本發(fā)明涉及一種鋁合金板材熱處理加工成形工藝，具體涉及一種梯度力學(xué)性能鋁合金車身零件成形裝置及方法。

背景技術(shù)：

由于節(jié)能和環(huán)保的需要，汽車的輕量化已經(jīng)成為世界汽車發(fā)展的潮流。汽車的輕量化，就是在保證汽車的強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量，從而減少燃料消耗，降低排放污染。實驗證明，汽車質(zhì)量降低一半，燃料消耗也會降低將近一半。汽車輕量化發(fā)展，對材料提出了新的要求，而鋁合金的應(yīng)用是汽車輕量化的重要途徑。車用鋁合金材料具有一系列優(yōu)良特性，諸如密度小(約為鋼的三分之一)、比強(qiáng)度和比剛度高、彈性好、抗沖擊性能好、耐腐蝕、耐磨、高導(dǎo)熱、良好的加工成型性以及高的回收再生性等。

高性能車身零件用鋁合金材料多是可熱處理強(qiáng)化變形鋁合金，通過固溶、熱沖壓及人工時效強(qiáng)化工藝過程，可以達(dá)到良好的沖壓成形工藝性能及零件的力學(xué)性能。鋁合金的時效強(qiáng)化是一個相當(dāng)復(fù)雜的過程，它不僅決定于合金的成分、時效工藝，還取決于合金在生產(chǎn)過程中造成的缺陷，特別是空位、位錯的數(shù)量和分布等。目前普遍認(rèn)為時效強(qiáng)化是溶質(zhì)原子偏聚形成硬化區(qū)的結(jié)果。鋁合金在固溶時，合金中形成了空位，在淬火時，由于冷卻快，這些空位來不及移出，便被“固定”在晶體內(nèi)，形成過飽和固溶體。由于過飽和固溶體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，必然向平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變，空位的存在，加速了溶質(zhì)原子的析出擴(kuò)散速度，因而加速了溶質(zhì)原子的偏聚。而硬化區(qū)的大小和數(shù)量取決于固溶溫度與淬火冷卻速度。固溶溫度越高，空位濃度越大，硬化區(qū)的數(shù)量也就越多，硬化區(qū)的尺寸減小。淬火冷卻速度越大，固溶體內(nèi)所固定的空位越多，有利于增加硬化區(qū)的數(shù)量，減小硬化區(qū)的尺寸。沉淀硬化合金系的一個基本特征是隨溫度而變化的平衡固溶度，即隨溫度增加固溶度增加，大多數(shù)可熱處理強(qiáng)化的鋁合金都符合這一條件。

鋁合金的這種特殊之處決定，欲“以鋁代鋼”的實現(xiàn)汽車輕量化，就必須尋求“因材制宜”的加工制造方法。目前鋼的沖壓工藝，尤其是高強(qiáng)鋼的熱沖壓加工，其方法極少能實現(xiàn)梯度溫差加工以達(dá)到單一零件的多性能要求，即使有，但對于熱沖壓溫度較低且導(dǎo)熱性較好的鋁合金來說也不適用。目前還有通過熱障涂層控制冷卻速度或模具的模塊化差溫成形，但其存在溫差梯度分布位置既定不能改變和梯度溫差范圍不能調(diào)節(jié)等缺點，對于牌號眾多，熱處理各異的變形鋁合金來說也不適用。關(guān)鍵是鋁合金板材在沖壓前必須進(jìn)行固溶處理，沖壓后又必須進(jìn)行時效強(qiáng)化，其梯度性能很大程度取決于固溶后不均勻變形和后期差溫淬火與人工時效的配合，而鋼只需奧氏體化處理，沒有時效強(qiáng)化的需要，所以，基于鋁合金的特殊處理，欲針對鋁合金板材的熱沖壓加工，實現(xiàn)單一零件的多性能要求，即梯度力學(xué)性能零件，就要“量身定制”，設(shè)計出達(dá)到梯度溫差加工、差溫模內(nèi)淬火及差溫人工時效等一體式的加工方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)上述問題與要求以及鋁合金的固溶時效原理，本發(fā)明的目的在于提供一種梯度力學(xué)性能鋁合金車身零件成形裝置及方法，它通過對坯料進(jìn)行固溶-梯度溫差沖壓成形-差溫模內(nèi)淬火-差溫人工時效處理，可以得到高性能鋁合金車身零件。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種梯度力學(xué)性能鋁合金車身零件成形裝置，該裝置包括梯溫沖壓成形/淬火模具和差溫人工時效模具，所述梯溫沖壓成形/淬火模具包括相對設(shè)置的沖壓凸模和沖壓凹模以及沖壓壓邊圈，所述梯溫沖壓成形/淬火模具還包括沖壓加熱機(jī)構(gòu)和沖壓冷卻機(jī)構(gòu)；其中，

所述沖壓加熱機(jī)構(gòu)包括第一加熱棒、第一電流調(diào)節(jié)器、第一電源、第一溫度傳感器和第一電子溫控器，多個第一加熱棒沿沖壓凸模和沖壓凹模的結(jié)合面間隔一定距離設(shè)置在沖壓凸模和沖壓凹模內(nèi)，每個第一加熱棒通過對應(yīng)的第一電流調(diào)節(jié)器與第一電源連接，每個第一加熱棒處設(shè)置有對應(yīng)的第一溫度傳感器，所有第一電流調(diào)節(jié)器和第一溫度傳感器分別與第一電子溫控器連接；

所述沖壓冷卻機(jī)構(gòu)包括第一冷卻水孔、第一電磁節(jié)流閥和第二溫度傳感器，多個第一冷卻水孔沿沖壓凸模和沖壓凹模的結(jié)合面間隔至少一個第一加熱棒設(shè)置在沖壓凸模和沖壓凹模內(nèi)，所述第一冷卻水孔設(shè)置在梯度溫度的梯度節(jié)點處，每個第一冷卻水孔的入口處設(shè)置有第一電磁節(jié)流閥和第二溫度傳感器，所有第一電磁節(jié)流閥和第二溫度傳感器分別與第一電子溫控器連接。

按上述技術(shù)方案，位于所述沖壓凸模和沖壓凹模的中間位置處所述第一加熱棒連續(xù)布置，位于所述沖壓凸模和沖壓凹模的兩端位置處所述第一加熱棒和第一冷卻水孔交替布置。

按上述技術(shù)方案，所述差溫人工時效模具包括兩個夾持模、設(shè)置在兩個夾持模之間的多個中間模以及設(shè)置在每個夾持模和中間模內(nèi)的時效加熱機(jī)構(gòu)和時效冷卻機(jī)構(gòu)；

所述時效加熱機(jī)構(gòu)包括第二加熱棒、第二電流調(diào)節(jié)器、第二電源、第三溫度傳感器和第二電子溫控器，至少一個第二加熱棒設(shè)置在夾持?；蛑虚g模的中間位置處，每個第二加熱棒通過對應(yīng)的第二電流調(diào)節(jié)器與第二電源連接，每個第二加熱棒處設(shè)置有對應(yīng)的第三溫度傳感器，所有第二電流調(diào)節(jié)器和第三溫度傳感器分別與第二電子溫控器連接；

所述時效冷卻機(jī)構(gòu)包括第二冷卻水孔、第二電磁節(jié)流閥和第四溫度傳感器，所述第二冷卻水孔設(shè)置在第二加熱棒的兩端，每個第二冷卻水孔的入口處設(shè)置有第二電磁節(jié)流閥和第四溫度傳感器，所有第二電磁節(jié)流閥和第四溫度傳感器分別與第二電子溫控器連接。

按上述技術(shù)方案，所述第二加熱棒的數(shù)量為兩個。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種基于上述裝置的梯度力學(xué)性能鋁合金車身零件成形方法，包括以下步驟：

S1、固溶前處理：將鋁合金坯料放入電阻爐中進(jìn)行固溶處理；

S2、梯溫沖壓成形：

S201、沖壓前，打開第一電源，第一電子溫控器根據(jù)設(shè)定的梯度溫度調(diào)節(jié)對應(yīng)的第一電流調(diào)節(jié)器的電流大小，進(jìn)而控制相應(yīng)的第一加熱棒的加熱溫度，加熱沖壓凸模和沖壓凹模，建立初步的梯度溫度；

S202、一段時間后，向第一冷卻水孔內(nèi)通冷卻液，對熱傳導(dǎo)進(jìn)行阻截，以防止因熱傳導(dǎo)而引起梯度溫差在沖壓加工的過程中逐漸趨同而失穩(wěn)，第一電子溫控器根據(jù)接收到的第二溫度傳感器采集到的對應(yīng)的第一冷卻水孔的溫度數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)相應(yīng)的第一電磁節(jié)流閥，進(jìn)而控制該第一冷卻水孔內(nèi)冷卻液的通斷或流量大小，同時，第一電子溫控器根據(jù)接收到的第一溫度傳感器采集到的對應(yīng)的第一加熱棒的溫度數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)相應(yīng)的第一電流調(diào)節(jié)器的電流大小，進(jìn)而控制該第一加熱棒的加熱溫度，建立動態(tài)平衡的梯度溫度，以將梯溫沖壓成形/淬火模具的溫度控制在設(shè)定的梯度溫度值并保持恒定；

S203、將步驟S1中經(jīng)過固溶處理后的鋁合金坯料快速放置到步驟S202中已設(shè)定好梯度溫差的梯溫沖壓成形/淬火模具上并定位夾緊；

S204、梯溫沖壓成形/淬火模具閉合進(jìn)行沖壓，在沖壓凸模下行的過程中，已建立起梯度溫差的沖壓凸模和沖壓凹模，通過熱傳導(dǎo)將此梯度溫差傳遞到動態(tài)沖壓成形的鋁合金坯料上，使其也達(dá)到相同的梯度溫差，并沖壓成形，得到鋁合金工件。

按上述技術(shù)方案，還包括步驟：

S3、差溫模內(nèi)淬火處理：

S301、將步驟S204中得到的具有梯度溫差的鋁合金工件在梯溫沖壓成形/淬火模具中保壓1～60s；

S302、保壓的同時，根據(jù)設(shè)定的梯度溫度向第一冷卻水孔內(nèi)全流量的通入不同溫度的冷卻液，冷卻液的溫度從中心向兩端逐漸減小，建立初步的梯度溫度；

S303、一段時間后，第一電子溫控器根據(jù)接收到的第二溫度傳感器采集到的對應(yīng)的第一冷卻水孔的溫度數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)相應(yīng)的第一電磁節(jié)流閥，進(jìn)而控制該第一冷卻水孔內(nèi)冷卻液的通斷或流量大小，實現(xiàn)溫差淬火時溫差的動態(tài)恒定，以將梯溫沖壓成形/淬火模具的溫度控制在設(shè)定的梯度溫度值；

S304、淬火處理過程中，溫度漸升波動，重復(fù)步驟S302和步驟S303，直至梯溫沖壓成形/淬火模具的溫度梯度再次建立并平衡，淬火處理完成后，得到淬火后的鋁合金工件。

按上述技術(shù)方案，還包括步驟：

S4、人工時效處理：

S401、時效處理前，打開第二電源，第二電子溫控器根據(jù)設(shè)定的梯度溫度調(diào)節(jié)對應(yīng)的第二電流調(diào)節(jié)器的電流大小，進(jìn)而控制相應(yīng)的第二加熱棒的加熱溫度，加熱夾持模和中間模，建立初步的梯度溫度；

S402、一段時間后，向第二冷卻水孔內(nèi)通冷卻液，第二電子溫控器根據(jù)接收到的第四溫度傳感器采集到的對應(yīng)的第二冷卻水孔的溫度數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)相應(yīng)的第二電磁節(jié)流閥，進(jìn)而控制該第二冷卻水孔內(nèi)冷卻液的通斷或流量大小，同時，第二電子溫控器根據(jù)接收到的第三溫度傳感器采集到的對應(yīng)的第二加熱棒的溫度數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)相應(yīng)的第二電流調(diào)節(jié)器的電流大小，進(jìn)而控制該第二加熱棒的加熱溫度，建立動態(tài)平衡的梯度溫度，以將差溫人工時效模具的溫度控制在設(shè)定的梯度溫度值并保持恒定；

S403、將步驟S304中淬火后的鋁合金工件切邊修整并包覆上保溫材料后，轉(zhuǎn)移到步驟S402中已設(shè)定好梯度溫差的差溫人工時效模具上，人工時效處理完成后，使零件強(qiáng)化相析出，即可得到具有梯度力學(xué)性能的鋁合金零件。

按上述技術(shù)方案，沖壓前，鋁合金坯料的固溶處理溫度為450℃～550℃，時間為0.3～1h；鋁合金坯料沖壓成形的梯度溫度范圍為250℃～530℃；鋁合金工件淬火處理的溫差范圍為100℃～10℃；鋁合金工件人工時效處理的溫度范圍為190℃～140℃，時效時間為4～16h。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明充分發(fā)掘鋁合金的潛能，在不更換材料、不增加材料尺寸用量、不開發(fā)新模具的情況下，只是通過對現(xiàn)有模具的改進(jìn)，在模具內(nèi)設(shè)加熱機(jī)構(gòu)和冷卻機(jī)構(gòu)，形成梯度溫度，從而獲得力學(xué)性能梯度零件，進(jìn)而實現(xiàn)單一零件的多性能要求，可以得到高性能鋁合金車身零件。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1是本發(fā)明實施例的工藝流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例中梯溫沖壓成形/淬火模具的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例中差溫人工時效模具的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-鋁合金坯料、2-鋁合金工件、3-鋁合金零件、100-梯溫沖壓成形/淬火模具、101-沖壓凸模、102-沖壓壓邊圈、104-第一加熱棒、105-第一冷卻水孔、106-沖壓凹模、107-第一溫度傳感器、108-第二溫度傳感器、300-差溫人工時效模具、301-夾持模、302-中間模、303-第二加熱棒、304-第三溫度傳感器、305-第二冷卻水孔、306-第四溫度傳感器、307-覆蓋膜。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

一種梯度力學(xué)性能鋁合金車身零件成形裝置，如圖2所示，該裝置包括梯溫沖壓成形/淬火模具100和差溫人工時效模具300，梯溫沖壓成形/淬火模具100包括相對設(shè)置的沖壓凸模101和沖壓凹模106以及沖壓壓邊圈102，梯溫沖壓成形/淬火模具100還包括沖壓加熱機(jī)構(gòu)和沖壓冷卻機(jī)構(gòu)；其中，

沖壓加熱機(jī)構(gòu)包括第一加熱棒104、第一電流調(diào)節(jié)器(圖中未標(biāo)示)、第一電源(圖中未標(biāo)示)、第一溫度傳感器107和第一電子溫控器(圖中未標(biāo)示)，多個第一加熱棒104沿沖壓凸模101和沖壓凹模106的結(jié)合面間隔一定距離設(shè)置在沖壓凸模101和沖壓凹模106內(nèi)，每個第一加熱棒104通過對應(yīng)的第一電流調(diào)節(jié)器與第一電源連接，每個第一加熱棒104處設(shè)置有對應(yīng)的第一溫度傳感器107，所有第一電流調(diào)節(jié)器和第一溫度傳感器107分別與第一電子溫控器連接；

沖壓冷卻機(jī)構(gòu)包括第一冷卻水孔105、第一電磁節(jié)流閥(圖中未標(biāo)示)和第二溫度傳感器108，多個第一冷卻水孔105沿沖壓凸模101和沖壓凹模106的結(jié)合面間隔至少一個第一加熱棒104設(shè)置在沖壓凸模101和沖壓凹模106內(nèi)，第一冷卻水孔105設(shè)置在梯度溫度的梯度節(jié)點處，每個第一冷卻水孔105的入口處設(shè)置有第一電磁節(jié)流閥和第二溫度傳感器108，所有第一電磁節(jié)流閥和第二溫度傳感器108分別與第一電子溫控器連接。

在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，如圖2所示，位于沖壓凸模101和沖壓凹模106的中間位置處第一加熱棒104連續(xù)布置，位于沖壓凸模101和沖壓凹模106的兩端位置處第一加熱棒104和第一冷卻水孔105交替布置。

在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，如圖3所示，差溫人工時效模具300包括兩個夾持模301、設(shè)置在兩個夾持模301之間的多個中間模302以及設(shè)置在每個夾持模301和中間模302內(nèi)的時效加熱機(jī)構(gòu)和時效冷卻機(jī)構(gòu)；

時效加熱機(jī)構(gòu)包括第二加熱棒303、第二電流調(diào)節(jié)器(圖中未標(biāo)示)、第二電源(圖中未標(biāo)示)、第三溫度傳感器304和第二電子溫控器(圖中未標(biāo)示)，至少一個第二加熱棒303設(shè)置在夾持模301或中間模302的中間位置處，每個第二加熱棒303通過對應(yīng)的第二電流調(diào)節(jié)器與第二電源連接，每個第二加熱棒303處設(shè)置有對應(yīng)的第三溫度傳感器304，所有第二電流調(diào)節(jié)器和第三溫度傳感器304分別與第二電子溫控器連接；

時效冷卻機(jī)構(gòu)包括第二冷卻水孔305、第二電磁節(jié)流閥(圖中未標(biāo)示)和第四溫度傳感器306，第二冷卻水孔305設(shè)置在第二加熱棒303的兩端，每個第二冷卻水孔305的入口處設(shè)置有第二電磁節(jié)流閥和第四溫度傳感器306，所有第二電磁節(jié)流閥和第四溫度傳感器306分別與第二電子溫控器連接。

在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，如圖3所示，第二加熱棒303的數(shù)量為兩個。

相應(yīng)的，如圖1、圖2所示，本發(fā)明提供一種梯度力學(xué)性能鋁合金車身零件成形方法，包括以下步驟：

S1、固溶前處理：將鋁合金坯料1放入電阻爐中進(jìn)行固溶處理；

S2、梯溫沖壓成形：

S201、沖壓前，打開第一電源，第一電子溫控器根據(jù)設(shè)定的梯度溫度調(diào)節(jié)對應(yīng)的第一電流調(diào)節(jié)器的電流大小，進(jìn)而控制相應(yīng)的第一加熱棒104的加熱溫度，加熱沖壓凸模101和沖壓凹模106，建立初步的梯度溫度；

S202、一段時間后，向第一冷卻水孔105內(nèi)通冷卻液，對熱傳導(dǎo)進(jìn)行阻截，以防止因熱傳導(dǎo)而引起梯度溫差在沖壓加工的過程中逐漸趨同而失穩(wěn)，第一電子溫控器根據(jù)接收到的第二溫度傳感器108采集到的對應(yīng)的第一冷卻水孔105的溫度數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)相應(yīng)的第一電磁節(jié)流閥，進(jìn)而控制該第一冷卻水孔105內(nèi)冷卻液的通斷或流量大小，同時，第一電子溫控器根據(jù)接收到的第一溫度傳感器107采集到的對應(yīng)的第一加熱棒104的溫度數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)相應(yīng)的第一電流調(diào)節(jié)器的電流大小，進(jìn)而控制該第一加熱棒104的加熱溫度，建立動態(tài)平衡的梯度溫度，以將梯溫沖壓成形/淬火模具100的溫度控制在設(shè)定的梯度溫度值并保持恒定；

S203、將步驟S1中經(jīng)過固溶處理后的鋁合金坯料1快速放置到步驟S202中已設(shè)定好梯度溫差的梯溫沖壓成形/淬火模具100上并定位夾緊；

S204、梯溫沖壓成形/淬火模具100閉合進(jìn)行沖壓，在沖壓凸模101下行的過程中，已建立起梯度溫差的沖壓凸模101和沖壓凹模106，通過熱傳導(dǎo)將此梯度溫差傳遞到動態(tài)沖壓成形的鋁合金坯料1上，使其也達(dá)到相同的梯度溫差，并沖壓成形，得到鋁合金工件2。

在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，如圖1、圖2所示，該方法還包括步驟：

S3、差溫模內(nèi)淬火處理：

S301、將步驟S204中得到的具有梯度溫差的鋁合金工件2在梯溫沖壓成形/淬火模具100中保壓1～60s；

S302、保壓的同時，根據(jù)設(shè)定的梯度溫度向第一冷卻水孔105內(nèi)全流量的通入不同溫度的冷卻液，冷卻液的溫度從中心向兩端逐漸減小，建立初步的梯度溫度；

S303、一段時間后，第一電子溫控器根據(jù)接收到的第二溫度傳感器108采集到的對應(yīng)的第一冷卻水孔105的溫度數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)相應(yīng)的第一電磁節(jié)流閥，進(jìn)而控制該第一冷卻水孔105內(nèi)冷卻液的通斷或流量大小，實現(xiàn)溫差淬火時溫差的動態(tài)恒定，以將梯溫沖壓成形/淬火模具100的溫度控制在設(shè)定的梯度溫度值；

S304、淬火處理過程中，溫度漸升波動，重復(fù)步驟S302和步驟S303，直至梯溫沖壓成形/淬火模具100的溫度梯度再次建立并平衡，淬火處理完成后，得到淬火后的鋁合金工件2。

在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，如圖1、圖3所示，該方法還包括步驟：

S4、人工時效處理：

S401、時效處理前，打開第二電源，第二電子溫控器根據(jù)設(shè)定的梯度溫度調(diào)節(jié)對應(yīng)的第二電流調(diào)節(jié)器的電流大小，進(jìn)而控制相應(yīng)的第二加熱棒303的加熱溫度，加熱夾持模301和中間模302，建立初步的梯度溫度；

S402、一段時間后，向第二冷卻水孔305內(nèi)通冷卻液，第二電子溫控器根據(jù)接收到的第四溫度傳感器306采集到的對應(yīng)的第二冷卻水孔305的溫度數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)相應(yīng)的第二電磁節(jié)流閥，進(jìn)而控制該第二冷卻水孔305內(nèi)冷卻液的通斷或流量大小，同時，第二電子溫控器根據(jù)接收到的第三溫度傳感器304采集到的對應(yīng)的第二加熱棒303的溫度數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)相應(yīng)的第二電流調(diào)節(jié)器的電流大小，進(jìn)而控制該第二加熱棒303的加熱溫度，建立動態(tài)平衡的梯度溫度，以將差溫人工時效模具300的溫度控制在設(shè)定的梯度溫度值并保持恒定；

S403、將步驟S304中淬火后的鋁合金工件2切邊修整并包覆上保溫材料后，轉(zhuǎn)移到步驟S402中已設(shè)定好梯度溫差的差溫人工時效模具300上，人工時效處理完成后，使零件強(qiáng)化相析出，即可得到具有梯度力學(xué)性能的鋁合金零件3。

在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，沖壓前，鋁合金坯料1的固溶處理溫度為450℃～550℃，時間為0.3～1h；鋁合金坯料1沖壓成形的梯度溫度范圍為250℃～530℃；鋁合金工件2淬火處理的溫差范圍為100℃～10℃；鋁合金工件2人工時效處理的溫度范圍為190℃～140℃，時效時間為4～16h。

本發(fā)明在具體應(yīng)用時，如圖2所示，梯溫沖壓成形/淬火模具內(nèi)，設(shè)有特殊布置的第一加熱棒和第一冷卻水孔，第一加熱棒與第一冷卻水孔設(shè)置在沖壓凸模與凹模的結(jié)合處，并適當(dāng)交替布置，均分組編號，第一加熱棒通過第一電流調(diào)節(jié)器與第一電源連接，第一高頻電源用于將沖壓凸模和沖壓凹模底部加熱至固溶溫度范圍，由中心向兩邊溫度隨加熱電流而遞減，并輔以第一冷卻水孔，使溫度梯度不因長時間的熱傳導(dǎo)而趨同。第一加熱棒的數(shù)量為14-20個，第一冷卻水孔的數(shù)量為10-22個，第一加熱棒與第一冷卻水孔交替布置，這樣能夠保證在長時間的沖壓加工中，通過熱傳導(dǎo)外加必要的冷卻的方式，可以使整個模具達(dá)到動態(tài)的梯度溫差平衡穩(wěn)定。本實施例中，第一加熱棒為18個，第一冷卻水孔為14個，它們的位置和數(shù)量可以根據(jù)具體所沖壓的零件的形狀而調(diào)整，尤其是第一冷卻水孔的加工，不能破壞原有模具的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度。

如圖3所示，差溫人工時效采用箱體式豎置集中處理式，梯度溫差的獲得主要靠被包覆零件的熱傳導(dǎo)，輔以必要的降溫冷卻，以期達(dá)到控溫的準(zhǔn)確性與靈活性。差溫人工時效模具內(nèi)設(shè)有設(shè)有特殊布置的第二加熱棒與第二冷卻水孔，單排中第二加熱棒的數(shù)量為2-3個，第二冷卻水孔的數(shù)量為2-3個。本實施例中，單排中第二加熱棒為2個，第二冷卻水孔為2個，第四溫度傳感器各4個，它們的位置和數(shù)量可以根據(jù)具體所沖壓的零件的形狀而調(diào)整。

本發(fā)明的原理為鋁合金板料差溫成形，主要包含固溶前處理、梯溫沖壓成形、差溫模內(nèi)淬火、差溫時效強(qiáng)化處理。由于板料各區(qū)域溫度的差異，導(dǎo)致鋁合金強(qiáng)化相析出和分布的形狀及幾何尺寸的不同，從而獲得梯度力學(xué)性能零件。

如圖1-圖3所示，本發(fā)明在具體成形梯度力學(xué)性能鋁合金車身零件時，沖壓坯料為矩形板，材料為2024鋁合金，尺寸為300×200mm，厚度為1.5mm，沖壓后為波形曲面零件，成形方法包括以下步驟：

S1、在加熱爐(電阻爐)中將待沖壓的鋁合金坯料進(jìn)行固溶處理，固溶溫度500℃，時間0.5h；

S2、在梯溫沖壓成形/淬火模具閉合前，利用第一加熱棒加熱沖壓凸凹模，為了準(zhǔn)確、高效而靈活的建立起設(shè)定的溫度梯度，從而防止長時間沖壓加工后，模具的整體溫度趨同，將采用對第一加熱棒分組編號，進(jìn)而有區(qū)別的監(jiān)測與調(diào)控，并輔助加裝適當(dāng)?shù)牡谝焕鋮s水孔，其中冷卻液可以實現(xiàn)通斷與流量的調(diào)節(jié)控制；

S201、如圖2所示，將上下共18個第一加熱棒編成A、B、C、D、E、F、G、H、I共9組，每組有兩個第一溫度傳感器，每組共用一個第一電流調(diào)節(jié)器；

S202、同理，上下共14個第一冷卻水孔編成a、b、c、d、e、f、g、h共8組，每組有兩個第二溫度傳感器，每組共用一個第一電磁節(jié)流閥，每組共用一個進(jìn)水口和一個出水口，每組內(nèi)冷卻液可獨立內(nèi)/外循環(huán)；

S203、接通第一電源，按照設(shè)定的溫度梯度及分組的第一電流調(diào)節(jié)器，對第一加熱棒通入電流，在加熱及熱傳導(dǎo)的共同作用下，將建立起初步的溫度梯度，為了防止因熱傳導(dǎo)而引起梯度溫差在沖壓加工的過程中逐漸趨同而失穩(wěn)，輔助第一冷卻水孔將在溫差的梯度節(jié)點處適當(dāng)?shù)睦鋮s，相當(dāng)于對熱傳導(dǎo)進(jìn)行阻截，使之不明顯，最終使整個模具的梯度溫度形成并處于動態(tài)平衡；

S3、淬火時，向第一冷卻水孔內(nèi)全流量的通入不同溫度的冷卻液，冷卻液從入水口進(jìn)，出水口出，進(jìn)行外循環(huán)，直至整個模具達(dá)到溫度梯度動態(tài)平衡，進(jìn)而轉(zhuǎn)換進(jìn)行內(nèi)循環(huán)，合模保壓淬火時，溫度漸升波動，再次啟動外循環(huán)，直至溫度梯度再次建立并平衡；

S301、如圖2所示，14個第一冷卻水孔分成a、b、c、d、e、f、g、h共8組，各組共用一個進(jìn)水口和一個出水口，并各有1個第一電磁節(jié)流閥和2個第二溫度傳感器；

S302、此時的梯溫沖壓成形/淬火模具只起保壓淬火作用，非二次沖壓；

S4、將固溶后坯料用機(jī)械手轉(zhuǎn)移到梯溫沖壓成形/淬火模具上，定位并加緊，進(jìn)而沖壓，特征是在沖壓的過程中，在熱傳導(dǎo)及冷卻的雙重作用下，坯料將建立起與梯溫沖壓成形/淬火模具一樣的溫度梯度，直至沖壓結(jié)束，梯溫沖壓成形后的零件及所起立的溫差分布如圖2所示；

S5、沖壓成形后保壓50s,在此期間按照S3所述，進(jìn)行差溫模內(nèi)淬火,淬火后帶有溫差的零件如圖2所示；

S6、將淬火后的零件切邊修整后轉(zhuǎn)移到差溫人工時效模具中進(jìn)行人工時效，時效時間為12h，時效溫差如圖3所示；

S601、時效前用保溫材料制作的覆蓋膜307將零件進(jìn)行一定的包裹，以減少人工時效中熱量的散失；

S602、人工時效中溫差的獲得同樣是根據(jù)分組加熱及輔助冷卻的方式進(jìn)行，使之達(dá)到設(shè)定值并保持動態(tài)恒定。

實際操作中，坯料沖壓后應(yīng)停留片刻，待電子控制顯示裝置顯示的相應(yīng)部位的溫度達(dá)到設(shè)定值后方可進(jìn)行下一步，差溫模內(nèi)淬火亦然。坯料出爐后放置到模具上，其溫度不能降低太多，否則會影響依靠熱傳導(dǎo)而建立梯度溫差的時間。板件各部位應(yīng)達(dá)到的溫度值的誤差為±5℃。本實施例中使用的冷卻液應(yīng)采用流動性好，無腐蝕性，大比熱容類的冷卻液。

根據(jù)固溶處理的原理，鋁合金的固溶度隨著固溶溫度的降低而減少。固溶度的差異，導(dǎo)致了時效過程中強(qiáng)化相的相變驅(qū)動力，強(qiáng)化相的析出動力不同，會造成零件各區(qū)域強(qiáng)化相分布及尺寸的差異，從而達(dá)到零件梯度力學(xué)性能的目的。故而上述步驟可以使鋁合金車身零件不同區(qū)域具有不同的組織，從而獲得梯度力學(xué)性能，進(jìn)而實現(xiàn)單一零件的多性能要求。這種方法不僅簡單實用，易于實現(xiàn)，并且有效地改善了沖壓件的相組織，可用于多種車身覆蓋件及結(jié)構(gòu)件的熱沖壓成形中，具有廣闊的應(yīng)用前景。

鋁合金板料熱沖壓技術(shù)是將板料熱加工和淬火工藝相結(jié)合的一項較新的復(fù)雜成形技術(shù)。該技術(shù)生產(chǎn)的零件使汽車輕量化后仍能滿足碰撞安全性能。與其他成形工藝相比，板料的熱沖壓成形具有以下優(yōu)點：變形抗力小、塑性好、成形極限高、易于成形；能夠生產(chǎn)具有復(fù)雜幾何形狀的工件，成形零件具有良好的尺寸精度；配以合適的熱處理方式，可使板料按照各部分所需發(fā)揮其最佳的性能，為汽車提供高質(zhì)量的車身零部件。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。