CN105215160A - 一种多工位连续热冲压生产线及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多工位连续热冲压生产线及方法，该生产线包括依次设置的上料台、进料机器人、压力机组、送料机器人、淬火装置、卸料机器人和传送带；所述压力机组包括加热装置、模具装置和用于安装所述模具装置的至少一个压力机，所述加热装置用于对预制坯料进行整体或局部加热，得到热坯料，所述模具装置用于对热坯料进行冲压成形、保压定形和切边冲孔，得到热冲压件。本发明能连续完成快速加热、冲压成形、保压定形、切边冲孔及淬火，既提高了加热效率，又避免了热坯料冲压前的运输过程；对于钢板来说，在高温下对冲压件进行冲裁，避免了常温下马氏体组织的产生所带来的切割难度的增加，减少了冲裁力并可以得到较佳的冲裁边缘。
Description
技术领域
本发明属于热冲压技术领域，具体涉及一种多工位连续热冲压生产线及方法。
背景技术
热冲压技术是一种用于成形轻质高强零件的新技术，具有成形件回弹量小、贴模性好、尺寸精度高等优点。通过使用轻质高强板料成形的汽车零部件，可以提高汽车的安全性能并降低车身重量，为实现汽车轻量化做出了重大贡献。
传统热冲压工艺：首先将轻质高强板料制作的预制坯料加热至热冲压温度，接着将热坯料快速转移到模具上，然后快速冲压成形、保压淬火完成组织转变，之后取出热冲压件并随室温冷却，最后进行激光切割，形成产品。
一般地，热冲压生产线包括上料台、机械手、加热炉、传输系统、压力机以及激光切割系统。目前，国内研究应用热冲压技术较多的是超高强度钢板。现有热冲压生产线存在以下问题：首先，超高强度钢板坯料通常在辊底式加热炉中加热，大量的热量会从辊轴和气体中散失，降低加热效率；其次，坯料转移过程不仅延长了生产周期，而且热坯料与空气接触，热量损失严重，同时还会发生氧化(尤其对于国内应用较多的裸板，氧化现象严重)，产生的氧化皮易造成冲压模具表面磨损；再者，由于淬火后的热冲压件具有超高强度和硬度，生产中通常采用激光切割，存在耗时长、成本高等问题。对于裸板热冲压而言后续还需喷丸处理。在国外，围绕铝合金板热冲压也在进行研究，但是，同样存在着加热效率低、热坯料转移耗时长、冷却快等问题。为提高生产效率、实现连续快速稳定生产，上述问题亟需解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种多工位连续热冲压生产线及方法，它能连续完成快速加热、冲压成形、保压定形、切边冲孔及淬火等多个工位连续热冲压，可以提高生产效率，既提高了加热效率，又避免了热坯料冲压前的运输过程；对于钢板来说，在高温下对冲压件进行冲裁，避免了常温下马氏体组织的产生所带来的切割难度的增加，减少了冲裁力并可以得到较佳的冲裁边缘。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
提供一种多工位连续热冲压生产线，该生产线包括依次设置的上料台、进料机器人、压力机组、送料机器人、淬火装置、卸料机器人和传送带；其中，
所述上料台用于放置落料后的预制坯料；
所述进料机器人用于将预制坯料移送至压力机组中；
所述压力机组包括加热装置、模具装置和用于安装所述模具装置的至少一个压力机，所述加热装置用于对预制坯料进行整体或局部加热，得到热坯料，所述模具装置用于对热坯料进行冲压成形、保压定形和切边冲孔，得到热冲压件；
所述送料机器人用于将热冲压件移送至淬火装置内；
所述淬火装置用于对热冲压件进行淬火处理；
所述卸料机器人用于将淬火后的工件移送至传送带上。
按上述技术方案，所述加热装置为电加热装置，所述电加热装置包括电源、电极和绝缘件，所述电极安装在绝缘件上、且位于预制坯料的上下两侧，位于预制坯料任一侧的电极与电源连接，通电状态下，电源、电极和预制坯料形成通电回路，电流通过预制坯料产生焦耳热，使预制坯料被加热。
按上述技术方案，所述加热装置为激光加热装置，所述激光加热装置包括激光头、与所述激光头连接的激光器，所述激光头产生高能量的激光束对预制坯料进行加热。
按上述技术方案，所述加热装置为感应加热装置，所述感应加热装置包括感应线圈、设置在所述感应线圈内的铁芯，通电状态下，感应线圈和铁芯产生交变磁场，预制坯料在交变磁场的作用下产生感应电流，从而被加热。
按上述技术方案，所述模具装置包括一冲压-切边冲孔级进模，所述压力机的数量为一个，称为压力机A，所述冲压-切边冲孔级进模安装在压力机A上。
按上述技术方案，所述模具装置包括热成形模具和切边冲孔模具，所述压力机的数量为两个，分别为压力机B和压力机C，所述热成形模具和加热装置均安装在压力机B上，所述切边冲孔模具安装在压力机C上，所述压力机B与压力机C之间设置有机器人。
按上述技术方案，所述淬火装置包括淬火室、设置在所述淬火室内的可动夹持机构和喷淋机构，所述可动夹持机构滑动安装在淬火室的顶部、用于将送料机器人夹持的热冲压件转送至卸料机器人上，所述喷淋机构用于向移动中的热冲压件喷射淬火介质。
按上述技术方案，所述淬火装置包括淬火池，所述淬火池内盛有淬火介质。
按上述技术方案，所述预制坯料由超高强度钢板、高强度钢板、铝合金板或钛合金板制成，但不限于这些材料。
相应的，本发明还提供一种多工位连续热冲压方法，包括以下步骤：
S1、加热阶段：进料机器人抓取上料台上预制坯料放到模具装置上，加热装置对预制坯料的整体或局部进行快速加热，并加热至热冲压温度，得到热坯料；
S2、冲压保压阶段：模具装置对热坯料进行冲压成形和保压定形，保压时间为2s～5s，得到热冲压件；
S3、切边冲孔阶段：模具装置对热冲压件进行切边冲孔；
S4、淬火阶段：送料机器人抓取热冲压件移送至淬火装置中，淬火装置对热冲压件进行淬火处理；
S5、冷却阶段：卸料机器人将淬火后的热冲压件放置在传送带上，使其在空气中进行冷却。
本发明产生的有益效果是：本发明在压力机上设置加热装置，对预制坯料进行快速加热后进行原位冲压成形，加热效率高、速度快，不仅省掉了热坯料冲压前的运输过程和运输设备，而且减少了热量损失和空气氧化，极大地提高了能量利用率与加热效率，保证了热坯料的表面质量，同时，本发明在保压淬火前对热冲压件进行冲孔切边，此时冲孔区域和切边区域的强度和硬度低，不仅减少冲裁力、延长冲裁模具寿命，而且取消了激光切割工艺、降低了成本，此外，由于高温下的金属材料塑性提升能承受更多的剪应力，可以保证了冲孔切边质量，获得较佳的剪切边缘，保证了热冲压件的几何形状和尺寸精度。本发明在降低生产成本的同时显著缩短了生产节拍，提升了生产效率。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明第一个实施例的结构示意图；
图2为本发明第二个实施例的结构示意图；
图3为本发明第三个实施例的结构示意图；
图4为本发明第四个实施例的结构示意图；
图5为本发明实施例的流程示意图；
图6为本发明实施例中电加热装置的结构示意图；
图7为本发明实施例中激光加热装置的结构示意图；
图8为本发明实施例中感应加热装置的结构示意图。
图中：1-预制坯料，2-上料台，3-进料机器人，4-压力机A，5-送料机器人，6-淬火室，61-可动夹持机构，62-喷淋机构，7-卸料机器人，8-传送带，9-压力机B，10-机器人，11-压力机C，12-淬火池，13-托料架，14-成形凹模，15-成形凸模，16-切边凹模，17-冲孔凸模，18-电源，19-电极，20-绝缘件，21-激光束，22-激光头，23-激光器，24-感应线圈，25-铁芯。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-图5所示，一种多工位连续热冲压生产线，该生产线包括依次设置的上料台2、进料机器人3、压力机组、送料机器人5、淬火装置、卸料机器人7和传送带8；其中，
上料台2用于放置落料后的预制坯料1；
进料机器人3用于将预制坯料1移送至压力机组中；
压力机组包括加热装置、模具装置和用于安装模具装置的至少一个压力机，加热装置用于对预制坯料进行整体或局部加热，得到热坯料，模具装置用于对热坯料进行冲压成形、保压定形和切边冲孔，得到热冲压件；
送料机器人5用于将热冲压件移送至淬火装置内；
淬火装置用于对热冲压件进行淬火处理；
卸料机器人7用于将淬火后的工件移送至传送带8上。
在本发明的优选实施例中，如图6所示，加热装置为电加热装置，电加热装置包括电源18、电极19和绝缘件20，电极19安装在绝缘件20上、且位于预制坯料的上下两侧，位于预制坯料1任一侧的电极19与电源18连接，通电状态下，电源18、电极19和预制坯料形成通电回路，电流通过预制坯料产生焦耳热，使预制坯料被加热。
在本发明的优选实施例中，如图7所示，加热装置为激光加热装置，激光加热装置包括激光头22、与激光头22连接的激光器23，激光头22产生高能量的激光束21对预制坯料进行加热。
在本发明的优选实施例中，如图8所示，加热装置为感应加热装置，感应加热装置包括感应线圈24、设置在感应线圈24内的铁芯25，通电状态下，感应线圈24和铁芯25产生交变磁场，预制坯料在交变磁场的作用下产生感应电流，从而被加热。
在本发明的优选实施例中，如图1、图3、图5所示，模具装置包括一冲压-切边冲孔级进模，压力机的数量为一个，称为压力机A4，冲压-切边冲孔级进模安装在压力机A4上，加热装置也安装在压力机A4上。
在本发明的优选实施例中，如图2、图4、图5所示，模具装置包括热成形模具和切边冲孔模具，压力机的数量为两个，分别为压力机B9和压力机C11，热成形模具和加热装置均安装在压力机B9上，切边冲孔模具安装在压力机C11上，压力机B9与压力机C11之间设置有机器人10。
在本发明的优选实施例中，如图1、图2所示，淬火装置包括淬火室6、设置在淬火室6内的可动夹持机构61和喷淋机构62，可动夹持机构61滑动安装在淬火室6的顶部、用于将送料机器人5夹持的热冲压件转送至卸料机器人7上，喷淋机构62用于向移动中的热冲压件喷射淬火介质。
在本发明的优选实施例中，如图3、图4所示，淬火装置包括淬火池12，淬火池12内盛有淬火介质。
在本发明的优选实施例中，预制坯料由超高强度钢板、高强度钢板、铝合金板或钛合金板制成，但不限于这些材料。
相应的，本发明还提供一种多工位连续热冲压方法，包括以下步骤：
S1、加热阶段：进料机器人抓取上料台上预制坯料放到模具装置上，加热装置对预制坯料的整体或局部进行快速加热，并加热至热冲压温度，得到热坯料；
S2、冲压保压阶段：模具装置对热坯料进行冲压成形和保压定形，保压时间为2s～5s，得到热冲压件；
S3、切边冲孔阶段：模具装置对热冲压件进行切边冲孔；
S4、淬火阶段：送料机器人抓取热冲压件移送至淬火装置中，淬火装置对热冲压件进行淬火处理；
S5、冷却阶段：卸料机器人将淬火后的热冲压件放置在传送带上，使其在空气中进行冷却。
模具装置有两种方案，压力机的使用数量与模具类型相匹配。淬火装置用于热冲压件的淬火处理，淬火方式有喷淋和浸置两种。因此，本发明至少可组合成4种生产线。
如图1所示，多工位连续热冲压生产线Ⅰ包括依次设置的上料台2、进料机器人3、压力机A4、送料机器人5、淬火室6、卸料机器人7和传送带8，压力机A4上设置加热装置和冲压-切边冲孔级进模。
如图2所示，多工位连续热冲压生产线Ⅱ包括依次设置的上料台2、进料机器人3、压力机B9、机器人10、压力机C11、送料机器人5、淬火室6、卸料机器人7和传送带8。压力机B9上安装加热装置和热成形模具，压力机C11上安装切边冲孔模具。
如图3所示，多工位连续热冲压生产线Ⅲ包括依次设置的上料台2、进料机器人3、压力机A4、送料机器人5、淬火池12、卸料机器人7和传送带8，压力机A4上设置加热装置和冲压-切边冲孔级进模。
如图4所示，多工位连续热冲压生产线Ⅳ包括依次设置的上料台2、进料机器人3、压力机B9、机器人10、压力机C11、送料机器人5、淬火池12、卸料机器人7和传送带8。压力机B9上安装加热装置和热成形模具，压力机C11上安装切边冲孔模具。
本发明中，加热装置用于预制坯料的整体或局部快速加热，加热方式可以是电加热、也可以是感应加热、激光加热等其他加热方式。冲压-切边冲孔级进模用于预制坯料的冲压成形、热冲压件的保压定形和切边冲孔。热成形模具用于预制坯料的冲压成形和热冲压件的保压定形。切边冲孔模具，用于热冲压件的切边冲孔。淬火室用于喷淋淬火，内设可动夹持机构和喷淋机构，可动夹持机构用于热冲压件的夹持和运动，喷淋机构用于向移动中的热冲压件喷射淬火介质。淬火池用于浸置淬火，内盛有淬火介质，采用将切边冲孔后的热冲压件浸置在淬火介质中的方式完成淬火工序。本发明中使用的所有机器人均为多关节机械手或直线机器人，用于预制坯料和热冲压件的转移、上料或卸料。
本发明中，如图5所示，模具装置包括托料架13、成形凹模14、与成形凹模14相配合的成形凸模15、切边凹模16和冲孔凸模17。
如图5所示，本发明提供的一种多工位连续热冲压方法，具体包括以下步骤：
步骤一：加热阶段，上料机器人3抓取上料台上的预制坯料放置在托料架13上，加热装置对预制坯料1的整体或局部进行快速加热，并加热至热冲压温度，得到热坯料；
步骤二：冲压保压阶段，成形凹模14下行至与成形凸模15合模，对放置在托料架13上的热坯料进行冲压成形和保压定形，保压时间为2s～5s，得到热冲压件；
步骤三：切边冲孔阶段，切边凹模16和冲孔凸模17下行，对热冲压件进行切边冲孔；
步骤四：淬火阶段，送料机器人抓取切边冲孔后的热冲压件放置在淬火室内的可动夹持机构61上，可动夹持机构61将热冲压件夹紧并沿导向运动，喷淋机构62对运动中的热冲压件进行喷淋淬火，或者，送料机器人抓取切边冲孔后的热冲压件浸置在淬火池12内进行浸置淬火；
步骤五：冷却阶段，卸料机器人7将淬火后的热冲压件放置在传送带8上送入下一个工艺环节，同时进行空冷。
以上为一个完整的工艺循环。重复上述步骤，即可实现热冲压件的连续制造。
本发明摒弃了传统热冲压技术中板料加热、成形淬火及切边冲孔这3个工序相分离的工艺方法，实现了热冲压件的加热-成形-冲切-淬火多工位连续生产。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种多工位连续热冲压生产线，其特征在于，该生产线包括依次设置的上料台、进料机器人、压力机组、送料机器人、淬火装置、卸料机器人和传送带；其中，
所述上料台用于放置落料后的预制坯料；
所述进料机器人用于将预制坯料移送至压力机组中；
所述压力机组包括加热装置、模具装置和用于安装所述模具装置的至少一个压力机，所述加热装置用于对预制坯料进行整体或局部加热，得到热坯料，所述模具装置用于对热坯料进行冲压成形、保压定形和切边冲孔，得到热冲压件；
所述送料机器人用于将热冲压件移送至淬火装置内；
所述淬火装置用于对热冲压件进行淬火处理；
所述卸料机器人用于将淬火后的工件移送至传送带上。
2.根据权利要求1所述的生产线，其特征在于，所述加热装置为电加热装置，所述电加热装置包括电源、电极和绝缘件，所述电极安装在绝缘件上、且位于预制坯料的上下两侧，位于预制坯料任一侧的电极与电源连接，通电状态下，电源、电极和预制坯料形成通电回路，电流通过预制坯料产生焦耳热，使预制坯料被加热。
3.根据权利要求1所述的生产线，其特征在于，所述加热装置为激光加热装置，所述激光加热装置包括激光头、与所述激光头连接的激光器，所述激光头产生高能量的激光束对预制坯料进行加热。
4.根据权利要求1所述的生产线，其特征在于，所述加热装置为感应加热装置，所述感应加热装置包括感应线圈、设置在所述感应线圈内的铁芯，通电状态下，感应线圈和铁芯产生交变磁场，预制坯料在交变磁场的作用下产生感应电流，从而被加热。
5.根据权利要求1所述的生产线，其特征在于，所述模具装置包括一冲压-切边冲孔级进模，所述压力机的数量为一个，称为压力机A，所述冲压-切边冲孔级进模安装在压力机A上。
6.根据权利要求1所述的生产线，其特征在于，所述模具装置包括热成形模具和切边冲孔模具，所述压力机的数量为两个，分别为压力机B和压力机C，所述热成形模具和加热装置均安装在压力机B上，所述切边冲孔模具安装在压力机C上，所述压力机B与压力机C之间设置有机器人。
7.根据权利要求1所述的生产线，其特征在于，所述淬火装置包括淬火室、设置在所述淬火室内的可动夹持机构和喷淋机构，所述可动夹持机构滑动安装在淬火室的顶部、用于将送料机器人夹持的热冲压件转送至卸料机器人上，所述喷淋机构用于向移动中的热冲压件喷射淬火介质。
8.根据权利要求1所述的生产线，其特征在于，所述淬火装置包括淬火池，所述淬火池内盛有淬火介质。
9.根据权利要求1所述的生产线，其特征在于，所述预制坯料由超高强度钢板、高强度钢板、铝合金板或钛合金板制成，但不限于这些材料。
10.一种多工位连续热冲压方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、加热阶段：进料机器人抓取上料台上预制坯料放到模具装置上，加热装置对预制坯料的整体或局部进行快速加热，并加热至热冲压温度，得到热坯料；
S2、冲压保压阶段：模具装置对热坯料进行冲压成形和保压定形，保压时间为2s～5s，得到热冲压件；
S3、切边冲孔阶段：模具装置对热冲压件进行切边冲孔；
S4、淬火阶段：送料机器人抓取热冲压件移送至淬火装置中，淬火装置对热冲压件进行淬火处理；
S5、冷却阶段：卸料机器人将淬火后的热冲压件放置在传送带上，使其在空气中进行冷却。
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