CN113118299B - 高强韧弯曲轴线异形截面薄壁构件成形与淬火装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强韧弯曲轴线异形截面薄壁构件成形与淬火装置，包括挤压预成形模具组件和扫描感应淬火系统，所述挤压预成形模具组件包含三瓣式闭合模具，所述扫描淬火系统包括感应线圈与冷却喷头组合件、随轴扫描运动工装和零件装夹工装，所述随轴扫描运动工装驱动所述感应线圈与冷却喷头组合件或者驱动所述零件装夹工装及其上夹持的待淬火工件，使得待淬火工件与感应线圈与冷却喷头组合件彼此相对运动，待淬火工件被感应线圈与冷却喷头组合件先加热后淬火。本发明还提供了一种高强韧弯曲轴线异形截面薄壁构件成形与淬火工艺。本发明具有显著提高工件强度和疲劳寿命的特点，使得成品零件精度高、切割边线稳定、利于后续焊接。
Description
技术领域
本发明属于金属塑性加工技术领域，具体涉及一种高强韧弯曲轴线异形截面薄壁构件成形与淬火装置及工艺。
背景技术
当前汽车制造的潮流无疑在向着更大的减重目标转变，以最终实现更显著的节能和减少排放。轻量化是实现传统汽车节能减排，并解决当前新能源汽车续航里程不足问题的重要途径之一。
超高强度钢、高强铝合金、高强镁合金等材料是构成轻量化汽车车身的关键材料，该类材料成形过程中都存在塑性低、回弹大、易破裂的问题，传统工艺难以解决其高品质精确成形问题。
高压流体成形与感应淬火工艺可以将高强钢管材内压成形产品的工艺路线可行，应用前景良好，但目前现有技术中，存在弯曲轴线成形定位不准、成形过程中材料进行了反复大应变拉压变形、导致疲劳寿命寿命降低的问题；对于弯曲零件，感应线圈无法保证零件被均匀淬火，导致热变形、强度分布不佳的问题。上述两个问题均导致零件形面精度差、零件边缘不齐、导致后续焊接难度大。
针对现有技术存在的上述不足，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种高强韧弯曲轴线异形截面薄壁构件成形与淬火装置，有效解决了现有高强韧弯曲轴线异形截面薄壁构件的零件形面精度差、零件边缘不齐、后续焊接难度大的问题。
本发明的技术方案是：一种高强韧弯曲轴线异形截面薄壁构件成形与淬火装置，包括挤压预成形模具组件和扫描感应淬火系统，所述挤压预成形模具组件包含三瓣式闭合模具，所述扫描淬火系统包括感应线圈与冷却喷头组合件、随轴扫描运动工装和零件装夹工装，所述随轴扫描运动工装驱动所述感应线圈与冷却喷头组合件或者驱动所述零件装夹工装及其上夹持的待淬火工件，使得待淬火工件与感应线圈与冷却喷头组合件彼此相对运动，待淬火工件被感应线圈与冷却喷头组合件先加热后淬火。
进一步地，所述挤压预成形模具组件包括下模板、下模座、下模固定镶块、下模水平运动镶块，上模板、上模座、上模压料镶块、上模成形镶块，下模板上依照上下空间顺序依次设置下模座、下模固定镶块及水平运动镶块、上模压料镶块及上模成形镶块、上模座和上模板。
进一步地，所述三瓣式闭合模具包括上部的上模成形镶块及下部的下模固定镶块和分列在所述下模固定镶块两边的两个下模水平运动镶块。
进一步地，所述下模座包括固定镶块安装位和水平滑轨。
进一步地，所述下模水平运动镶块设置有与水平滑轨配合的滑动槽和第一楔形导向块。
进一步地，所述上模成形镶块设置有与第一楔形导向块配合的第二楔形导向块。
进一步地，所述第一楔形导向块和第二楔形导向块在上模成形镶块向下移动时，共同驱动下模水平运动镶块在水平滑轨上水平运动。
进一步地，所述上模模座设置有氮气气缸，所述氮气气缸驱动上模压料镶块竖直运动。
进一步地，所述感应线圈与冷却喷头组合件能够套在待淬火工件的外周，并与待淬火工件沿着所述待淬火工件的轴向彼此相对运动，以对所述待淬火工件进行加热和淬火。
可选地，所述零件装夹工装的两端都设置有夹持待淬火工件的夹头，所述零件装夹工装设置在所述随轴扫描运动工装上，所述随轴扫描运动工装能够实现平面上的水平移动和垂直移动。
进一步地，所述随轴扫描运动工装为可以使感应线圈沿着具有弯曲轴线的待淬火工件的轴线均匀运动的变位工装机构。
可选地，所述变位工装机构为与感应线圈与冷却喷头组合件同步上下移动的连接器，驱动带有待淬火工件轴线形状的滑槽的零件装夹工装左右运动，实现弯曲轴线待淬火工件的扫描淬火。
可选地，所述变位工装机构为随形随动式机构、机器人夹持式机构、坐标轴随动控制式机构或者围绕中心旋转式机构。
进一步地，所述坐标轴随动控制式机构为直线运动式或者直线运动+摆动式机构。
进一步地，所述感应线圈与冷却喷头组合件中的感应线圈可以根据待淬火工件沿轴线截面形状进行分离和组合，实现线圈变形和变截面零件仿形扫描淬火。
本发明的另一个目的是提供一种高强韧弯曲轴线异形截面薄壁构件的高压流体成形工艺，其特征在于包括如下步骤：
S100，预成形：将金属管送入挤压预成形模具的模具中，经过三瓣式闭合模具竖直定位和水平定位后进行挤压预成形；
S200，终成形：工件进入液压成形模具，进行高压流体成形；
S300，感应淬火：工件进入零件装夹工装，感应线圈与冷却喷头组合件跟随随轴扫描工装对工件进行感应淬火作业。
进一步地，在S100步骤中，包括S110预处理：将金属管经过直线处理或经过绕弯、压弯或推弯处理。
进一步地，当零件的截面形状没有大尺度凹陷特征时，可以省略所述步骤S100中的预成形作业。
进一步地，当零件的截面形状周长沿轴线的变化不大时，可以省略所述步骤S200中的终成形作业。
进一步地，当零件强度和韧性有特殊要求时，可以使用扫描感应淬火系统多次热处理。
本发明的有益效果：
1.最终产品的抗拉强度能够从现有技术中的800MPa提升到1500MPa，零件强度可以覆盖800MPa到1500MPa范围；
2.预成形零件内外壁材料在成形时没有被反复折弯或拉压，最终产品的疲劳寿命高；
3.复杂轴线零件可以实现扫描式感应淬火,淬火工程均匀，最终产品的材料组织一致性好，马氏体转变完全；
4.最终成品零件精度高、切割边线稳定、利于后续焊接。
附图说明
图1是本发明一种实施例的结构示意图，其中图1a为上模组件示意图，
图1b为下模组件示意图，图1c为扫描感应淬火系统的示意图。
图2是本发明一种实施例的三瓣式闭合模具的结构示意图。
图3是图1a上模组件示意图的放大图。
图4是图1b下模组件示意图的放大图。
图5是图4所示下模组件拆掉了下模水平运动镶块的结构示意图。
图6是上模和下模的楔形导向块对应示意图。
图7是本发明一种实施例的挤压成形模具结构上模模座内氮气缸组件示意图。
图8是图1c的扫描感应淬火系统的放大图。
图9是本发明一种实施例的扫描感应淬火系统结构示意图。
图10是本发明一种实施例的淬火装置感应线圈沿零件轴线仿形扫描淬火的结构示意图。
图11是图10线圈特征的局部放大图。
图12是本发明一种实施例的淬火装置仿形感应线圈的结构示意图。
图13是本发明一种实施例的淬火工装结构示意图。
图14是本发明另一种实施例的淬火工装结构示意图。
图15是本发明一种实施例的扫描感应淬火系统结构示意图。
图16是本发明一种实施例的扫描感应淬火系统结构示意图。
图17是本发明一种实施例的扫描感应淬火系统结构示意图。
图18是本发明一种实施例的扫描感应淬火系统结构示意图。
其中，200-挤压预成形模具组件，210-下模板，220-下模座，221-固定镶块安装位，222-水平滑轨，230-下模固定镶块，240-下模水平运动镶块，241-滑动槽，242-第一楔形导向块，250-上模板，260-上模座，261-氮气气缸，270-上模压料镶块，280-上模成形镶块，281-第二楔形导向块，
300-扫描感应淬火系统，310-感应线圈与冷却喷头组合件，311-感应线圈，312-冷却喷头，320-随轴扫描运动工装，330-零件装夹工装，331-夹头，
340-机床底座，350-法兰盘，360-机床导轨，W-工件。
具体实施方式
以下结合附图1-18，对本发明作进一步地说明。
如图1-6所示，本发明的一种高强韧弯曲轴线异形截面薄壁构件成形与淬火装置，包括挤压预成形模具组件200和扫描感应淬火系统300，挤压预成形模具组件200包含三瓣式闭合模具，扫描淬火系统300包括感应线圈与冷却喷头组合件310、随轴扫描运动工装320和零件装夹工装330，随轴扫描运动工装320驱动感应线圈与冷却喷头组合件310或者驱动所述零件装夹工装330及其上夹持的待淬火工件W，使得待淬火工件W与感应线圈与冷却喷头组合件310彼此相对运动，待淬火工件W被感应线圈与冷却喷头组合件先加热后淬火。
如图1和图8所示，感应线圈与冷却喷头组合件310包括组装在一起的感应线圈311和冷却喷头312，感应线圈311与电源连接，冷却喷头312通过冷却水泵与冷却水源连接。在一个具体实施例中，感应线圈311和冷却喷头312都固定在机床法兰盘350上，与机体固定，而工件W在零件装夹工装330的夹持下运动。
如图1-5所示，挤压预成形模具组件200包括上模和下模，下模包括下模板210、下模座220、下模固定镶块230和下模水平运动镶块240(如图4所示)，上模包括上模板250、上模座260、上模压料镶块270和上模成形镶块280(如图3所示)，挤压预成形模具组件200中各零部件的位置关系为：在下模板210上依照上下空间的顺序依次设置下模座220、下模固定镶块230及水平运动镶块240、上模压料镶块270及上模成形镶块280、上模座260和上模板250。
如图2所示，三瓣式闭合模具包括上下两部分，其上部的上模成形镶块280及下部的下模固定镶块230和分列在所述下模固定镶块230两边的两个下模水平运动镶块240。
如图4-6所示，下模座220固定在下模板210上，下模座220包括固定镶块安装位221和水平滑轨222，固定镶块安装位221用来安装下模固定镶块230，水平滑轨222用来给两个下模水平运动镶块240进行水平方向上的导向。下模水平运动镶块240设置有与水平滑轨222配合的滑动槽241和与上模配合的第一楔形导向块242。上模成形镶块280上设置有与第一楔形导向块242配合的第二楔形导向块281。在图6所示的实施例中，第一楔形导向块242和第二楔形导向块281各有4组，每组3个导向块(242,281)。下模水平运动镶块240上的第一楔形导向块242和上模成形镶块280上的第二楔形导向块281在上模成形镶块280向下移动时，共同驱动下模水平运动镶块240在水平滑轨222上水平运动。
如图7所示，上模模座260下部设置有氮气气缸261，氮气气缸261驱动连接在其下部的上模压料镶块270竖直运动。上模压料镶块270为工件W提供稳定的下压力，辅助上模成形镶块280对工件W进行成形。
如图8所示，感应线圈与冷却喷头组合件310能够套在待淬火工件W的外周，并与待淬火工件W沿着待淬火工件的轴向彼此相对运动，以对待淬火工件W进行加热和淬火。
在一个实施例中，扫描淬火系统300的机床底座340上固定设置有法兰盘350和机床导轨360，法兰盘350上固定连接有感应线圈与冷却喷头组合件310，随轴扫描运动工装320和零件装夹工装330设置在机床导轨360上，零件装夹工装330固定连接在随轴扫描运动工装320上，零件装夹工装330包含两个用于夹持待淬火工件W两端的夹头331，在机床导轨上，随轴扫描运动工装320带着零件装夹工装330夹持着的待淬火工件W，能够实现平面上的水平移动和垂直移动。
随轴扫描运动工装320为可以使感应线圈310沿着待淬火工件W的弯曲轴线均匀运动的变位工装机构。
如图9-18所示，感应线圈与冷却喷头组合件310能够套在待淬火工件W的外周，并与待淬火工件W沿着待淬火工件的轴向彼此相对运动，以对待淬火工件W进行加热和淬火。
如图9所示，在一个实施例中，随轴扫描运动工装320为可以使感应线圈310沿着具有弯曲轴线的待淬火工件W的轴线均匀运动的变位工装机构，该变位工装机构为与感应线圈与冷却喷头组合件310同步上下移动的连接器，驱动带有待淬火工件W轴线形状的滑槽的零件装夹工装330左右运动，实现弯曲轴线待淬火工件W的扫描淬火。
如图10所示，是本发明高强韧弯曲轴线异形截面薄壁构件成形与淬火装置一种实施例的淬火装置感应线圈沿零件轴线仿形扫描淬火的结构示意图，在此实施例中，将待淬火工件W分成了3个区域，分别为第一V-O过渡段圆形线圈加热区、V型段双线圈加热区和第二V-O过渡段圆形线圈加热区。
图11是图10所示实施例中采用的仿形线圈在对待淬火工件W进行加热和淬火操作时的局部放大示意图，其中图11a为仿形线圈初始套入待淬火工件W时的示意图，仿形线圈向前移动后套入待淬火工件W的圆口端，感应线圈与冷却喷头组合件310进入到第一V-O过渡段圆形线圈加热区，此时采用圆形线圈进行加热即可；图11b为感应线圈与冷却喷头组合件310向后移动后贴近异形截面形状后的示意图；图11c为感应线圈与冷却喷头组合件310移动到V型段双线圈加热区的示意图，此时采用圆形线圈和仿形线圈同时对待淬火工件W进行加热，使得待淬火工件W受热均匀；图11d为感应线圈与冷却喷头组合件310移动到第二V-O过渡段圆形线圈加热区的示意图，此时采用圆形线圈进行加热即可。
感应线圈与冷却喷头组合件310中的感应线圈311可以根据待淬火工件W沿轴线截面形状进行分离和组合，实现线圈变形和变截面零件仿形扫描淬火。如图12所示，是本发明高强韧弯曲轴线异形截面薄壁构件成形与淬火装置一种实施例的淬火装置仿形感应线圈的结构示意图。在圆形段，即在V-O过渡段圆形线圈加热区，仿形感应线圈分离，不参与淬火；在V形段，即在V型段双线圈加热区，仿形感应线圈与圆形线圈组合，实现仿形扫描淬火。
如图13所示，是本发明高强韧弯曲轴线异形截面薄壁构件成形与淬火装置一种实施例的淬火工装结构示意图。该实施例通过沿零件轴线旋转淬火线圈实现弯曲轴线零件的扫描淬火。
如图14所示，是本发明高强韧弯曲轴线异形截面薄壁构件成形与淬火装置一种实施例的淬火工装结构示意图。该实施例通过零件装夹工装沿零件轴线的导轨运动，实现弯曲轴线零件的扫描淬火。
如图15-18所示，变位工装机构为随形随动式机构、机器人夹持式机构、坐标轴随动控制式机构或者围绕中心旋转式机构。坐标轴随动控制式机构为直线运动式或者直线运动+摆动式机构。
如图15所示，是本发明高强韧弯曲轴线异形截面薄壁构件成形与淬火装置一种实施例的扫描淬火系统结构示意图。该实施例通过零件装夹工装沿零件轴线旋转实现弯曲轴线零件的扫描淬火。
如图16所示，是本发明高强韧弯曲轴线异形截面薄壁构件成形与淬火装置一种实施例的扫描淬火系统结构示意图。该实施例通过同步控制零件装夹工装左右运动与扫描线圈的上下运动实现弯曲轴线零件的扫描淬火。
如图17所示，是本发明高强韧弯曲轴线异形截面薄壁构件成形与淬火装置一种实施例的扫描淬火系统结构示意图。该实施例通过同步控制零件装夹工装旋转运动与扫描线圈的上下运动实现弯曲轴线零件的扫描淬火。
如图18所示，是本发明高强韧弯曲轴线异形截面薄壁构件成形与淬火装置一种实施例的扫描淬火系统结构示意图。该实施例通过同步控制三维机械手臂运动与扫描线圈的上下运动实现弯曲轴线零件的扫描淬火。
本发明还提供了一种高强韧弯曲轴线异形截面薄壁构件的高压流体成形工艺，包括如下步骤：
S100，预成形：将金属管送入挤压预成形模具200的模具中，经过三瓣式闭合模具竖直定位和水平定位后进行挤压预成形；
S200，终成形：工件W进入液压成形模具，进行高压流体成形；
S300，感应淬火：工件W进入零件装夹工装330，感应线圈跟随随轴扫描工装对工件W进行感应淬火作业。
在S100步骤中，包括S110预处理：将金属管经过直线处理或经过绕弯、压弯或推弯处理。
当零件的截面形状没有大尺度凹陷特征时，可以省略所述步骤S100中的预成形作业。
当零件的截面形状周长沿轴线的变化不大时，可以省略所述步骤S200中的终成形作业。
以上内容是结合具体的优选方式对本发明所作的说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明发明构思的前提下，还可以做出若干简单的演绎和替换，都将视为属于本发明提交的权利要求书所确定的保护范围。
Claims (7)
1.一种高强韧弯曲轴线异形截面薄壁构件成形与淬火装置，包括挤压预成形模具组件(200)和扫描感应淬火系统(300)，其特征在于，所述挤压预成形模具组件(200)包含三瓣式闭合模具，所述扫描感应淬火系统(300)包括感应线圈与冷却喷头组合件(310)、随轴扫描运动工装(320)和零件装夹工装(330)，所述随轴扫描运动工装(320)驱动所述感应线圈与冷却喷头组合件(310)或者驱动所述零件装夹工装(330)及其上夹持的待淬火工件(W)，使得待淬火工件(W)与感应线圈与冷却喷头组合件(310)彼此相对运动，待淬火工件(W)被感应线圈与冷却喷头组合件(310)先加热后淬火；
所述待淬火工件(W)分成了3个区域，分别为第一V-O过渡段圆形线圈加热区、V型段双线圈加热区和第二V-O过渡段圆形线圈加热区；
所述感应线圈与冷却喷头组合件(310)中的感应线圈能够根据待淬火工件(W)沿轴线截面形状进行分离和组合，实现线圈变形和变截面零件仿形扫描淬火；
在V-O过渡段圆形线圈加热区，仿形感应线圈分离，不参与淬火；在V型段双线圈加热区，仿形感应线圈与圆形线圈组合，实现仿形扫描淬火；
所述随轴扫描运动工装(320)为能够使感应线圈(311)沿着具有弯曲轴线的待淬火工件(W)的轴线均匀运动的变位工装机构；
所述变位工装机构为与感应线圈与冷却喷头组合件(310)同步上下移动的连接器，驱动带有待淬火工件(W)轴线形状的滑槽的零件装夹工装(330)左右运动，实现弯曲轴线待淬火工件(W)的扫描淬火。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述挤压预成形模具组件(200)包括下模板(210)、下模座(220)、下模固定镶块(230)、下模水平运动镶块(240)、上模板(250)、上模座(260)、上模压料镶块(270)、上模成形镶块(280)，下模板(210)上依照上下空间顺序依次设置下模座(220)、下模固定镶块(230)及水平运动镶块(240)、上模压料镶块(270)及上模成形镶块(280)、上模座(260)和上模板(250)。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述三瓣式闭合模具包括上部的上模成形镶块(280)及下部的下模固定镶块(230)和分列在所述下模固定镶块(230)两边的两个下模水平运动镶块(240)。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述感应线圈与冷却喷头组合件(310)能够套在待淬火工件(W)的外周，并与待淬火工件(W)沿着所述待淬火工件的轴向彼此相对运动，以对所述待淬火工件(W)进行加热和淬火。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述零件装夹工装(330)的两端都设置有夹持待淬火工件(W)的夹头(331)，所述零件装夹工装(330)设置在所述随轴扫描运动工装(320)上，所述随轴扫描运动工装(320)能够实现平面上的水平移动和垂直移动。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述变位工装机构为随形随动式机构、机器人夹持式机构、坐标轴随动控制式机构或者围绕中心旋转式机构。
7.一种高强韧弯曲轴线异形截面薄壁构件的高压流体成形工艺，其特征在于，采用如权利要求1-6任一所述的装置进行预成形和感应淬火，其包括如下步骤：S100，预成形：将金属管送入挤压预成形模具组件(200)的模具中，经过三瓣式闭合模具竖直定位和水平定位后进行挤压预成形；
S200，终成形：工件(W)进入液压成形模具，进行高压流体成形；
S300，感应淬火：工件(W)进入零件装夹工装(330)，感应线圈与冷却喷头组合件(310)跟随随轴扫描运动工装对工件(W)进行感应淬火作业。
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