用于热冲压的加热装置、高频热炉和辊子单元

摘要

本发明公开了一种用于热冲压的加热装置、高频热炉和辊子单元。所述加热装置包括：钢板供应单元、热炉和提取单元。所述热炉包括多个辊子和高频线圈。每个辊子包括管子、多个端帽、多个轴承座和多个轴。每个端帽的第一端装配在所述管子的端部上。端帽的第二端中形成了多边形的联接孔。具有通孔的每个轴承座毗邻所述管子的端部的而进行设置。每个轴插入到对应的轴承座当中。所述轴的第一端装配到所述端帽的联接孔内，该轴的第二端设在所述轴承座的通孔内。垫环装配在所述轴的第二端上。

说明书

技术领域

本发明涉及一种加热装置，其被体现成用于热冲压的连续工艺， 且该加热装置包括多个具有改进耐久性的辊子，并且本发明涉及用于 该加热装置的高频热炉和辊子单元。

背景技术

在车辆制造工业中，一直以来的焦点是减少车辆的重量并增大其 强度。最近，热冲压技术处于大家关注的中心。在二十世纪七十年代 早期由Norrbottens Jarnverk A.B公司提出了热冲压技术。在授予该公司 的英国专利No.1490535中具体描述了这种热冲压技术。

参考图1所示，在热冲压技术当中，加热炉10将钢板1加热到 A_c3或更高的高温，并且压印机(press)20形成已加热的钢板并对其进 行热处理，从而制造出了具有1500MPa或更高的高强度的钢板部件1b。 由于这种技术特性，热冲压被称为热成型、热压印等等。作为用于热 冲压的材料而使用了大约0.2wt％碳含量的硼钢，并且利用锰(Mn)和 硼(B)来作为提高热处理性能的元素。

热冲压技术有几个优点。它能够同时进行成型和热处理，从而提 供了非常好的生产率。它在高温下形成了钢板，从而使可成型性和尺 寸精度能够得到增强。它显著减小了反冲或者使得断裂延迟，该断裂 特别是在高强度部件中变成了难题。另一方面，热冲压技术又是不利 的，这是因为由于在高温下执行所述工艺，因此它无法避免钢板的表 面氧化。因而，如图1所示，所形成的制品必须通过独立的除锈工艺 30来进行处理。从Arcelor或Nippon Steel公司已经能够得到铝制钢板 等，以作为去除该除锈工艺的提议。

同时，在应用热冲压工艺期间，主要使用电热炉来作为加热炉。 用于热冲压的钢板必须被加热到大于A_c3的从880℃到950℃的温度范 围，从而它可以被完全奥氏体化(austenitize)。为此，当使用电热炉的 时候，1.2mm厚的钢板需要至少12分钟到17分钟或更多。由此，诸 如电热炉和燃气炉的加热炉增加了加热时间，从而降低了工艺处理速 度，并且增大了制造成本。并且，加热炉相对较大并且较长，范围从 23m到30m。加热炉的尺寸增大使得花费增大。

目前，使用高频感应加热来对诸如中心支柱的车体部件进行局部 加固。该高频感应加热能够在数秒内将钢板加热到1000℃或更高的温 度。因此，如果将高频感应加热应用到热冲压技术中，则能够减小加 热炉的尺寸、钢板的加热时间和成本。然而，当加热炉使用高频感应 加热(以下称作“高频热炉”)的时候，加热炉存在的问题是，当传送 钢板的时候，钢板的温度过度增高或者钢板发生变形。因此，迄今为 止，高频热炉仅仅用于对相对较厚部件而不能对薄部件进行热处理。

同时，在高频热炉的情形中，一个非常重要的因素是用来传送钢 板的辊子的耐久性。用于辊子主体的材料必须能够防止高频加热对其 产生变形。特别来说，需要这样的技术，其中每个辊子的两个端部能 够抵抗由于施加在辊子端部的旋转力的差值而导致的扭矩。

应当理解，前述的描述仅仅是辅助对本发明的理解，而并不意味 着本发明落入到本领域技术人员已经知道的相关技术的范围内。

发明内容

因此，本发明已经谨记现有技术中发生的上述问题，并且本发明 的目的是提供一种用于热冲压的混合式加热炉系统，其中高频加热炉 与电热炉(或燃气炉)结合在一起，从而减小了设备的总尺寸并提高 了生产率，并且特别而言，本发明的目的是提供一种用于热冲压的加 热装置、高频热炉和辊子单元，其中使用了具有改进耐久性的辊子来 传送物质，从而进一步提高了生产率。

为了实现上述目的，在一个方面当中，本发明提供了一种用于热 冲压的加热装置，包括：钢板供应单元；第一热炉，该第一热炉具有 在其纵向方向上布置的多对上辊子和下辊子以及多个高频线圈，所述 上辊子和下辊子传送钢板；和提取单元，该提取单元卸下所述钢板。 所述上辊子和下辊子的每一者包括管子、端帽、轴承座和轴，所述管 子形成辊子的主体；所述端帽的第一端装配在所述管子的相对的端部 的每一者上，并在所述端帽的第二端中形成多边形的联接孔；所述轴 承座毗邻所述管子的相对的端部的每一者而进行设置，且所述轴承座 在其内部具有圆形通孔，多个轴承沿着该通孔的圆周而设在所述轴承 座内；所述轴穿过所述通孔而插入到所述轴承座当中，所述轴具有第 一端和第二端，所述轴的第一端具有多边形横截面并且装配到所述端 帽的联接孔内，所述轴的第二端具有圆形横截面并且设在所述轴承座 的通孔内，垫环装配在所述轴的第二端上，从而对所述轴组装到所述 轴承座上的组装位置进行固定。

所述的加热装置还可以包括第二热炉，该第二热炉连续地传送来 自所述第一热炉的钢板并且将钢板的温度加热到A_c3或更高，其中多个 传送辊子沿着所述第二热炉的纵向方向布置在该第二热炉内。

在另一方面当中，本发明提供了一种用于热冲压的高频热炉，包 括：在热炉的纵向方向上布置的多对上辊子和下辊子以及多个高频线 圈，所述上辊子和下辊子传送钢板。所述上辊子和下辊子的每一者包 括管子、端帽、轴承座和轴，所述管子形成辊子的主体；所述端帽的 第一端装配在所述管子的相对的端部的每一者上，并在所述端帽的第 二端中形成多边形的联接孔；所述轴承座毗邻所述管子的相对的端部 的每一者而进行设置，且所述轴承座在其内部具有圆形通孔，多个轴 承沿着该通孔的圆周而设在所述轴承座内；所述轴穿过所述通孔而插 入到所述轴承座当中，所述轴具有第一端和第二端，所述轴的第一端 具有多边形横截面并且装配到所述端帽的联接孔内，所述轴的第二端 具有圆形横截面并且设在所述轴承座的通孔内，垫环装配在所述轴的 第二端上，从而对所述轴组装到所述轴承座上的组装位置进行固定。

在再一方面当中，本发明提供了一种用于热冲压的辊子单元，包 括：管子，所述管子形成辊子的主体；端帽，所述端帽的第一端装配 在所述管子的相对的端部的每一者上，并在所述端帽的第二端中形成 多边形的联接孔；轴承座，所述轴承座毗邻所述管子的相对的端部的 每一者而进行设置，且所述轴承座在其内部具有圆形通孔，多个轴承 沿着该通孔的圆周而设在所述轴承座内；以及轴，所述轴穿过所述通 孔而插入到所述轴承座当中，所述轴具有第一端和第二端，所述轴的 第一端具有多边形横截面并且装配到所述端帽的联接孔内，所述轴的 第二端具有圆形横截面并且设在所述轴承座的通孔内，垫环装配在所 述轴的第二端上，从而对所述轴组装到所述轴承座上的组装位置进行 固定。

所述管子可以由陶瓷制成。所述管子可以包括中空管子，并且所 述端帽或者所述轴的长度可以被设计使得所述轴的第一端与所述管子 的相对应的端部间隔预定距离。

所述管子可以包括填充了绝缘材料的实心管子。

所述端帽可以被配置成使得该端帽的第一端遮盖了所述管子的相 对应的端部，并且在所述端帽的第一端的圆周内表面中可以形成粘性 凹进部，该粘性凹进部填充有粘合剂。

所述端帽的第一端的内直径可以等于所述管子的相对应的端部的 外直径。

在所述轴承座内可以形成有环孔，该环孔对应于所述垫环的端部， 从而使所述轴和所述垫环的组装位置被固定，并且在所述轴的第二端 内可以形成有螺栓孔，从而使所述垫环通过该螺栓孔而螺接到所述轴。

在根据本发明的用于热冲压的加热装置、高频热炉和辊子单元中， 与常规技术相比，设备的安装空间能够减少50％或更多。并且，本发 明减小了电热炉的长度，从而减少了燃料成本，因此减少了通过热冲 压热制造的部件的成本。此外，本发明可以连续地制造钢板制品。

特别而言，安装在热炉内的辊子可以抵抗高频热，并且每个辊子 的联接部得到加固。因此，尽管在辊子的相对的端部上施加的力矩之 间存在差值，但是辊子的耐久性能够得到提高。因此，本发明可以减 少设备操作必须停止的事故次数，例如，将已损坏的辊子替换成新辊 子。因此，设备的生产率能够得到增强。本发明能够减少由于频繁替 换辊子而产生的花费。

附图说明

从以下结合了附图的详细描述中，本发明的以上和其它目的、特 性和优点将会变得更加易于理解，其中：

图1是显示了常规的热冲压工艺的视图；

图2是显示了根据本发明实施方式的用于热冲压的加热装置和压 印机的视图；

图3是显示了图2中的第一热炉的上辊子和下辊子的视图；

图4是显示了图3中的上辊子和下辊子的俯视立体图；

图5是显示了根据本发明实施方式的用于热冲压的辊子单元的管 子的视图；

图6是显示了根据本发明实施方式的用于热冲压的辊子单元的端 帽的视图；

图7是图6中的端帽的截面视图；

图8是显示了图6中的端帽联接到图5中的管子的视图；

图9是显示了根据本发明实施方式的用于热冲压的辊子单元的轴 联接到轴承座的视图；

图10是显示了图9中的轴联接到轴承座的立体图；并且

图11是显示了链轮联接到图9中的轴和轴承座的立体图。

具体实施方式

以下，将参考附图来描述根据本发明实施方式的用于热冲压的加 热装置、高频热炉和辊子单元。

图2是显示了根据本发明实施方式的用于热冲压的加热装置和压 印机的视图。图3是显示了图2中的第一热炉的上辊子和下辊子的视 图。图4是显示了图3中的上辊子和下辊子的俯视立体图；

根据本发明实施方式的用于热冲压的加热装置包括钢板供应单元 100；第一热炉200，用来传送钢板的多对上辊子和下辊子210和多个 高频线圈220在装置的纵向方向上设置在该第一热炉200内；以及提 取单元400，钢板从所述提取单元400中被卸下。

所述上辊子和下辊子210的每一者包括管子910、端帽920、轴承 座930和轴940。管子910形成了辊子的主体。每个端帽920具有第一 端921和第二端922，该第一端921装配在管子910相应的端部上，该 第二端922具有多边形的联接孔923。所述轴承座930设置为毗邻管子 910各自相对的端部。每个轴承座930具有圆形通孔931。轴承932沿 着该通孔931的圆周而设在所述轴承座930内。每个轴940穿过通孔 931而插入到相应的轴承座930当中。轴940的第一端941具有多边形 横截面并且插入到端帽920的联接孔923内。该轴940的第二端942 具有圆形横截面并且设在轴承座930的通孔931内。垫环(space ring) 943装配在第二端942上，从而能够对轴940组装到轴承座930上的组 装位置进行固定。

所述加热装置还包括第二热炉300，该第二热炉300连续地将来自 第一热炉200的钢板进行传送并且将钢板加热到A_c3或者更高的温度。 多个传送辊子310沿着纵向方向布置在该第二热炉300内。

在用于热冲压的加热装置当中所使用的高频热炉中，用来传送钢 板的多对上辊子和下辊子210以及多个高频线圈220在纵向方向上布 置。所述上辊子和下辊子210的每一者包括管子910、端帽920、轴承 座930和轴940。管子910形成了辊子的主体。每个端帽920具有第一 端921和第二端922，该第一端921装配在管子910相应的端部上，该 第二端922具有多边形的联接孔923。所述轴承座930设置为毗邻管子 910各自相对的端部。每个轴承座930在其中具有圆形通孔931。轴承 932沿着该通孔931的圆周而设在所述轴承座930内。每个轴940穿过 通孔931而插入到相应的轴承座930当中。轴940的第一端941具有 多边形横截面并且插入到端帽920的联接孔923内。该轴940的第二 端942具有圆形横截面并且设在轴承座930的通孔931内。垫环943 装配在第二端942上，从而能够对轴940组装到轴承座930上的组装 位置进行固定。

参考图2所示，热冲压工艺包括：在热炉装置100、200、300和 400当中加热钢板，在压印机600中形成热处理的钢板，将钢板装载到 输送机800上。用来传送钢板或者制品的传送机械手500和700分别 布置在热炉装置100、200、300和400与压印机600之间以及压印机 600与输送机800之间。

热炉装置100、200、300和400包括钢板供应单元100、热炉200 和300以及提取单元400。热炉200和300包括第一热炉200和第二热 炉300。

如图2所示，钢板供应单元100包括多个供应辊子110，所述供应 辊子110沿着纵向方向布置并且将钢板供应到第一热炉200内。钢板 供应单元100的长度可以根据需要而进行修改，例如取决于待被供应 的钢板的尺寸。使用不锈钢的辊子来用作每个供应辊子110。

第一热炉200使用高频感应加热方法来加热钢板。第一热炉200 具有两个加热区域，其具有不同的目标温度。连接到独立的逆变器(图 中未示)的高频线圈220安装在每个加热区域内。

同时，上辊子和下辊子210在第一热炉200的纵向方向上布置在 第一热炉200内并且传送钢板。高频线圈220相对于纵向方向而与上 辊子和下辊子210交替布置。高频线圈220布置在每个上辊子210a与 毗邻的上辊子210a之间以及每个下辊子210b与毗邻的下辊子210b之 间。每个高频线圈220被配置成使得它在上辊子和下辊子210的横向 方向上返回一次并弯曲成矩形形状。与辊子210交替的高频线圈220 对经过上辊子210a和下辊子210b之间的钢板继续几乎连续地加热。 调节上辊子210a和下辊子210b之间的距离能够有效地防止钢板在加 热工艺期间发生变形或者扭曲。每个高频线圈220涂覆了绝缘材料， 以防止在与钢板接触的时候产生火花。

图5至图11是显示了在加热装置或高频热炉中用来传递物质的辊 子的视图。根据本发明实施方式的用于热冲压的辊子单元包括管子 910、端帽920、轴承座930和轴940。管子910形成了辊子的主体。 每个端帽920具有第一端921和第二端922，该第一端921装配在管子 910相应的端部912上，该第二端922具有多边形的联接孔923。所述 轴承座930设置为毗邻管子910各自相对的端部。每个轴承座930在 其中具有圆形通孔931。轴承932沿着该通孔931的圆周而设在所述轴 承座930内。每个轴940穿过通孔931而插入到相应的轴承座930当 中。轴940的第一端941具有多边形横截面并且插入到端帽920的联 接孔923内。该轴940的第二端942具有圆形横截面并且设在轴承座 930的通孔931内。具有环形横截面的垫环943装配在第二端942上， 从而能够对轴940组装到轴承座930上的组装位置进行固定。

图5是显示了根据本发明实施方式的用于热冲压的棍子单元的管 子的视图。图6是显示了根据本发明实施方式的用于热冲压的辊子单 元的端帽的视图。图7是图6中的端帽的截面图。图8是显示了图6 中的端帽联接到图5中的管子的视图。

本发明的辊子单元包括联接在一起的管子910、端帽920、轴承座 930和轴940。

优选地使得管子910由陶瓷制成，其能够经受高频热而并不变形。

同时，管子910形成辊子的主体。端帽920联接到管子910各自 相对的端部。每个端帽920的第一端921装配到管子910的相应的端 部内。在端帽920的第二端922内形成了多边形的联接孔923。

详细来说，每个端帽920被配置成使得其第一端921遮盖了管子 910的相对应的端部912。在端帽920的第一端921的圆周内表面中形 成了粘性凹进部924。该粘性凹进部924填充有粘合剂。进一步地，端 帽920的第一端921的内直径与管子910的端部912的外直径相等。

具有上述结构的端帽920装配在管子910的端部912上，其装配 形状使得第一端921遮盖了端部912。因为已经将粘合剂涂抹到端帽 920的第一端921的圆周内表面，因此端帽920的第一端921和管子 910的端部912之间的联接强度能够被进一步提高。

图9是显示了根据本发明实施方式的用于热冲压的辊子单元的轴 联接到轴承座的视图。轴承座930的安装位置与管子910的相对的端 部间隔开。端帽920、轴940等使得管子910的相对的端部联接到充当 基底的相应的轴承座930。轴承座930设置在管子910的相对的端部的 周围。穿过每个轴承座930形成了通孔931。轴承932沿着通孔931 的圆周而设置在轴承座930内。

每个轴940插入到相应的轴承座930的通孔931当中，其插入形 状使得轴940穿过轴承座930。详细来说，轴940穿过通孔931而插入 到轴承座930内。轴940的第一端941具有多边形的横截面并且插入 到端帽920的联接孔923当中。轴940的第二端942具有圆形横截面 并且布置在轴承座930的通孔931内。垫环943装配在第二端942上， 从而能够对轴940组装到轴承座930上的组装位置进行固定。

换言之，轴940被制造成使得其第一端941具有多边形的横截面 而第二端具有圆形横截面。具有上述形状的轴940插入到轴承座930 的通孔931当中，以使得第一端941穿过通孔931并且被装配到端帽 920的第二端922中形成的多边形的联接孔923内。此处，端帽920 的联接孔923的多边形横截面的尺寸和形状与轴940的第一端941的 多边形横截面的尺寸和形状相同，从而使管子910的相对的端部能够 整体旋转。并且，元件的多边形横截面可以使得管子910、端帽920 和轴940一同旋转。

同时，每个轴940的第二端942的横截面是圆形的，从而轴940 能够在轴承座930的轴承932内部平稳地旋转。

管子910可以包括中空管子。端帽920或者轴940的长度适合于 使得轴940的第一端941与管子910的端部912间隔预定距离。

换言之，如果管子910包括中空管子，则轴940的第一端941可 以接触管子910，从而引起了二者之间的热传递。因此，端帽920或者 轴940的长度必须被设计成使得轴940的第一端941能够与管子910 的端部912间隔预定距离。从而，可以防止轴940发生热变形。

可选择地，管子910可以包括填充了绝缘材料的实心管子。

同时，环孔933形成在轴承座930内。该环孔933对应于垫环943 的端部，从而使轴940和垫环943的组装位置能够被固定。螺栓孔形 成在轴940的第二端942中，从而使垫环943可以螺接到轴940。

垫环943的功能是固定轴940的组装位置。在轴940插入到轴承 座930的通孔931内之后，将垫环943插入到轴940的第二端942当 中。接着，将垫环943的端部装配到轴承座930的环孔933内，从而 垫环943和轴931的位置能够被固定。从而，轴940的轴向中心可以 与轴承座930的通孔931的中心对齐。

接下来，将螺栓944紧固到轴940的第二端942内形成的螺栓孔 内。螺栓944在其圆周周围具有凸缘。当螺栓944已经紧固到轴940 当中的时候，该凸缘限制了垫环943。因此，螺栓944还具有的功能是 将垫环943联接到轴940。

如此，垫环943使得轴940的轴向中心与轴承座930的通孔931 的中心精确地对准。并且，垫环943防止了轴940被过度插入到轴承 座930内，从而使轴940的第一端941可以与管子910的端部912间 隔开合适的距离，进而防止了轴940发生热变形。

此外，管子910的相对的端部可以在精确位置上被相应的轴承座 930支撑，从而仅仅能够旋转。因此，即使在管子910的相对的端部上 施加了不同强度的扭矩，其差值也能够被缓和，从而减少了作用到管 子910的相对的端部的扭转力矩之间的差值。

图10是显示了图9中的轴联接到轴承座的立体图。图11是显示 了链轮联接到图9中的轴和轴承座的立体图。

典型的驱动辊子可以联接到与管子910的相对的端部进行连接的 轴940的至少一个，从而使转动力通过皮带借助该驱动辊子而传输到 管子910。可选择地，如图11所示，可以将链轮950联接到轴940， 从而使转动力通过链条而传输到管子910。

在这种结构中，不可避免地在管子910的相对的端部上产生扭转 力矩的差。甚至在多个扭转力矩都施加到管子910的时候，本发明的 联接结构可以对施加到管子910的载荷进行抵抗，从而防止了管子910 产生裂缝，并增大了它的耐久性。

如上所述，当使用根据本发明的用于热冲压的加热装置、高频热 炉和辊子单元的时候，与常规技术相比，设备的安装空间可以减少50％ 或更多。并且，本发明减小了电热炉的长度，从而减少了燃料成本， 因此减少了通过热冲压热制造的部件的成本。此外，本发明可以连续 地制造钢板制品。

特别而言，安装在热炉内的辊子可以抵抗高频热，并且每个辊子 的联接部得到加固。因此，尽管在辊子的相对的端部上施加的力矩之 间存在差值，但是辊子的耐久性能够得到提高。因此，本发明可以减 少设备操作必须停止的事故次数，例如，将已损坏的辊子替换成新辊 子。因此，设备的生产率能够得到增强。本发明能够减少由于频繁替 换辊子而引起的花费。

尽管本发明的优选实施方式已经为了示例性的目的而进行了公 开，但是本领域技术人员将会理解，各种修改、添加和替换都是可以 的，而并不偏离所附的权利要求中公开的本发明的范围和精神。