[發(fā)明專利]一種性能梯度分布的高強(qiáng)鋼零件熱沖壓成形裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711296305.1
• 申請(qǐng)日: 2017-12-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107999593B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 莊蔚敏;王楠;解東旋;王楠;王志勇;孫健;李安琪;王濤;高瑞娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): B21D22/02
• 分類號(hào): B21D22/02;B21D37/10;B21D37/16;B21C51/00
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)大卓悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11369
• 代理人: 周明飛

本發(fā)明公開(kāi)了一種性能梯度分布的高強(qiáng)鋼零件熱沖壓成形裝置，包括：上模座；上固定板，其通過(guò)第一氣壓裝置安裝在上模座上部，上固定板具有上固定板凸起部和上固定板凹槽部，并且在上固定板凹槽部安裝第二氣壓裝置；多個(gè)上模具塊，其分別與上固定板凸起部和第二氣壓裝置固定連接，上模具塊設(shè)置加熱孔道和冷卻水道；下模座；下固定板，其固定在下模座上部，下固定板具有下固定板凸起部和下固定板凹槽部，并且在上固定板凹槽部安裝第三氣壓裝置；多個(gè)下模具塊，其分別與下固定板凸起部和第三氣壓裝置固定連接，下模具塊設(shè)置加熱孔道和冷卻水道；其中，上固定板凸起部與下固定板凹槽部相匹配。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高強(qiáng)鋼熱沖壓成形領(lǐng)域，具體涉及一種性能梯度分布的高強(qiáng)鋼零件熱沖壓成形裝置。

背景技術(shù)

隨著節(jié)能減排要求的提高，車身輕量化設(shè)計(jì)已得到汽車工業(yè)的日益重視。實(shí)現(xiàn)車身輕量化主要有兩種途徑：一是結(jié)構(gòu)輕量化，即結(jié)合有限元技術(shù)和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以改善零件的結(jié)構(gòu)或減少其數(shù)量；二是材料輕量化，即采用高性能或輕質(zhì)材料等制造車身結(jié)構(gòu)件，如：高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金，碳纖維等材料。在當(dāng)前汽車制造業(yè)中，高強(qiáng)度鋼由于其高減重潛力、高碰撞吸收能、高疲勞強(qiáng)度、高成形性等優(yōu)勢(shì)，兼顧車身減重和碰撞安全性，在車身輕量化材料領(lǐng)域具有無(wú)法替代的地位。

然而，鋼板的成形性會(huì)隨著其強(qiáng)度的提高而變差，采用傳統(tǒng)沖壓成形工藝會(huì)產(chǎn)生回彈嚴(yán)重、成形困難、容易開(kāi)裂等問(wèn)題。高強(qiáng)鋼熱成形是一種可以實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度車身零件高精度沖壓成形的新型成形技術(shù)?，F(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)中高強(qiáng)鋼熱成形工藝流程如圖1，即將在切割機(jī)上切割好的高強(qiáng)鋼板料，放至傳統(tǒng)加熱爐中加熱到900℃左右，保溫使其均勻奧氏體化后，轉(zhuǎn)運(yùn)至傳統(tǒng)水冷模具中沖壓成形，并保壓快速淬火，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，最終獲得室溫下屈服強(qiáng)度達(dá)1000MPa以上的高強(qiáng)度、高硬度、無(wú)回彈的成形零件。盡管如此，均勻高強(qiáng)度零部件不一定能夠最大限度地提升結(jié)構(gòu)的碰撞吸能效果，合理的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分布才可以改善零件的變形趨勢(shì)和吸能特性。例如，汽車在正面碰撞過(guò)程中，乘員艙前部區(qū)域變形吸收沖擊能量，減小乘員艙變形，保證乘員生存空間。前縱梁是前部區(qū)域中最主要的吸能部件，其強(qiáng)度設(shè)計(jì)對(duì)其在正碰中的吸能表現(xiàn)尤為重要。通常前縱梁的設(shè)計(jì)使用具有梯度特性的高強(qiáng)度鋼，使其前端強(qiáng)度小、塑性好，后端強(qiáng)度大、塑性差，從而實(shí)現(xiàn)在正碰中從前至后漸進(jìn)壓潰變形，通過(guò)充分的塑性變形吸收盡可能多的碰撞能量。

目前，實(shí)現(xiàn)具有梯度性能的高強(qiáng)度鋼的方法有多種。傳統(tǒng)的方法一種是拼焊板技術(shù)，但焊縫會(huì)限制板料的成形性，焊接前需要去除鋼板表面的涂層，加熱過(guò)程易氧化，板厚不連續(xù)增加了成形模具的設(shè)計(jì)難度。另一種是軋制板技術(shù)，板料厚度變化同樣會(huì)導(dǎo)致模具設(shè)計(jì)困難；且排樣約束導(dǎo)致材料利用率偏低，成本較高。

目前應(yīng)用較多的方法一種是分區(qū)冷卻熱沖壓成形工藝法，根據(jù)原理圖2，工藝流程如圖3，包括加熱+保溫、轉(zhuǎn)移、沖壓+分區(qū)冷卻三步，即在傳統(tǒng)加熱爐中將高強(qiáng)鋼加熱到900℃以上，保溫使其奧氏體化，通過(guò)機(jī)械裝置將保溫后的鋼板轉(zhuǎn)移至帶有分區(qū)冷卻熱沖壓模具中，成形后迅速保壓淬火冷卻，通過(guò)控制零件不同區(qū)域的冷卻速度，從而在零件的不同區(qū)域分別生成純馬氏體組織或者鐵素體和珠光體組織，最終得到具有性能梯度分布的熱成形零件。

另一種方法是分區(qū)加熱熱沖壓成形工藝法，根據(jù)原理圖4，工藝流程如圖5，包括分區(qū)加熱+保溫、轉(zhuǎn)移、沖壓+冷卻三步，即在專門的分區(qū)加熱爐中采用分區(qū)加熱方式將板料分區(qū)域加熱至不同溫度后保溫，使成形后需要具有純馬氏體組織的區(qū)域完全奧氏體化，成形后需要具有鐵素體和珠光體組織的區(qū)域不發(fā)生奧氏體化，通過(guò)機(jī)械裝置將保溫后的鋼板移至傳統(tǒng)熱沖壓模具中完成成形和保壓淬冷工序，得到具有性能梯度分布的熱成形零件。