CN110918739B - 一种铝合金车身构件快速加热-成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种铝合金车身构件快速加热‑成形装置及方法，包括上下对称的上模和下模，分别固设于上固定座底面及下固定座顶面，下固定座左右两侧设有移动滑台机构，坯料夹持加热机构与移动滑台机构相连，随之沿下固定座移动，坯料支撑机构沿下模前后两侧边均匀间隔固设于下固定座上，用以支撑板坯，温控机构包括温度传感器和PLC控制器，实时监测记录板坯温度，并进行调控，本发明实现了铝合金板坯加热、成形一体化的制造工艺过程，提高了生产效率。

Description

一种铝合金车身构件快速加热-成形装置及方法

技术领域

本发明属于铝合金热成形的技术领域，尤其涉及一种铝合金车身构件快速加热-成形装置及方法。

背景技术

随着全球环境保护法规的日益严格，汽车轻量化越来越成为各大汽车厂商追求的共同目标。目前，采用高强钢板进行热冲压成形制造实现车身减重的技术应用相对成熟，随着节能减排要求的提高，人们逐渐使用高强铝合金来代替高强钢进行车身构件的热成形制造。与高强钢类似，铝合金在室温时成形性较差，不易得到性能优良的铝合金产品，但可以在成形时提高板坯温度来达到目的，因此，发展热成形技术势在必行。

热成形技术中的主要环节包括板坯的加热方式、设备的加热效率、高温坯料的转运方式等。通过提高设备加热效率来加快板料升温是满足环保要求的最理想途径之一。而传统热冲压技术中，高温坯料在转运过程中存在对流、辐射和传导的热损失较大，板材温度分布不均匀，表面氧化现象严重等问题。因此，开发更节能环保的快速加热-成形设备已是迫在眉睫。

目前热成形加热工艺常采用辐射加热、感应加热、导电加热等方式。辐射加热方法的加热速率慢，效率低，能耗大，热量总体利用率低，不符合当今低碳社会发展的潮流，并且占地面积大，设备灵活性差，投资以及长期维护的成本高；感应加热的加热范围受到线圈规格形状的限制，并且当坯料的温度达到其居里点后，加热效率会明显下降。而相比上述传统的加热工艺，导电加热优势明显，也更符合现代成形加工理念。加热时，它始终可以保证高效的加热速率和热效率，能够提高成形精度、减少板料氧化、精简设备，降低成形能耗。

板坯完成加热之后，当前热成形技术普遍是利用工业机器手将其转运到成形装备上，而在这转运过程中，高温板坯的热损失较大，表面氧化现象严重，这使得板坯温度达不到预期的成形温度，进而影响成形零件性能。另外，传统热成形设备加热和运输装备多，占地大且控制的电机设备复杂，可靠性较低。例如申请号为201010205200.2，名为《电流自阻加热成型铝基复合材料薄壁零件方法》，利用电流流经坯料产生的焦耳热直接对坯料进行加热，虽然极大地提高了能量的利用率与加热的效率，但是该专利提供的方法所应用的装置加电复杂，且应用在熔点低，硬度低的铝基复合材料。例如申请号为201410634854.5，名为《一种导电加热成形装置和方法》，利用电流产生的焦耳热直接加热坯料，实现加热与成形的联动控制，但是其移动电极动力输送单元线路复杂，可靠性较低且只适用于长宽比小的坯料加热。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种铝合金车身构件快速加热-成形装置及方法，实现了铝合金板坯加热、成形一体化的制造工艺过程，解决了传统热成形技术中板坯加热效率低，转运过程损耗大、表面氧化的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种铝合金车身构件快速加热-成形装置，其特征在于，包括模具、移动滑台机构、坯料夹持加热机构、坯料支撑机构和温控机构，所述模具包括上下对称的上模和下模，所述上模固设于上固定座底面，所述下模固设于下固定座顶面，所述移动滑台机构设于下固定座左右两侧，所述坯料夹持加热机构与移动滑台机构相连，所述坯料支撑机构沿下模前后两侧边均匀间隔固设于下固定座上，所述温控机构包括温度传感器和PLC控制器，所述温度传感器监测坯料温度，与所述PLC控制器输入端相连，PLC控制器输出端与坯料加持加热机构相连。

按上述方案，所述移动滑台机构由滑台本体、滑轨、复位弹簧和滚轮组成，所述滑轨水平铺设于所述下固定座上，与所述滑台本体相配置，滑台本体沿滑轨移动，滑台本体为L型板状结构，竖直板上设有斜面，水平板上设有所述坯料夹持加热机构，所述滚轮通过固定架设于所述上固定座底面上，滚轮与所述斜面相对应设置，所述复位弹簧两端头分别固定于下固定座和滑台本体的竖直板上。

按上述方案，所述坯料夹持加热机构由上夹持板、下夹持板、上电极、下电极、电热变压器、压缩弹簧、气胀抬升组件组成，下夹持板固定于滑台本体上，上、下夹持板中部通过圆柱销铰接相连，上、下电极分别对称设于上、下夹持板的内侧端头形成夹持端，上、下电极通过线缆与电热变压器相连，气胀抬升组件设于下夹持板的外侧端头形成抬升端，压缩弹簧竖直设于上、下夹持板的铰接点与夹持端之间，两端头分别固定于上、下夹持板上，气胀抬升组件包括气胀轴和支座，支座设于下夹持板上，气胀轴两端通过支座固定，所述PLC控制器输出端与PLC控制器输出端与电热变压器相连。

按上述方案，所述坯料支撑机构由底座、支撑臂、支架、销轴、拉伸弹簧，所述底座固定于所述下固定座上，所述支架固定于底座上，所述支撑臂外侧端通过所述销轴与所述支架相铰接，支撑臂外侧端头通过所述拉伸弹簧与底座相连。

按上述方案，所述下模对应于所述支撑臂的位置设有凹槽。

按上述方案，所述上、下电极的四侧边覆设绝缘片。

按上述方案，所述上、下电极为紫铜电极，所述绝缘片为云母片。

按上述方案，所述支撑臂的在水平位置时高于所述下模平面。

按上述方案，所述温度传感器为非接触式温度传感器。

一种铝合金车身构件快速加热-成形方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1)将待加热铝合金板坯放置到上、下电极间，气胀轴充气膨胀，上、下电极夹紧板材坯；

S2)设置加热工艺参数，开启电源，与电极相连的电热变压器给坯料通电，加热速率约为20～25K/s；

S3)温度传感器实时反馈板坯表面实际温度数据，调节电热变压器的输入电压，准确控制坯料快速加热过程中的温度；

S4)当温度达到预期时，夹持机构卸去气压，气胀轴迅速收缩，在复位弹簧的作用下，上、下电极迅速松开夹持的坯料；

S5)上模下压，滚轮随之下移并与斜面作用，带动滑台本体沿滑轨向后移，使高温板坯与夹持机构分离，下落在支撑臂上，暂时支撑定位；

S6)上模继续下压，板坯不断下移，支撑臂绕着销轴也开始向下旋转，当板坯被压入下模型腔时，支撑臂也刚好嵌入下模预留的凹槽中，支撑作用结束；

S7)完成热冲压成形后，上模复位，滑台本体在复位弹簧作用下复位，支撑臂在后部拉伸弹簧的拉力作用下，绕着销轴回复到原来的水平位置；

S8)成形件被抬起，取下成形件，完成一次铝合金板坯快速加热-成形过程。

本发明的有益效果是：提出一种铝合金车身构件快速加热-成形装置及方法，夹持加热机构被固定于移动滑台机构上，随着上模下压，滑台本体在滚轮与斜面的作用下，带动夹持加热机构向外退出，结构简单，避免了复杂的动力单元设计，提高了设备的可靠性，并且减少了不必要的输送装置及过程，有效减少了坯料在这过程中的热量损失以及表面氧化，降低了设备投资以及生产成本，提高了企业的生产效率。

附图说明

图1为本发明一个实施例的轴测图；

图2为本发明一个实施例的正视图。

图3为本发明一个实施例的移动滑台机构的示意图。

图4为本发明一个实施例的坯料夹持加热机构的示意图。

图5为本发明一个实施例的坯料支撑机构的示意图。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

如图1-图2所示，一种铝合金车身构件快速加热-成形装置，包括模具、移动滑台机构、坯料夹持加热机构、坯料支撑机构和温控机构，模具包括上下对称的上模1和下模2，上模固设于上固定座3底面，下模固设于下固定座4顶面，移动滑台机构设于下固定座左右两侧，坯料夹持加热机构与移动滑台机构相连，坯料支撑机构沿下模前后两侧边均匀间隔固设于下固定座上，温控机构包括温度传感器和PLC控制器，温度传感器监测坯料温度，与PLC控制器输入端相连，PLC控制器输出端与坯料加持加热机构相连。

如图3所示，移动滑台机构由滑台本体5、滑轨6、复位弹簧7和滚轮8组成，滑轨水平铺设于下固定座上，与滑台本体相配置，滑台本体沿滑轨移动，滑台本体为L型板状结构，竖直板上设有斜面，水平板上设有坯料夹持加热机构，滚轮通过固定架9设于上固定座底面上，滚轮与斜面相对应设置，复位弹簧两端头分别固定于下固定座和滑台本体的竖直板上。

如图4所示，坯料夹持加热机构由上夹持板10、下夹持板11、上电极12、下电极13、电热变压器、压缩弹簧14、气胀抬升组件组成，下夹持板固定于滑台本体上，上、下夹持板中部通过圆柱销22铰接相连，上、下电极分别对称设于上、下夹持板的内侧端头形成夹持端，上、下电极通过线缆与电热变压器相连，气胀抬升组件设于下夹持板的外侧端头形成抬升端，压缩弹簧竖直设于上、下夹持板的交接点与夹持端之间，两端头分别固定于上、下夹持板上，气胀抬升组件包括气胀轴15和支座16，支座设于下夹持板上，气胀轴两端通过支座固定，PLC控制器输出端与PLC控制器输出端与电热变压器相连。

整个夹持加热机构可以等效为一个等臂杠杆，上夹持板可以充当杠杆活动臂，起到将夹持力传递至电极的作用，其夹持动力由气胀轴的膨胀力所提供。

滚轮和斜面组成，是实现运动方向改变的关键结构，滚轮定位在移动载荷的上固定座上，能随着在竖直平面内上下移动；斜面是滑台本体上的一部分，能承受滚轮下行时的作用力。

如图5所示，坯料支撑机构由底座17、支撑臂18、支架19、销轴20、拉伸弹簧21，底座固定于下固定座上，支架固定于底座上，支撑臂外侧端通过所述销轴与支架相铰接，支撑臂外侧端头通过拉伸弹簧与底座相连。

下模对应于支撑臂的位置设有凹槽，在支撑臂随板坯下移时，预留出空间容置支撑臂。

在板坯加热时，电热变压器传来的电流通过外部电路从上、下电极输入到已经夹持在两电极之间的待加热坯料中，上、下电极为紫铜电极，由于装置中的输入电流较大，可能会对操作人员造成伤害并且影响伺服压力机控制系统的稳定性，另外为了防止装置其他接触部分分流流经待成形坯料的电流，须在裸露的电极与装置其它部位之间增加绝缘体，绝缘体为绝缘云母片，在上、下电极的四侧边覆设。

支撑臂的在水平位置时高于下模平面，在热冲压成形之前，使已经下落的高温坯料与下模等暂时分离，减少消耗在模具等其它部件上的热量损失，使坯料处于合适的成形温度。

温度传感器为非接触式温度传感器，实时传递温度信号并通过PLC控制器进行准确控制。

铝合金车身构件快速加热-成形工艺步骤如下：

S1)将待加热铝合金板坯放置到上、下电极间，气胀轴充气膨胀，上、下电极夹紧板材坯；

S2)设置加热工艺参数，开启电源，与电极相连的电热变压器给坯料通电，加热速率约为20～25K/s；

S3)温度传感器实时反馈板坯表面实际温度数据，调节电热变压器的输入电压，准确控制坯料快速加热过程中的温度；

S4)当温度达到预期时，夹持机构卸去气压，气胀轴迅速收缩，在复位弹簧的作用下，上、下电极迅速松开夹持的坯料；

S5)上模下压，滚轮随之下移并与斜面作用，带动滑台本体沿滑轨向后移，使高温板坯与夹持机构分离，下落在支撑臂上，暂时支撑定位；

S6)上模继续下压，板坯不断下移，支撑臂绕着销轴也开始向下旋转，当板坯被压入下模型腔时，支撑臂也刚好嵌入下模预留的凹槽中，支撑作用结束；

S7)完成热冲压成形后，上模复位，滑台本体在复位弹簧作用下复位，支撑臂在后部拉伸弹簧的拉力作用下，绕着销轴回复到原来的水平位置；

S8)成形件被抬起，取下成形件，完成一次铝合金板坯快速加热-成形过程。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种铝合金车身构件快速加热-成形装置，其特征在于，包括模具、移动滑台机构、坯料夹持加热机构、坯料支撑机构和温控机构，所述模具包括上下对称的上模和下模，所述上模固设于上固定座底面，所述下模固设于下固定座顶面，所述移动滑台机构设于下固定座左右两侧，所述坯料夹持加热机构与移动滑台机构相连，所述坯料支撑机构沿下模前后两侧边均匀间隔固设于下固定座上，所述温控机构包括温度传感器和PLC控制器，所述温度传感器监测坯料温度，与所述PLC控制器输入端相连，PLC控制器输出端与坯料夹持加热机构相连；所述移动滑台机构由滑台本体、滑轨、复位弹簧和滚轮组成，所述滑轨水平铺设于所述下固定座上，与所述滑台本体相配置，滑台本体沿滑轨移动，滑台本体为L型板状结构，竖直板上设有斜面，水平板上设有所述坯料夹持加热机构，所述滚轮通过固定架设于所述上固定座底面上，滚轮与所述斜面相对应设置，所述复位弹簧两端头分别固定于下固定座和滑台本体的竖直板上。

2.根据上述权利要求1所述的一种铝合金车身构件快速加热-成形装置，其特征在于，所述坯料夹持加热机构由上夹持板、下夹持板、上电极、下电极、电热变压器、压缩弹簧、气胀抬升组件组成，下夹持板固定于滑台本体上，上、下夹持板中部通过圆柱销铰接相连，上、下电极分别对称设于上、下夹持板的内侧端头形成夹持端，上、下电极通过线缆与电热变压器相连，气胀抬升组件设于下夹持板的外侧端头形成抬升端，压缩弹簧竖直设于上、下夹持板的铰接点与夹持端之间，两端头分别固定于上、下夹持板上，气胀抬升组件包括气胀轴和支座，支座设于下夹持板上，气胀轴两端通过支座固定，所述PLC控制器输出端与电热变压器相连。

3.根据上述权利要求1所述的一种铝合金车身构件快速加热-成形装置，其特征在于，所述坯料支撑机构由底座、支撑臂、支架、销轴、拉伸弹簧组成，所述底座固定于所述下固定座上，所述支架固定于底座上，所述支撑臂外侧端通过所述销轴与所述支架相铰接，支撑臂外侧端头通过所述拉伸弹簧与底座相连。

4.根据上述权利要求3所述的一种铝合金车身构件快速加热-成形装置，其特征在于，所述下模对应于所述支撑臂的位置设有凹槽。

5.根据上述权利要求2所述的一种铝合金车身构件快速加热-成形装置，其特征在于，所述上、下电极的四侧边覆设绝缘片。

6.根据上述权利要求5所述的一种铝合金车身构件快速加热-成形装置，其特征在于，所述上、下电极为紫铜电极，所述绝缘片为云母片。

7.根据上述权利要求3所述的一种铝合金车身构件快速加热-成形装置，其特征在于，所述支撑臂在水平位置时高于所述下模平面。

8.根据上述权利要求1所述的一种铝合金车身构件快速加热-成形装置，其特征在于，所述温度传感器为非接触式温度传感器。

9.采用上述权利要求1所述的一种铝合金车身构件快速加热-成形装置的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1）将待加热铝合金板坯放置到上、下电极间，气胀轴充气膨胀，上、下电极夹紧板坯；

S2）设置加热工艺参数，开启电源，与电极相连的电热变压器给板坯通电，加热速率为20~25K/s；

S3）温度传感器实时反馈板坯表面实际温度数据，调节电热变压器的输入电压，准确控制板坯快速加热过程中的温度；

S4）当温度达到预期时，夹持机构卸去气压，气胀轴迅速收缩，在复位弹簧的作用下，上、下电极迅速松开夹持的板坯；

S5）上模下压，滚轮随之下移并与斜面作用，带动滑台本体沿滑轨向后移，使高温板坯与夹持机构分离，下落在支撑臂上，暂时支撑定位；

S6）上模继续下压，板坯不断下移，支撑臂绕着销轴也开始向下旋转，当板坯被压入下模型腔时，支撑臂也刚好嵌入下模预留的凹槽中，支撑作用结束；

S7）完成热冲压成形后，上模复位，滑台本体在复位弹簧作用下复位，支撑臂在后部拉伸弹簧的拉力作用下，绕着销轴回复到原来的水平位置；

S8）成形件被抬起，取下成形件，完成一次铝合金板坯快速加热-成形过程。

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