CN211027671U - 用于制造热冲压件的制造装置及其钢坯转运机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于制造热冲压件的制造装置及其钢坯转运机构，该装置包括加热机构、降温机构、转运机构以及成型机构。本实用新型可使奥氏体化的钢坯在离开加热机构并转入成型机构的过程中，钢坯暴露于空气下时的温度被维持在略高于成型机构对钢坯进行热冲压加工的成型加工温度，降低钢坯表面在上述转移过程中被氧化的速率，进而提高由该钢坯制得的热冲压件的表面成型质量。

Description

用于制造热冲压件的制造装置及其钢坯转运机构

技术领域

本实用新型涉及了热冲压领域，具体的是一种用于制造热冲压件的制造装置及其钢坯转运机构。

背景技术

超高强钢热成形冲压工艺是将某种材质的钢坯经过奥氏体化加热后，再迅速移至水冷模具内压制成形，并做模具内保压急冷淬火以生成马氏体的过程。在对由裸钢板或者表面涂有锌、锰、铜及相应合金的涂层钢板落料而成的钢坯进行加热后，钢坯的表面易与空气中的氧反应从而在表面产生氧化皮。

为防止钢坯在加热时产生氧化皮，一种办法是采用涂层钢板作为原材进行热冲压加工，这些涂层钢板的涂层一般为铝硅合金涂层、镀锌合金涂层、铝锌合金涂层、铝锌镁合金涂层或锌镁合金涂层等，这些铝基或锌基金属材料都属于低熔点金属或合金，虽然这些涂层能保护钢坯基体不被氧化，但相应地，由这些金属材料制备而成的涂层的熔点一般低于700℃，而热冲压加工中的奥氏体化加热温度一般为860～950℃，不可避免地，这些涂层在奥氏体化加热时会发生熔化，进而粘连加热炉内的陶瓷辊和模具，破坏涂层的完整性，同时易造成陶瓷辊断裂。

另一种防止钢坯在加热时产生氧化皮的方法是向加热炉内通入保护气氛，保护气氛能降低炉内的氧气含量，进而减少氧化层的产生，但钢坯完成热压成型后依然会有氧化层的产生，究其原因就是热压生产线上的作为加热机构的加热炉以及作为成型机构的模具之间具有一段距离，不管采用诸如机械手搬运等哪种方法来转运钢坯，高温的钢坯都会有若干秒钟的时间暴露在空气当中，由于钢坯和空气温差很大，所以钢坯的降温速率很快(可达到20℃/s以上速)，而为了避免成型时钢坯开裂，钢坯的温度又须保持在高于650℃，因此钢坯的常规出炉温度都会大于900℃，来确保其在空气中降温后的入模温度大于700℃，以满足零件的成形性要求。然而，钢坯温度越高，其在空气中的氧化速度则越快，单单采用上述的加热方式，仍使得钢坯在900℃的温度下出料的情况下表面被快速氧化。

因此，上述问题亟待解决。

实用新型内容

为了克服现有技术中的缺陷，本实用新型实施例提供了一种用于制造热冲压件的制造装置及其钢坯转运机构，用以解决在热冲压生产中裸钢板钢坯或表面涂有易氧化金属涂层的钢坯表面在易产生氧化皮的问题。

本申请实施例公开了：一种用于制造热冲压件的制造装置，其包括加热机构、降温机构、转运机构以及成型机构，其中：

所述加热机构具有用于将钢坯加热至第一预设温度范围内以使钢坯奥氏体化的第一工作空间，所述第一工作空间具有无氧气氛环境；

所述降温机构设置于所述加热机构的下游，并具有用于将奥氏体化的钢坯降温至第二预设温度范围内的第二工作空间，所述第二工作空间具有无氧气氛环境；

所述转运机构设置于所述降温机构的下游，其用于将钢坯自所述降温机构转移至所述成型机构，并用于将其所转移的钢坯的温度保持在所述成型机构对钢坯进行热冲压成型加工的第三预设温度范围内。

进一步的，所述第三预设温度范围的最高值小于等于所述第二预设温度范围的最高值。

进一步的，所述第二预设温度范围为650～750℃。

进一步的，所述第三预设温度范围为650～700℃。

进一步的，所述无氧气氛环境包括氧含量在1％以下的真空气氛环境、氮气气氛环境或稀有气体气氛环境。

进一步的，所述加热机构和所述降温机构为无氧加热炉中相连的两部分，以使所述钢坯在自所述加热机构移动至所述降温机构的过程中处于无氧气氛环境。

进一步的，所述降温机构包括用于向所述第二工作空间内的奥氏体化的钢坯吹扫氮气的吹扫单元。

本申请实施例还公开了：一种用于制造热冲压件的钢坯转运机构，其包括机械手以及用于驱动所述机械手在至少两个钢坯加工工位之间移动的驱动单元，其中，所述机械手包括：

一个或多个夹持单元，所述夹持单元用于抓取或释放被加热后的钢坯；

临近所述夹持单元设置的一个或多个加热单元，所述加热单元用于对所述夹持单元所夹持的钢坯进行加热，以将其所转移的钢坯的温度保持在钢坯进行热冲压成型加工的第三预设温度范围内。

进一步的，所述机械手还包括隔热板，所有所述夹持单元及加热单元设置于所述隔热板的第一侧，所述驱动单元与所述隔热板的与所述第一侧相对的第二侧固连。

进一步的，所述钢坯转运机构还包括设置于所述隔热板的第二侧的温度传感器，所述隔热板上设置有贯通所述隔热板的孔，以使所述温度传感器能经由所述孔检测所述夹持单元所夹持的钢坯的温度。

本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型可使奥氏体化的钢坯在离开加热炉并转入冲压模具过程中的温度保持在略高于成型温度，大大较低钢坯被空气中的氧气所氧化的速率。

2、本实用新型可大大减少转入冲压模具中的钢坯表面的氧化皮量，进而提高热冲压成型的热冲压件的表面成型质量。

3、本实用新型提供可大大减少转入冲压模具中的钢坯表面的氧化皮量，进而可以减少氧化皮对模具型腔的磨损。

4、通过本实用新型的制造装置可以直接选用裸钢板钢坯进行热冲压加工，进而使钢坯在加热过程中不存在表面涂层的金属液化的现象，因此不会对陶瓷炉辊造成侵蚀。

为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例中转运机构的主视结构示意图；

图2是本实用新型实施例中转运机构的立体结构示意图；

以上附图的附图标记：

100、钢坯；

10、机械手；

1、架体；2、法兰部；3、辐射加热管；4、气动夹钳；5、隔热板；6、温度传感器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实施例提供了一种热冲压件的制造装置，其主要包括加热机构、降温机构、成型机构以及转运机构。其中：

所述加热机构具有用于将钢坯加热至第一预设温度范围内以使钢坯奥氏体化的第一工作空间，所述第一工作空间具有无氧气氛环境。所述降温机构设置于所述加热机构的下游，并具有用于将奥氏体化的钢坯降温至第二预设温度范围内的第二工作空间，所述第二工作空间具有无氧气氛环境。所述转运机构设置于所述降温机构的下游，其用于将钢坯自所述降温机构转移至所述成型机构，并用于将其所转移的钢坯的温度保持在所述成型机构对钢坯进行热冲压成型加工的第三预设温度范围内。

具体而言，所述加热机构和降温机构可以分别是一加热炉中相连的两部分，以使所述钢坯在自所述加热机构移动至所述降温机构的过程中处于无氧气氛环境。所述加热机构可以包括用于对加工的钢坯进行加热的加热器、用于输送钢坯的陶瓷炉辊等。所述降温机构用于在无氧环境下对奥氏体化的钢坯进行降温处理，其内部可以设有用于支撑所述钢坯的金属炉辊，并不设置加热器，且炉气为常温或温度低于加热机构的炉气温度的相对低温状态。所述加热机构和降温机构之间可以设置有能阻断二者连通的密封门，即能阻断所述第一工作空间和第二工作空间。需要说明的是，所述无氧气氛环境可以包括氧含量在1％以下的真空气氛环境、氮气气氛环境或稀有气体气氛环境。所述成型机构设置于降温机构的下游，其用于对钢坯进行冲压，以获得热冲压件，其可以包括压机以及具有却冷水道的成型模具等，具有却冷水道的成型模具可以对热钢坯进行成型淬火。

所述转运机构设置于降温机构以及成型机构之间，其用于将钢坯自降温机构转移至成型机构，所述转运机构还用于将其转运的钢坯的温度保持在高于所述成型模具的成型温度。所述成型机构包括压机以及具有却冷水道的成型模具。请参阅图1和图2，所述转运机构可以包括装有作为加热单元的加热器的机械手10，以使该机械手10具有加热功能，从而使钢坯100在转运过程中能够持续被机械手10加热，进而使其在经由所述降温机构降温处理后即便暴露在空气环境温度下，也不会降至成型模具的成型温度以下。该机械手10可以包括一用于承重的架体1，所述架体1包括用于与作为驱动单元的机器人或行车桁架相连的法兰部2，以使该架体1能在机器人或行车的驱动下在降温机构及成型机构之间移动。所述架体1的底面具有多个间隔设置的作为加热器的辐射加热管3，辐射加热管3的数量和功率根据钢坯的大小尺寸及厚度来计算。在其他可选的实施方式中，该机械手10的加热器还可以采用感应加热、传导加热等方式对钢坯100进行加热。辐射加热管3及架体1之间可以设置隔热板5，以防止位于隔热板5上方的零件被烤坏。同时隔热板5上可以反射热量，提高加热效果。多个间隔设置的辐射加热管3之间设置有若干作为夹持单元并用于夹持钢坯100的耐高温的气动夹钳4，一般地，可以设置与被夹持的钢坯100的周边相对应地布置的四个气动夹钳4，该气动夹钳4位于隔热板5下方的部分为耐高温的钳爪，隔热板5上方的部分可以设置用于驱动钳爪动作的气缸等。隔热板5上还可以开有孔，并在所述孔位于隔热板5上方的一侧设置温度传感器6以检测受加热器加热的钢坯100的温度。

下面以制造高强度汽车车身B柱热冲压件为例，来详细说明该制造装置的工作方法：

首先，采用无氧加热炉对落料后的车身B柱钢坯100进行加热，使钢坯100奥氏体化。具体地，所述钢坯100可以包括无涂层钢坯100或涂层钢坯100，所述涂层钢坯100的涂层包括锌、锌合金、锰、锰合金、铜及铜合金中的一种或多种。在该步骤中，可以是将钢坯100放入氧含量低于1％的无氧气氛保护加热炉内进行加热至880～950℃的第一预设温度范围内。例如，将钢坯100放入氮气纯度大于99.9％的加热炉内加热1～10min，使钢坯的温度达到上述温度的同时，无氧环境可以避免钢坯100及其表面的金属涂层(如有)在高温环境下发生氧化。优选地，在该步骤中，可以在钢坯100达到上述温度后对钢坯进行保温180秒左右，进而使钢坯充分奥氏体化。所述加热炉可以是箱式炉、单层辊底炉、多层辊底炉等。

随后，继续在无氧环境下对奥氏体化的钢坯100在降温处理后转移至成型模具。具体地，在该步骤中，奥氏体化后的高温钢坯100可以是在无氧加热炉移动至冷却机构中进行冷却，使所述钢坯100的温度介于650～750℃的第二预设温度范围内。在该步骤中，降低所述奥氏体化的钢坯100的温度可以大大降低其出炉后的表面氧化速率。该钢坯可以是在加热炉的加热机构输送(随炉辊滚动)至降温机构后，关闭所述封闭门，在室温或低温的无氧环境炉气下进行快速降温的。例如，在本实施例中，所述降温机构可以包括用于向所述第二工作空间内的奥氏体化的钢坯吹扫氮气的吹扫单元。采用氮气对钢坯100的正反两个表面进行喷吹0～5秒，以快速对钢坯100进行降温。喷吹过程中可以采用红外测温仪检测钢坯100的温度。待钢坯100的温度介于650～750℃之间(如700℃)后，钢坯100出炉，通过上述转运机构的机械手10的气动夹钳4抓取钢坯100，移动所述架体1以搬运钢坯100至成型模具中。需要注意的是，一般当进行热冲压加工的钢坯100温度处于650℃以下时，将导致成型时钢坯100基体开裂，因此在转运过程中，机械手10的加热器应维持钢坯100温度不降至650℃以下。具体以本实施例来说，钢坯100在转运过程中机械手10上的加热器对钢坯100进行持续加热，钢坯100的温度可以由设置在机械手10上的温度传感器6进行监控，进而调节加热器的功率输出大小以使钢坯100的温度维持在650～700℃的第三预设温度范围内的、利于成型模具进行热冲压成型的成型温度，以确保钢坯100具有良好的成型性能。

最后，对成型模具中的钢坯100进行冲压，以获得车身B柱热冲压件。

在其他可选的实施方式中，可以根据不同的加工因素(如钢坯的材质、钢坯转运的耗时、特定且适宜的成型温度等)对所述第一预设温度范围、第二预设温度范围及第三预设温度范围的值域进行调整。但是，应保证所述第三预设温度范围的最高值小于等于所述第二预设温度范围的最高值，即，在转运过程中，转运机构不应对钢坯进行过度加热，避免加速钢坯表面的氧化速率。

本实施例还公开了：一种用于制造热冲压件的钢坯转运机构，其包括机械手以及用于驱动所述机械手在至少两个钢坯加工工位(如降温机构及成型机构)之间移动的驱动单元，其中，所述机械手包括：

一个或多个夹持单元，所述夹持单元用于抓取或释放被加热后的钢坯；

临近所述夹持单元设置的一个或多个加热单元，所述加热单元用于对所述夹持单元所夹持的钢坯进行加热，以将其所转移的钢坯的温度保持在钢坯进行热冲压成型加工的第三预设温度范围内。所述机械手还包括隔热板，所有所述夹持单元及加热单元设置于所述隔热板的第一侧，所述驱动单元与所述隔热板的与所述第一侧相对的第二侧固连。所述钢坯转运机构还包括设置于所述隔热板的第二侧的温度传感器，所述隔热板上设置有贯通所述隔热板的孔，以使所述温度传感器能经由所述孔检测所述夹持单元所夹持的钢坯的温度。

本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种用于制造热冲压件的制造装置，其特征在于，包括加热机构、降温机构、转运机构以及成型机构，其中：

所述加热机构具有用于将钢坯加热至第一预设温度范围内以使钢坯奥氏体化的第一工作空间，所述第一工作空间具有无氧气氛环境；

所述降温机构设置于所述加热机构的下游，并具有用于将奥氏体化的钢坯降温至第二预设温度范围内的第二工作空间，所述第二工作空间具有无氧气氛环境；

所述转运机构设置于所述降温机构的下游，其用于将钢坯自所述降温机构转移至所述成型机构，并用于将其所转移的钢坯的温度保持在所述成型机构对钢坯进行热冲压成型加工的第三预设温度范围内。

2.根据权利要求1所述的制造装置，其特征在于，所述第三预设温度范围的最高值小于等于所述第二预设温度范围的最高值。

3.根据权利要求2所述的制造装置，其特征在于，所述第二预设温度范围为650～750℃。

4.根据权利要求2所述的制造装置，其特征在于，所述第三预设温度范围为650～700℃。

5.根据权利要求1所述的制造装置，其特征在于，所述无氧气氛环境包括氧含量在1％以下的真空气氛环境、氮气气氛环境或稀有气体气氛环境。

6.根据权利要求1所述的制造装置，其特征在于，所述加热机构和所述降温机构为无氧加热炉中相连的两部分，以使所述钢坯在自所述加热机构移动至所述降温机构的过程中处于无氧气氛环境。

7.根据权利要求1所述的制造装置，其特征在于，所述降温机构包括用于向所述第二工作空间内的奥氏体化的钢坯吹扫氮气的吹扫单元。

8.一种用于制造热冲压件的钢坯转运机构，其特征在于，包括机械手以及用于驱动所述机械手在至少两个钢坯加工工位之间移动的驱动单元，其中，所述机械手包括：

一个或多个夹持单元，所述夹持单元用于抓取或释放被加热后的钢坯；

临近所述夹持单元设置的一个或多个加热单元，所述加热单元用于对所述夹持单元所夹持的钢坯进行加热，以将其所转移的钢坯的温度保持在钢坯进行热冲压成型加工的第三预设温度范围内。

9.根据权利要求8所述的钢坯转运机构，其特征在于，所述机械手还包括隔热板，所有所述夹持单元及加热单元设置于所述隔热板的第一侧，所述驱动单元与所述隔热板的与所述第一侧相对的第二侧固连。

10.根据权利要求9所述的钢坯转运机构，其特征在于，所述钢坯转运机构还包括设置于所述隔热板的第二侧的温度传感器，所述隔热板上设置有贯通所述隔热板的孔，以使所述温度传感器能经由所述孔检测所述夹持单元所夹持的钢坯的温度。

Images