高强度钢板热冲压成形生产线及其生产工艺

摘要

本发明涉及一种高强度钢板热冲压成形生产线及其生产工艺。主要由2.6*1800mm开卷线单元、落料堆垛单元、拆垛打标单元、20m加热炉单元、快速上料单元、800t压机单元、快速下料单元、1000*1800mm激光切割单元和1200*2000mm抛丸涂油单元组成，各单元有自己的PLC控制系统，各单元的PLC控制系统通过PROFIBUS工业总线与生产线主站PLC控制系统相连。生产工艺包括开卷、落料、预成型、拆垛、双料片检测、对中入炉、加热均匀奥氏体、快速出炉、压机上料、冲压淬火处理、下料、切割和涂油。效果主要体现在：优化了生产线的配置和自动化程度，提高了生产效率；提高了生产线的应用范围。

说明书

技术领域

本发明涉及热冲压成形装备和生产工艺技术领域，具体是一种高强度钢板热冲压成形生产线及其生产工艺。

背景技术

随着社会的发展，汽车安全舒适和节能环保问题也越来越被人们重视，提高汽车的安全性能，降低汽车的燃料消耗、减少CO2和废气排放成为社会对汽车行业的要求。采用高强钢板热冲压成形技术是有效方法。

热成形工艺是将高强度钢板加热至奥氏体温度范围（880℃-950℃）， 使之均匀奥氏体化， 然后快速送入内部带有冷却系统的模具内，快速冲压成型、保压淬火冷却，将奥氏体转变为马氏体，获得超高强度冲压件。

汽车用高强钢板有镀层板和无镀层板两种形式。目前国内只能生产无镀层高强钢板，无镀层板在高温下易氧化，影响产品质量。而采用镀层板必须自国外进口，成本高、周期长，且镀层在高温中会粘连在加热炉辊棒上，影响生产线使用。

申请号200910067375.9发明专利一种高强度钢板冲压件的热成形法，包括落料，加热、初步温降，成形、淬火，后处理工序，其特征在于：所述热成形法钢板在加热炉中加热到完全奥氏体化以后，在不与空气接触的情况下，将其转移到一个有气体保护氛围的初步冷却腔室内降温至600℃，在该初步冷却室内的冷却速度大于35℃/S，然后再转移到热冲压成形模具中成形淬火。该专利只是简单提出了一种高强度钢板热冲压的方法，对具体加工对象及设备组成没有明确指出，其重点提出了一种解决无镀层高强度钢板高温下防止氧化成形淬火的措施，但其中钢板由加热炉不与空气接触到氮气冷却室内实施难度较大且气体冷却效果较差，降温至600℃之后再移入模具成形淬火，成形效果也不如800℃以上成形淬火，整个过程淬火工艺不连续，难以获得均匀的马氏体组织。

申请号200910187794.6发明专利冲压淬火用钢板及其热成型方法，公开了一种冲压淬火用钢板并提出了热成型方法为：钢板经剪切下料后在Ac3～ Ac3+80℃加热，进行奥氏体化，在加热炉中经过5～10分钟保温后立刻转移至一个内部通水冷却的金属模具内，在650～850℃的高温条件下进行冲压；成形的工件在密闭的模具中冷却，模具本身依靠水循环进行冷却，冷却速度大于奥氏体形成马氏体的临界冷速，最后工件离开热冲压生产线时的温度在150℃以下，之后空冷至室温。该专利同样只是简单提出了一种热成形方法，对具体加工对象及设备组成没有明确指出，且加热过中采用纯氢气保护，具有安全隐患。

针对上述技术的现状，国内开始引进国外的先进生产线。这种生产线主要由开卷线单元、落料堆垛单元、拆垛打标单元、加热炉单元、快速上料单元、压机单元、快速下料单元、激光切割单元和抛丸涂油单元组成，并且对各个单元设置了PLC控制系统，提高了各个单元的自动化程度。但是尽管如此，作为整个生产流水线的自动化控制还有待进一步提升，特别是如何优化自动生产线的各个环节的有效配置，以实现更大范围的应用还是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，通过优化单元设备的配置进而完善整个生产流水线整体配置和自动化水平，而提出的一种高强度钢板热冲压成形生产线及其生产工艺。其应用于厚度范围0.8～2.5mm，长度范围400～1700mm，宽度范围50～1000mm的无镀层高强度硼钢板件，达到至少3件/min的生产要求。

本发明的技术方案包括：

一种高强度钢板热冲压成形生产线，2.6*1800mm开卷线单元、落料堆垛单元、拆垛打标单元、20m加热炉单元、快速上料单元、800t压机单元、快速下料单元、1000*1800mm激光切割单元和1200*2000mm抛丸涂油单元组成，各单元有自己的PLC控制系统，其特征是：开卷线单元主要由开卷机、引料机、校平机、测量装置和传送装置组成；落料垛料单元主要由落料冲压机、预成型冲压机、垛料机、运料车组成；拆垛打标单元主要由拆垛机械手、打标台组成；辊底式加热炉单元主要由进炉辊道、辊底式加热炉、对中台及料片顶起装置组成，其中对中台由两组12个对中指组成；快速上料单元由两个机械手组成；压机单元主要由高速压机、模具、测温装置组成；快速下料单元由两个机械手组成；激光切割单元由6台以上激光切割机床组成；抛丸涂油单元主要由抛丸设备、涂油设备组成；各单元的PLC控制系统通过PROFIBUS工业总线与生产线主站PLC控制系统相连。

拆垛打标单元的拆垛机械手采用具有X、Z轴移动及绕Z轴旋转3个自由度，打标台带有双料片检测装置；辊底式加热炉单元中的辊底式加热炉炉内采用陶瓷辊棒，炉内部的宽度不低于2800 mm，内部高度不低于100 mm，采用电加热方式；快速上料单元的两个机械手采用具有X、Y、Z轴移动三个自由度，X、Y轴移动速度5000mm/s，Z轴移动速度3000mm/s，定位精度0.1mm，且该机械手具有吹扫机构；压机单元的压机总合模力8000 KN，最大开口高度1800 mm，有效行程1000 mm，保压时间可达20s，滑块闭合速度大于700mm/s，滑块回程速度大于500mm/s，模具内部设计冷却回路。

同时本发明围绕前述的生产线给出了高强度钢板热冲压成形生产线的生产工艺是：

（1） 高强度钢板料由开卷线单元开卷、切割、校平，并传送到落料垛料单元；

（2） 落料垛料单元根据生产需要落料、堆垛；

（3） 运料车将料片运送到位，由拆垛机械手利用吸盘端持器将料片搬运至打标台，经双料片检测确定后，进行冲压字头打标，然后拆垛机械手将其放到加热炉的进炉口处炉外辊道上；

（4） 在进炉口炉外辊道上，由对中机构对料片进行对中定位，然后料片进入辊底式加热炉内，在氮气保护条件下，料片经加热至850-950℃，组织转变均匀奥氏体后，快速出炉，到出炉口炉外辊道上，再次由对中机构快速对中定位，并由顶起装置将加热后的料片快速托起；

（5） 上料机械手快速准确将高温料片通过耐高温夹持器搬起，并快速准确放入压机模具后，快速退回；

（6） 利用压机的温度检测装置，在检测到高温料片处于可冲压范围后，压机快速将料片冲压成形，并保压，在保压时间内，带有冷却回路的模具将成形后的料片进行淬火处理，使组织完全转变为马氏体，压机快速回程；

（7）下料机械手快速将冲压淬火完成的零件取出，冷却至室温后传送到激光切割单元；

（8） 采用五轴联动的激光切割机床，对零件进行切边、切孔加工；

（9） 用抛丸机进行喷丸处理，去除表面氧化皮，清理干净之后，进行涂油或者是喷漆处理。

前述高强度钢板热冲压成形生产线的生产工艺优化方案是：步骤（4）辊底式加热炉单元的辊底式加热炉在纯度为99.99%氮气气氛保护条件下将料片加热至880～930℃保温；步骤（5）中的两个机械手夹持器手指采用耐高温不锈钢材质，在料片进入模具前对模具型腔进行自动清洁；步骤（6）压机保压时间不小于20s，滑块闭合速度大于700mm/s，滑块回程速度大于500mm/s，模具以不小于40℃/S的冷速对板料淬火。

本发明的技术效果主要体现在：一是优化了生产线的配置和自动化程度，提高了生产效率；二是提高了生产线的应用范围，应用于厚度范围0.8～2.5mm，长度范围400～1700mm，宽度范围50～1000mm的无镀层高强度硼钢板件，达到至少3件/min的生产要求。

附图说明：

图1是本发明生产线的主要设备构成简图；

图2是一种工艺流程的方框图。

具体实施方式：

首先结合附图1对生产线进行说明：

本实施例的生产线是将开卷线单元1、落料堆垛单元2、拆垛打标单元3、加热炉单元4、快速上料单元5、压机单元6、快速下料单元7、激光切割单元8和抛丸涂油单元9进行优化整合。

其中：开卷线单元1主要由开卷机、引料机、校平机、测量装置、传送装置等组成，完成板料开卷、校平。

落料垛料单元2主要由落料冲压机、预成型冲压机、垛料机、运料小车等组成，完成板料的落料、垛料，并完成复杂变形零件的预成形。

拆垛打标单元3主要由拆垛机械手、打标台等组成，拆垛机械手具有X、Z轴移动及绕Z轴旋转3个自由度，可以通过更换端持器及调整吸盘适应不同尺寸范围的料片搬取，打标台要具有双料片检测装置。机械手将料片搬移至打标台位置，首先进行双料片检测，不合格放入废料筐，合格则进行打标，打标完成后将料片移放到加热炉进炉口炉外辊道上。

辊底式加热炉单元4主要包括进炉辊道、辊底式加热炉、对中台及料片顶起装置。料片通过进炉辊道连续进入炉内加热。辊底式加热炉炉内采用陶瓷辊棒，炉内部的宽度不低于2800 mm，内部高度不低于100 mm，采用电加热方式，采用纯度为99.99%氮气气氛保护。将料片加热至880～930℃保温,使料片均匀奥氏体化。加热后的料片自出炉口快速出炉。对中台通过两组12个对中指对不同形状尺寸的料片对中定位，顶起装置快速平稳托起高温料片。

快速上料单元5由两个机械手组成，分别具备X、Y、Z轴移动三个自由度，X、Y轴移动速度5000mm/s，Z轴移动速度3000mm/s，定位精度0.1mm，夹持器手指采用耐高温不锈钢材质。上料单元自顶起装置上抓取高温料片，快速转运到压机模具中。机械手具有吹扫功能，在料片进入模具前对模具型腔进行自动清洁。

压机单元6主要包括高速压机、模具系统、测温装置。测温装置检测快速上料单元转运来的料片温度是否在工作范围，检测温度合格压机进行冲压作业，检测温度不合格，上料机械手则将料片快速取出放入废料箱内。压机总合模力8000 kN，最大开口高度1800 mm，有效行程1000 mm，保压时间可达20s，滑块闭合速度大于700mm/s，滑块回程速度大于500mm/s。模具材料具有良好的热强度、热硬度、高的耐磨性和疲劳性能，内部设计冷却回路，保证模具以不小于40℃/S的冷速对板料淬火。

快速下料单元7由两个机械手组成，同上料机械手相同，不具有吹扫功能。用于将热冲压成形后的零件自模具中取出，转运到传送带上。

激光切割单元8由6台以上激光切割机床组成，用于完成转送带转来的零件的切孔、切边作业。

抛丸涂油单元9主要由抛丸设备、涂油设备组成，用于完成零件的抛丸清理，并进行涂油防锈。

9各单元均有自己的PLC控制系统，可以实现独立控制，但又作为从站，通过PROFIBUS工业总线由生产线主站PLC控制系统实现生产线总体自动化控制；根据生产线工作要求，开卷线单元和落料堆垛单元按照设定的生产节拍完成送料车的堆垛，运料车运料至拆垛达标单元，运料车轨道上的位置传感器发送信号至控制系统，拆垛机械手开始工作，料片经进炉辊道进入加热炉，加热炉入口处光栅尺将检测信号发送至控制系统实现显示监测料片位置，出炉段一对光栅尺实现高温料片出炉等待控制，接收到系统信号，高温料片快速出炉，经对中台快速定位对中、顶起装置快速顶起，对中台处的位置传感器检测位置信号用于控制上料机械手快速定位，上料机械手快速完成压机上料，安装在压机上的红外测温仪将料片温度发送给控制系统，控制压机滑块运动，下料机械手将冲压成形淬火后的零件快速取出放到生产线传送带上，然后传送至激光切割单元、抛丸涂油单元进行切边割孔、抛丸涂油。

同时本发明围绕前述的生产线给出了高强度钢板热冲压成形生产线的生产工艺是：

1. 高强度硼钢板料首先由开卷线单元开卷、校平，并传送到落料垛料单元。

2. 落料垛料单元根据生产需要落料，复杂变形零件要进行预成型，然后垛料到送料车，简单零件直接垛料到送料车。

3. 送料车将料片运送到位，由拆垛机械手利用吸盘端持器将料片搬运至打标台，经双料片检测确定后，进行冲压字头打标，然后拆垛机械手将其放到加热炉的进炉口处炉外辊道上。

4. 在进炉口炉外辊道上，由对中机构对料片进行对中定位，然后料片进入辊底式加热炉内，为了防止料片高温氧化，在纯度为99.99%氮气气氛保护条件下，料片经加热至900℃，组织转变均匀奥氏体后，快速出炉，到出炉口炉外辊道上，再次由对中机构快速对中定位，并由顶起装置将加热后的料片快速托起。

5. 上料机械手快速准确将高温料片通过耐高温夹持器搬起，并快速准确放入压机模具后，快速退回。两个机械手夹持器手指采用耐高温不锈钢材质，在料片进入模具前对模具型腔进行自动清洁。

6. 在检测到高温料片处于可冲压范围后，滑块闭合速度大于700mm/s，滑块回程速度大于500mm/s，压机快速将料片冲压成形并保压，压机保压时间不小于20s，带有冷却回路的模具将成形后的料片以不小于40℃/S的冷速进行淬火处理，使组织完全转变为马氏体，压机快速回程。

7.下料机械手快速将冲压淬火完成的零件取出，冷却至室温后传送到激光切割单元。

8. 采用五轴联动的激光切割机床，对零件进行切边、切孔加工。

9. 用抛丸机进行喷丸处理，去除表面氧化皮，清理干净之后，进行涂油或者是喷漆处理。

生产线各单元，可以根据生产任务要求灵活调整运行节拍，以保证整条生产线的生产节拍。

本发明和实施例重点要解决的是将已有的设备和PLC控制系统，通过优化设计组合构成一条完整的自动化生产线，其中的设备和控制系统在本发明的提示下，可以进行优化选择和搭配，这里不再一一详述。