本發(fā)明涉及一種熱沖壓件的加工方法，尤其涉及一種基于自阻加熱性能梯度熱沖壓件的加工方法。

背景技術(shù)：

由于汽車(chē)的輕量化和安全性能的要求不斷提高，沖壓件不僅要有較高的強(qiáng)度，而且需要具有較高的塑性變形能力，因此，采用高強(qiáng)度硼鋼板的熱沖壓成型技術(shù)以獲得強(qiáng)度超過(guò)1500MPa的沖壓件，在中通道、B柱、防撞板等汽車(chē)零件中具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，為達(dá)到?jīng)_壓件的綜合性能，普遍采用的方法是將不同材料沖壓成型后的零件進(jìn)行焊接，或者激光拼焊板進(jìn)行沖壓成型汽車(chē)零件。

例如，采用模具分區(qū)冷卻的方式，通過(guò)控制成形件熱沖壓及淬火過(guò)程中不同位置的冷卻速度獲得梯度性能，該方法的模具裝置結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，且模具局部加熱等工藝帶來(lái)了大量的能量損失。或者，將待成形高強(qiáng)鋼板坯放入加熱器中，對(duì)高強(qiáng)鋼板坯沿長(zhǎng)度方向上分區(qū)加熱，該方法除了需要專(zhuān)用的加熱裝置外，由于加熱時(shí)間長(zhǎng)，坯料不同區(qū)域之間的傳熱不可避免，很難實(shí)現(xiàn)較大的溫度梯度，也會(huì)對(duì)梯度性能帶來(lái)不利的影響。再比如，根據(jù)切邊沖孔區(qū)域和碰撞吸能區(qū)域的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的高頻感應(yīng)加熱線(xiàn)圈，對(duì)切邊、沖孔區(qū)域和碰撞吸能區(qū)域進(jìn)行局部的回火，實(shí)現(xiàn)回火或退火的溫度梯度變化，該工藝采用感應(yīng)加熱的方法需根據(jù)零件的具體形狀設(shè)計(jì)不同的加熱線(xiàn)圈，設(shè)計(jì)感應(yīng)加熱線(xiàn)圈的形狀，線(xiàn)圈與板料間的距離，電流和頻率，不具備通用性，且加熱過(guò)程會(huì)導(dǎo)致成形件的翹曲變形和內(nèi)部較大的殘余應(yīng)力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題中的不足之處，本發(fā)明提供了一種基于自阻加熱性能梯度熱沖壓件的加工方法，可實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域性能平穩(wěn)過(guò)渡的熱沖壓件的成形方法，使得加工出的汽車(chē)安全結(jié)構(gòu)件在保證強(qiáng)度的前提下提高特定區(qū)域的延伸率，提高熱沖壓件的綜合碰撞性能。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于自阻加熱性能梯度熱沖壓件的加工方法，包括以下步驟：

a、根據(jù)板材坯料的使用情況，針對(duì)熱沖壓零件劃分出碰撞吸能區(qū)域、高強(qiáng)度區(qū)域，并分別進(jìn)行標(biāo)記；

b、將板材坯料裁剪成相應(yīng)形狀，放置在大功率電源的兩側(cè)電極之間，并通過(guò)頂出氣缸對(duì)板材坯料施加夾緊力將其緊固，其中，兩側(cè)電極的正負(fù)極分別接在板材坯料的兩端；

c、針對(duì)步驟a中碰撞吸能區(qū)域板材坯料所對(duì)應(yīng)的位置和面積，布置電阻率低的短路塊，通過(guò)短路塊的作用將碰撞吸能區(qū)域的板材坯料短路，從而形成低溫區(qū)，對(duì)應(yīng)的高強(qiáng)度區(qū)域則為高溫區(qū)；

d、通過(guò)大功率電源對(duì)板材坯料通入100～100000A的大電流，在20秒內(nèi)將板材坯料對(duì)應(yīng)的高強(qiáng)度區(qū)域加熱到910～1100度，而與短路塊接觸的碰撞吸能區(qū)域的溫度維持在380～850度之間；

短路塊內(nèi)設(shè)置有溫度調(diào)節(jié)裝置，對(duì)短路塊實(shí)現(xiàn)380～850度之間溫度的調(diào)節(jié)，板材坯料的碰撞吸能區(qū)域的溫度與短路塊基本一致；

e、保持板材坯料的溫度使得高溫區(qū)充分奧氏體化，同時(shí)低溫區(qū)在短路塊的作用下保持溫度穩(wěn)定，形成具有溫度梯度的板材坯料；

f、在步驟d中，當(dāng)對(duì)板材坯料進(jìn)行加熱時(shí)，板材坯料兩側(cè)的電極在分別在電機(jī)的帶動(dòng)下往左右方向移動(dòng)，用于抵消板材坯料在熱膨脹時(shí)產(chǎn)生的變形量；

g、待板材坯料的高溫區(qū)被充分奧氏體化后，頂出氣缸釋放壓力，然后在3秒內(nèi)將具有溫度梯度的板材坯料放置到水冷模具中，經(jīng)沖壓及模具內(nèi)淬火后即獲得具有梯度性能的熱沖壓零件。

短路塊為銅塊，板材坯料為高強(qiáng)度鋼板或者鈦合金板材。

大功率電源為脈沖電流電源，脈沖頻率0～10000Hz，幅值0～150000A，電流范圍0～2000000A，電壓范圍0～36V。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1)本發(fā)明采用自阻加熱方式代替現(xiàn)有的輥底爐或者箱式爐整體加熱，具有加熱效率高、能耗小、減少坯料氧化等優(yōu)點(diǎn)；2)本發(fā)明不改變?cè)械哪＞咴O(shè)計(jì)原則,減少模具設(shè)計(jì)的難度,易于工業(yè)化；3)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了成形件力學(xué)性能的梯度化,并根據(jù)需求通過(guò)加熱短路塊的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域的延伸率及強(qiáng)度可控,從而提高熱成形零件的綜合碰撞性能,最終提高了汽車(chē)安全結(jié)構(gòu)件的綜合碰撞性能。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明板材坯料在自阻區(qū)分加熱裝置上的加工示意圖。

圖2是本發(fā)明自阻區(qū)分加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

圖中：1、電極；2、頂出氣缸；3、電木絕緣塊；4、短路塊；5、板材坯料；6、下底板；7、上底板。

具體實(shí)施方式

如圖1、圖2所示，本發(fā)明具體包括以下步驟：

a、根據(jù)板材坯料5的使用情況，對(duì)板材坯料5進(jìn)行受力分析，劃分出碰撞吸能區(qū)域、高強(qiáng)度區(qū)域，并分別進(jìn)行標(biāo)記；

b、將板材坯料5裁剪成一定形狀，放置在大功率電源的兩側(cè)電極之間，并通過(guò)頂出氣缸2對(duì)板材坯料5施加夾緊力將其緊固，兩側(cè)電極1的正負(fù)極分別接在板材坯料的兩端。參考圖1，板材坯料5的左側(cè)電極為正級(jí)或負(fù)極，則板材坯料5的右側(cè)電極為負(fù)極或正級(jí)；左側(cè)電極分別位于板材坯料5的上方和下方，右側(cè)電極同樣地位于板材坯料5的上方和下方，將板材坯料5夾持在中間。

c、針對(duì)步驟a中碰撞吸能區(qū)域板材坯料5所對(duì)應(yīng)的位置和面積，布置電阻率低的短路塊4，通過(guò)短路塊4的作用將碰撞吸能區(qū)域的板材坯料5短路，從而形成低溫區(qū)，對(duì)應(yīng)的高強(qiáng)度區(qū)域則為高溫區(qū)；

d、通過(guò)大功率電源對(duì)板材坯料5通入100～100000A的大電流，在20秒內(nèi)將板材坯料5對(duì)應(yīng)的高強(qiáng)度區(qū)域加熱到910～1100度，而與短路塊4接觸的碰撞吸能區(qū)域的溫度維持在380～850度之間；

所述短路塊4內(nèi)設(shè)置有溫度調(diào)節(jié)裝置，對(duì)短路塊4實(shí)現(xiàn)380～850度之間溫度的調(diào)節(jié)，板材坯料5的碰撞吸能區(qū)域的溫度與短路塊4基本一致；

e、保持板材坯料5的溫度使得高溫區(qū)充分奧氏體化，同時(shí)低溫區(qū)在短路塊4的作用下保持溫度穩(wěn)定，形成具有溫度梯度的板材坯料；

f、在步驟d中，當(dāng)對(duì)板材坯料5進(jìn)行加熱時(shí)，板材坯料5兩側(cè)的電極1在分別在電機(jī)的帶動(dòng)下往左右方向移動(dòng)，用于抵消板材坯料5在熱膨脹時(shí)產(chǎn)生的變形量；即，左側(cè)電極往左側(cè)運(yùn)動(dòng)，右側(cè)電極往右側(cè)運(yùn)動(dòng)。

g、待板材坯料5的高溫區(qū)被充分奧氏體化后，頂出氣缸2釋放壓力，然后在3秒內(nèi)將具有溫度梯度的板材坯料5放置到水冷模具中，經(jīng)沖壓及模具內(nèi)淬火后，即獲得具有梯度性能的熱沖壓零件。

本發(fā)明的大功率電源為脈沖電流電源，脈沖頻率0～10000Hz，幅值0～150000A，電流范圍0～2000000A，電壓范圍0～36V。只要滿(mǎn)足對(duì)板材坯料5通入100～100000A的大電流，能夠在20秒內(nèi)將板材坯料對(duì)應(yīng)的高強(qiáng)度區(qū)域加熱到910～1100度，碰撞吸能區(qū)域的溫度維持在380～850度之間即可，不必對(duì)通入大電流的具體大小進(jìn)行硬性限制，這需要根據(jù)所選用的板材坯料5的具體材質(zhì)進(jìn)行分析，綜合物理性能最終確定。

本發(fā)明的板材坯料5適用高強(qiáng)度鋼板、鈦合金等金屬板材的熱沖壓成形，下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，實(shí)施例選用的短路塊4均為銅塊。

實(shí)施例1本實(shí)施例選用高強(qiáng)度鋼板

a、對(duì)高強(qiáng)度鋼板進(jìn)行受力分析，標(biāo)記出碰撞吸能區(qū)域、高強(qiáng)度區(qū)域；

b、將高強(qiáng)度鋼板裁剪成一定形狀，放置在大功率電源的兩側(cè)電極之間，并通過(guò)頂出氣缸2對(duì)高強(qiáng)度鋼板施加夾緊力將其緊固，兩側(cè)電極的正負(fù)極分別接在高強(qiáng)度鋼板的兩端；

c、針對(duì)步驟a中碰撞吸能區(qū)域高強(qiáng)度鋼板所對(duì)應(yīng)的位置和面積，布置電阻率低的銅塊，通過(guò)銅塊的作用將造成高強(qiáng)度鋼板的碰撞吸能區(qū)域短路，從而形成低溫區(qū)，對(duì)應(yīng)的高強(qiáng)度區(qū)域則為高溫區(qū)；

d、通過(guò)大功率電源對(duì)板材坯料通入100～100000A的大電流，在20秒內(nèi)將高強(qiáng)度鋼板對(duì)應(yīng)的高強(qiáng)度區(qū)域(高溫區(qū))加熱到910度，而與銅塊接觸的碰撞吸能區(qū)域(低溫區(qū))的溫度維持在380～850度之間；

銅塊內(nèi)部設(shè)置有孔，將溫度調(diào)節(jié)裝置放置在其孔內(nèi)，溫度調(diào)節(jié)裝置對(duì)銅塊實(shí)現(xiàn)380～850度之間溫度的調(diào)節(jié)，高強(qiáng)度鋼板的碰撞吸能區(qū)域(低溫區(qū))的溫度由于短路的作用則與銅塊基本一致；

e、保持高強(qiáng)度鋼板的溫度150s使得高溫區(qū)充分奧氏體化，同時(shí)低溫區(qū)在銅塊的作用下保持溫度穩(wěn)定，形成具有溫度梯度的高強(qiáng)度鋼板；

f、在步驟d中，當(dāng)對(duì)高強(qiáng)度鋼板進(jìn)行加熱時(shí)，高強(qiáng)度鋼板料兩側(cè)的電極分別在電機(jī)的帶動(dòng)下往左右方向移動(dòng)，這樣主要是為了抵消高強(qiáng)度鋼板在熱膨脹時(shí)產(chǎn)生的變形量；

g、待高強(qiáng)度鋼板的高溫區(qū)被充分奧氏體化后，頂出氣缸釋放壓力，然后在3秒內(nèi)將具有溫度梯度的高強(qiáng)度鋼板放置到水冷模具中，經(jīng)沖壓及模具內(nèi)淬火后，即獲得具有梯度性能的熱沖壓零件。

實(shí)施例1得到的高強(qiáng)度鋼板的高溫區(qū)域的抗拉強(qiáng)度達(dá)到1500MPa以上，而銅塊對(duì)應(yīng)的低溫區(qū)域，根據(jù)溫度不同可獲得延強(qiáng)度在600-1400MPa之間的抗拉強(qiáng)度，通過(guò)溫度調(diào)節(jié)裝置的控制，可實(shí)現(xiàn)低強(qiáng)度區(qū)強(qiáng)度及延伸率大范圍性能可控的目的。

實(shí)施例2本實(shí)施例選用高強(qiáng)度鋼板

本實(shí)施例2的實(shí)施步驟與實(shí)施例1基本相同，唯一不同的是，實(shí)施例2的步驟d是在20秒內(nèi)將高強(qiáng)度鋼板對(duì)應(yīng)的高強(qiáng)度區(qū)域(高溫區(qū))加熱到1000度，而與銅塊接觸的碰撞吸能區(qū)域(低溫區(qū))的溫度維持在420～750度之間。

實(shí)施例2得到的高強(qiáng)度鋼板的高溫區(qū)域的抗拉強(qiáng)度達(dá)到1600MPa以上，而銅塊對(duì)應(yīng)的低溫區(qū)域，根據(jù)溫度不同可獲得延強(qiáng)度在800-1200MPa之間的抗拉強(qiáng)度。

實(shí)施例3本實(shí)施例選用鈦合金板

a、對(duì)鈦合金板進(jìn)行受力分析，標(biāo)記出碰撞吸能區(qū)域、高強(qiáng)度區(qū)域；

b、將厚度為2mm的鈦合金板裁剪成一定形狀，放置在大功率電源的兩側(cè)電極之間，并通過(guò)頂出氣缸對(duì)鈦合金板施加夾緊力將其緊固，兩側(cè)電極的正負(fù)極分別接在鈦合金板的兩端；

c、針對(duì)步驟a中碰撞吸能區(qū)域鈦合金板所對(duì)應(yīng)的位置和面積，布置電阻率低的銅塊，通過(guò)銅塊的作用將造成鈦合金板的碰撞吸能區(qū)域短路，從而形成低溫區(qū)，對(duì)應(yīng)的高強(qiáng)度區(qū)域則為高溫區(qū)；

d、通過(guò)大功率電源對(duì)板材坯料通入100～100000A的大電流，在20秒內(nèi)將鈦合金板對(duì)應(yīng)的高強(qiáng)度區(qū)域(高溫區(qū))加熱到980度，而與銅塊接觸的碰撞吸能區(qū)域(低溫區(qū))的溫度維持在750～850度之間；

銅塊內(nèi)部設(shè)置有孔，將溫度調(diào)節(jié)裝置放置在其孔內(nèi)，溫度調(diào)節(jié)裝置對(duì)銅塊實(shí)現(xiàn)380～850度之間溫度的調(diào)節(jié)，鈦合金板的碰撞吸能區(qū)域(低溫區(qū))的溫度由于短路的作用則與銅塊基本一致；

e、保持鈦合金板的溫度60s使得高溫區(qū)充分奧氏體化，同時(shí)低溫區(qū)在銅塊的作用下保持溫度穩(wěn)定，形成具有溫度梯度的鈦合金板；

f、在步驟d中，當(dāng)對(duì)鈦合金板進(jìn)行加熱時(shí)，鈦合金板料兩側(cè)的電極分別在電機(jī)的帶動(dòng)下往左右方向移動(dòng)，這樣主要是為了抵消鈦合金板在熱膨脹時(shí)產(chǎn)生的變形量；

g、待鈦合金板的高溫區(qū)被充分奧氏體化后，頂出氣缸釋放壓力，然后在3秒內(nèi)將具有溫度梯度的鈦合金板放置到水冷模具中，經(jīng)沖壓及模具內(nèi)淬火后，即獲得具有梯度性能的熱沖壓零件

本實(shí)施例3得到的鈦合金板的高溫區(qū)域的抗拉強(qiáng)度達(dá)到1100MPa以上，而銅塊對(duì)應(yīng)的低溫區(qū)域，根據(jù)溫度不同可獲得強(qiáng)度在800-900MPa之間的抗拉強(qiáng)度。

實(shí)施例4本實(shí)施例選用鈦合金板

本實(shí)施例4的實(shí)施步驟與實(shí)施例3基本相同，唯一不同的是，實(shí)施例4的步驟d是在20秒內(nèi)將鈦合金板對(duì)應(yīng)的高強(qiáng)度區(qū)域(高溫區(qū))加熱到1100度，而與銅塊接觸的碰撞吸能區(qū)域(低溫區(qū))的溫度維持在550～750度之間。

本實(shí)施例4得到的鈦合金板的高溫區(qū)域的抗拉強(qiáng)度達(dá)到1200MPa以上，而銅塊對(duì)應(yīng)的低溫區(qū)域，根據(jù)溫度不同可獲得強(qiáng)度在600-800MPa之間的抗拉強(qiáng)度。

本發(fā)明的自阻分區(qū)加熱裝置的設(shè)計(jì)原理是通過(guò)溫度場(chǎng)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)性能梯度沖壓件的加工，當(dāng)鋼板加熱溫度高于920℃熱成形之后鋼板顯微組織為全馬氏體，抗拉強(qiáng)度達(dá)到1400MPa以上，斷后伸長(zhǎng)率大于5％；鋼板加熱溫度低于820℃，熱成形之后鋼板顯微組織為與原始組織相似的鐵素體和珠光體，抗拉強(qiáng)度為600～700MPa，斷后伸長(zhǎng)率為15～20％。因此，本發(fā)明采用傳統(tǒng)的水冷模具熱沖壓成形模具裝置，可獲得局部強(qiáng)度在600-1400MPa，延伸率在5～20％之間性能可控的梯度性能熱沖壓件。此外，在加熱過(guò)程中，隨著溫度的上升，板材坯料5，沿長(zhǎng)度方向熱膨脹，因此，在電木絕緣塊3上施加水平方向載荷F大小在0～5000N之間，從而使得板材坯料5在加熱過(guò)程中保持平直。

上述實(shí)施方式并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的技術(shù)方案范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。