專利名稱：一種超高強度鋼板沖壓前的熱處理拼接裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及高強度鋼、先進高強度鋼、超高強度鋼等高強度沖壓板料在沖壓 前的熱處理裝置，屬于熱處理和板料成形技術領域。
背景技術：
隨著鋼材強度的提高，材料的延伸率和成形性能也大大降低，成形過程中容易產(chǎn) 生破裂、起皺、尺寸難以控制和形狀不良等問題，傳統(tǒng)的冷沖壓成形工藝已不能滿足技術和 生產(chǎn)發(fā)展的需要。為此，各國學者和各大汽車公司在優(yōu)化汽車框架和結構的同時，把工作 重點轉向新材料新工藝的應用。目前，對于超高強度鋼板的成形工藝有兩種，一是熱沖壓 及模內淬火技術，該技術是將可淬火硼鋼板料在加熱爐中被加熱到奧氏體化溫度(900 950°C )，并在奧氏體區(qū)保持5分鐘，然后將板料轉移到壓力機，在沖壓模具中同時進行沖壓 成形和淬火，使成形零件獲得100%馬氏體組織，該工藝可使板料發(fā)揮其最佳的性能，為汽 車提供高質量的零部件；另一種是激光拼焊板技術，該技術是為了滿足高強度板的成形及 使用要求，根據(jù)成形件的特點，從不同強度和厚度的鋼板上切割下坯料，然后利用激光焊接 技術，將這些坯料焊接在一起，再用冷沖壓模具進行成形，該工藝使制造商能夠在提高碰撞 性能和疲勞強度的同時降低汽車結構件的重量。對于熱沖壓及模內淬火技術，需要許多專用設備(1)能夠夾持成形零件(溫度 200°C左右)的高速機械手和夾持器；(2)具備合模沖壓并保壓功能的壓力機，壓力機必須 兼顧傳通液壓機和機械壓力機的優(yōu)點；(3)成形零件的切邊和切孔工藝，由于零件強度非 常高，目前主要采用一條線配備多臺激光切割機的方法。該工藝投入資金很大，另外，熱沖 壓零件只具有高強度，但不具有汽車安全部件要求的吸能性。對于激光拼焊板技術也有其無法克服的缺陷。一是拼焊板存在焊縫，焊縫會影響 材料的性能及沖壓成形過程中零件的成形性能；二是拼接板材料性能過渡劇烈，由于是將 不同強度或不同厚度的材料拼焊在一起，導致材料性能在拼接處發(fā)生突變；三是需要專用 的焊接激光器和與其配套的光學裝置，拼焊設備價格昂貴。也有從材料本身的組分上改變超高強度的彎曲加工及耐候性的，如CN1297681C 公開的《彎曲加工性優(yōu)良的耐候性高強度鋼板及其制造方法》，提供確保屈服強度為700MPa 或以上的超高強度、同時能耐噴丸后等的彎曲加工且具備耐候性的鋼板及其制造方法，該 鋼板以質量％計含有C 0. 05 0. 15%, Si 0. 5%或以下、Mn 0. 5 2. 0%、P 0. 02或以 下、S 0. 005%或以下、Ni :0. 2 2. 0%、Cu :0. 2 0. 5%、Cr 0. 2 1. 0%、且含有 Ti 0. 03 0. 2%, Nb 0. 01 0. 07%,V 0. 01 0. 07%, B 0. 0005 0. 0050%之中的 1 種、 2種或以上、余量為Fe以及不可避免的雜質。但這又增加了材料本身的制造難度。
發(fā)明內容本實用新型針對現(xiàn)有超高強度鋼板的成形技術存在的不足(熱沖壓及模內淬火 工藝存在的專用設備貴重、投資大、成形零件只有高強度沒有吸能性等缺陷，以及激光拼焊技術存在的拼焊板的焊縫影響材料的性能及成形性能、拼接板材料性能過渡劇烈、需要專 用的焊接激光器和與其配套的光學裝置、拼焊設備價格昂貴等缺陷)，提供一種能夠使同一 個成形板料的不同區(qū)域具有不同的機械性能、得到各處性能存在差異的熱處理拼合板料的 超高強度鋼板沖壓前的熱處理拼接裝置。本實用新型的超高強度鋼板沖壓前的熱處理拼接裝置采用以下技術方案該裝置包括上下組成結構相對應的兩部分，每一部分至少包括水霧冷卻模塊、冷 卻水銅模塊、冷卻水鋼模塊、銅模塊、鋼模塊、氣冷模塊、空冷模塊和保溫退火模塊中的一種 模塊，各模塊緊密排列在一起。水霧冷卻模塊包括鋼模板和噴頭，在鋼模板上設有冷卻水通道，通道上安裝有冷 卻水進口接頭，在鋼模板上安裝有水霧噴頭，各個噴頭均與通道連通。水霧冷卻模塊中設置 一個進水口和多個水霧噴頭，進水口接頭連接供水設備，水霧噴頭向可淬火超高強度鋼板 (如硼鋼板)噴水霧從而對板料進行快速冷卻，達到局部熱處理的目的。氣冷模塊與水霧冷卻模塊的結構一樣，包括鋼模板和噴頭，在鋼模板上設有高壓 氣體的通道，通道上安裝有高壓氣體進口接頭，在鋼模板上安裝有高壓氣體噴頭，各個噴頭 均與通道連通。用于冷卻的氣體可以是高壓空氣或氮氣、氬氣、氦氣等高壓惰性氣體，進氣 口接頭與高壓氣源連接在一起，通過高壓氣體噴頭將高壓氣體噴向可淬火超高強度沖壓板 料(如硼鋼板)表面從而對可淬火板料進行冷卻，達到局部熱處理的目的。冷卻水鋼模塊包括鋼模板，鋼模板內設有冷卻水道，冷卻水道上設有進水口和出 水口。冷卻水銅模塊與冷卻水鋼模塊的結構一樣，包括銅模板，銅模板內設有冷卻水道， 冷卻水道上設有進水口和出水口。保溫退火模塊是在框架上設置有保溫材料。通過該模塊使超高強度沖壓板料的局 部達到保溫下緩慢退火的熱處理目的。銅模塊就是一個長方體銅塊，根據(jù)要處理的區(qū)域的大小選擇合適尺寸。鋼模塊就是一個長方體鋼塊，根據(jù)要處理的區(qū)域的大小選擇合適尺寸?？绽淠K就是使板材局部進行空冷，根據(jù)所處理區(qū)域的大小和位置設置，是一個 虛的模塊。如果空冷模塊位于其他兩個實體模塊之間，通過連接件將兩個實體模塊連接一 起，連接件與需要處理的板料之間保持30mnT50mm的適當間距。上述各模塊對加熱到適當溫度并保溫后的板材的冷卻速度由快到慢依次為水霧 冷卻模塊、冷卻水銅模塊、冷卻水鋼模塊、銅模塊、鋼模塊、空冷模塊和保溫退火模塊，氣冷 模塊隨著所通氣源種類、壓力、溫度的不同，所得到的材料性能也不相同，所通氣源的壓力 越大、溫度越低，使板材的冷卻速度越快，所得到的材料的強度和硬度越高，通過這些模塊 控制板材不同區(qū)域的冷卻速度，達到板材不同區(qū)域具有不同機械性能的目的。對于不同的超高強度鋼板材料，通過上述不同的模塊進行冷卻熱處理，得到的板 料抗拉強度、硬度等性能可以通過實驗得出。本實用新型使同一個成形板料的不同區(qū)域具有不同的機械性能，得到各處性能存 在差異的拼合板料，然后再利用冷沖壓模具進行零件成形，克服了熱沖壓零件只有高強度 沒有吸能性的缺點，板料不存在焊縫，材料的性能過渡均勻，而且設備簡單、投資少。不僅可 以降低了部件廢品率，而且可以減少了外圍加強件數(shù)量，簡化了裝配步驟及工藝，沖壓成型率提高；同時由于成形零件具有高強度和吸能性，可使應用的車輛碰撞能力增強。
圖1是本實用新型中的水霧冷卻模塊或氣冷模塊的結構示意圖。 圖2是圖1的俯視圖。圖3是本實用新型中的冷卻水銅模塊和冷卻水鋼模塊的結構示意圖。圖4是圖3的左視圖。圖5是本實用新型中的保溫退火模塊的結構示意圖。圖6是本實用新型中的空冷模塊的示意圖。圖7是一種U形彎曲件的示意圖。圖8是對圖7所示U形彎曲件成形板料進行局部熱處理裝置的示意圖。圖9是一種帽形彎曲件的示意圖。圖10是對圖9所示帽形彎曲件成形板料進行局部熱處理裝置的示意圖。其中1、鋼模板，2、通道，3、絲堵，4、噴頭，5、接頭，6、進水口，7、出水口，8、銅模板 或鋼模板，9、冷卻水道，10、連接水管，11、保溫材料，12、框架，13、板材，14、連接塊，15、直壁 區(qū)域，16、圓角區(qū)域，17、底部，18、冷卻水銅模塊，19、保溫退火模塊，20、凸緣，21、氣冷模塊。
具體實施方式
本實用新型中的水霧冷卻模塊或氣冷模塊的結構如圖1和圖2所示，包括鋼模板1 和噴頭4，在鋼模板1上設有冷卻水或高壓氣體的通道2，通道2的兩端通過絲堵3封堵住。 在鋼模板1上安裝有若干水霧或高壓氣體的噴頭4，各個噴頭4均與通道2連通，噴頭4上 設置有許多噴孔。通過冷卻水進口或高壓氣體進口的接頭5向冷卻水道或高壓氣體的通道 2內通入冷卻水或高壓氣體，再通過水霧噴頭或高壓氣體噴頭4噴向超高強度沖壓板料。氣冷模塊設置中所用冷卻氣體可以是高壓空氣或氮氣、氬氣、氦氣等高壓惰性氣 體，進氣口與高壓氣源連接在一起，通過高壓氣體噴頭將高壓氣體噴向可淬火硼鋼板表面 從而對可淬火硼鋼板進行冷卻。冷卻水銅模塊和冷卻水鋼模塊的結構如圖3和圖4所示，包括銅模板或鋼模板8 內設有冷卻水道9，冷卻水道9通過連接水管10連接。冷卻水由進水口 6進入冷卻水道9， 由出水口 7排出冷卻水道9。為了保證模塊表面的溫度盡可能均勻，在每個模塊中設置多個 進水口和多個出水口，進水口與供水設備連接在一起，出水口與冷卻水回收設備連接在一 起。保溫退火模塊的結構如圖5所示，是在框架12上設置有保溫材料11。銅模塊或鋼模塊就是一個長方體銅塊或鋼塊，根據(jù)要處理的區(qū)域的大小選擇合適 尺寸。圖6給出了空冷模塊的示意圖?？绽淠K就是使板材局部進行空冷，根據(jù)所處理 區(qū)域的大小和位置設置，是一個虛的模塊。將在進行空冷區(qū)域兩側的水霧冷卻模塊與保溫 退火模塊通過連接塊14連接在一起，水霧冷卻模塊與保溫退火模塊之間的空擋即為空冷 模塊。連接塊14與板材13之間保持30mnT50mm的適當間距，以達到對板材進行空冷的目 的。[0037]上述水霧冷卻模塊、氣冷模塊、冷卻水銅模塊、冷卻水鋼模塊、保溫退火模塊、銅模 塊、鋼模塊和空冷模塊可以根據(jù)具體工藝通過連接塊任意組合連接在一起，成為熱處理裝置。將可淬火硼鋼板加熱到900°C，并保溫至完全奧氏體化后，利用上述不同的模塊 進行冷卻熱處理，得到的板料性能如下用水霧冷卻模塊進行熱處理后材料的抗拉強度 1550 1750MPa，洛氏硬度43 48HRC ；用冷卻水銅模塊進行熱處理后材料的抗拉強度 1400 1500MPa，洛氏硬度41 45HRC ；用冷卻水鋼模塊進行熱處理后材料的抗拉強度 1350 1400MPa，洛氏硬度39 41HRC ；用銅模塊進行熱處理后材料的抗拉強度1200 1350MPa,洛氏硬度33 38HRC ；用鋼模塊進行熱處理后材料的抗拉強度900 1250MPa，洛 氏硬度30 35HRC ；用氣冷模塊進行熱處理后材料的抗拉強度600 1350MPa，洛氏硬度 25 40HRC ；用空冷模塊進行熱處理后材料的抗拉強度400 600MPa ；用保溫退火模塊進 行熱處理后材料的抗拉強度250 400MPa。對于其它材料的超高強度鋼板，通過不同的模塊進行冷卻熱處理后得到的板料抗 拉強度、硬度等性能可以通過實驗得出，可依據(jù)得到的數(shù)據(jù)進行模塊組合。對于圖7所示的U形彎曲件，根據(jù)其成形特點，可將板材坯料劃分為五個區(qū)域兩 個直壁區(qū)域15、底部17和兩個圓角區(qū)域16，由于零件在成形過程中，只是圓角部分發(fā)生塑 性變形，而其它部分沒有產(chǎn)生塑性變形，為了保證零件的高強度和成形性，在通過局部熱處 理工藝拼合其成形坯料時，對兩個直壁區(qū)域15和底部17使用冷卻水銅模塊進行冷卻，對于 兩個圓角區(qū)域16，采用保溫退火模塊。對圖7所示U形彎曲件成形板料進行局部熱處理的裝置如圖8所示。該裝置有上 下兩部分組成，上下兩部分結構組成是相同的，上下兩部分均有三塊冷卻水銅模塊18和兩 塊保溫退火模塊19組成，將加熱并完全奧氏體化后的超高強度鋼板材13夾在圖8所示局 部熱處理裝置的上、下兩部分。用圖8所示的裝置對鋼板進行局部熱處理后，兩個直壁區(qū)域 15和底部17的板材坯料部分強度高、塑性差，這些區(qū)域的材料在成形時不產(chǎn)生變形。兩個 圓角區(qū)域16處材料的強度低、塑性好，可以非常容易地利用U形彎曲件彎曲成形模具進行 成形。通過局部熱處理拼合工藝處理的U形彎曲件成形坯料具有成形容易，對模具和成形 設備沒有特殊要求等優(yōu)點，而且成形后的U形彎曲件強度極高，直壁和底部的抗拉強度可 達 140(Tl600MPa。對于圖9所示的帽形彎曲件，根據(jù)其成形特點，可將坯料劃分為九個區(qū)域兩個直 壁區(qū)域15、底部17、四個圓角區(qū)域16和兩個凸緣20，由于零件在成形過程中，只是四個圓角 區(qū)域16發(fā)生塑性變形，而其它部分沒有產(chǎn)生塑性變形，為了保證零件的高強度、成形性和 碰撞吸能性，在通過本實用新型的局部熱處理工藝拼合其成形板材坯料時，對兩個凸緣20 和底部17使用冷卻水銅模塊進行冷卻，對于四個圓角區(qū)域16采用保溫退火模塊，對于兩個 直壁區(qū)域15采用以3 4MPa室溫壓縮空氣為冷卻介質的氣冷模塊。圖10給出了圖9所示的帽形彎曲件成形坯料的局部熱處理的裝置。該裝置有上 下兩部分組成，上下兩部分的組成結構是相同的，上下兩部分均有三塊冷卻水銅模塊18、四 塊保溫退火模塊19和兩塊氣冷模塊21組成，板材坯料加熱并完全奧氏體化后的超高強度 鋼板13夾在上下兩部分之間。用圖10所示的裝置對鋼板進行局部熱處理拼合后，兩個凸 緣20和底部17的坯料強度高、塑性差，這些區(qū)域的材料在成形時不產(chǎn)生變形。四個圓角區(qū)域16處材料的強度低、塑性好，可以非常容易地利用帽形件彎曲成形模具進行成形。兩個 直壁區(qū)域15具有適中的強度，較好塑性，遇到較大力時可以發(fā)生變形，產(chǎn)生吸能效果。通過 局部熱處理拼合工藝處理的帽形件成形坯料具有成形容易，對模具和成形設備沒有特殊要 求等優(yōu)點，而且成形后強度極高、吸能性好，凸緣和底部的抗拉強度可達140(Tl500M Pa，直 壁的抗拉強度可達60(T700MPa，屈服強度可達500 550MPa。
權利要求一種超高強度鋼板沖壓前的熱處理拼接裝置，其特征是該裝置包括上下組成結構相對應的兩部分，每一部分至少包括水霧冷卻模塊、冷卻水銅模塊、冷卻水鋼模塊、銅模塊、鋼模塊、氣冷模塊、空冷模塊和保溫退火模塊中的一種模塊，各模塊緊密排列在一起。
2.根據(jù)權利要求1所述的超高強度鋼板沖壓前的熱處理拼接裝置，其特征是所述水 霧冷卻模塊包括鋼模板和噴頭，在鋼模板上設有冷卻水通道，通道上安裝有冷卻水進口接 頭，在鋼模板上安裝有水霧噴頭，各個噴頭均與通道連通。
3.根據(jù)權利要求1所述的超高強度鋼板沖壓前的熱處理拼接裝置，其特征是所述氣 冷模塊包括鋼模板和噴頭，在鋼模板上設有高壓氣體的通道，通道上安裝有高壓氣體進口 接頭，在鋼模板上安裝有高壓氣體噴頭，各個噴頭均與通道連通。
4.根據(jù)權利要求1所述的超高強度鋼板沖壓前的熱處理拼接裝置，其特征是所述冷 卻水鋼模塊包括鋼模板，鋼模板內設有冷卻水道，冷卻水道上設有進水口和出水口。
5.根據(jù)權利要求1所述的超高強度鋼板沖壓前的熱處理拼接裝置，其特征是所述冷 卻水銅模塊包括銅模板，銅模板內設有冷卻水道，冷卻水道上設有進水口和出水口。
6.根據(jù)權利要求1所述的超高強度鋼板沖壓前的熱處理拼接裝置，其特征是所述保 溫退火模塊是在框架上設置有保溫材料。
7.根據(jù)權利要求1所述的超高強度鋼板沖壓前的熱處理拼接裝置，其特征是所述銅 模塊是一個長方體銅塊。
8.根據(jù)權利要求1所述的超高強度鋼板沖壓前的熱處理拼接裝置，其特征是所述鋼 模塊是一個長方體鋼塊。
專利摘要本實用新型提供了一種超高強度鋼板沖壓前的熱處理拼接裝置，該裝置包括上下組成結構相對應的兩部分，每一部分至少包括水霧冷卻模塊、冷卻水銅模塊、冷卻水鋼模塊、銅模塊、鋼模塊、氣冷模塊、空冷模塊和保溫退火模塊中的一種模塊，各模塊緊密排列在一起。本實用新型使同一個成形板料的不同區(qū)域具有不同的機械性能，得到各處性能存在差異的拼合板料，然后再利用冷沖壓模具進行零件成形，克服了熱沖壓零件只有高強度沒有吸能性的缺點，板料不存在焊縫，材料的性能過渡均勻，而且設備簡單、投資少。不僅可以降低了部件廢品率，而且可以減少了外圍加強件數(shù)量，簡化了裝配步驟及工藝，沖壓成型率提高。
文檔編號C21D8/04GK201553762SQ20092029777
公開日2010年8月18日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權日2009年12月14日
發(fā)明者李輝平, 賀連芳 申請人:山東大學