一种低风速风电机组材料的热冲压生产线及其热冲压成型方法与流程

本发明涉及一种低风速风电机组材料的热冲压生产线及其热冲压成型方法。

背景技术：

我国低风速风能资源分布区域广阔，并较为丰富。因往往临近用电负荷中心，并网条件较好，开发利用此类风能资源成为目前我国风电发展的重点方向之一，并成为我国实现2020年节能减排目标及可再生能源发展目标的重要补充力量。由于全国范围内可利用的低风速资源面积约占全国风能资源区的60％以上，其比例超过不少有意利用风电的国家，因此，开发低风速风电机组技术，对于我国企业形成完备的产品体系，进一步参与海外市场，也具有相对重要的意义。

随着风电机组大型化发展,钢制塔架已经显示出了一定的弊端,如制造成本高、易腐蚀、维护成本高和运输、安装困难等问题。锥式钢筋混凝土塔筒和下混上钢组合塔筒和复合材料塔筒是未来大型风电机组塔架的发展方向。

无论是钢质塔筒、下混上钢组合塔筒，高强度钢板材料都是塔筒的重要材料。

高强度钢板由于具有较高的机械强度，在相同的条件下，减小钢板的厚度就能够满足其强度要求，或者原来需要两个零件的位置，现在一个零件就可以满足强度要求，借此高强度钢板冲压件能够有效地减轻车身重量，并且保证汽车的安全性能。但是与此同时，高强度也给汽车制造者带来了新的麻烦。高强度钢板随着屈服强度和抗拉强度的提高，其硬化指数n值和各向异性指数r值降低，冲压成形性能下降，各种成形缺陷凸显，不仅需要非常大的成形力，而且很难保证制件的尺寸精度，回弹特别严重。钢板的强度越高，成形难度越大，尤其是当强度超过1000MPa以上时，对于 一些几何形状比较复杂的零件，使用常规的冷冲压工艺几乎无法成形。

热冲压成形技术是专门用于制造超高强度钢板冲压件的新型成形方法，其主要原理是将板料预先加热到奥氏体化温度以上，然后在模具中迅速成形同时淬火，所得到的零件强度高，尺寸精度好，能够有效的减轻车身重量，提高汽车的安全性能。热冲压成形模具兼具成形和淬火的双重功能，是热冲压成形技术的核心装备。现有技术中的热冲压模具大多如图1所示，采用散热快的材料制造凸模与凹模(或者带有冷却通道)直接与钢板接触，在对经过加热的钢板热冲压过程中，同时完成成型与淬火硬化的过程，然而，采用上述模具及成型方法，板材成型后往往会在板材弯曲部位处产生回弹，影响成型精度；并且，采用传统的热冲压模具及热冲压法方，并不能在一次热冲压过程中获得不同硬度以及不同机械性能的热冲压工件。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种低风速风电机组材料的热冲压生产线及其热冲压成型方法，能够有效克服热冲压件弯曲部位热冲压后回弹的技术问题，以及能够在一次热冲压过程中获得不同硬度以及机械性能的热冲压件。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样的：

一种低风速风电机组材料的热冲压生产线及其热冲压成型方法，它依次包括带材开卷工位、带材传输轨道、落料工位、落料中转料筐、落料坯料转移机械手、加热工位、加热坯料转移装置、热冲压淬火工位、热冲压坯料转移机械手、热冲压坯料转移料筐、抛丸上料机械手、抛丸工位、抛丸坯料转移轨道、激光切割及穿孔工位、检测包装入库工位。

所述低风速风电机组材料为用于低风速风电机组塔筒的热轧B1500HS钢板，所述热轧B1500HS钢板的化学成分为：C 0.22％-0.25％、Si 0.20％-0.35％、Mn 0.20％-0.30％、P<0.030％、S<0.010、Cr0.14％-0.26％、B <0.005％、Al 0.030％-0.045％，余量为铁和不可避免的杂质。

所述热冲压淬火工位包括热冲压压力机及其控制系统和热冲压模具，所述热冲压模具包括上模和下模，所述上模和下模上均设置有冷却通道，所述上模和下模之一的弯曲部位设置有电磁成型部件。

所述加热工位采用激光对落料坯料进行加热，所述加热工位包括三坐标加热工作台及其控制系统、激光发生器及其控制系统以及红外测温仪及反馈调节系统。

所述热冲压模具采用的材料为CR7V，其化学成分为：C 0.45％-0.50％、Si 0.8％-0.85％、Mn 0.25％-0.35％、Cr 7.40％-8.40％、Mo 1.30％-1.50％、V 1.25％-1.35％，其余为铁和不可避免的杂质。

所述加热工位的激光功率为1000W-3000W，光斑直径为0.5-1.5mm，三坐标加热工作台的移动速率8mm/s-18mm/s，加热处理20-100s，上表面温度范围为940℃-950℃，下表面温度范围为920℃-940℃。

所述热冲压成型方法包括：

1)落料，使用冷成形用的落料模具和落料压机把带材冲压出所需外轮廓钢板坯料；

2)加热，采用激光加热将落料得到的落料坯料加热到930-950℃，使落料坯料完全奥氏体化；

3)转移，采用加热坯料转移装置将加热后的坯料从三坐标加热工作台中取出放进热冲压模具中；

4)冲压和淬火，将加热后的坯料放进模具之后，立即对钢板进行冲压成形，使坯料在非电磁成型部位的冷却速率大于30℃/s，得到均匀的马氏体组织，获得良好的尺寸精度和机械性能；在电磁成型部位的冷却速率小于10℃/s，到达硬度和机械强度相对较低的非马氏体组织；

5)后续处理，在成形件从模具中取出以后，利用酸洗或喷丸的方式去除零件表面的氧化皮，以及对零件进行激光切边和激光穿孔。

本发明的有益效果是：

1、在成型模具上下模具之一的弯曲部位设置有电磁成型部件，使得加热后的钢板在热冲压过程中仅仅与上下模具中的之一接触，与其他部位相比冷却速度显著降低，使得在钢板的弯曲部位在热冲压过程中不发生淬火过程，降低了弯曲部位的硬度以及机械强度，使得钢板热冲压之后不容易反弹。

2、由于在成型模具上下模的弯曲部位设置有电磁成型部件，在弯曲部位可以设计有工艺间隙，通过合理设计工艺间隙，可以有效避免热冲牙过程中钢板在弯曲部位的起皱等缺陷。

3、在弯曲部位由于采用电磁成型，可以合理控制电磁力的大小，使得弯曲部位可以获得与其他部位不一样的成型速率，可以快速成型，防止弯曲部位减薄。

4、钢板坯料采用激光加热，加热速率快，使得坯料氧化减少，并且可以使得钢板坯料获得差异化的加热温度，从而获得差异化的硬度及机械性能。

5、采用激光切边和激光穿孔，有效的解决了高强度钢板传统切边和冲孔所面临的模具损耗大、切边存有毛刺以及冲孔尺寸精度低的技术问题。

附图说明

图1为现有技术的热冲压成型模具的示意图；

图2为本发明的热轧B1500HS钢板热冲压成型模具的示意图；

图3为本发明的热轧B1500HS钢板冲压成型方法的示意图。

图中标记为：1-上模，2-下模，3-钢板，4-空隙，5-钢板与上下模具都接触部位，6-电磁成型部件，7-冷却通道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

一种低风速风电机组材料的热冲压生产线及其热冲压成型方法，它依次包括带材开卷工位、带材传输轨道、落料工位、落料中转料筐、落料坯 料转移机械手、加热工位、加热坯料转移装置、热冲压淬火工位、热冲压坯料转移机械手、热冲压坯料转移料筐、抛丸上料机械手、抛丸工位、抛丸坯料转移轨道、激光切割及穿孔工位、检测包装入库工位。

所述低风速风电机组材料为用于低风速风电机组塔筒的热轧B1500HS钢板，所述热轧B1500HS钢板的化学成分为：C 0.22％-0.25％、Si 0.20％-0.35％、Mn 0.20％-0.30％、P<0.030％、S<0.010、Cr0.14％-0.26％、B<0.005％、Al 0.030％-0.045％，余量为铁和不可避免的杂质。

如图2所示，所述热冲压淬火工位包括热冲压压力机及其控制系统和热冲压模具，所述热冲压模具包括上模1和下模2，所述上模和下模中均设置有若干冷却通道7，所述上模和下模之一的弯曲部位设置有电磁成型部件6，并且在模具设置有电磁成型部件6与钢板接触的部位存在空隙4，在热冲压淬火过程中，使得钢板3在空隙4处仅仅与上下模具之一接触，大大减小了冷却速度，以致不发生马氏体淬火过程，而在钢板与上下模具都接触部位5处发生淬火马氏体转变。

所述加热工位采用激光对落料坯料进行加热，所述加热工位包括三坐标加热工作台及其控制系统、激光发生器及其控制系统以及红外测温仪及反馈调节系统。

所述热冲压模具采用的材料为CR7V，其化学成分为：C 0.45％-0.50％、Si 0.8％-0.85％、Mn 0.25％-0.35％、Cr 7.40％-8.40％、Mo 1.30％-1.50％、V 1.25％-1.35％，其余为铁和不可避免的杂质。

所述加热工位的激光功率为1000W-3000W，光斑直径为0.5-1.5mm，三坐标加热工作台的移动速率8mm/s-18mm/s，加热处理20-100s，上表面温度范围为940℃-950℃，下表面温度范围为920℃-940℃。

如图3所示，所述热冲压成型方法包括：

1)落料，使用冷成形用的落料模具和落料压机把带材冲压出所需外轮廓钢板坯料；

2)加热，采用激光加热将落料得到的落料坯料加热到930-950℃，使 落料坯料完全奥氏体化；

3)转移，采用加热坯料转移装置将加热后的坯料从三坐标加热工作台中取出放进热冲压模具中；

4)冲压和淬火，将加热后的坯料放进模具之后，立即对钢板进行冲压成形，使坯料在非电磁成型部位的冷却速率大于30℃/s，得到均匀的马氏体组织，获得良好的尺寸精度和机械性能；在电磁成型部位的冷却速率小于10℃/s，到达硬度和机械强度相对较低的非马氏体组织；

5)后续处理，在成形件从模具中取出以后，利用酸洗或喷丸的方式去除零件表面的氧化皮，以及对零件进行激光切边和激光穿孔。

下面对各个工序进行简要的描述。

1.落料：是热冲压成形工艺中的第一道工序，是把板材冲压出所需外轮廓坯料的过程。所使用的设备为冷成形用的落料模具和落料压机。

2.加热：更准确的说应该叫做奥氏体化工序，包括加热和保温两个阶段。这一工序的目的在于将钢板加热到一个合适的温度，使钢板完全奥氏体化，并且具有良好的塑性。加热所使用的设备一般为专用的连续加热炉，钢板在加热到再结晶温度以上之后，表面很容易氧化，生成氧化皮，这层氧化皮会对后续的加工造成不利的影响。为了避免或减少钢板在加热炉中的氧化，一般在加热炉内设置有惰性气体保护机制，或者对板料进行表面防氧化处理。而在本发明中，优选用激光加热或者用电感应加热，在这一工序中比较重要的工艺参数是加热速率、加热温度以及保温时间。在热冲压成形中要通过控制这两个参数来控制板料的奥氏体化质量以及板料的表面质量，例如表面氧化。

3.转移：转移指的是将加热后的钢板从加热炉中取出放进热成形模具中的过程。在这一道工序中，必须保证钢板被尽可能快的转移到模具中，一方面是为了防止高温下的钢板在空气中氧化，另一方面是为了确保钢板在成形时仍然在较高的温度下，以具有良好的塑性，并且防止加热后的钢板在空气中缓慢冷却，防止获得非马氏体组织。

4.冲压和淬火：在将钢板放进模具之后，要立即对钢板进行冲压成形，以免温度下降过多影响钢板的成形性能。成形以后模具要合模保压一段时间，一方面是为了控制零件的形状，另一方面是利用模具中设置的冷却装置对钢板进行淬火，使零件得到均匀的马氏体组织，获得良好的尺寸精度和机械性能。研究表明，奥氏体向马氏体转变的最小冷却速率(或者称为临界冷却速率)为27℃/s，因此要保证模具对板料的冷却大于此临界值，在本发明中控制冷却速率为大于30℃/s。

5.后续处理：在成形件从模具中取出以后，还需要对其进行一些后续的处理，如利用酸洗或喷丸的方式去除零件表面的氧化皮，以及对零件进行切边和穿孔。值得一提的是，热冲压件由于强度太高，不能够用传统的模具对其进行切边及冲加工，而必须用激光技术切割完成。

以上内容仅为本发明的较佳实施方式，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。