CN111229928B - 高强钢型材热成形自动生产线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强钢型材热成形自动生产线，按型材加工工序依次设置有送料系统、加热炉、强力输送整形系统、淬火整形系统、清理系统；送料系统包括推料装置、送料装置，推料装置将放置在原料架上的型材推送至送料装置上，送料装置将型材输送至加热炉；加热炉包括保温炉体、加热炉进料装置、推送装置、加热炉出料装置，加热炉进料装置将送料系统输送来的型材送入保温炉体内指定位置，推送装置进一步将型材横向推送，加热炉出料装置将完成加热的型材从加热炉输出至强力输送整形系统；强力输送整形系统将型材继续输送至淬火整形系统；淬火整形系统对型材淬火冷却后输送至清理系统；清理系统清理型材后将型材移出至码料区。

Description

高强钢型材热成形自动生产线
技术领域
本发明涉及一种高强钢型材热成形自动生产线，属钢材热成形领域。
背景技术
现有技术，高强钢板热成形零件都是在高速压机和水冷模具上实现的，高强钢型材在国民经济各领域都有极大的需求，然而高强钢型材的热成形技术仍属于空白状态。
经估算，如果高强钢型材通过热成形自动生产线生产，封闭型材(如圆管、矩形管或异形管等)经热成形后，壁厚可减薄50％以上，各项力学性能没有下降，反而略有上升；开口型材(如U型，角型等)经热成形后也可减薄50％以上。
此外，高强钢型材通过热成形自动生产线在设计上面临淬火变形、冷却方式、输送方式、生产效率等诸多技术难题。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种高强钢型材热成形自动生产线，课使型材的重量减轻50％以上，如果本发明完全推广，可为国家每年节省几千吨钢材。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种高强钢型材热成形自动生产线，按型材加工工序依次设置有送料系统、加热炉、强力输送整形系统、淬火整形系统、清理系统；送料系统包括推料装置、送料装置，推料装置将放置在原料架上的型材推送至送料装置上，送料装置将型材输送至加热炉；加热炉包括保温炉体、加热炉进料装置、推送装置、加热炉出料装置，加热炉进料装置将送料系统输送来的型材送入保温炉体内指定位置，推送装置进一步将型材横向推送，使位于最外侧的型材被推至加热炉出料装置上，加热炉出料装置将完成加热的型材从加热炉输出至强力输送整形系统；强力输送整形系统将型材继续输送至淬火整形系统；淬火整形系统对型材淬火冷却后输送至清理系统；清理系统清理型材后将型材移出至码料区。
进一步地，所述送料系统还包括底座，底座上设有若干条轨道，推料装置布置在轨道侧方，用于将放置在原料架上的型材沿轨道推送至送料装置上；所述送料装置包括若干组沿型材输送方向布置的送料辊，每组送料辊通过一套送料辊驱动装置驱动，各组送料辊驱动装置之间通过链轮料条机构同步驱动。
进一步地，所述保温炉体内设有碳化硅导轨；所述加热炉进料装置包括炉内进料辊以及进料驱动装置，多组炉内进料辊按型材输送方向安装在保温炉体内部一侧且与碳化硅导轨平齐，进料驱动装置位于保温炉体外侧且与炉内进料辊驱动连接；加热炉出料装置包括出料辊以及出料驱动装置，多组出料辊按型材输送方向安装在保温炉体内部另一侧且与碳化硅导轨平齐，出料驱动装置位于保温炉体外侧且与出料辊驱动连接。
更进一步地，所述推送装置安装在进料驱动装置同侧，推送装置包括推料杆总成、推料伺服电机、推料齿轮齿条付以及直线导轨，推料伺服电机通过推料齿轮齿条付连接推料杆总成，推料杆总成置于直线导轨上，且推料杆总成的推料端伸入保温炉体内用于推送置与炉内进料辊上的型材。
进一步地，所述强力输送整形系统包括依次沿型材输送方向布置的强力输送辊、横辊整形装置以及立辊整形装置，强力输送辊、横辊整形装置以及立辊整形装置分别通过安装架支撑固定。
进一步地，所述淬火整形系统包括水箱、前淬火整形模具、片状整形模具、可调喷水装置以及后整形降温模具；水箱内设有三个仓室，前淬火整形模具密封安装在前仓室内，后整形降温模具密封安装在后仓室内，片状整形模具安装在中间仓室的直接水冷区内，可调喷水装置位于向片状整形模具外周进行喷淋。
更进一步地，所述前、后仓室内均为满水循环，前、后仓室均设有进水口及溢流口，溢流口与中间仓室联通，中间仓室设有出水口，循环水从进水口进入，从溢流口流出，进入中间仓室，由出水口流回储水池。
进一步地，所述清理系统包括依次按照型材输送方向布置的两组清理横辊、两组清理立辊以及一组输出辊，清理横辊、清理立辊及输出辊均通过安装架支撑固定。
本发明具有以下优点。
本发明已在试用企业进行实际设备搭建和试验，中试成功，该生产线能耗低，每加热1公斤，耗电0.1KW以下。
使用本发明可将型材减重50％以上，生产的零件价格不会上涨，且对于厚壁件可降低价格。
该生产线可对各种型材进行整形淬火，只要改换相应的辊子和模具。每组辊子和模具的价格很低，还可根据所需工件的长度制造相对应的加热炉即可。
本生产线价格低，在二班制生产情况下，两年即可收回投资。
该生产线为全自动化操作，需6人，年产值在2亿元人民币以上。
本生产线可为汽车、农机、通讯基站、建筑等行业提供轻量化的零部件，零部件减重50％。
本发明若顺利推广，将为国家每年节省几千万吨钢，对节约资源、节约能源、减少排放有着不可估量的意义。
附图说明
图1为本发明一种高强钢型材热成形自动生产线的结构示意图。
图2为所述送料系统主视结构示意图。
图3为图2的右视图。
图4为所述加热炉主视结构示意图。
图5为图4的俯视图。
图6为强力输送整形系统结构示意图。
图7为淬火整形系统结构示意图。
图8为清理系统结构示意图。
图中：
1-送料系统，2-加热炉，3-强力输送整形系统，4-淬火整形系统，5-清理系统，6-推料装置，7-原料架，8-型材，9-轨道，10-送料辊，11-送料伺服电机， 12-第一减速器，13-送料链轮链条付，14-炉内进料辊，15-推送装置，16-推料伺服电机，17-推料齿轮齿条付，18-直线导轨，19-推料杆总成，20-碳化硅导轨， 21-出料辊，22-出料伺服电机，23-第二减速器，24-出料链轮链条付，25-加热棒， 26-温度传感器，27-保温炉体，28-加热炉基座，29-强力输送辊，30-横辊整形装置，31-立辊整形装置，32-前淬火整形模具，33-密封装置，34-水箱，35-直接水冷区，36-片状整形模具，37-可调喷水装置，38-中间强力输送装置，39-后整形降温模具，40-进水口，41-溢流口，42-出水口，43-清理横辊，44-清理立辊，45- 输出辊。
具体实施方式
以下结合附图详细介绍本发明的技术方案：
如图1所示，一种高强钢型材热成形自动生产线，按型材加工工序依次设置有送料系统1、加热炉2、强力输送整形系统3、淬火整形系统4、清理系统5。
送料系统1包括推料装置6、送料装置，推料装置6将放置在原料架7上的型材8推送至送料装置上，送料装置将型材输送至加热炉2；加热炉2包括保温炉体27、加热炉进料装置、推送装置15、加热炉出料装置，加热炉进料装置将送料系统1输送来的型材送入保温炉体内指定位置，推送装置15进一步将型材横向推送至预定位置，使位于最外侧的型材被推至加热炉出料装置上，加热炉出料装置将完成加热的型材从加热炉2输出至强力输送整形系统3，强力输送整形系统3将型材继续输送至淬火整形系统4，淬火整形系统4对型材淬火冷却后输送至清理系统5，清理系统5清理型材后将型材移出至码料区。
如图2、图3所示，送料系统1包括底座、推料装置6、送料装置，底座上设有若干条轨道，推料装置6布置在轨道侧方，用于将放置在原料架7上的型材8沿轨道9推送至送料装置上，由送料装置将型材8送入加热炉2进行加热。送料装置包括若干组沿型材输送方向布置的送料辊10，每组送料辊10通过一套送料辊驱动装置驱动，各组送料辊驱动装置之间通过链轮料条机构同步驱动。送料辊驱动装置包括送料伺服电机11以及与送料伺服电机11通过第一减速器 12连接的送料链轮链条付13，送料链轮链条付13安装在送料辊上，使同一组内的送料辊10同步传动。送料辊10中间安装有可调定位装置，用于型材在输送方向上的限位。
推料装置6将型材8沿轨道9推送至送料辊10上，然后送料伺服电机11 启动，依次通过第一减速器12送料链轮链条付13驱动送料辊10转动，将型材 8送入加热炉2内。
如图4、图5所示，加热炉2包括加热炉基座28以及固定在加热炉基座28 上的保温炉体27、加热炉进料装置、推送装置15、加热炉出料装置。保温炉体 27内安装有碳化硅导轨20、加热棒25、温度传感器26。加热炉进料装置包括炉内进料辊14以及进料驱动装置，多组炉内进料辊14按型材输送方向安装在保温炉体27内部一侧且与碳化硅导轨20平齐，进料驱动装置位于保温炉体27 外侧且与炉内进料辊14驱动连接，用于驱动炉内进料辊14使型材到达加热位置。推送装置15安装在进料驱动装置同侧且其推料端伸入保温炉体27内部，用于将炉内进料辊14上的型材向出料辊21方向横向推送一定距离。加热炉出料装置包括出料辊21以及出料驱动装置，多组出料辊21按型材输送方向安装在保温炉体27内部另一侧且与碳化硅导轨20平齐，出料驱动装置位于保温炉体27外侧且与出料辊21驱动连接，用于驱动出料辊21将加热后的型材8输出加热炉2。
型材8通过送料系统1输送至加热炉2，并通过炉内进料辊14进入保温炉体27内，到达指定位置。炉内进料辊14采用悬臂安装在炉体内，因此要做严格的动平衡。炉内进料辊采用1Cr25Ni20耐热钢制作。炉内进料辊14上设有检测装置，当型材触碰检测装置时，启动推料装置。
推送装置15包括推料杆总成19、推料伺服电机16、推料齿轮齿条付17以及直线导轨18，推料伺服电机16通过推料齿轮齿条付17连接推料杆总成19，推料杆总成19置于直线导轨18上，且推料杆总成19的推料端伸入保温炉体27 内用于推送置与炉内进料辊14上的型材。
出料驱动装置包括出料伺服电机22以及与出料伺服电机22通过第二减速器23连接的出料链轮链条付24，出料链轮链条付24连接多组出料辊21。
型材是在碳化硅导轨20上移动的，碳化硅导轨具有耐高温、微变形、高强度、摩擦系数小的特点。加热炉所有零部件都安装在加热炉基座28上，基座是数控铣床加工的，以保证所有零部件安装的准确。
型材触碰检测装置后，推送装置15启动，推料伺服电机16通过推料齿轮齿条付17，沿直线导轨18带动推料杆总成19，前行至给定的距离，通过型材间的力传递，将最外侧的型材推送至出料辊21上，在推料杆总成19退回同时，出料伺服电机22通过第二减速器23及出料链轮链条付24带动出料辊21，将型材8送出加热炉，进入下一工序。
如图6所示，强力输送整形系统3包括依次沿型材输送方向布置的强力输送辊29、横辊整形装置30以及立辊整形装置31，强力输送辊29、横辊整形装置30以及立辊整形装置31分别通过安装架支撑固定。强力输送辊29包括位于型材8左右两侧的左、右强力输送辊，左、右强力输送辊均为主动辊，以防止型材打滑。横向整形装置30包括位于型材上下方的一个横向上整形辊和两个横向下整形辊，其中，横向上整形辊A和位于前端的横向下整形辊B为主动辊。立辊整形装置31包括3个整形立辊，一个整形立辊位于型材左侧，另外2个整形立辊位于型材右侧，左侧一个整形立辊和右侧2个整形立辊等距分开。
型材在液压成形和高频焊接时都会留有应力，当加热后这些应力的释放，将会使型材变形，因此需要整形纠正。当型材8从加热炉2送出时，首先进入强力输送辊29，然后型材进入横向整形装置30，继续前行进入，进入立辊整形装置31。
如图7所示，淬火整形系统4包括水箱34、前淬火整形模具32、片状整形模具36、可调喷水装置37以及后整形降温模具39。水箱34内设有三个仓室，前、后仓室内均为满水循环。前、后仓室均设有进水口40及溢流口41，溢流口 41与中间仓室联通，中间仓室设有出水口42，循环水从进水口40进入，从溢流口41流出，进入中间仓室，由出水口流回储水池。
前淬火整形模具32安装在前仓室内，并通过密封装置33与前仓室密封连接。后整形降温模具39安装在后仓室内，并通过密封装置33与后仓室密封连接。
片状整形模具36、可调喷水装置37、中间强力输送装置38分别安装在中间仓室内，多个片状整形模具36按照型材输送方向依次布置，可调喷水装置37 位于向片状整形模具36外周进行喷淋，喷淋的水从出水口42流回储水池，多个片状整形模具可减小型材速冷时的变形，片状整形模具36、可调喷水装置37 位于中间仓室的直接水冷区35内，中间强力输送装置38位于片状整形模具36 后方，将型材送入后整形降温模具39中。
型材8进入前端淬火整形模具32，进行精整和淬火，然后进入中间仓室，通过片状整形模具36和可调喷水装置37淬火定型。多个片状整形模具是为减小型材速冷时的变形。片状整形模具后面是中间强力输送装置38。之后进入后整形模具39，此时型材温度已降至200℃以下，在以后的降温过程中还会变形，后整形降温模具可使型材降至室温并限制此时的微变形。
如图8所示，清理系统5包括依次按照型材输送方向布置的两组清理横辊 43、两组清理立辊44以及一组输出辊45，清理横辊43、清理立辊44及输出辊 45均通过安装架支撑固定。型材加热时有氮气保护，但出炉后，暴露在空气中会产生微小氧化皮，厚板热轧钢过程中的氧化皮也很多，在前面几道工序过程中，这些氧化皮已去掉很多，但仍需要彻底清理，因此型材淬火整形后，通过清理横辊43、两组清理立辊44清理掉氧化皮，最后由输出辊45将淬完火的型材从生产线上移出。
不同尺寸的矩形管只需调整辊子间距即可，其它型材需要更换适合的辊子和前端淬火整形模具32、后整形模具39、片状整形模具36即可。
以上全部过程由控制系统PRC自动控制，可根据需要编程、增减动作、调节速度节拍。各过程均有可靠的监测反馈系统。
以下介绍本发明工作原理：
零件尺寸10米x0.3米x0.3米，可视需求加大范围。
送料系统1上的推料装置6将原料架7上的型材8推送至送料辊10上后，型材进入加热炉2，温度达900℃时，出料辊21将型材8移出加热炉，通过强力输送整形系统3进入淬火整形系统4，然后进入清理整形系统5。
送料系统中，推料装置6将型材8沿轨道9推送至送料辊10上，然后送料伺服电机11启动，依次通过第一减速器12送料链轮链条付13驱动送料辊10 转动，将型材8送入加热炉2的炉内进料辊14。
加热炉2中，型材8沿炉内进料辊14进入保温炉体内并到达指定位置，推送装置15将型材8推送到预定位置，由于型材相互传递的推送力最外侧(距离推送装置最远侧)的型材沿碳化硅导轨20被推送到出料辊21上，此时出料辊21在出料伺服电机22的驱动下，从炉内将型材移出(此时型材已被加热至 900℃)。
强力输送整形系统3中，烧红的型材进入强力输送立辊29，在它的作用下型材进入横辊整形装置30和立辊整形装置31，随后型材进入淬火整形系统4。
淬火整形系统4中，型材8沿前仓室进口进入前淬火整形模具32，前淬火整形模具32完全浸入循环水中，然后从模具出口移出，进入直接水冷区35，直接水冷区35内有若干组片状整形模具36和多组可调喷水装置37，使淬火临界速率达80℃/S以上，在它的后面又有一组强力输送辊38，将型材送入后整形降温模具39中。
清理系统5通过清理横辊43、两组清理立辊44清理掉氧化皮清理掉型材上的氧化皮，最后由输出辊45将淬完火的型材从生产线上移出至码料区。

Claims (6)

1.一种高强钢型材热成形自动生产线，其特征在于，按型材加工工序依次设置有送料系统、加热炉、强力输送整形系统、淬火整形系统、清理系统；送料系统包括推料装置、送料装置，推料装置将放置在原料架上的型材推送至送料装置上，送料装置将型材输送至加热炉；加热炉包括保温炉体、加热炉进料装置、推送装置、加热炉出料装置，加热炉进料装置将送料系统输送来的型材送入保温炉体内指定位置，推送装置进一步将型材横向推送，使位于最外侧的型材被推至加热炉出料装置上，加热炉出料装置将完成加热的型材从加热炉输出至强力输送整形系统；强力输送整形系统将型材继续输送至淬火整形系统；淬火整形系统对型材淬火冷却后输送至清理系统；清理系统清理型材后将型材移出至码料区；
所述淬火整形系统包括水箱、前淬火整形模具、多个片状整形模具、可调喷水装置以及后整形降温模具；水箱内设有三个仓室，分别为前仓室、中间仓室以及后仓室，前淬火整形模具密封安装在前仓室内，后整形降温模具密封安装在后仓室内，片状整形模具安装在中间仓室的直接水冷区内，多个片状整形模具按照型材输送方向依次布置，可调喷水装置用于向片状整形模具外周进行喷淋；所述前、后仓室内均为满水循环，前、后仓室均设有进水口及溢流口，溢流口与中间仓室联通，中间仓室设有出水口，循环水从进水口进入，从溢流口流出，进入中间仓室，由出水口流回储水池。
2.如权利要求1所述的一种高强钢型材热成形自动生产线，其特征在于，所述送料系统还包括底座，底座上设有若干条轨道，推料装置布置在轨道侧方；所述送料装置包括若干组沿型材输送方向布置的送料辊，每组送料辊通过一套送料辊驱动装置驱动，各组送料辊驱动装置之间通过链轮链条机构同步驱动。
3.如权利要求1所述的一种高强钢型材热成形自动生产线，其特征在于，所述保温炉体内设有碳化硅导轨；所述加热炉进料装置包括炉内进料辊以及进料驱动装置，炉内进料辊为多组，多组炉内进料辊按型材输送方向安装在保温炉体内部一侧且与碳化硅导轨平齐，进料驱动装置位于保温炉体外侧且与炉内进料辊驱动连接；加热炉出料装置包括出料辊以及出料驱动装置，出料辊为多组，多组出料辊按型材输送方向安装在保温炉体内部另一侧且与碳化硅导轨平齐，出料驱动装置位于保温炉体外侧且与出料辊驱动连接。
4.如权利要求3所述的一种高强钢型材热成形自动生产线，其特征在于，所述推送装置安装在进料驱动装置同侧，推送装置包括推料杆总成、推料伺服电机、推料齿轮齿条副以及直线导轨，推料伺服电机通过推料齿轮齿条副连接推料杆总成，推料杆总成置于直线导轨上，且推料杆总成的推料端伸入保温炉体内用于推送置于炉内进料辊上的型材。
5.如权利要求1所述的一种高强钢型材热成形自动生产线，其特征在于，所述强力输送整形系统包括依次沿型材输送方向布置的强力输送辊、横辊整形装置以及立辊整形装置，强力输送辊、横辊整形装置以及立辊整形装置分别通过安装架支撑固定。
6.如权利要求1所述的一种高强钢型材热成形自动生产线，其特征在于，所述清理系统包括依次按照型材输送方向布置的两组清理横辊、两组清理立辊以及一组输出辊，清理横辊、清理立辊及输出辊均通过安装架支撑固定。
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