汽车侧门高强度防撞杆的制作方法

摘要

本发明涉及一种汽车侧门高强度防撞杆的制作方法，其通过对钢管通过上料→顶料→进给→加热→冷却→回火→卸料→抛丸的连续作业完成制作工艺。本发明上料把规定的产品原材料放到料架内排列整齐，顶料为单根上料，不影响加热的均匀性，进给速度稳定均匀，加热为高频感应加热，电能利用效率高，且受热均匀，加热速度快，产品表面氧化层小，变形量小，产品外观光洁，冷却介质为水，对人体无害，高压喷射冷却速度均匀，采用本发明方法制作的防撞杆在硬度以及抗拉、屈服、延伸这三项机械性上都优于现有产品。

说明书

技术领域

本发明涉及防撞杆，尤其涉及汽车侧门高强度防撞杆的制作方法。

背景技术

汽车侧门防撞杆是为了车门的防撞而设计的安全件。现代汽车对安全越来越重视，要求前后车门在受到侧面撞击时能将变形或溃缩程度降到最小，从而保证车内成员有一定的安全空间使受伤程度降到最低，并保证乘客能及时打开车门脱离危险境地。对汽车侧门防撞杆的使用要求是能够有效地抵御遭到意外时的冲击力，因此防撞杆必须具备强度与韧性相结合的良好的综合机械性能。

汽车侧门防撞杆的制作工艺主要是热处理。热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善防撞杆的使用性能(强度与韧性相结合)。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。

汽车侧门防撞杆制作的热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。

加热是热处理的重要工序之一。加热方式很多，最早是采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。金属加热时，工件与空气接触，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法、煤油、甲醇、丙酮、氨气等进行保护加热。加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度，是保证热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得高温组织。另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。保温时间一般根据原材料的厚度而定，随厚度的增加而延长保温时间，大致从10到60分钟不等，采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间。

冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬火。

目前传统的汽车侧门防撞杆制作工艺的流程为：装炉→加热→出炉、冷却→清洗→回火→校直→抛丸。其缺点如下：(a)装炉为人工用专用夹具进行装炉，效率低，且排列不整齐，影响加热的均匀性；(b)加热为电阻丝加热，加热温度约为900±15℃，电能利用率低(利用率30-40％)、且受热不均匀(心部和外部温差30-50℃)，直接影响产品综合机械性能；(c)加热保温时间长，产品表面易形成氧化层(厚度0.1-0.3mm)，且变形量大(弯曲度5-30mm)；(d)加热时用甲醇和丙酮进行气氛保护不完全燃烧易产生对人体有害气体；(e)冷却时使用的冷却介质为碱水，危险性大极易腐蚀，且当高温的产品放入冷却时碱水容易飞溅；(f)采用水槽冷却时冷却速度不均匀，同一件产品的不同部位冷却速度也不一致：下部快，上部慢；(g)清洗时由于是浸泡清洗无法完全去除残余碱液；(h)校直时易产生表面压痕、划伤等，影响产品外观。

发明内容

针对现有汽车侧门防撞杆制作工艺的上述不足，申请人经过研究改进，提供另一种汽车侧门高强度防撞杆的制作方法，其通过高频感应加热方式提高电能利用率，并提高产品的综合机械性能；本发明方法还提供了相应的最佳热处理参数。

本发明的技术方案如下：

一种汽车侧门高强度防撞杆的制作方法，对钢管通过上料→顶料→进给→加热→冷却→回火→卸料→抛丸的连续作业完成制作工艺，具体步骤为：

a.上料：把规定的产品原材料钢管经气压装置和液压装置以旋转方式送至料架内排列整齐；

b.顶料：通过气压装置和液压装置将单根钢管推顶送入链条压紧传动装置；

c.进给：单根钢管通过链条压紧传动装置匀速步进送至高频感应加热器内；

d.加热：钢管在高频感应器内进行高频感应加热；

e.冷却：采用高压喷射装置向钢管高压喷射冷却水进行冷却；

f.回火：冷却后的钢管经链条压紧传动装置以步进方式送入回火保温箱保温延时；

g.卸料：钢管经气压装置和液压装置以旋转方式排出；

h.抛丸：用电动机带动叶轮体旋转，靠离心力的作用，将弹丸抛向钢管的表面，使钢管的表面达到一定的粗造度并改变钢管的应力。

其进一步的技术方案为：

所述钢管采用的TL1327冷拔无缝钢管。

所述气压装置和液压装置上料时的旋转速度为400±30R/M，卸料排出时的旋转速度为100R/M，气压装置内的空气压力为0.4～0.6Mp。

所述链条压紧传动装置进给时的速度为2.6±0.5M/M。

所述高频感应器加热时的输出功率为240±5KW，回火时的输出功率为20±5KW。

所述冷却钢管时的冷却水流量为400±50L/M，冷却水温为室温～60℃。

在全工艺过程中采用温度为0～39℃的蒸馏水冷却加热设备。

本发明的有益技术效果是：

本发明防撞杆制作工艺与原有汽车侧门防撞杆制作工艺相比如下：

工艺方面：a)节省电能65％以上；b)减少人工4人/班；c)节约生产成本30％(不包括电能)；d)极大改善工作环境和减少环境污染。

产品方面：a)提高产品综合机械性能；b)减小产品变形量；c)减小产品表面氧化层；d)提高产品合格率。

附图说明

图1是本发明方法的流程框图。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本发明进行具体说明。

首先，通过常规方法对原材料钢管进行检验，检验合格后进行断料、倒角处理，然后进入如图1所示的本发明工艺步骤。本实施例中，钢管采用的TL1327冷拔无缝钢管。需要注意的是，本发明方法也可应用于其他型号原材料钢管的制作工艺，不可认为上述钢管型号作为限定。

如图1所示，本发明对已经过断料、倒角等预处理的钢管，通过上料→顶料→进给→加热→冷却→回火→卸料→抛丸的连续作业完成制作工艺，具体步骤为：

a.上料：把规定的产品原材料钢管经气压装置和液压装置以旋转方式送至料架内排列整齐，与人工上料相比，效率大大提高。所述气压装置和液压装置上料时的旋转速度为400±30R/M。所述气压装置内的空气压力为0.4～0.6Mp，下同。

b.顶料：通过气压装置和液压装置将单根钢管推顶送入链条压紧传动装置。顶料为单根上料，对加热的均匀性无任何影响。

c.进给：单根钢管通过链条压紧传动装置匀速步进送至高频感应加热器内，进给速度稳定均匀。所述链条压紧传动装置进给时的速度为2.6±0.5M/M。

d.加热：钢管在高频感应器内进行高频感应加热。本发明的实际温度很少测量，而是通过调节输出功率来控制加热温度，本实施例中所述高频感应器加热时的输出功率为240±5KW，通过电脑设定。采用高频感应加热，电能利用效率高(利用效率90％以上)，且受热均匀；加热速度快，产品表面氧化层小(厚度0.02-0.05mm)；加热时进给受力均匀，变形量小(弯曲度≤0.5mm)，直线度小于0.5mm(标准小于1.0mm需校直)，因此可以省去校直步骤，产品外观光洁。

所谓高频感应加热，一般指频率在500K以上的频率。高频感应是通过高频交变电流产生感生交变磁场，在交变磁场中的金属内产生感生涡流，金属在涡流作用下自行发热。闭合回路在交变磁场中产生感应电流，当施感导体--感应器中流过交变电流时，在它周围就要产生同样频率的交变磁场。感应器内的工件可以看着有无数个不同直径的金属圆环所组成的闭合回路，因而在工件内产生与感应器频率相同而方向相反的感应电流，称之为涡流。当感应器和工件的形状、尺寸以及相对位置固定时，涡流的大小与感应器中的电流和频率成正比。涡流因工件的电阻而转换成热能(称为涡流发热)，将工件加热。当交变电流通过导体时，电流密度沿导体截面的分布是不均匀的，导体表面电流密度最大，中心电流密度最小。交变电流的频率愈高，这种现象就愈明显，称之为集肤效应。

高频感应加热具有很多优点，如：1)对工件无需整体加热，可有选择性地进行局部加热，因而电能消耗少，工件变形小。2)加热速度快，可使工件在极短的时间内达到所需温度，甚至1秒以内。从而使工件的表面氧化和脱碳都较轻，大多数工件都无须气体保护。3)可根据需要通过调整设备的工作频率和功率，对表面淬硬层进行调控。从而使淬硬层的马氏体组织较细，硬度、强度和韧性都比较高。4)经感应加热方式热处理后的工件，表面硬层下有较厚的韧性区域，具有较好的压缩内应力，使工件的抗疲劳和破断能力都更高。5)加热设备便于安装在生产线上，易于实现机械化和自动化，便于管理，可有效地减少运输，节约人力，提高生产效率。6)一机多用。即可完成淬火、退火、回火、正火、调质等热处理工艺，又可完成焊接、熔炼、热装配、热拆卸及透热成形等工作。7)使用方便、操作简单、可随时开启或停止。且无须预热。8)即可手动操作，也可半自动和全自动操作；即可长时间地连继工作，亦可即用即停随机使用。有利于设备在供电低谷电价优惠期的使用。9)电能利用率高，环保节能，安全可靠，工作条件好。

e.冷却：采用高压喷射装置向钢管高压喷射冷却水进行冷却。冷却水流量为400±50L/M，冷却水温为室温～60℃。高压喷射冷却与水槽冷却相比，冷却速度更均匀；冷却介质为水，对人体无害，因此可以省去清洗步骤。

f.回火：冷却后的钢管经链条压紧传动装置以步进方式送入回火保温箱保温延时。与加热一样，此处通过调节回火功率来控制回火温度，本实施例中所述高频感应器回火时的输出功率为20±5KW，通过电脑设定，实测温度250左右，属于低温回火。

g.卸料：钢管经气压装置和液压装置以旋转方式排出。所述气压装置和液压装置卸料排出时的旋转速度为100R/M。

h.抛丸(或上油)：用电动机带动叶轮体旋转，靠离心力的作用，将弹丸抛向钢管的表面，使钢管的表面达到一定的粗造度并改变钢管的应力。

此外，本发明在全工艺过程中采用温度为0～39℃的蒸馏水冷却加热设备。

下面通过对比试验来证明本发明的技术效果。表1是本发明防撞杆的工艺参数性能表，表2是现有汽车侧门防撞杆的制作工艺参数性能表。

现分别对采用本发明方法制作以及采用现有方法制作的Ф31.8×2.0、Ф31.8×2.2、Ф31.8×1.8、Ф28.6×2.0各四种规格的防撞杆进行测试，测试项目为硬度以及抗拉、屈服、延伸这三项机械性能。其中硬度测试设备采用洛氏硬度计，测试条件符合标准要求；机械性能测试设备采用万能材料试验机，测试条件符合国家标准GB/T228-2008。具体测试结果见表1、表2。

表1本发明防撞杆的工艺参数性能表

表2现有汽车侧门防撞杆的制作工艺参数性能表

对比表1、表2可知，采用本发明方法制作的Ф31.8×2.0、Ф31.8×2.2、Ф31.8×1.8、Ф28.6×2.0这四种规格的防撞杆在硬度以及抗拉、屈服、延伸这三项机械性上都优于相同规格的现有汽车侧门防撞杆。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下，可以做出其他改进和变化。