一种定制温热成形试验装置的制作方法

本发明涉及钢的温热成形技术，特别是一种定制温热成形试验装置，有利于在同一块待成形板料上通过同步实施不同位置对应不同成形圧力等条件变化的温热成形实现按照定制要求将不同的参数性能分布到不同的区域。

背景技术：

温热成形技术是一种超高强度零件的先进成形技术。相比于冷成形，温热成形具有成形载荷小、成形精度高，低回弹的优点。温热成形通常指将钢的坯料加热到钢的奥氏体化温度以上，然后移送到模具上冲压，冲压过程中坯料在模具中快速冷却，零件最终获得马氏体组织，并具有超高强度的力学性能。根据钢的连续冷却(cct)曲线可知，坯料在模具中的冷却速度对最终零件获得的微观组织及力学性能具有重要影响，这个特点是定制热成形零件生产的重要依据。定制温热成形是指在热成形过程中通过控制零件不同位置的微观组织，使零件的不同位置获得需要的力学性能。现有技术中的定制温热成形通常采用控制模具温度的方法，例如将模具镶块加热等，在冲压冷却过程中不同镶块对坯料的冷却速度不同，从而使最终的零件不同位置的微观组织和力学性能不同。本发明人研究发现，在钢的温热成形过程中，界面换热系数与压力密切相关，模具施加到坯料上的压力越大零件的冷却速度越快，冷却速度的不同会影响零件最终获得的微观组织，进而影响最终的力学性能。另外显著影响温热成形坯料冷却速度的因素还有模具温度，模具温度越高，坯料冷却速度越小。有鉴于此，本发明人以成形压力(即成形模具施加到坯料上的压力)的不同分布试验为核心完成了本发明的一种定制温热成形试验装置，并且还通过组合不同模具温度、冷却介质控制等完善了本发明。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种定制温热成形试验装置，有利于在同一块待成形板料上通过同步实施不同位置对应不同成形圧力等条件变化的温热成形，试验不同定制区域所表现出的不同的参数性能。

本发明的技术方案如下：

一种定制温热成形试验装置，其特征在于，包括通过导柱相连接的上模和下模座，所述上模和下模座之间包括第一压力定制试验区和第二压力定制试验区，所述第一压力定制试验区设置有第一压力定制试验下模，所述第一压力定制试验下模被位于所述下模座上的提供第一压力的托举机构支撑，所述第二压力定制试验区设置有第二压力定制试验下模，所述第二压力定制试验下模被位于所述下模座上的提供第二压力的托举机构支撑，所述第一压力定制试验下模和所述第二压力定制试验下模组合形成待温热成形坯料的承接结构。

所述提供第一压力的托举机构和所述提供第二压力的托举机构均采用氮气弹簧。

所述提供第一压力的托举机构采用低压氮气弹簧，所述提供第二压力的托举机构采用高压氮气弹簧。

所述导柱通过导柱上底座连接所述上模，并通过导柱下底座连接所述下模座。

所述上模内设置有冷却装置和/或加热装置。

所述第一压力定制试验下模内和所述第二压力定制试验下模内均设置有冷却装置和/或加热装置。

所述冷却装置包括分布在模具体内的水道，通过控制水流量调节模具冷却能力；所述加热装置包括分布在模具体内的加热棒，通过控制加热功率为模具不同位置设置不同温度。

所述第一压力定制试验区设置有第一压力定制试验区热电偶，所述第二压力定制试验区设置有第二压力定制试验区热电偶。

所述第一压力定制试验下模的底部和所述第二压力定制试验下模的底部均设置有下模导向杆，所述下模导向杆的下端插入所述下模座的下模导向孔中。

所述待温热成形坯料为待成形板料，所述待成形板料通过分界线分为温热低压成形区和温热高压成形区，当待成形板料成为温热成形件即已成形板料后，从所述已成形板料获取室温拉伸试样，所述室温拉伸试样包括温热低压成形试样和温热高压成形试样。

本发明技术效果如下：本发明的一种定制温热成形试验装置能够满足定制温热成形试验的需要。实际使用中，将钢板加热至完全奥氏体化区或者部分奥氏体化区后，移送至本发明所述的实验装置中，通过调整冲压过程中的模具压力、模具温度、模具冷却能力等因素，实现钢板在模具的不同区域中冷却速度差异，形成不同的微观组织，获得不同的力学性能。模具压力通过更换不同压力的氮气弹簧控制，模具温度通过上下模具中的加热棒装置实现，模具冷却能力通过模具中水流量控制。

定制温热成形试验时，首先将待测钢板在加热设备中加热至完全奥氏体化温度或部分奥氏体化温度，移送到本发明的下模具上，上模具迅速下压，钢板在上下模具中冷却，钢中的微观组织发生转变，从而获得不同的力学性能。本发明所述的实验装置可以进行参数调整，使钢板获得不同的冷却速度，从而获得不同的力学性能。通过更换不同压力的氮气弹簧，可实现在冲压过程中获得不同压力。通过对加热棒进行加热对模具升温，加热棒的加热温度范围从室温到500℃，可以实现不同模具温度下的温热成形试验。通过对水道中水流速度的控制，可以实现模具不同冷却能力的温热成形试验。通过对上述压力、模具温度、水流速度等3个影响因素进行组合，可以完成多种压力、模具温度和冷却能力下的温热成形试验。

附图说明

图1为实施本发明一种温热成形试验装置的结构示意图。

图2为温热成形件上截取用于室温拉伸试验的试样示意图。

图3为在温热成形试件上截取的高速拉伸试验所需试样示意图。

图4为在温热成形试件上截取的等幅低循环疲劳试验所需试样的示意图。

附图标记列示如下：1-第二压力定制试验区热电偶；2-上模；3-导柱上底座；4-第二压力定制试验区下模；5-高压氮气弹簧；6-导柱；7-导柱下底座；8-下模座；9-第一压力定制试验区热电偶；10-水道；11-待成形板料；12-第一压力定制试验区下模；13-低压氮气弹簧；14-下模导向杆；15-加热棒；16-第一压力定制试验区；17-第二压力定制试验区；18-室温拉伸试样；19-分界线；20-温热低压成形区；21-温热高压成形区；22-温热高压成形试样；23-温热低压成形试样；24-温热成形件；25-已成形板料。

具体实施方式

下面结合实施例和附图(图1-图4)对本发明进行说明。

图1为实施本发明一种温热成形试验装置的结构示意图。图2为温热成形件上截取用于室温拉伸试验的试样示意图。图3为在温热成形试件上截取的高速拉伸试验所需试样示意图。图4为在温热成形试件上截取的等幅低循环疲劳试验所需试样的示意图。如图1至图4所示，一种定制温热成形试验装置，包括通过导柱6相连接的上模2和下模座8，所述上模2和下模座8之间包括第一压力定制试验区和第二压力定制试验区，所述第一压力定制试验区设置有第一压力定制试验下模12(又称左下模12)，所述第一压力定制试验下模12被位于所述下模座8上的提供第一压力的托举机构支撑，所述第二压力定制试验区设置有第二压力定制试验下模4(又称右下模4)，所述第二压力定制试验下模4被位于所述下模座2上的提供第二压力的托举机构支撑，所述第一压力定制试验下模12和所述第二压力定制试验下模4组合形成待温热成形坯料(例如待成形板料11)的承接结构。所述提供第一压力的托举机构和所述提供第二压力的托举机构均采用氮气弹簧。

所述提供第一压力的托举机构采用低压氮气弹簧13，所述提供第二压力的托举机构采用高压氮气弹簧5。所述导柱6通过导柱上底座3连接所述上模2，并通过导柱下底座7连接所述下模座8。所述上模2内设置有冷却装置和/或加热装置。所述第一压力定制试验下模12内和所述第二压力定制试验下模4内均设置有冷却装置和/或加热装置。所述冷却装置包括分布在模具体内的水道10，通过控制水流量调节模具冷却能力；所述加热装置包括分布在模具体内的加热棒15，通过控制加热功率为模具不同位置设置不同温度。所述第一压力定制试验区设置有第一压力定制试验区热电偶9(又称左侧热电偶9)，所述第二压力定制试验区设置有第二压力定制试验区热电偶1(又称右侧热电偶1)。所述第一压力定制试验下模12的底部和所述第二压力定制试验下模4的底部均设置有下模导向杆14，所述下模导向杆14的下端插入所述下模座8的下模导向孔中。所述待温热成形坯料为待成形板料11，所述待成形板料11通过分界线19分为温热低压成形区20和温热高压成形区21，当待成形板料11成为温热成形件24即已成形板料25后，从所述已成形板料25获取室温拉伸试样18，所述室温拉伸试样包括温热低压成形试样23和温热高压成形试样22。

一种定制温热成形试验装置，所述定制温热成形是指将钢板加热(至完全或部分奥氏体化)后，在模具中冷却时通过控制压力、模具温度、冷却水大小实现对钢板冷却速度的控制，最终获得不同的力学性能。通过选用不同的弹簧装置进行冲压压力控制，达到在相同冲压过程中，实现钢板不同位置不等压强的实验条件；在模具中设计了加热装置可以使模具不同位置具有不同的温度；在模具中设计了冷却水道，通过控制水流量可以调节模具冷却能力；以上几种因素可以结合使用控制钢在模具中的冷却速度，实现定制热成形。为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种定制温热成形试验装置，包括右侧热电偶1、上模2、导柱上底座3、右下模4、高压氮气弹簧5、导柱6、导柱下底座7、下模座8、左侧热电偶9、水道10、待成形板料11、左下模12、低压氮气弹簧13、下模导向杆14、加热棒15，其特征在于：所述试验装置将下模分为左右两个部分，左下模12配有低压氮气弹簧13，右下模4配有高压氮气弹簧5，左下模12与右下模4共用一个上模2，冲压时，左右下模保持相同的行程。通过冲压行程，推出左右模对应的冲压力不同。所述下模导向杆14，上端加工出螺纹，与左下模12连接，其他位置保持光滑，右下模4也与相同的下模导向杆14连接，装配时，将其放入下模座设计的孔中，保证冲压过程中，下模在竖直方向上滑动。所述下模导向杆14，根据下模的行程设计杆长l，将下模导向杆14的行程小于高压氮气弹簧5和低压氮气弹簧13的行程，这样可以限制上模2的行程，保护氮气弹簧不超过其极限行程。所述上模2、左下模12、右下模4按照相同的间隔开有冷却水道10，水平方向上每个水道的间隔相同，可以在温热成形试验中，通过控制水流量来控制冷却速率，或者控制水道开闭的个数来控制冷却速率。所述加热棒15，通过加热棒控制模具温度，从而影响钢板的冷却速度。所述热电偶1和9，用于测试钢板及模具的温度变化。

本发明一种定制温热成形试验装置，可以根据实验需求，设置施加的压力、模具温度、冷却速度进行温热成形模拟实验，获得不同条件下的微观组织和性能的样品。本试验装置可实现温热成形工艺参数探究、温热成形材料组织性能等的多种试验，且操作过程可行、简单、方便，可以完成对温热成形工艺的研究试验。

实施例1：高压氮气弹簧5和低压氮气弹簧13的载荷范围如下所示，通过更换不同压力的氮气弹簧，可实现在冲压过程中获得不同压力。

针对不等压强模具，高压氮气弹簧基本参数如下：型号rgp9500；行程50mm；初始载荷97300n；最大载荷156000n；高压冲压面积200×100＝20000mm²；冲压压强范围9.73-15.6mpa。低压氮气弹簧基本参数如下：型号rgp2400；行程50mm；初始载荷43000n；最大载荷78300n；高压冲压面积200×100＝20000mm²；冲压压强范围4.3-7.83mpa。

实施例2：通过对加热棒15进行加热对模具升温，加热棒的加热温度范围从室温到500℃，可以实现不同模具温度下的温热成形试验。

实施例3：通过对水道中水流速度的控制，可以实现模具不同冷却能力的温热成形试验。

实施例4：通过对上述压力、模具温度、水流速度等3个影响因素进行组合，可以完成多种压力、模具温度和冷却能力下的温热成形试验。

在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。