一种用于制备梯度淬火组织板料的实验装置的制作方法

本发明涉及板料冲压成形技术领域，更具体地说，涉及一种用于制备梯度淬火组织板料的实验装置。

背景技术：

近年来，汽车轻量化的概念已深入人心并深刻影响了车身制造技术，代表性的如高强钢热冲压技术，这些技术的使用产生了一些典型的高强度零件，如b柱、保险杠、车门防撞梁等。大量碰撞试验已经表明，并不是零部件的整体强度越高其抗撞性能越好，相反，不同部位的性能与使用要求相匹配更有利于充分发挥零件的潜力，制备这种具有梯度性能分布的零件需要特殊的热冲压技术，即定制热冲压技术。

定制热冲压技术目前是产业界和学界的一个研究热点，它可以通过选择性冷却(加热)使用差厚或拼焊板料、成形后局部热处理等方式实现零件性能梯度分布，其中选择性冷却(加热)技术具有较强的可操作性和较大的灵活性而得到了广泛关注，它通过控制板料不同部位在成形过程中的温度及冷却速率，从而获得不同的微观组织及相应的力学性能。在定制热冲压技术的实验研究方面，一个重要的问题是简便地获得具有不同梯度淬火组织的板料(或特征零部件)，之后对其进行力学性能评价，从而探索获得最佳工艺参数，这能为实际生产过程提供有益的参考，这就要求所用的实验装置能灵活的模拟成形过程的不同工况，同时还应具有简单的结构以方便操作。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种用于制备梯度淬火组织板料的实验装置，提供一种功能齐备、结构简单可靠、操作方便的便于研究定制热冲压工艺参数的实验装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于制备梯度淬火组织板料的实验装置，包括上模板，及与其相对应的下模板；

所述上模板的下表面连有上控温模块，所述上控温模块上开设有上控温孔道和上测温孔道；

所述下模板的上表面连有下控温模块，所述下控温模块开设有下控温孔道、下测温孔道和板料测温孔道；

所述下控温模块的侧面上连有定位块；

所述下控温模块的上表面上设有托料块；

所述上控温模块的下表面和所述下控温模块的上表面为板料接触表面。

所述上控温模块为上加热块和/或上冷却块。

所述下控温模块为下加热块和/或下冷却块。

所述上控温孔道、下控温孔道的直径均为8～12mm，所述上控温孔道的中心点、所述下控温孔道的中心点与所述板料接触表面距离为15～20mm。

所述上控温孔道、所述下控温孔道均至少设有两个，孔道的中心距为30～50mm。

所述上测温孔道、所述下测温孔道的直径为3～5mm，所述上测温孔道的中心点、所述下测温孔道的中心点与所述板料接触表面距离为3～5mm。

所述板料测温孔道设置为锥形孔或台阶孔，其小端直径为5～8mm。

所述上模板与所述上控温模块之间、及所述下模板与所述下控温模块之间均通过固定螺栓连接。

所述托料块通过支撑弹簧连于所述下控温模块的上表面。

所述上加热块与所述上冷却块之间、及所述下加热块与所述下冷却块之间均设有隔热板。

本发明所提供的一种用于制备梯度淬火组织板料的实验装置，还具有以下几点有益效果：

1)本发明实验装置通过设置测温孔道，能实时监测并反馈控温模块温度，且各个加热(冷却)块均能独立控制，同时加热(冷却)块之间还能灵活的进行组合，便于实现定制热冲压工艺中的各种工况，有利于工艺窗口的探索；

2)本发明实验装置在控温模块上设置了板料测温孔道，能实时监测板料在淬火过程中的温度，便于全面了解板料在淬火过程中发生的变化；

3)本发明实验装置设置了托料块，能防止合模过程中板料温度变化剧烈发生淬火，该结构简单、可靠有效；

4)本发明实验装置设置了定位块，能在将板料转移到实验装置上时实现板料的快速定位，有效减少了转移时间。

附图说明

图1是本发明实验装置实施例1的结构示意图；

图2是本发明实验装置实施例2的结构示意图；

图3是本发明实验装置实施例3的结构示意图；

图4是本发明实验装置实施例4的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请结合图1所示，本发明所提供的一种用于制备梯度淬火组织板料的实验装置的实施例1，包括上模板1，及与其相对应的下模板2。

较佳的，所述上模板1的下表面通过固定螺栓3连接一上加热块4和一上冷却块5，所述上加热块4、及所述上冷却块5上均开设有上控温孔道6和上测温孔道7。

较佳的，所述下模板2的上表面同样通过固定螺栓连接一下加热块8和一下冷却块9，所述下加热块8、及所述下冷却块9上均开设有下控温孔道10、下测温孔道11和板料测温孔道12。

较佳的，所述上加热块4与所述上冷却块5之间、及所述下加热块8与所述下冷却块9之间隔开宽度为t的缝隙，避免直接接触传热，并且在缝隙中置入隔热板13以减少热传导。

较佳的，所述下加热块8与所述下冷却块9上还布有托料块14，所述托料块14由支撑弹簧15支撑。在所述上模板1与所述下模板2未合模时，通过所述托料块14与所述支撑弹簧15的组合，能保证所述托料块14的水平面略高出所述下加热块8与所述下冷却块9的水平面，高出距离可为1～3mm，以防止未合模时，板料100与所述下加热块8与所述下冷却块9的水平面直接接触，从而防止板料100温度变化剧烈发生淬火。当合模时，所述托料块14与所述支撑弹簧15的组合能完全被压入所述下加热块8与所述下冷却块9对应部位的凹槽中，以使板料100与所述下加热块8与所述下冷却块9充分接触淬火。

较佳的，所述下加热块8与所述下冷却块9的侧面上通过固定螺栓16连有若干定位块17，使板料100能快速定位放置。

较佳的，所述上模板1、所述下模板2应选用耐压隔热材料，如模具专用隔热板(玻璃纤维+树脂)等。

较佳的，所述上加热块4、所述上冷却块5、所述下加热块8、所述下冷却块9应选用硬质耐高温模具钢，如h13、caldie等。

较佳的，所述隔热板13应选用隔热性较好的材料，如模具专用隔热板(玻璃纤维+树脂)等。

较佳的，所述板料100的材料可以为热冲压用硼钢、铝合金等。

较佳的，所述上加热块4与所述上冷却块5之间、及所述下加热块8与所述下冷却块9之间隔开的缝隙宽度t可按照实际需求确定，便于置入所述隔热板13即可。

较佳的，所述上加热块4的所述上控温孔道6和所述下加热块8的所述下控温孔道10中放入加热元件进行加热，为保证加热保温效率，孔道直径一般为8～12mm，孔道的中心点与所述板料接触表面距离一般为15～20mm，所述上控温孔道6、所述下控温孔道10均至少设有两个，孔道的中心距为30～50mm，孔道数量可根据装置大小合理确定，加热元件可以是电阻加热棒等。

较佳的，所述上冷却块5的所述上控温孔道6和所述下冷却块9的所述下控温孔道10中通入流动的冷却介质进行冷却，为保证冷却效率，孔道直径一般为8～12mm，孔道的中心点与所述板料接触表面距离一般为15～20mm，所述上控温孔道6、所述下控温孔道10均至少设有两个，孔道的中心距为30～50mm，孔道数量可根据装置大小合理确定，冷却介质可以是水等。

较佳的，所述上测温孔道7、所述下测温孔道11用于放入测温元件从而实时监测模块的温度，测温孔道的直径为3～5mm，所述上测温孔道7的中心点、所述下测温孔道11的中心点与所述板料接触表面距离为3～5mm，测温元件测得温度后反馈到控制器中以控制发热功率或冷却速度，从而实时控制模块温度，测温元件可以是热电偶等。

较佳的，所述板料测温孔道12用于实时监测板料100温度时使用，孔道可以为锥形孔或台阶孔，其小端直径为5～8mm，测量方式可以是红外线测温等。

请结合图2所示，本发明所提供的一种用于制备梯度淬火组织板料的实验装置的实施例2，包括上模板1，及与其相对应的下模板2。

较佳的，所述上模板1的下表面通过固定螺栓3连接一上加热块4和一上冷却块5，所述上加热块4、及所述上冷却块5上均开设有上控温孔道6和上测温孔道7。

较佳的，所述下模板2的上表面同样通过固定螺栓连接一下加热块8和一下冷却块9，所述下加热块8、及所述下冷却块9上均开设有下控温孔道10、下测温孔道11和板料测温孔道12。

较佳的，所述上加热块4与所述上冷却块5之间、及所述下加热块8与所述下冷却块9之间隔开宽度为t的缝隙，避免直接接触传热。

较佳的，所述下加热块8与所述下冷却块9上还布有托料块14，所述托料块14由支撑弹簧15支撑。在所述上模板1与所述下模板2未合模时，通过所述托料块14与所述支撑弹簧15的组合，能保证所述托料块14的水平面略高出所述下加热块8与所述下冷却块9的水平面，高出距离可为1～3mm，以防止未合模时，板料100与所述下加热块8与所述下冷却块9的水平面直接接触，从而防止板料100温度变化剧烈发生淬火。当合模时，所述托料块14与所述支撑弹簧15的组合能完全被压入所述下加热块8与所述下冷却块9对应部位的凹槽中，以使板料100与所述下加热块8与所述下冷却块9充分接触淬火。

较佳的，所述下加热块8与所述下冷却块9的侧面上通过固定螺栓16连有若干定位块17，使板料100能快速定位放置。

较佳的，所述上模板1、所述下模板2应选用耐压隔热材料，如模具专用隔热板(玻璃纤维+树脂)等。

较佳的，所述上加热块4、所述上冷却块5、所述下加热块8、所述下冷却块9应选用硬质耐高温模具钢，如h13、caldie等。

较佳的，所述隔热板13应选用隔热性较好的材料，如模具专用隔热板(玻璃纤维+树脂)等。

较佳的，所述板料100的材料可以为热冲压用硼钢、铝合金等。

较佳的，所述上加热块4与所述上冷却块5之间、及所述下加热块8与所述下冷却块9之间隔开的缝隙宽度t可按照实际需求确定。

较佳的，所述上加热块4的所述上控温孔道6和所述下加热块8的所述下控温孔道10中放入加热元件进行加热，为保证加热保温效率，孔道直径一般为8～12mm，孔道的中心点与所述板料接触表面距离一般为15～20mm，所述上控温孔道6、所述下控温孔道10均至少设有两个，孔道的中心距为30～50mm，孔道数量可根据装置大小合理确定，加热元件可以是电阻加热棒等。

较佳的，所述上冷却块5的所述上控温孔道6和所述下冷却块9的所述下控温孔道10中通入流动的冷却介质进行冷却，为保证冷却效率，孔道直径一般为8～12mm，孔道的中心点与所述板料接触表面距离一般为15～20mm，所述上控温孔道6、所述下控温孔道10均至少设有两个，孔道的中心距为30～50mm，孔道数量可根据装置大小合理确定，冷却介质可以是水等。

较佳的，所述上测温孔道7、所述下测温孔道11用于放入测温元件从而实时监测模块的温度，测温孔道的直径为3～5mm，所述上测温孔道7的中心点、所述下测温孔道11的中心点与所述板料接触表面距离为3～5mm，测温元件测得温度后反馈到控制器中以控制发热功率或冷却速度，从而实时控制模块温度，测温元件可以是热电偶等。

较佳的，所述板料测温孔道12用于实时监测板料100温度时使用，孔道可以为锥形孔或台阶孔，其小端直径为5～8mm，测量方式可以是红外线测温等。

实施例2与实施例1的不同点在于，实施例2去掉了隔热板13，适用于对加热块与冷却块之间的温度梯度控制要求不严格的情况。如此设置，可简化装置结构，方便操作。

请结合图3所示，本发明所提供的一种用于制备梯度淬火组织板料的实验装置的实施例3，包括上模板1，及与其相对应的下模板2。

较佳的，所述上模板1的下表面通过固定螺栓3连接两块上加热块4，所述上加热块4上开设有上控温孔道6和上测温孔道7。

较佳的，所述下模板2的上表面同样通过固定螺栓连接两块下加热块8，所述下加热块8上开设有下控温孔道10、下测温孔道11和板料测温孔道12。

较佳的，两块所述上加热块4之间、及两块所述下加热块8之间隔开宽度为t的缝隙，避免直接接触传热，并且在缝隙中置入隔热板13以减少辐射传热。

较佳的，所述下加热块8上还布有托料块14，所述托料块14由支撑弹簧15支撑。在所述上模板1与所述下模板2未合模时，通过所述托料块14与所述支撑弹簧15的组合，能保证所述托料块14的水平面略高出所述下加热块8的水平面，高出距离可为1～3mm，以防止未合模时，板料100与所述下加热块8的水平面直接接触，从而防止板料100温度变化剧烈发生淬火。当合模时，所述托料块14与所述支撑弹簧15的组合能完全被压入所述下加热块8对应部位的凹槽中，以使板料100与所述下加热块8充分接触淬火。

较佳的，所述下加热块8的侧面上通过固定螺栓16连有若干定位块17，使板料100能快速定位放置。

较佳的，所述上模板1、所述下模板2应选用耐压隔热材料，如模具专用隔热板(玻璃纤维+树脂)等。

较佳的，所述上加热块4、所述下加热块8应选用硬质耐高温模具钢，如h13、caldie等。

较佳的，所述隔热板13应选用隔热性较好的材料，如模具专用隔热板(玻璃纤维+树脂)等。

较佳的，所述板料100的材料可以为热冲压用硼钢、铝合金等。

较佳的，两块所述上加热块4之间、及两块所述下加热块8之间隔开的缝隙宽度t可按照实际需求确定，便于置入所述隔热板13即可。

较佳的，所述上加热块4的所述上控温孔道6和所述下加热块8的所述下控温孔道10中放入加热元件进行加热，为保证加热保温效率，孔道直径一般为8～12mm，孔道的中心点与所述板料接触表面距离一般为15～20mm，所述上控温孔道6、所述下控温孔道10均至少设有两个，孔道的中心距为30～50mm，孔道数量可根据装置大小合理确定，加热元件可以是电阻加热棒等。

较佳的，两块所述上加热块4的加热温度不同并按需确定，两块所述下加热块8的温度应和与之配合的两块所述上加热块4的温度相同。

较佳的，所述上测温孔道7、所述下测温孔道11用于放入测温元件从而实时监测模块的温度，测温孔道的直径为3～5mm，所述上测温孔道7的中心点、所述下测温孔道11的中心点与所述板料接触表面距离为3～5mm，测温元件测得温度后反馈到控制器中以控制发热功率或冷却速度，从而实时控制模块温度，测温元件可以是热电偶等。

较佳的，所述板料测温孔道12用于实时监测板料100温度时使用，孔道可以为锥形孔或台阶孔，其小端直径为5～8mm，测量方式可以是红外线测温等。

实施例3与实施例1的不同点在于，实施例3将所述上冷却块5和所述下冷却块9替换为加热块，进一步扩宽了使用范围。

请结合图4所示，本发明所提供的一种用于制备梯度淬火组织板料的实验装置的实施例4，包括上模板1，及与其相对应的下模板2。

较佳的，所述上模板1的下表面通过固定螺栓3连接两块上加热块4，所述上加热块4上开设有上控温孔道6和上测温孔道7。

较佳的，所述下模板2的上表面同样通过固定螺栓连接两块下加热块8，所述下加热块8上开设有下控温孔道10、下测温孔道11和板料测温孔道12。

较佳的，两块所述上加热块4之间、及两块所述下加热块8之间隔开宽度为t的缝隙，避免直接接触传热。

较佳的，所述下加热块8上还布有托料块14，所述托料块14由支撑弹簧15支撑。在所述上模板1与所述下模板2未合模时，通过所述托料块14与所述支撑弹簧15的组合，能保证所述托料块14的水平面略高出所述下加热块8的水平面，高出距离可为1～3mm，以防止未合模时，板料100与所述下加热块8的水平面直接接触，从而防止板料100温度变化剧烈发生淬火。当合模时，所述托料块14与所述支撑弹簧15的组合能完全被压入所述下加热块8对应部位的凹槽中，以使板料100与所述下加热块8充分接触淬火。

较佳的，所述下加热块8的侧面上通过固定螺栓16连有若干定位块17，使板料100能快速定位放置。

较佳的，所述上模板1、所述下模板2应选用耐压隔热材料，如模具专用隔热板(玻璃纤维+树脂)等。

较佳的，所述上加热块4、所述下加热块8应选用硬质耐高温模具钢，如h13、caldie等。

较佳的，所述板料100的材料可以为热冲压用硼钢、铝合金等。

较佳的，两块所述上加热块4之间、及两块所述下加热块8之间隔开的缝隙宽度t可按照实际需求确定。

较佳的，所述上加热块4的所述上控温孔道6和所述下加热块8的所述下控温孔道10中放入加热元件进行加热，为保证加热保温效率，孔道直径一般为8～12mm，孔道的中心点与所述板料接触表面距离一般为15～20mm，所述上控温孔道6、所述下控温孔道10均至少设有两个，孔道的中心距为30～50mm，孔道数量可根据装置大小合理确定，加热元件可以是电阻加热棒等。

较佳的，两块所述上加热块4的加热温度不同并按需确定，两块所述下加热块8的温度应和与之配合的两块所述上加热块4的温度相同。

较佳的，所述上测温孔道7、所述下测温孔道11用于放入测温元件从而实时监测模块的温度，测温孔道的直径为3～5mm，所述上测温孔道7的中心点、所述下测温孔道11的中心点与所述板料接触表面距离为3～5mm，测温元件测得温度后反馈到控制器中以控制发热功率或冷却速度，从而实时控制模块温度，测温元件可以是热电偶等。

较佳的，所述板料测温孔道12用于实时监测板料100温度时使用，孔道可以为锥形孔或台阶孔，其小端直径为5～8mm，测量方式可以是红外线测温等。

实施例4与实施例3的不同点在于，实施例4去掉了隔热板13，适用于对加热块与冷却块之间的温度梯度控制要求不严格的情况。如此设置，可简化装置结构，方便操作。

本发明实验装置的工作过程如下：

1)装备准备：根据实际需求的温度梯度，对加热(冷却)块进行加热(冷却)，在加热(冷却)的过程中实时监测加热(冷却)块的温度并进行反馈控制，达到规定温度后保温20～40分钟备用；

2)板料准备：将板料100放入加热炉中进行加热并保温(加热温度和保温时间视所用材料及需求确定)；

3)板料转移：将加热保温后的板料100从加热炉中取出，在所述定位块18的定位下迅速转移到装置上，此时板料100不直接与下加热(冷却)块直接接触，而与其上的所述托料块14直接接触；

4)合模保压淬火：板料100转移完毕后迅速合模，并保持一定的合模压力和淬火时间，使板料100在装置内淬火，并通过所述板料测温孔道12实时监测记录板料100的温度变化；

5)板料取出降温：淬火后开模将板料100取出，静置降温。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。