一种用于热成形硼钢材料分段强化的模具.pdf

本发明提供一种用于热成形硼钢材料分段强化的模具，包括上模软区成型镶块壳、上模软区成型镶块核、下模软区成型镶块壳、下模软区成型镶块核，所述上模软区成型镶块核位于上模软区成型镶块壳内，所述上模软区成型镶块核内设置有上模软区加热装置；所述下模软区成型镶块核位于下模软区成型镶块壳内，所述下模软区成型镶块核内设置有下模软区加热装置；使用本发明的热成形模具，生产出的工件可根据产品设计的需要，在任意位置，在抗拉强度500～1500MPa，相应延伸率15～5%的范围内任意实现工件的机械性能，对工件不同区域使用相互独立的控制单元控制模具温度，控制更加精确，产品质量和稳定性高；本发明模具采用分体式壳设计，模具维修方便，产品更改方便。

1.  一种用于热成形硼钢材料分段强化的模具，包括：
上模座、上模硬区成形镶块、上模硬区冷却水路、上模软区成形镶块、上模软区温控装置,所述上模软区温控装置包括上模软区冷却水路、上模软区加热装置，所述上模软区成型镶块包括上模软区成型镶块壳、上模软区成型镶块核，所述上模软区成型镶块核安装在上模软区成型镶块壳内；
下模座、下模硬区成形镶块、下模硬区冷却水路、下模软区成形镶块、下模软区温控装置，所述下模软区温控装置，包括下模软区冷却水路和下模软区加热装置；所述下模软区成形镶块包括：下模软区成形镶块壳、下模软区成形镶块核，所述下模软区成形镶块核安装在下模软区成形镶块壳内；
所述上模硬区成形镶块、上模软区成形镶块、上模软区冷却水路安装在上模座上；
所述上模硬区冷却水路内置于上模硬区成形镶块内部；
所述上模软区加热装置安装在上模软区成形镶块壳上；
所述下模硬区成形镶块、下模软区成形镶块、下模软区冷却水路安装在下模座上；
所述下模软区成形镶块与所述上模软区成型镶块相啮合；
所述下模硬区冷却水路内置于下模硬区成形镶块内部；
所述下模软区加热装置安装在下模软区成形镶块壳上。

2.  根据权利要求1所述的一种用于热成形硼钢材料分段强化的模具，其特征在于：所述上模软区成型镶块壳为热作模具钢，所述上模软区成型镶块壳的壳体厚度为3-40mm，所述上模软区成型镶块壳内表面设置加强筋。

3.  根据权利要求1所述的一种用于热成形硼钢材料分段强化的模具，其特征在于：所述上模软区温控装置通过温度调节器与工控系统连接，所述上模软区加热装置与温度调节器之间还连接有设备加热源。

4.  根据权利要求1所述的一种用于热成形硼钢材料分段强化的模具，其特征在于：所述上模软区成型镶块核安装于上模软区成型镶块壳上或上模座上，所述上模软区成型镶块核内部设置有加强筋，所述上模软区成型镶块核上还设置有与工控系统连接的温度测试元件。

5.  根据权利要求1所述的一种用于热成形硼钢材料分段强化的模具，其特征在于：所述下模软区成型镶块壳为热作模具钢，所述下模软区成型镶块壳的壳体厚度为3-40mm，所述下模软区成型镶块壳内表面设置加强筋。

6.  根据权利要求1所述的一种用于热成形硼钢材料分段强化的模具，其特征在于：所述下模软区温控装置通过温度调节器工控系统连接，所述下模软区加热装置与温度调节器之间还连接有设备加热源。

7.  根据权利要求1所述的一种用于热成形硼钢材料分段强化的模具，其特征在于：所述下模软区成型镶块核安装于下模软区成型镶块壳上或下模座上，所述下模软区成型镶块核内部设置有加强筋，所述下模软区成型镶块核上还设置有与工控系统连接的温度测试元件。

8.  根据权利要求3或4或6或7所述的一种用于热成形硼钢材料分段强化的模具，其特征在于：所述工控系统为工业PLC控制系统。

9.  根据权利要求1所述的一种用于热成形硼钢材料分段强化的模具，其特征在于：所述下模座在下模硬区成型镶块的两侧设置有封头，所述封头与轴向液压系统，所述封头内设置轴向相通的管道，所述封头的管道与轴向高压气体系统连接。

一种用于热成形硼钢材料分段强化的模具
技术领域
本发明涉及热处理塑性成形技术领域，尤其涉及一种硼钢钢板、钢管高温下成形及分段强化淬火工艺及模具。
背景技术
汽车硼钢作为一种新兴超高强度热成形钢，为分段强化技术提供了可能——同一个零件，可以根据汽车设计的需要，在该零件的不同区域采用不同的热处理工艺，从而获得不同强度和塑性。热成形硼钢材料的软区技术的生产工艺分为4个阶段：
1）加热：将硼钢钢板和/或钢管加热至热处理所需要的温度；
2）传输：将硼钢钢板和/或钢管传送至待冲压的模具中；
3）成形：在高温下由模具冲压成形；
4)淬火冷却：在不同区域控制不同的冷却速度，可以发生：
a）硬区快速冷却（>25°/秒）。从奥氏体微观组织向马氏体微观组织的转变，得到强度和硬度极高、塑性较低的零件。其强度可以达到1500～2000MPa，塑性大于5%；
b)软区慢速冷却（<25°/秒）。通过控制不同的冷却速度，在奥氏体组织转化的过程中，可以缓慢冷却，向铁素体和珠光体微观组织的转变，得到强度和硬度较高、塑性良好的零件；也可以较快冷却，向贝氏体微观组织的转变，得到强度和硬度很高、塑性适中的零件。
现有生产技术中，针对硼钢的生产工艺多为HS1150单一强度的解决方案。该方案虽然可以得到强度极高的材料，但是在汽车设计中，特别是汽车碰撞保护的设计中，需要工件的机械性能在不同区域具有的强度和延伸率。例如，在工件要求强度高的区域，要求使用与HS1150性能相似的材料，但是在有些区域，需要工件具有更好的延伸率，更好的吸能效果，这种区域要求使用HS400性能相似的材料。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种硼钢钢板和/或钢管的热成形模具及其工艺，通过分体式模具“壳”设计与制造，对工件实行分区域温度控制，进而控制工件冷却速度，实现分段强化技术。
本发明采用以下技术方案：本发明一种用于热成形硼钢材料分段强化的模具，包括：
上模座、上模硬区成形镶块、上模硬区冷却水路、上模软区成形镶块、上模软区温控装置,所述上模软区温控装置包括上模软区冷却水路、上模软区加热装置，所述上模软区成型镶块包括上模软区成型镶块壳、上模软区成型镶块核，所述上模软区成型镶块核安装在上模软区成型镶块壳内；
下模座、下模硬区成形镶块、下模硬区冷却水路、下模软区成形镶块、下模软区温控装置，所述下模软区温控装置，包括下模软区冷却水路和下模软区加热装置；所述下模软区成形镶块包括：下模软区成形镶块壳、下模软区成形镶块核，所述下模软区成形镶块核安装在下模软区成形镶块壳内；
所述上模硬区成形镶块、上模软区成形镶块、上模软区冷却水路安装在上模座上；
所述上模硬区冷却水路内置于上模硬区成形镶块内部；
所述上模软区加热装置安装在上模软区成形镶块壳上；
所述下模硬区成形镶块、下模软区成形镶块、下模软区冷却水路安装在下模座上；
所述下模软区成形镶块与所述上模软区成型镶块相啮合；
所述下模硬区冷却水路内置于下模硬区成形镶块内部；
所述下模软区加热装置安装在下模软区成形镶块壳上。
优选的，所述上模软区成型镶块壳为热作模具钢，所述上模软区成型镶块壳的壳体厚度为3-40mm，所述上模软区成型镶块壳内表面设置加强筋。
优选的，所述上模软区温控装置通过温度调节器与工控系统连接，所述上模软区加热装置与温度调节器之间还连接有设备加热源。
优选的，所述上模软区成型镶块核安装于上模软区成型镶块壳上或上模座上，所述上模软区成型镶块核内部设置有加强筋，所述上模软区成型镶块核上还设置有与工控系统连接的温度测试元件。
优选的，所述下模软区成型镶块壳为热作模具钢，所述下模软区成型镶块壳的壳体厚度为3-40mm，所述下模软区成型镶块壳内表面设置加强筋。
优选的，所述下模软区温控装置通过温度调节器工控系统连接，所述下模软区加热装置与温度调节器之间还连接有设备加热源。
优选的，所述下模软区成型镶块核安装于下模软区成型镶块壳上或下模座上，所述下模软区成型镶块核内部设置有加强筋，所述下模软区成型镶块核上还设置有与工控系统连接的温度测试元件。
优选的，所述工控系统为工业PLC控制系统。
以上所述的模块可用于硼钢钢板、硼钢钢管的热成型工艺中。
优选的，本发明所述的一种用于热成形硼钢材料分段强化的模具还可以在所述下模座在下模硬区成型镶块的两侧设置有封头，所述封头与轴向液压系统，所述封头内设置轴向相通的管道，所述封头的管道与轴向高压气体系统连接，该技术方案可应用于硼钢钢管的热成形加工中。
本发明的有益效果：（1）使用本发明的热成形模具，生产出的工件可以根据产品设计的需要，在任意位置，在抗拉强度500～1500MPa，相应延伸率15～5%的范围内任意实现工件的机械性能；（2）本发明对工件不同区域使用相互独立的控制单元控制模具温度，控制更加精确，产品质量和稳定性高；（3）本发明模具采用分体式壳设计，更趋于模块化，模具维修更加方便，产品更改更加方便。
附图说明
图1为硼钢热成形分段强化生产设备总图示意图；
图2为模具加热装置示意图；
图3为本发明工件待加工的状态示意图,
图4为工件加工中的状态示意图,
图5为工件已加工好，上模座脱离工件的工作状态示意图；
图6为本发明一种实施案例的工作待加工时的状态示意图，更确切地说是硼钢钢管的热成形工艺的工作状态示意图，
图7本发明一种实施案例的工件正在加工的状态示意图，更确切地说为硼钢钢管正在加工时的状态示意图；
图8本发明一种实施案例的工件已加工好的状态示意图，更确切地说为硼钢钢管已加工好后的状态示意图；
图9为本发明另一种实施案例的为工件待加工时工作状态示意图，确切的说是硼钢钢板的热成形工艺的示意图；
图10为本发明另一种实施案例的为正在加工工件时工作状态示意图，确切的说为硼钢钢板为正在加工时的状态示意图；
图11为本发明另一种实施案例的为工件已加工好的工作状态示意图，确切的说为硼钢钢板已加工好后的状态示意图；
上述图中，1、上模成形镶块，2、下模成形镶块，3、硼钢钢管工件，4、封头,5、压力机,6、上模座,7、下模座,8、轴向液压系统,9、轴向高压气体系统,10、模具加热装置电气柜,11、电器转接盒,12、上模硬区冷却水路,13、上模软区成型镶块,131、上模软区成型镶块壳，132、上模软区成型镶块核，14、上模软区温控装置，141、上模软区加热装置，15、下模软区成型镶块，151、下模软区成型镶块壳，152、下模软区成型镶块核，16、下模软区温控装置，161、下模软区加热装置，17、下模硬区冷却水路。
具体实施方式
实施例一提出对硼钢钢板的热成形模具：由图1至图5所示可知，本发明包括：上模座、上模硬区成形镶块、上模硬区冷却水路、上模软区成形镶块、上模软区温控装置,所述上模软区温控装置包括上模软区冷却水路、上模软区加热装置，所述上模软区成型镶块包括上模软区成型镶块壳、上模软区成型镶块核，所述上模软区成型镶块核安装在上模软区成型镶块壳内；
下模座、下模硬区成形镶块、下模硬区冷却水路、下模软区成形镶块、下模软区温控装置，所述下模软区温控装置，包括下模软区冷却水路和下模软区加热装置；所述下模软区成形镶块包括：下模软区成形镶块壳、下模软区成形镶块核，所述下模软区成形镶块核安装在下模软区成形镶块壳内；
所述上模硬区成形镶块、上模软区成形镶块、上模软区冷却水路安装在上模座上；
所述上模硬区冷却水路内置于上模硬区成形镶块内部；
所述上模软区加热装置安装在上模软区成形镶块壳上；
所述下模硬区成形镶块、下模软区成形镶块、下模软区冷却水路安装在下模座上；
所述下模软区成形镶块与所述上模软区成型镶块相啮合；
所述下模硬区冷却水路内置于下模硬区成形镶块内部；
所述下模软区加热装置安装在下模软区成形镶块壳上。
优选的，所述上模软区成型镶块壳为热作模具钢，所述上模软区成型镶块壳的壳体厚度为3-40mm，所述上模软区成型镶块壳内表面设置加强筋。
优选的，所述上模软区温控装置通过温度调节器与工控系统连接，所述上模软区加热装置与温度调节器之间还连接有设备加热源。
优选的，所述上模软区成型镶块核安装于上模软区成型镶块壳上或上模座上，所述上模软区成型镶块核内部设置有加强筋，所述上模软区成型镶块核上还设置有与工控系统连接的温度测试元件。
优选的，所述下模软区成型镶块壳为热作模具钢，所述下模软区成型镶块壳的壳体厚度为3-40mm，所述下模软区成型镶块壳内表面设置加强筋。
优选的，所述下模软区温控装置通过温度调节器工控系统连接，所述下模软区加热装置与温度调节器之间还连接有设备加热源。
优选的，所述下模软区成型镶块核安装于下模软区成型镶块壳上或下模座上，所述下模软区成型镶块核内部设置有加强筋，所述下模软区成型镶块核上还设置有与工控系统连接的温度测试元件。
优选的，所述工控系统为工业PLC控制系统。
结合图9、图10、图11，提出本发明对硼钢钢板的热成形工艺流程：
1、模具加热设备的电器转接盒两端连接上、下模软区加热装置与模具加热装置电气柜10，通电，通过热成形模具内部独立的加热元件对上下模软区成型镶块进行热成形前的预热；
2、硼钢板备料，将硼钢板在工件加热装置加热至完全奥氏体化，将完全奥氏体化的硼钢钢板料从工件加热装置中取出，放置在模具中；
3、压力机下降使模具闭合、成形；
4、热成形完成后，压力机继续停留在达下死点位置，保持闭合状态，模具加热装置通电状态下持续向模具输出能量，PLC根据从模具温度检测元件获取的温度信号；
5、压力机上行，取出工件；
6、镭射热成形件全周及孔，得到所需尺寸工件。
实施例二提出对硼钢钢管的热成形模具：由图1至图5所示可知，本发明包括上模座、上模硬区成形镶块、上模硬区冷却水路、上模软区成形镶块、上模软区温控装置,所述上模软区温控装置包括上模软区冷却水路、上模软区加热装置，所述上模软区成型镶块包括上模软区成型镶块壳、上模软区成型镶块核，所述上模软区成型镶块核安装在上模软区成型镶块壳内；
本发明还包括下模座、下模硬区成形镶块、下模硬区冷却水路、下模软区成形镶块、下模软区温控装置、封头，所述下模软区温控装置，包括下模软区冷却水路和下模软区加热装置；所述下模软区成形镶块包括：下模软区成形镶块壳、下模软区成形镶块核，所述下模软区成形镶块核安装在下模软区成形镶块壳内；
所述封头安装于下模座上，所述封头分布在下模硬区成型镶块的两侧，所述封头与轴向液压系统，所述封头内设置轴向相通的管道，所述封头的管道与轴向高压气体系统连接，应用于硼钢钢管的热成形工艺中。
所述上模硬区成形镶块、上模软区成形镶块、上模软区冷却水路安装在上模座上；
所述上模硬区冷却水路内置于上模硬区成形镶块内部；
所述上模软区加热装置安装在上模软区成形镶块壳上；
所述下模硬区成形镶块、下模软区成形镶块、下模软区冷却水路安装在下模座上；
所述下模软区成形镶块与所述上模软区成型镶块相啮合；
所述下模硬区冷却水路内置于下模硬区成形镶块内部；
所述下模软区加热装置安装在下模软区成形镶块壳上。
优选的，所述上模软区成型镶块壳为热作模具钢，所述上模软区成型镶块壳的壳体厚度为3-40mm，所述上模软区成型镶块壳内表面设置加强筋。
优选的，所述上模软区温控装置通过温度调节器与工控系统连接，所述上模软区加热装置与温度调节器之间还连接有设备加热源。
优选的，所述上模软区成型镶块核安装于上模软区成型镶块壳上或上模座上，所述上模软区成型镶块核内部设置有加强筋，所述上模软区成型镶块核上还设置有与工控系统连接的温度测试元件。
优选的，所述下模软区成型镶块壳为热作模具钢，所述下模软区成型镶块壳的壳体厚度为3-40mm，所述下模软区成型镶块壳内表面设置加强筋。
优选的，所述下模软区温控装置通过温度调节器工控系统连接，所述下模软区加热装置与温度调节器之间还连接有设备加热源。
优选的，所述下模软区成型镶块核安装于下模软区成型镶块壳上或下模座上，所述下模软区成型镶块核内部设置有加强筋，所述下模软区成型镶块核上还设置有与工控系统连接的温度测试元件。
优选的，所述工控系统为工业PLC控制系统。
结合图6、图7、图8，提出本发明对硼钢钢管的热成形工艺流程，
上述工件通过以下步骤进行具体加工处理：
1、模具加热设备的电器转接盒两端连接的上、下模软区加热装置与模具加热装置电气柜，通电，通过热成形模具内部的加热元件对工件分段强化软区区域的上、下模软区成形镶块进行热成形前的预热，PLC通过6个独立的加热控制单元对于均匀分布在工件分段强化软区区域的加热元件分别控制；
2、硼钢直管备料，将硼钢直管在工件加热装置中加热至完全奥氏体化后从工件加热装置中取出，放置在模具中；
3、压力机下降至模具闭合，轴向液压系统控制模具两侧轴向缸运动，推动其前端封头封住管件，形成密闭腔体，通过模具封头前端气体通路，向管件密闭腔体内充入高压气体、成形；
4、热成形完成后，压力机继续停留在达下死点位置，保持闭合状态，上、下模软区加热装置通电状态下持续向模具输出能量，PLC根据从模具温度检测元件获取的温度信号，并通过6个独立的加热控制单元对于均匀分布在工件分段强化软区区域的加热元件分别控制，工件保压淬火完成；
5、压力机上行，取出工件；
6、镭射热压胀形件两端，得到所需尺寸工件。