[发明专利]一种性能梯度分布的高强钢零件热冲压成形装置

说明书

本发明公开了一种性能梯度分布的高强钢零件热冲压成形装置，包括：上模座；上固定板，其通过第一气压装置安装在上模座上部，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装第二气压装置；多个上模具块，其分别与上固定板凸起部和第二气压装置固定连接，上模具块设置加热孔道和冷却水道；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装第三气压装置；多个下模具块，其分别与下固定板凸起部和第三气压装置固定连接，下模具块设置加热孔道和冷却水道；其中，上固定板凸起部与下固定板凹槽部相匹配。

技术领域

本发明涉及高强钢热冲压成形领域，具体涉及一种性能梯度分布的高强钢零件热冲压成形装置。

背景技术

随着节能减排要求的提高，车身轻量化设计已得到汽车工业的日益重视。实现车身轻量化主要有两种途径：一是结构轻量化，即结合有限元技术和优化设计方法对结构进行优化设计，以改善零件的结构或减少其数量；二是材料轻量化，即采用高性能或轻质材料等制造车身结构件，如：高强度钢、铝合金、镁合金，碳纤维等材料。在当前汽车制造业中，高强度钢由于其高减重潜力、高碰撞吸收能、高疲劳强度、高成形性等优势，兼顾车身减重和碰撞安全性，在车身轻量化材料领域具有无法替代的地位。

然而，钢板的成形性会随着其强度的提高而变差，采用传统冲压成形工艺会产生回弹严重、成形困难、容易开裂等问题。高强钢热成形是一种可以实现高强度车身零件高精度冲压成形的新型成形技术。现有工业生产中高强钢热成形工艺流程如图1，即将在切割机上切割好的高强钢板料，放至传统加热炉中加热到900℃左右，保温使其均匀奥氏体化后，转运至传统水冷模具中冲压成形，并保压快速淬火，使奥氏体转变为马氏体，最终获得室温下屈服强度达1000MPa以上的高强度、高硬度、无回弹的成形零件。尽管如此，均匀高强度零部件不一定能够最大限度地提升结构的碰撞吸能效果，合理的结构强度分布才可以改善零件的变形趋势和吸能特性。例如，汽车在正面碰撞过程中，乘员舱前部区域变形吸收冲击能量，减小乘员舱变形，保证乘员生存空间。前纵梁是前部区域中最主要的吸能部件，其强度设计对其在正碰中的吸能表现尤为重要。通常前纵梁的设计使用具有梯度特性的高强度钢，使其前端强度小、塑性好，后端强度大、塑性差，从而实现在正碰中从前至后渐进压溃变形，通过充分的塑性变形吸收尽可能多的碰撞能量。

目前，实现具有梯度性能的高强度钢的方法有多种。传统的方法一种是拼焊板技术，但焊缝会限制板料的成形性，焊接前需要去除钢板表面的涂层，加热过程易氧化，板厚不连续增加了成形模具的设计难度。另一种是轧制板技术，板料厚度变化同样会导致模具设计困难；且排样约束导致材料利用率偏低，成本较高。

目前应用较多的方法一种是分区冷却热冲压成形工艺法，根据原理图2，工艺流程如图3，包括加热+保温、转移、冲压+分区冷却三步，即在传统加热炉中将高强钢加热到900℃以上，保温使其奥氏体化，通过机械装置将保温后的钢板转移至带有分区冷却热冲压模具中，成形后迅速保压淬火冷却，通过控制零件不同区域的冷却速度，从而在零件的不同区域分别生成纯马氏体组织或者铁素体和珠光体组织，最终得到具有性能梯度分布的热成形零件。

另一种方法是分区加热热冲压成形工艺法，根据原理图4，工艺流程如图5，包括分区加热+保温、转移、冲压+冷却三步，即在专门的分区加热炉中采用分区加热方式将板料分区域加热至不同温度后保温，使成形后需要具有纯马氏体组织的区域完全奥氏体化，成形后需要具有铁素体和珠光体组织的区域不发生奥氏体化，通过机械装置将保温后的钢板移至传统热冲压模具中完成成形和保压淬冷工序，得到具有性能梯度分布的热成形零件。