一种无氧化加热的热冲压生产线的制作方法

本申请要求2019年01月29日提交的申请号为2019100851942、名称为“一种无氧化加热的热冲压生产线”的中国专利申请的优先权，上述申请参考并入本文。

本发明涉及了热冲压技术领域，具体的是一种无氧化加热的热冲压生产线。

背景技术：

目前，汽车热冲压行业中高强钢材料主要有22mnb5的裸钢板(表面没有镀层的钢板)及其涂层板(表面具有镀/涂层的钢板)这两种。尽管涂层板可以避免在加热时其表面产生氧化皮，但是，由于其价高，且在加热至一定温度时，涂层极易发生熔化，导致涂层粘连在炉辊、料架和模具上，影响设备寿命，因此，相对来说，价格较低的裸钢板应用十分广泛。

现有的热冲压生产线，多采用辊底式长线加热炉对钢板进行加热，但是，这会导致钢板加热时暴露在空气中，裸钢板在空气中加热后，其表面会产生氧化皮。氧化皮主要由氧化亚铁、四氧化三铁、三氧化二铁组成，其质脆，没有延伸性，在机械作用下和热加工作用下，很容易产生龟裂而脱落。由于氧化皮的硬度高于模具，裸钢板在模具上成型时，其上的氧化皮会增加钢板与模具之间的摩擦，加大模具的磨损，减少模具的使用寿命，同时氧化皮的产生会降低裸钢板的成型性能，使产品产生拉伤，再者，氧化皮的热导率很低，严重影响裸钢板与模具之间的传热。

为解决上述问题，目前，市面上的热成型生产线采用了箱式加热炉抑制裸钢板氧化的生产方法，该方法是在箱式加热炉中通入惰性气体来减少氧气含量。现有箱式加热炉的炉膛由于需要留出料片取放装置伸入炉膛取放料片所需的高度空间，且炉膛内部由气容量和热容量较大的保温棉构成，因此，现有的箱式加热炉炉膛高度较大、空间很大，导致惰性气氛建立周期很长；且需要在线开闭炉门，炉膛中的氧气含量降不到无限低，低氧环境只能减慢裸钢板在高温下的氧化速度，并不能杜绝氧化皮的产生，尤其是当炉气混合不均匀的时候，裸钢板氧化会加重，无法做到无氧化加热。

在现有箱式加热炉(伸入炉膛取放料片的方式)的基础上，为满足生产节拍需求，需要一字排开三个六层的加热炉或两个八层加热炉对面相向放置的布局方式，当布置六层或八层加热炉时，加热炉高度方向过高，上料、取料系统无法完成上料及取料动作；且此种布置方式会导致加热炉与压机之间的距离过大，加热过后的高温料片出炉后传送至压机所需的时间过长，料片在这一过程中温度大幅度下降，影响后续的成型温度。

专利(cn108202226a)公开了一种铝镁合金板料温热成形生产线及其生产工艺，设置相应的进料、上料、加热处理、压机处理的基本生产线布置方式，并公开了一种多炉膛加热炉炉体旋转技术，即“多层分体式旋转加热炉是由多个炉体组成的封闭、环状排布式结构，所述炉体的个数为3-10个，其中，各炉体可绕旋转中心沿所述滑轨进行360度循环运动”，通过上述可旋转的多炉膛加热炉设置，来提高生产效率。但该生产线是为镁铝合金板的温成形工艺而设置的，其加热温度为450-600℃，保温时间20-60分钟，而汽车高强钢的加热温度在900-930℃，零件的升温和保温时间不能超过10分钟，否则零件会报废，因此该生产线及其生产工艺无法用于汽车高强钢零件的生产，更不能解决裸板加热时的氧化问题；另外，各个加热炉做环形平动360度循环旋转会使电缆、管线等互相缠绕、疲劳易断。

鉴于目前技术的短板，急需开发一种无氧化加热的热冲压生产线，此生产线既能满足裸钢板高节拍无氧化加热的需要，同时能降低热坯料在空气中的运行距离及温降，提高产品的质量及附加值。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种无氧化加热的热冲压生产线，其用于解决上述问题中的至少一种。

本申请实施例公开了：一种无氧化加热的热冲压生产线，包括压机、设置于所述压机一侧的上料系统、设置于所述压机一侧并与所述上料系统配合的坯料定位系统、设置于所述压机另一侧的出料系统、设置于所述上料系统一侧的第一无氧化加热系统、位于所述上料系统另一侧并与所述第一无氧化加热系统对称设置的第二无氧化加热系统、设置于所述上料系统远离所述压机一侧的拆垛系统；所述上料系统用于将经由所述拆垛系统分张后的坯料放入所述第一无氧化加热系统或所述第二无氧化加热系统中加热，所述坯料定位系统用于对加热后的坯料进行定位，所述上料系统还用于将经由所述坯料定位系统定位后的坯料放入所述压机中；所述第一无氧化加热系统和所述第二无氧化加热系统分别包括旋转台和设置于所述旋转台上的两个多炉膛无氧化加热炉，每一旋转台上的两个多炉膛无氧化加热炉的炉门相背设置，所述旋转台能转动以使得其上的两个多炉膛无氧化加热炉的炉门交替朝向所述上料系统。

具体的，所述多炉膛无氧化加热炉为多炉膛真空加热炉。

具体的，所述上料系统包括设置于所述压机与所述拆垛系统之间的桁架、分别设置于所述桁架上的第一上料装置和第二上料装置，所述第一上料装置用于将经由所述拆垛系统分张后的坯料放入所述第一无氧化加热系统或所述第二无氧化加热系统中加热，所述第二上料装置用于将经由所述坯料定位系统定位后的坯料放入所述压机中。

具体的，所述桁架包括第一立柱片、第二立柱片以及分别用于连接所述第一立柱片和所述第二立柱片的第一横梁和第二横梁，所述第一上料装置设置于所述第一横梁上，所述第二上料装置设置于所述第二横梁上，所述第一立柱片和所述第二立柱片分别设有供所述第一上料装置和所述第二上料装置穿过的窗口。

具体的，所述第一上料装置和所述第二上料装置分别包括设置于所述第一横梁和/或所述第二横梁上的升降杆和连接于所述升降杆的悬伸梁，所述升降杆可沿竖直方向往复运动，所述悬伸梁可沿水平方向往复运动。

具体的，所述上料系统包括第一机器人和第二机器人，所述第一机器人用于将经由所述拆垛系统分张后的坯料放入所述第一无氧化加热系统或所述第二无氧化加热系统中加热，所述第二机器人用于将经由所述坯料定位系统定位后的坯料放入所述压机中。

具体的，所述坯料定位系统包括立柱、设置于所述立柱上的导杆、升降平台、设置于所述升降平台上的对中手指，以及电机；所述电机驱动所述升降平台沿着所述导杆在竖直方向上往复运动。

具体的，所述拆垛系统包括拆垛小车、打标装置、拆垛机械手以及进料台，所述拆垛小车用于堆放坯料，所述打标装置将所述拆垛小车上的坯料进行分张并打标，所述拆垛机械手将打标装置上的坯料放入所述进料台上。

具体的，所述多炉膛无氧化加热炉包括炉体、驱动系统、调压系统以及加热系统，所述炉体上设有多个炉膛，每个所述炉膛对应设置一炉门，每一所述炉门上朝向所述炉膛的一侧固定连接有料架，所述驱动系统用于驱动所述炉门运动，使得所述炉门远离和贴紧所述炉膛，所述料架能随所述炉门的运动伸入所述炉膛内或伸出所述炉膛外，所述调压系统包括用于将所述炉膛抽真空的抽真空单元以及用于向所述炉膛内充入保护性气体的充气单元；所述加热系统设置于所述炉膛内。

具体的，所述多炉膛无氧化加热炉包括4-5个所述炉膛。

具体的，所述旋转台带动其上的两个所述多炉膛无氧化加热炉进行180°往复运动。

具体的，所述多炉膛无氧化加热炉还包括导向机构，所述导向机构的一端与所述炉门连接，所述导向机构的另一端与所述驱动系统连接，所述驱动系统驱动所述导向机构带动所述炉门远离、贴紧所述炉膛。

本发明的有益效果如下：

1.所述的生产线使坯料在真空度为0.1-500pa的加热炉中进行加热至900℃-980℃，实现了坯料完全无氧化加热，避免坯料的表面发生氧化，可省却零件后续的喷丸工艺。

2.使用了加热炉旋转技术，在保证生产节拍的前提下，将出料点与压机之间的距离缩短至最低只有5米，大幅度减少了高温坯料在大气环境下停留的时间，降低了坯料在转运过程中氧化的可能性，同时减小了坯料的温降，保证了坯料进压机时的温度；另外，也避免了现有技术中采用2个八层炉膛的加热炉相对设置会导致加热炉过高的缺点。

3.背对背设置的两个加热炉共用一个旋转平台进行往复180°运动，避免了各个加热炉做环形平动360度循环旋转会使电缆、管线等互相缠绕、疲劳易断的问题。

4.空间合理布局，第一上料装置与第二上料装置共用一个桁架，对压机上料时间和加热炉上料时间进行了合理分配，避免了两个上料装置发生碰撞。

5.多炉膛无氧化加热炉的单个炉膛生产周期约为2-4分钟，由于多炉膛无氧化加热炉整体进行旋转运动，整个生产线线的生产节拍为3-4冲次/分钟，达到了工业化要求。

为让本发明的上述和其他目的、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发明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发明的一些实施例，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是本发明实施例中所述无氧化加热的热冲压生产线的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明实施例中所述上料系统的结构示意图；

图4是本发明另一实施例中所述上料系统的结构示意图；

图5是本发明实施例中所述第一无氧化加热系统的主视图；

图6是本发明实施例中所述第一无氧化加热系统的俯视图；

图7是本发明实施例中所述坯料定位系统的结构示意图。

以上附图的附图标记：10-拆垛小车，20-打标装置，30-拆垛机械手，40-进料台，501-第一立柱片，502-悬伸梁，503-升降杆，504-第二立柱片，505-第一横梁，506-第二横梁，60-第一无氧化加热系统，61-第二无氧化加热系统，601-无氧化加热炉，6011-炉体，6012-驱动系统，6013-炉门，6014-料架，6015-导向机构，602-旋转台，70-坯料定位系统，701-立柱，702-导杆，703-对中手指，704-升降平台，705-电机，80-压机，90-出料机械手，100-输送机，110-第二机器人，120-第一机器人。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

结合图1至图4所示，本实施例所述的无氧化加热的热冲压生产线，包括压机80、设置于所述压机80一侧的上料系统、设置于所述压机80一侧并与所述上料系统配合的坯料定位系统70、设置于所述压机80另一侧的出料系统、设置于所述上料系统一侧的第一无氧化加热系统60、位于所述上料系统另一侧并与所述第一无氧化加热系统60对称设置的第二无氧化加热系统61、设置于所述上料系统远离所述压机80一侧的拆垛系统。其中，所述上料系统用于将经由所述拆垛系统分张后的坯料放入所述第一无氧化加热系统60或所述第二无氧化加热系统61中进行加热，所述坯料定位系统70用于对加热后的坯料进行定位，所述上料系统还用于将经由所述坯料定位系统70定位后的坯料放入所述压机80中进行成型，得到料件。所述第一无氧化加热系统60和所述第二无氧化加热系统61分别包括旋转台602和设置于所述旋转台上的两个多炉膛无氧化加热炉601，每一旋转台上602的两个多炉膛无氧化加热炉601的炉门6013相背设置，所述旋转台602能转动以使得其上的两个多炉膛无氧化加热炉601的炉门6013交替朝向所述上料系统。较佳的，每一旋转台602上的两个多炉膛无氧化加热炉601相互独立，两个多炉膛无氧化加热炉601在工作时，二者紧贴设置，两个多炉膛无氧化加热炉601可以相互分离，便于对多炉膛无氧化加热炉601进行维护，两个多炉膛无氧化加热炉601的电缆、管线分别沿旋转台602的中心穿入，避免在旋转过程中，电缆、管线等互相缠绕、疲劳易断。所述多炉膛无氧化加热炉601具体包括多炉膛真空加热炉。

具体的，如图2所示，所述出料系统包括用于将成型后的料件从压机80中取出的出料机械手90和用于将料件运输至工作人员处以进行收料的输送机100。所述拆垛系统包括用于拆垛小车10、打标装置20、拆垛机械手30以及进料台40，所述拆垛小车10上堆放若干坯料，所述打标装置20将所述拆垛小车10上的坯料进行分张并打标，所述拆垛机械手30将打标完成的坯料拾取并放到所述进料台40上。

如图1和2所示，在本实施例中，所述上料系统包括设置于所述压机80与所述拆垛系统之间的桁架、分别设置于所述桁架上的第一上料装置和第二上料装置。所述第一上料装置用于将经由所述拆垛系统分张后的坯料放入所述第一无氧化加热系统60或所述第二无氧化加热系统61中加热，所述第二上料系统用于将经由所述坯料定位系统70定位后的坯料放入所述压机80中。如图4所示，在另一实施例中，所述上料系统包括第一机器人120和第二机器人110，所述第一机器人120用于将经由所述拆垛系统分张后的坯料放入所述第一无氧化加热系统60或所述第二无氧化加热系统61中加热，所述第二机器人110用于将经由所述坯料定位系统70定位后的坯料放入所述压机80中。

较佳的，所述压机80、所述桁架、所述进料台40以及所述输送机100的长轴方向的中轴线重合，所述第一无氧化加热系统60和所述第二无氧化加热系统61分别位于所述桁架的长轴方向的两侧，有利于缩短产线的长度。所述旋转台602可往复旋转180°，使得所述第一无氧化加热系统60和第二加热系统61上的两个多炉膛无氧化加热炉601的炉门6013可交替朝向桁架以进行出入料。当任一多炉膛无氧化加热炉601朝向桁架以进行出入料时，其炉门6013与桁架平行。

具体的，结合图2和图3所示，所述桁架包括第一立柱片501、第二立柱片504以及分别用于连接所述第一立柱片501和所述第二立柱片504的第一横梁505和第二横梁506。所述第一上料装置设置于所述第一横梁505上，所述第二上料装置设置于所述第二横梁506上。所述第一立柱片501和所述第二立柱片504分别设有供所述第一上料装置和所述第二上料装置穿过的窗口，所述第一上料装置穿过所述窗口对所述多炉膛无氧化加热炉601进行上料，所述第二上料装置穿过所述窗口将所述多炉膛无氧化加热炉601内完成加热的坯料取走，并将坯料放入压机80中。进一步的，所述第一上料装置和所述第二上料装置分别包括设置于所述第一横梁505和/或所述第二横梁506上的升降杆503和连接于所述升降杆503的悬伸梁502。所述升降杆503可沿竖直方向往复运动，所述悬伸梁502可沿水平方向往复运动。

结合图1、图2和图6所示，所述坯料定位系统包括立柱701、设置于所述立柱701上的导杆702、升降平台704、设置于所述升降平台704上的对中手指703，以及电机705。其中，所述电机705驱动所述升降平台704沿着所述导杆在竖直方向上往复运动，所述对中手指703用于将从所述多炉膛无氧化加热炉601中出来的坯料进行对中设置，使坯料对中放置于升降平台704上，以便第二上料装置能精准地将加热后的坯料放入压机80中，利于坯料成型的精确度。较佳的，所述坯料定位系统701设置于所述上料系统的第一立柱片501和所述第二立柱片504之间，有效减小产线的布置空间。

具体的，结合图4和图5所示，所述多炉膛无氧化加热炉601包括炉体6011、驱动系统6012、调压系统以及加热系统。所述炉体6011上设有多个炉膛，较佳的，每个炉体6011上设有4-5个炉膛，多个炉膛沿竖直方向依次设置。每个所述炉膛对应设置一炉门6013，每一所述炉门6013上朝向所述炉膛的一侧固定连接有料架6014。所述驱动系统6012用于驱动所述炉门6013运动，使得所述炉门6013远离和贴紧所述炉膛，所述料架6014能随所述炉门6013的运动伸入所述炉膛内或伸出所述炉膛外，因此，放置于料架6014上的坯料也随之伸入所述炉膛内或伸出所述炉膛外。采用这种结构，本实施例所述的第一上料装置和所述第二上料装置无需伸入所述炉膛内进行上料和取料，因此，所述炉膛也无需空出一定高度的空间以使所述第一上料装置和所述第二上料装置伸入其内，如此，大大减小了单个炉膛的空间，尤其是减小了炉膛的高度，使得相同高度的炉体6011上可以多设置几层炉膛，满足生产节拍。所述调压系统包括用于将所述炉膛抽真空的抽真空单元以及用于向所述炉膛内充入保护性气体的充气单元。所述加热系统设置于所述炉膛内。

采用上述方案，当坯料被放入炉膛内后，抽真空单元对炉膛进行抽真空，当炉膛内的真空度达到0.1-500pa时，快速向炉膛内充入高纯度惰性气体，比如纯度在99.99％-99.999％之间的氮气，当炉膛内的压力接近(略大于或略小于)或等于大气压时，加热系统对坯料进行加热至900-980℃之间，较佳的，坯料被加热至930℃；当坯料被加热至该温度区间时，驱动系统6012驱动炉门6013打开，远离炉膛，坯料随着料架6014伸出炉膛外。

进一步的，如图4和5所示，所述多炉膛无氧化加热炉601还包括导向机构6015。所述导向机构6015的一端与所述炉门6013连接，所述导向机构6015的另一端与所述驱动系统6012连接，所述驱动系统6012驱动所述导向机构6015带动所述炉门6013远离、贴紧所述炉膛，可以提高炉门6013运动的精确度。

综上所述，本实施例中所述的生产线的工作过程如下：

拆垛小车10上的坯料经过打标后，拆垛机械手30将其放入进料台40上；

进料台40将坯料滚动至上料系统旁，具体为桁架旁，进入等待位；

第一上料装置通过升降杆503的竖直运动和悬伸梁502的水平运动，将进料台40上的坯料抓取后放入多炉膛无氧化加热炉601的料架6014上，随后，第一上料装置迅速退回进料台40上方；

多炉膛无氧化加热炉601的驱动系统6012驱动炉门6013关闭，待炉门6013关紧后，抽真空单元对炉膛进行抽真空，待炉膛内的真空度达到0.1-500pa之间时，加热系统对坯料进行加热，待坯料被加热至900-980℃之间时，驱动系统6012驱动炉门6013打开并远离炉膛，坯料随之退出炉膛外，待第二上料装置将坯料抓取后，第一上料装置立即将新的坯料放入料架6014上；

第二上料装置将加热后的坯料放置于升降平台704上，对中手指703对坯料进行定位，其中，升降平台704可根据不同层的炉膛的出料工况，自行升降至对应高度的位置；

第二上料装置通过升降杆503的竖直运动和悬伸梁502的水平运动，将定位后的坯料抓取放入压机80内进行成型成料件，同时，第二上料装置迅速退回至安全区域；

出料机械手90将压机80内成型后的料件抓取，放入输送机100中，输送机100将料件传送至工作人员处。

需要说明的是，如图2所示，本实施例的生产线总共包括a、b、c、d四个多炉膛无氧化加热炉601，四个加热炉的出料顺序包括a→c→b→d这一顺序。当a多炉膛无氧化加热炉601的所有炉膛完成出料后，第一无氧化加热系统60的旋转台602旋转，使b多炉膛无氧化加热炉601的炉门6013朝向桁架，与此同时，c多炉膛无氧化加热炉601的各个炉膛依次进行出料；当c多炉膛无氧化加热炉601的所有炉膛完成出料后，第二无氧化加热系统61的旋转台602旋转，使d多炉膛无氧化加热炉601的炉门6013朝向桁架，与此同时，b多炉膛无氧化加热炉601的各个炉膛依次进行出料；当b多炉膛无氧化加热炉601的各个炉膛均完成出料后，d多炉膛无氧化加热炉601的各个炉膛依次进行出料。在此过程中，旋转台602视情况进行旋转，以实现其上的多炉膛无氧化加热炉601的炉门6013交替朝向桁架，即，使得每一旋转台602上的两个加热炉交替处于出料位置，满足3-4冲次/分钟的生产节拍要求，确保了产线的生产率。

与现有技术相比，本实施例所述的生产线具有以下优点：

1.所述的生产线使坯料在真空度为0.1-500pa的加热炉中进行加热至900℃-980℃，实现了坯料完全无氧化加热，避免坯料的表面发生氧化，可省却零件后续的喷丸工艺。

2.使用了加热炉旋转技术，在保证生产节拍的前提下，将出料点与压机之间的距离缩短至最低只有5米，大幅度减少了高温坯料在大气环境下停留的时间，降低了坯料在转运过程中氧化的可能性，同时减小了坯料的温降，保证了坯料进压机时的温度；另外，也避免了现有技术中采用2个八层炉膛的加热炉相对设置会导致加热炉过高的缺点。

3.背对背设置的两个加热炉共用一个旋转平台进行往复180°运动，避免了各个加热炉做环形平动360度循环旋转会使电缆、管线等互相缠绕、疲劳易断的问题。

4.空间合理布局，第一上料装置与第二上料装置共用一个桁架，对压机上料时间和加热炉上料时间进行了合理分配，避免了两个上料装置发生碰撞。

5.多炉膛无氧化加热炉601的单个炉膛生产周期约为2-4分钟，由于多炉膛无氧化加热炉601整体进行旋转运动，整个生产线线的生产节拍为3-4冲次/分钟，达到了工业化要求。

本发明中应用了具体实施例对本发明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发明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，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。