CN101724737B - 基于防氧化涂层的钢板热成形方法及实施该方法的生产线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于防氧化涂层的钢板热成形方法以及专门设计用来实施该方法的热成形生产线。其中所述方法包括以下步骤：对工件表面进行清洁处理以保证无油污；利用自动喷涂设备将涂料喷涂至工件表面；通过加热设备对工件加热以使其达到工件的奥氏体化温度；将工件快速移至快速压力机，并在所述快速压力机中快速完成冲压、合模、保压、淬火、成形一体化工序，且工件温度在所述加工过程中从奥氏体化温度降至马氏体转变温度。所述热成形生产线包括自动喷涂设备、加热设备、快速压力机以及传动机构。本发明的有益效果是：解决了热成形中的产生氧化皮的问题，并使热成形成本降低、精度更高、操作更简便。

Description

基于防氧化涂层的钢板热成形方法及实施该方法的生产线

技术领域

本发明涉及一种热成形方法，尤其涉及一种基于防氧化涂层的钢板热成形方法，并涉及一种实施该方法的热成形生产线。

背景技术

钢板热冲压技术是一种将特殊的高强度钢板加热到奥氏体温度，然后快速移至模具并快速冲压，且在压机保压状态下通过模具(而不是空气)对工件在保证一定冷却速度的条件下进行淬火冷却，从而最后得到超高强度冲压件(组织为马氏体，强度在1500MPa左右甚至更高)的新型成形工艺。热成形工艺的关键过程是加热、冲压、保压和冷却，其中后三部分一步完成。对于厚度小、表面积大的钢板，加热过程中会产生氧化皮，从而导致后续冲压工作环境恶劣、成形件表面质量差且易导致模具精度损失，同时还需要后续的喷丸工序。而且，对于薄板类工件，喷丸极易使工件变形。

目前，国内外主要有两种方法解决加热氧化的问题。一是使用带Al-Si镀层的热冲压钢板，在加热过程不会产生氧化皮，对模具影响小，并且不需要喷丸工序。但是，钢板在加热过程中，Al-Si镀层容易与加热炉的套磁辊发生粘结，从而增加加工难度甚至导致加工中止，另外，Al-Si镀层钢板成本高，国内没有生产。另一方法是使用保护气氛炉加热。通过使用保护气氛炉加热，可防止加热过程产生氧化皮。但对于保护气氛加热炉，其连续作业与密封性的要求较高，造价高昂，使热成形成本大幅提高，且工件在出炉转移和成形过程中由于离开气氛保护环境而产生氧化，成形后需要对表面进行喷丸处理，喷丸易造成零件变形，且增加一道工序，生产周期延长。

因此，在热成形技术领域急需提供一种既能解决Al-Si镀层超高强钢板加热过程与套磁辊粘结的问题，又能保证在造价较低的情况下防止氧化、制造工序简洁、加工精度高的热成形方法或热成形生产线。

发明内容

本发明旨在提供一种既能解决Al-Si镀层超高强钢板加热过程与套磁辊粘结的问题，又能保证在造价较低的情况下防止氧化、制造工序简洁，加工精度高的热成形方法，以解决现有的热成形难于避免产生氧化皮或者虽避免产生氧化皮但造价过高且难于保证精度的问题。同时，本发明克服了现有的Al-Si镀层超高强钢板与套磁辊的粘连问题以及气氛保护炉的价格过高等技术难题。

本发明的发明目的是通过下述技术方案来实现的：

一种基于防氧化涂层的热成形方法，所述方法包括以下步骤：

对工件表面进行清洁处理以保证无油污；

利用自动喷涂设备将涂料喷涂至工件表面，其中，所述自动喷涂设备包括一通过压力装置将涂料均匀喷涂在工件表面的喷枪、一为所述喷枪提供直流电的电源、一用来贮存粉料并按工艺要求向所述喷枪输送粉料的送粉器、一用来冷却所述喷枪从而延长所述喷枪使用寿命的热交换器、用于输送工作气和送粉气的供气系统、用于对所述喷枪所喷涂料中的水、粉料、气进行调节和控制的控制柜，所喷涂料为高温防氧化环保涂料，包括水性环氧树脂胶粘剂、纳米耐高温材料、高导热材料、功能填料、水；

通过加热设备对工件加热以使其达到工件的奥氏体化温度，其中，所述加热设备为辊底式高温电阻炉；

将工件快速移至快速压力机，并在所述快速压力机中快速完成冲压、合模、保压、淬火、成形一体化工序，且工件温度在所述加工过程中从奥氏体化温度降至马氏体转变温度，其中，所述快速压力机包括主机、液压系统、电气控制系统、安全防护系统。

优选地，所述辊底式高温电阻炉在3-6分钟内将所述工件升温到奥氏体化温度(880℃-950℃)以实现快速自动进出料功能、完成在给定生产节奏下的连续自动化生产。

优选地，所述辊底式电阻炉炉门处设有定位装置以确保出炉工件有足够的定位精度，从而进一步保证机械手平稳地抓取。

优选地，所述炉门和炉门框处设有耐高温盘根的软密封结构，同时有水冷却系统，以防止炉门变形。

优选地，所述主机包括机身、移动工作台和油缸以及压力机滑块。

优选地，所述压力机滑块下行速度为250-350mm/s，工作速度为100-170mm/s，回程速度200-300mm/s；更优选地，下行速度为300mm/s，工作速度为130mm/s，回程速度250mm/s。

优选地，在所述快速压力机中，所述工件从奥氏体化温度在5～15s内快速降至马氏体转变温度并成形所需形状以使伴随相变的保压过程有效消除回弹从而得到高强度马氏体组织并获得高精度零件。

优选地，所述奥氏体化温度为880～950℃，所述马氏体转变起始温度为420℃。

本发明还提供一种基于防氧化涂层的热成形生产线，包括自动喷涂设备、加热设备、快速压力机以及传动机构。

其中，所述自动喷涂设备包括一通过压力装置将涂料均匀喷涂在工件表面的喷枪、一为所述喷枪提供直流电的电源、一用来贮存粉料并按工艺要求向所述喷枪输送粉料的送粉器、一用来冷却所述喷枪从而延长所述喷枪使用寿命的热交换器、用于输送工作气和送粉气的供气系统、用于对所述喷枪所喷涂料中的水、粉料、气进行调节和控制的控制柜。

所用加热设备为能在3-6分钟内将所述工件升温到奥氏体化温度(880℃-950℃)以实现快速自动进出料功能、完成在给定生产节奏下的连续自动化生产的辊底式电阻炉。

所述快速压力机包括主机、液压系统、电气控制系统、安全防护系统。

优选地，所述辊底式高温电阻炉炉门处设有定位装置以确保出炉工件有足够的定位精度，从而进一步保证机械手平稳地抓取。

优选地，所述炉门和炉门框处设有耐高温盘根的软密封结构，同时有水冷却系统，以防止炉门变形。

优选地，所述主机包括机身、移动工作台和油缸以及压力机滑块。

优选地，所述生产线还包括停电紧急保护炉辊装置，防止突发停电，在高温负载条件下炉辊弯曲变形。

本发明的有益效果：由于在热加工前对工件进行了喷涂处理，使得工件表面形成了一层特殊的保护膜，不但解决了热加工氧化问题，也降低了工件对加热设备的要求从而降低了制造成本；又由于加设了停电保护装置，从而更好地保护了炉辊装置；炉门处的定位装置不但确保出炉工件有足够的定位精度，而且保证机械手能够平稳地抓取，从而为提高加工精度打下基础。同时，本发明还包括以下有益效果：

(1)防氧化涂层具有优异的防氧化性、导热性和高温润滑性能。该涂料将无机的耐高温材料与有机的水性环氧树脂胶粘剂结合，在1200℃以内都具有优异的防氧化功能，能适应不同工况条下防氧化的需要；克服了目前国内现有的金属用耐高温防氧化涂层导热性差的问题，实现基体、涂层和模具的等温性；润滑材料的加入，使涂层具有优异的高温润滑性能，950℃下摩擦系数0.13，能够很好满足金属部件高温精密成形的需要，实现工件精密成形与淬火硬化一体化工艺；

(2)基于防氧化涂层的辊底式高温电阻加热炉。工件在防氧化涂层的保护下，对加热环境和加热设备的要求相对弱化，生产线选用普通电阻炉(而非气体保护或真空炉)，控温精度较高，结构简单，形式灵活，造价低廉，操作简单。辊底式连续作业方式实现加热时间随工艺可调，且便于入炉和出炉时工件的精确定位和抓取；

(3)快速压力机保证了超高强钢板在奥氏体状态下，快速得到冲压，自带冷却系统的模具保证了材料在保压过程中以超过临界转变速度的冷却速度全部转变成马氏体组织，获得抗拉强度1500MPa以上的零件。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明所涉及的基于自动化喷涂的热成形方法流程图；

图2为本发明所涉及的基于自动化喷涂的热成形生产线结构示意图。

图中：1、控制柜；2、送气柜；3、送粉器；4、热交换器；5、喷枪；6、固化筐；7、机械手；8、辊底式高温电阻炉；9、软密封装置；10、水冷却系统；11、定位装置；12、快速压力机；13、压力机滑块；14、移动工作台。

具体实施方式

现参照附图1-2，结合具体实施例对本发明做进一步的描述：

图1为本发明所涉及的基于自动化喷涂的热成形方法流程图，该方法包括以下步骤：对工件表面进行清洁处理以保证无油污；

利用自动喷涂设备将涂料喷涂至工件表面，其中，所述自动喷涂设备包括一通过压力装置将涂料均匀喷涂在工件表面的喷枪5、一为所述喷枪5提供直流电的电源、一用来贮存粉料并按工艺要求向所述喷枪输送粉料的送粉器3、一用来冷却所述喷枪5从而延长所述喷枪5使用寿命的热交换器4、用于输送工作气和送粉气的供气系统、用于对所述喷枪5所喷涂料中的水、粉料、气进行调节和控制的控制柜，所喷涂料为高温防氧化环保涂料，包括水性环氧树脂胶粘剂、纳米耐高温材料、高导热材料、功能填料、水；

通过加热设备对工件加热以使其达到工件的奥氏体化温度，其中，所述加热设备为辊底式高温电阻炉8，所述辊底式高温电阻炉8在3-6分钟内将所述工件升温到奥氏体化温度(880℃-950℃)从而实现了快速自动进出料功能、并实现了在给定生产节奏下的连续自动化生产。由于辊底式高温电阻炉8炉门处设有定位装置11，因而确保了出炉工件有足够的定位精度，从而进一步保证机械手平稳地抓取。同时由于所述炉门和炉门框处设有耐高温盘根的软密封结构9，同时有水冷却系统10，有效地防止了炉门变形；

将工件快速移至快速压力机12，并在所述快速压力机12中快速完成冲压、合模、保压、淬火、成形一体化工序，且工件温度在所述加工过程中从奥氏体化温度降至马氏体转变温度，其中，所述快速压力机12包括主机、液压系统、电气控制系统、安全防护系统。所述主机包括机身、移动工作台和油缸以及压力机滑块13。工作中，所述压力机滑块13下行速度为250-350mm/s，工作速度为100-170mm/s，回程速度200-300mm/s；更优选地，下行速度为300mm/s，工作速度为130mm/s，回程速度250mm/s。更进一步地，在所述快速压力机12中，所述工件从奥氏体化温度在5～15s内快速降至马氏体转变温度并成形所需形状以使伴随相变的保压过程有效消除回弹从而得到高强度马氏体组织并获得高精度零件。优选地，所述奥氏体化温度为880～950℃，所述马氏体转变起始温度为420℃。

比如，对于单模单件，在工件转移至压力机后，从奥氏体化温度(880～950℃)在5～15s内快速降至马氏体转变起始温度(420℃)并成形所需形状，这种方法的好处是可以得到高强度马氏体组织，伴随相变的保压过程可有效消除回弹，获得高精度零件。

图2为本发明所涉及的基于自动化喷涂的热成形生产线结构示意图，所述热成形生产线，包括自动喷涂设备、加热设备、快速压力机12以及传动机构。

所述自动喷涂设备包括喷枪5，送粉器3通过热交换器4与喷枪5连接，送气柜2安装在地面并与送粉器3连接，控制柜1与送气柜2和送粉器4相连。所述控制柜1按设定好的节拍和比例控制输送气体和粉料。喷涂后的工件放置于固化筐6内，固化2小时。工件经机械手7输送至辊底式电阻炉8内，辊底式高温电阻炉8设定温度为880-950℃之间，保温5-10分钟，同时经由辊底装置输送至炉门口，耐高温盘根式软密封结构9有效防止炉门附近温降，保证炉温均匀，水冷却系统10排布在炉门前端内壁。加热至奥氏体化温度的工件出炉后输送至定位装置11停止，由传输装置转移至快速压力机12的移动工作台14上，传输过程时间应在3-9s内，压力机油缸带动滑块13运动，对待加工工件进行冲压、合模、保压、成形一体化工序，该工序所需时间为5-15s。工件温度降至马氏体转变温度以下如200℃后开模取出。

优选地，所述生产线还设置有停电紧急保护炉辊装置，以防止在高温负载条件下突发停电而导致炉辊弯曲变形。

对于选用加热设备，目前国内热成形加热设备分为保护气氛炉、电阻加热炉、感应加热炉、混合加热炉(高频感应加热设备+电炉加热)和天然气加热炉等四类。保护气氛炉加热时在炉内通保护气体或抽真空，工件在加热过程中表面不产生铁的氧化物，表面质量好，但是要解决通保护气体或抽真空所需密闭的环境与超高强钢板连续作业时炉门按保温节拍开合的矛盾，需要复杂的结构和高昂的造价；电阻炉结构简单、造价低、适应性强，普遍应用于工业生产对氧化要求不高的工况条件；高频感应加热炉芯表温差极小，加热均匀，温控精度高，加热速度快、生产效率高、氧化脱碳少、工作环境好、工人劳动强度低；混合加热炉兼有电阻加热和感应加热的优点，占地面积小，能量利用率高。热成形生产线用连续式作业炉一般有辊底式、步进式和回转式，本发明由于加热时间和生产线布局安排选用辊底式电阻加热炉。实现快速自动进出料功能，完成在给定生产节奏下的连续自动化生产，具有足够大的功率，确保钢板短时间内(3-6min)升温到奥氏体化温度(880℃-950℃)。

出炉工件要有足够的定位精度，以保证机械手平稳地抓取，因此设置停电紧急保护炉辊装置，防止突发停电，在高温负载条件下炉辊弯曲变形。而且，炉门和炉门框处设有耐高温盘根的软密封结构，同时有水冷却系统，防止炉门变形。

本发明已经用当前认为是最切实可行和最优选的实施例作了描述，但是可以理解的是本发明并不局限于公开的实施例，相反地，它是用来覆盖在本发明附加权利要求的精神和范围之内多种改进和相当的结构或方法。

Claims (11)

1.一种基于防氧化涂层的钢板热成形方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

对工件表面进行清洁处理以保证无油污；

利用自动喷涂设备将涂料喷涂至工件表面，其中，所述自动喷涂设备包括一通过压力装置将涂料均匀喷涂在工件表面的喷枪、一为所述喷枪提供直流电的电源、一用来贮存粉料并按工艺要求向所述喷枪输送粉料的送粉器、一用来冷却所述喷枪从而延长所述喷枪使用寿命的热交换器、用于输送工作气和送粉气的供气系统以及用于对所述喷枪所喷涂料中的水、粉料、气进行调节和控制的控制柜，所喷涂料为高温防氧化环保涂料，包括水性环氧树脂胶粘剂、纳米耐高温材料、高导热材料、功能填料、水；

通过加热设备对工件加热以使其达到工件的奥氏体化温度，其中，所述加热设备为辊底式高温电阻炉；

将工件快速移至快速压力机，并在所述快速压力机中快速完成冲压、合模、保压、淬火、成形一体化工序，且工件温度在所述加工过程中从奥氏体化温度降至马氏体转变起始温度，其中，所述快速压力机包括主机、液压系统、电气控制系统、安全防护系统；

在所述快速压力机中，所述工件从奥氏体化温度在5～15s内快速降至马氏体转变起始温度并成形所需形状以使伴随相变的保压过程有效消除回弹从而得到超高强度马氏体组织并获得高精度零件；

所述奥氏体化温度为880～950℃，所述马氏体转变起始温度为420℃。

2.根据权利要求1所述的热成形方法，其特征在于：所述辊底式高温电阻炉在3-6分钟内将所述工件升温到工件奥氏体化温度880℃-950℃以实现快速自动进出料功能、完成在给定生产节奏下的连续自动化生产。

3.根据权利要求1或2所述的热成形方法，其特征在于：所述辊底式高温电阻炉炉门处设有定位装置以确保出炉工件有足够的定位精度，从而进一步保证机械手平稳地抓取。

4.根据权利要求3所述的热成形方法，其特征在于：所述炉门和炉门框处设有耐高温盘根的软密封结构，且设有水冷却系统以防止炉门变形。

5.根据权利要求1所述的热成形方法，其特征在于：所述主机包括机身、移动工作台和油缸以及压力机滑块。

6.根据权利要求5所述的热成形方法，其特征在于：所述压力机滑块下行速度为250-350mm/s，工作速度为100-170mm/s，回程速度200-300mm/s。

7.根据权利要求6所述的热成形方法，其特征在于：所述压力机滑块下行速度为300mm/s，工作速度为130mm/s，回程速度250mm/s。

8.一种专门用于实施如权利要求1所述方法的热成形生产线，包括自动喷涂设备、加热设备、快速压力机以及传动机构，其特征在于：

所述自动喷涂设备包括一通过压力装置将涂料均匀喷涂在工件表面的喷枪、一为所述喷枪提供直流电的电源、一用来贮存粉料并按工艺要求向所述喷枪输送粉料的送粉器、一用来冷却所述喷枪从而延长所述喷枪使用寿命的热交换器、用于输送工作气和送粉气的供气系统、用于对所述喷枪所喷涂料中的水、粉料、气进行调节和控制的控制柜；

所用加热设备为能在3-6分钟内将所述工件升温到奥氏体化温度880℃-950℃以实现快速自动进出料功能、完成在给定生产节奏下的连续自动化生产的辊底式电阻炉；

所述快速压力机包括主机、液压系统、电气控制系统、安全防护系统。

9.根据权利要求8所述的热成形生产线，其特征在于：所述辊底式高温电阻炉炉门处设有定位装置以确保出炉工件有足够的定位精度，从而进一步保证机械手平稳地抓取。

10.根据权利要求9所述的热成形生产线，其特征在于：所述炉门和炉门框处设有耐高温盘根的软密封结构，且设有水冷却系统以防止炉门变形。

11.根据权利要求8至10任一所述的热成形生产线，其特征在于：所述生产线还包括停电紧急保护炉辊装置，以防止在高温负载条件下突发停电而导致炉辊弯曲变形。

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