、B组加热板、E组加热板与F组加热板 将正下方的下导热板8上的对应位置完全覆盖但并不与下导热板8发生接触，保持0. lm的 垂直间隙；
[0094] 6.使A组加热总成、B组加热总成、E组加热总成、F组加热总成对高强度钢板料 15两侧进行加热，加热至650°C后保持恒温，与此同时，打开设置有上冷却水道6的C组上 冷却块、D组上冷却块及设置有下冷却水道13的C组下冷却块、D组下冷却块的开关，对高 强度钢板料15中部进行快速冷却，通过调节设置有上冷却水道6的C组上冷却块、D组上 冷却块及调节设置有下冷却水道13的C组下冷却块、D组下冷却块中液流的流速，保证当 高强度钢板料15两侧达到650°C时，高强度钢板料15中部也达到650°C，即整个高强度钢 板料15都大约为650±10°C ;
[0095] 7. A组加热总成、B组加热总成、E组加热总成、F组加热总成以0. 5m/s的速度向 后移动，移动1000mm后停止，与此同时，关闭设置有上冷却水道6的C组上冷却块、D组上 冷却块及设置有下冷却水道13的C组下冷却块、D组下冷却块开关，C组冲压总成、D组冲 压总成以0. 5m/s的速度向上运动，使其移动到初始位置，同时切断热电偶23传递的信号， 热电偶23测温结束；
[0096] 8.关闭加热机构的控制开关，通过机械装置夹取高温的高强度钢板料15,快速转 移至冲压模具内，通过压力机向下运动，带动模具合拢，将高强度钢板料15快速冲压成形， 并保温保压得到最终的热成形拼接零件。
[0097] 实施例2
[0098] 参阅3-c、图16、图17和图18,实现板料左半边为马氏体相，右半边为铁素体和珠 光体混合相的情况；采用尺寸规格为2000mmX600mmX 1. 5mm的材质为22MnB5的高强度钢 板料15作为操作对象，将高强度钢板料15在长度（即2000mm)方向加工为两个区域，左边 为马氏体相区域（长1000mm)，右边为铁素体和珠光体混合相区域（长1000mm)，保证整个 板料在成形前均达到650°C。
[0099] 该工作过程包括以下步骤：
[0100] 1.利用切割机切割好1块尺寸规格为2000mmX600mmX 1. 5mm的材质为22MnB5的 高强度钢板料15 ;
[0101] 2.通过机械装置将切割好的高强度钢板料15放置到下部机构的下导热板8的上 表面上，并利用定位销14对其进行定位，与高强度钢板料15接触后热电偶23开始测量温 度，热信号转换为电信号，通过外部设备实时观察高强度钢板料15温度变化；
[0102] 3.打开加热机构的控制开关，使A组加热总成、B组加热总成、C组加热总成以 0. 5m/s的速度向前移动，移动1000mm后停止，此时A组加热总成、B组加热总成、C组加热 总成中的加热板17将下导热板8上的对应位置完全覆盖，但并不与下导热板8发生接触， 保持0. lm的垂直间隙；
[0103] 4.使A组加热总成、B组加热总成、C组加热总成对高强度钢板料15左侧进行加 热，加热至90(TC后保持恒温，使高强度钢板料15左侧完全奥氏体化；
[0104] 5.使A组加热总成、B组加热总成、C组加热总成以0. 5m/s的速度向后移动，移动 1000mm后停止；在这段时间内，A组冲压总成、B组冲压总成、C组冲压总成以0. 5m/s的速 度向下运动，直至其与高强度钢板料15上表面相接触，并对其施加 lOMPa的压力；同时，D 组加热总成、E组加热总成、F组加热总成以0. 5m/s的速度向前移动，移动1000mm后停止， 此时D组加热总成、E组加热总成、F组加热总成的加热板17将下导热板8右侧的对应位置 完全覆盖但并不与高强度钢板料15发生接触，两者之间应保持0. lm的垂直间隙；
[0105] 6.使D组加热总成、E组加热总成、F组加热总成对高强度钢板料15右侧进行加 热，加热至650°C后保持恒温，与此同时，打开设置有上冷却水道6的A组上冷却块、B组上 冷却块、C组上冷却块及设置有下冷却水道13的A组下冷却块、B组下冷却块、C组下冷却 块开关，对高强度钢板料15左侧进行快速冷却，通过调节设置有上冷却水道6的A组上冷 却块、B组上冷却块、C组上冷却块及设置有下冷却水道13的A组下冷却块、B组下冷却块、 C组下冷却块中液流的流速，保证当高强度钢板料15右侧达到650°C时，高强度钢板料15 左侧也达到650°C，即整个高强度钢板料15都为650±10°C ;
[0106] 7. D组加热总成、E组加热总成、F组加热总成以0. 5m/s的速度向后移动，移动 1000mm后停止，与此同时，关闭设置有上冷却水道6的A组上冷却块、B组上冷却块、C组上 冷却块及设置有下冷却水道13的A组下冷却块、B组下冷却块、C组下冷却块开关，A组冲 压总成、B组冲压总成、C组冲压总成以0. 5m/s的速度向上运动，使其移动到初始位置，同时 切断热电偶23传递的信号，热电偶23测温结束；
[0107] 8.关闭加热机构的控制开关，通过机械装置夹取高温的高强度钢板料15,快速转 移至冲压模具内，通过压力机向下运动，带动模具合拢，将高强度钢板料15快速冲压成形， 并保温保压得到最终的热成形拼接零件。
[0108] 其中上述两个实施例中步骤5中施加 lOMPa的压力是为了消除高强度钢板料15 上下表面和各冲压总成中的上导热板7与下导热板8表面间的间隙，加快热传导。整个步 骤中高强度钢板料15的热量迅速通过各冲压总成中的上导热板7传递给各冲压总成中的 上冷却块5,通过下导热板8传递给下冷却块基座9中的各下冷却块12,热量迅速被各冲压 总成中的上冷却块5内的上冷却水道6、下冷却块12内的下冷却水道13中的循环冷却水吸 收带走。
【权利要求】
1. 一种高强度钢热成形局部加热装置，其特征在于，所述的高强度钢热成形局部加热 装置包括上部机构、下部机构与加热机构； 下部机构包括上模座支撑柱（2)与下部底座（11)，下部机构通过下部底座（11)与地基 螺栓连接，上部机构包括上模座（1)，上部机构通过上模座（1)安装在下部机构中的4个结 构相同的上模座支撑柱（2)的上表面上，并采用焊接方式将上模座支撑柱（2)的上表面与 上模座（1)的下表面固定连接，加热机构安装在下部机构后侧的地基上。
2. 按照权利要求1所述的高强度钢热成形局部加热装置，其特征在于，所述的下部机 构还包括有下导热板（8)、下冷却块基座（9)、6个结构相同的下冷却块（12)、2个结构相同 的定位销（14)与18个结构相同的热电偶（23); 4个结构相同的上模座支撑柱（2)的底端采用焊接方式垂直地对称地固定在下部底座 (11)的四角处，下冷却块基座（9)安装在4个结构相同的上模座支撑柱（2)之间的下部底 座（11)的上表面上，两者之间采用焊接方式连接，6个结构相同的下冷却块（12)安装在下 冷却块基座（9)上端的6个结构相同的通孔内为静配合，下导热板（8)安装在下冷却块基 座（9)的顶端面上，两者之间采用焊接方式连接，18个结构相同的热电偶（23)安装在下导 热板（8)上的凹槽内，每个热电偶（23)采用点焊连接在下导热板（8)上的凹槽内，2个结 构相同的定位销（14)安装在下导热板（8)上表面一侧的定位销孔内，两者通过焊接进行连 接。
3. 按照权利要求2所述的高强度钢热成形局部加热装置，其特征在于，所述的下导热 板（8)为长方形板类结构件，其工作面积与6个结构相同的上导热板（7)的底面面积之和 相同，厚度与上导热板（7)厚度相同，同样采用导热性能好的紫铜材料，下导热板（8)上表 面等间距对称地设置6列结构相同的凹槽，凹槽内安装有热电偶（23)，下导热板（8)的四周 设置有布置导线的并与凹槽连通的通道孔，下导热板（8) -侧均匀布置有安装定位销（14) 的定位销孔。
4. 按照权利要求1所述的高强度钢热成形局部加热装置，其特征在于，所述的上部机 构还包括有12个结构相同的缸筒（3)、12个结构相同的活塞杆（4)、6个结构相同的上冷却 块（5)与6个结构相同的上导热板（7); 上模座（1)为长方体形的中空的箱体式结构件，上模座（1)的下表面设置有12个结构 相同的圆孔，12个结构相同的圆孔在上模座（1)的下表面上从左至右分为6列，每列前后2 个，12个结构相同的缸筒（3)的上端装入12个结构相同的圆孔内为固定连接，12个结构相 同的活塞杆（4)装入12个结构相同的缸筒（3)内为滑动连接，12个结构相同的活塞杆（4) 的下端从左至右依次和6个结构相同的上冷却块（5)上端采用螺纹连接，6个结构相同的上 冷却块（5)的底面与6个结构相同的上导热板（7)上表面采用焊接方式连接。
5. 按照权利要求4所述的高强度钢热成形局部加热装置，其特征在于，所述的上冷却 块（5)为长方体结构件，上冷却块（5)的顶端面上沿纵向设置有用于连接的2个结构相同 的内螺纹孔，上冷却块（5)上沿纵向设置有4个相互平行的圆形通孔即上冷却水道￠)，圆 形通孔式的上冷却水道（6)分两层布置，上冷却水道￠)的直径为40?60mm，每层相邻两 个上冷却水道（6)的中心距为150?180mm，上下层的上冷却水道（6)在垂直方向中心距为 120 ?150mm。
6. 按照权利要求1所述的高强度钢热成形局部加热装置，其特征在于，所述的加热机 构包括6个结构相同的加热板罩（16)、6个结构相同的加热板（17)、6个结构相同的加热板 支撑杆（18)、6个结构相同的加热机构底座滑块（19)、加热机构底座（20)与6个结构相同 的加热机构底座后盖板（22); 6个结构相同的加热板罩（16)位于整个加热机构的最上部，6个结构相同的加热板罩 (16) 的拱形内表面的左右两端依次与6个结构相同的加热板（17)的上表面的左右两端相 接触并采用焊接连接，6个结构相同的加热板罩（16)的拱形内表面依次与6个结构相同的 加热板支撑杆（18)的顶端面通过焊接进行连接，6个结构相同的加热板支撑杆（18)下端依 次与6个结构相同的加热机构底座滑块（19)上表面采用焊接连接，6个结构相同的加热机 构底座滑块（19)装入加热机构底座（20)上的6个结构相同的轨道内为滑动连接，6个结构 相同的加热机构底座后盖板（22)与加热机构底座（20)上的6个结构相同的轨道后部采用 焊接连接。
7. 按照权利要求6所述的高强度钢热成形局部加热装置，其特征在于，所述的加热机 构底座（20)为矩形的板类结构件，在加热机构底座（20)的上表面上设置有6条结构相同 的长方体形的轨道，6条结构相同的长方体形的轨道上加工有横截面为倒T字形的用于安 装6个结构相同的加热机构底座滑块（19)与6个结构相同的加热板支撑杆（18)下端的凹 槽滑道，6条结构相同的长方体形的轨道上的凹槽滑道的前端是封闭的，6条结构相同的长 方体形的轨道上的凹槽滑道的后端是敞开的，加热机构底座（20)的左右两端设置有用于 安装加热机构固定螺栓（21)的螺栓通孔。
8. 按照权利要求6所述的高强度钢热成形局部加热装置，其特征在于，所述的加热板 (17) 为长方形的平板类结构件，其下表面设置有相互平行的半圆柱体形的型号为HLS的红 外加热管，加热管半径为15?20mm，每个加热板（17)上布置6?8个加热管，相邻两加热 管的中心间距为45?50mm。
9. 按照权利要求6所述的高强度钢热成形局部加热装置，其特征在于，所述的加热板 (17)位于高强度钢板料（15)的正上方，两者之间保持0. lm的垂直间隙。
【文档编号】C21D1/34GK203999688SQ201420369860
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月6日 优先权日:2014年7月6日
【发明者】庄蔚敏, 李冰娇, 解东旋, 闫雪燕, 李晓鹏, 郭帅, 胡哲, 张凯希, 李想 申请人:吉林大学