一种节能型热成形钢类零件分步成形装备及工艺的制作方法

本发明涉及一种成型装备及工艺，尤其涉及一种节能型热成形钢类零件分步成形装备及工艺。

背景技术：

传统的热成形生产线的加热炉及压力机的功率较大，完成零件热成形所耗费的能量较多，不利于节能环保；此外传统热成形生产线上料、加热、成形三道工序占地长度较长，占地面积较大，不利于节约厂房空间。

技术实现要素：

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种节能型热成形钢类零件分步成形装备及工艺。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种节能型热成形钢类零件分步成形装备，包括一次加热装置、一次成形装置、二次加热炉、整形淬火装置；一次加热装置、一次成形装置、二次加热炉、整形淬火装置从前到后依次设置；一次加热装置的前方设置有上料装置，整形淬火装置的后方设置有下料传送带；上料装置、一次加热装置、一次成形装置、二次加热炉、整形淬火装置的后方均设置有上下料机械手；一次成形装置、整形淬火装置的外侧均设置有压机；

上料装置包括上料工作台、坯料定位器，坯料定位器设置于上料工作台上，待成形钢类零件通过坯料定位器定位并放置于上料工作台上；

一次加热装置包括一次复合加热快速升温设备、一次复合加热低速升温设备，一次复合加热低速升温设备设置于一次复合加热快速升温设备的后方；一次复合加热快速升温设备内设置有一次复合加热零件传输装置A，一次复合加热低速升温设备内设置有一次复合加热零件传输装置B；

压机包括压机上工作台、压机下工作台，压机下工作台设置于压机上工作台的下方；

一次成形装置包括热成形模具上模、热成形模具下模，热成形模具下模设置于热成形模具上模的下方；热成形模具上模、热成形模具下模分别固定设置于其外侧的压机上工作台、压机下工作台上；

热成形模具上模包括上模镶块A、上模加热炉膛，上模镶块A设置于上模加热炉膛内；热成形模具下模包括下模镶块A、下模加热炉膛，下模镶块A设置于下模加热炉膛内；

整形淬火装置包括整形淬火模具上模、整形淬火模具下模，整形淬火模具下模设置于整形淬火模具上模的下方；整形淬火模具上模、整形淬火模具下模分别固定设置于其外侧的压机上工作台、压机下工作台上；

整形淬火模具上模上设置有上模镶块B，整形淬火模具下模上设置有下模镶块B。

上模加热炉膛、下模加热炉膛内均设置有电阻丝。

上模镶块B、下模镶块B的内部均设置有冷却管道。

节能型热成形钢类零件分步成形装备的加工工艺的步骤为：

步骤一、上料：

将待成形钢类零件通过坯料定位器定位并放置于上料工作台上；分步成形装备的加工生产线启动后，上料装置后方的上下料机械手将待成形钢类零件送入到一次复合加热零件传输装置A上；

步骤二、一次加热：

一次复合加热零件传输装置A带动待成形钢类零件移动经一次复合加热快速升温设备加热升温后，再输送入一次复合加热低速升温设备中，进行低速升温，一次复合加热零件传输装置B带动待成形钢类零件匀速向后移动；

步骤三、一次成形：

热成形模具上模外侧的压机上工作台处于打开状态，使得热成形模具上模同样也处于打开状态；一次加热装置后方的上下料机械手将升温后的待成形钢类零件从一次复合加热低速升温设备中取出，放入到热成形模具下模中；待成形钢类零件放入热成形模具下模后，压机上工作台向下运动带动热成形模具上模向下运动，最终热成形模具上模与热成形模具下模合模，完成对待成形钢类零件的一次成形，得到一次成形件；

在一次成形的过程中，上模加热炉膛、下模加热炉膛内的电阻丝分别对上模镶块A、下模镶块A进行加热，确保上模镶块A、下模镶块A的温度保持在450-600℃；

步骤四、二次加热：

热成形模具上模外侧的压机上工作台向上运动，带动热成形模具上模向上运动与热成形模具下模相互分离；一次成形装置后方的上下料机械手将一次成形件从热成形模具下模中取出并送入到二次加热炉中，一次成形件在二次加热炉中快速进行二次加热，最终加热到830-879℃，升温速率为10-20℃/s；一次成形件完成设定温度升温后，保温120s；

步骤五、整形淬火：

整形淬火模具上模外侧的压机上工作台处于打开状态，使得整形淬火模具上模同样也处于打开状态；一次成形件完成加热后，二次加热炉后方的上下料机械手将一次成形件从二次加热炉中取出，放入到整形淬火模具下模中；一次成形件放入后，压机上工作台向下运动，带动整形淬火模具上模向下运动，最终整形淬火模具上模与整形淬火模具下模合模并保压10s，完成对一次成形件的整形和淬火；

在整形淬火的过程中，上模镶块B和下模镶块B内的冷却管路均通入冷却水对一次成形件进行冷却，确保最终成形的钢类零件的冷却速率大于60℃/s；

步骤六、下料：

整形淬火模具上模外侧的压机上工作台向上运动，带动整形淬火模具上模向上运动与整形淬火模具下模相互分离；整形淬火装置后方的上下料机械手将最终成形的钢类零件从整形淬火模具下模中取出并送入到下料传送带上，完成热成形钢类零件的传输。

进一步地、步骤二中的待成形钢类零件为带涂层热成形钢类零件；首先将带涂层热成形钢类零件经一次复合加热快速升温设备快速升温到450℃，升温速率大于30℃/s；再将带涂层热成形钢类零件输送入一次复合加热低速升温设备中，进行低速升温，将带涂层热成形钢类零件的温度由450℃升温到700℃，升温速率为1.5-6℃/s；带涂层热成形钢类零件一次加热过程的最终加热温度为700℃。

进一步地、步骤二中的待成形钢类零件为无涂层热成形钢类零件；首先将无涂层热成形钢类零件经一次复合加热快速升温设备快速升温到450℃，升温速率大于30℃/s；再将无涂层热成形钢类零件输送入一次复合加热低速升温设备中，无涂层热成形钢类零件随着一次复合加热零件传输装置B向后移动传输，在传输过程中加热并升温，最终加热到700℃；无涂层热成形钢类零件一次加热过程的最终加热温度为700℃。

本发明的钢类零件分步成形装备及工艺与传统热成形装备及工艺相比，完成钢类零件热成形所耗费的能量更少，有利于节能，更加经济环保，并且钢类零件分步成形装备的占地长度更小，占地面积更小，有利于节约厂房空间。

附图说明

图1为分步成形装备的结构示意图。

图2为图1的侧视图。

图3为一次成形装置的结构示意图。

图4为热成形模具下模的结构示意图。

图5为热成形模具上模的结构示意图。

图6为上模加热炉膛的结构示意图。

图7为下模加热炉膛的结构示意图。

图8为整形淬火模具下模的结构示意图。

图9为整形淬火模具上模的结构示意图。

图中：11、上料工作台；12、坯料定位器；13、待成形钢类零件；21、上下料机械手；31、一次复合加热零件传输装置A；32、一次复合加热快速升温设备；33、一次复合加热低速升温设备；34、一次复合加热零件传输装置B；41、压机上工作台；42、压机下工作台；51、二次加热炉；61、下料传送带；71、热成形模具上模；72、热成形模具下模；73、上模镶块A；74、下模镶块A；75、上模加热炉膛；76、下模加热炉膛；81、整形淬火模具上模；82、整形淬火模具下模；83、上模镶块B；84、下模镶块B。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1、2所示，一种节能型热成形钢类零件分步成形装备，包括一次加热装置、一次成形装置、二次加热炉51、整形淬火装置；一次加热装置、一次成形装置、二次加热炉51、整形淬火装置从前到后依次设置；一次加热装置的前方设置有上料装置，整形淬火装置的后方设置有下料传送带61；上料装置、一次加热装置、一次成形装置、二次加热炉51、整形淬火装置的后方均设置有上下料机械手21；一次成形装置、整形淬火装置的外侧均设置有压机；

上料装置包括上料工作台11、坯料定位器12，坯料定位器12设置于上料工作台11上，待成形钢类零件13通过坯料定位器12定位并放置于上料工作台11上；待成形钢类零件13可以为钢板等钢类零件。

一次加热装置包括一次复合加热快速升温设备32、一次复合加热低速升温设备33，一次复合加热低速升温设备33设置于一次复合加热快速升温设备32的后方；一次复合加热快速升温设备32内设置有一次复合加热零件传输装置A31，一次复合加热低速升温设备33内设置有一次复合加热零件传输装置B34；

压机包括压机上工作台41、压机下工作台42，压机下工作台42设置于压机上工作台41的下方；

如图3所示，一次成形装置包括热成形模具上模71、热成形模具下模72，热成形模具下模72设置于热成形模具上模71的下方；热成形模具上模71、热成形模具下模72分别固定设置于其外侧的压机上工作台、压机下工作台上；

如图4-7所示，热成形模具上模71包括上模镶块A73、上模加热炉膛75，上模镶块A73设置于上模加热炉膛75内；热成形模具下模72包括下模镶块A74、下模加热炉膛76，下模镶块A74设置于下模加热炉膛76内；上模加热炉膛75、下模加热炉膛76内均设置有电阻丝。

如图8、9所示，整形淬火装置包括整形淬火模具上模81、整形淬火模具下模82，整形淬火模具下模82设置于整形淬火模具上模81的下方；整形淬火模具上模81、整形淬火模具下模82分别固定设置于其外侧的压机上工作台、压机下工作台上；整形淬火模具上模81上设置有上模镶块B83，整形淬火模具下模82上设置有下模镶块B84。上模镶块B83、下模镶块B84的内部均设置有冷却管道。

节能型热成形钢类零件分步成形装备的加工工艺的步骤为：

步骤一、上料：

将待成形钢类零件13通过坯料定位器12定位并放置于上料工作台11上；分步成形装备的加工生产线启动后，上料装置后方的上下料机械手21将待成形钢类零件13送入到一次复合加热零件传输装置A31上；

步骤二、一次加热：

一次复合加热零件传输装置A31带动待成形钢类零件13移动经一次复合加热快速升温设备32加热升温后，再输送入一次复合加热低速升温设备33中，进行低速升温，一次复合加热零件传输装置B34带动待成形钢类零件13匀速向后移动；当待成形钢类零件13为带涂层热成形钢类零件或无涂层热成形钢类零件时，其一次加热过程分开说明如下：

1)待成形钢类零件13为带涂层热成形钢类零件；首先将带涂层热成形钢类零件经一次复合加热快速升温设备32快速升温到450℃，升温速率大于30℃/s；再将带涂层热成形钢类零件输送入一次复合加热低速升温设备33中，进行低速升温，将带涂层热成形钢类零件的温度由450℃升温到700℃，升温速率为1.5-6℃/s，对升温速率进行限制是由于涂层与钢类零件之间进一步发生反应并使合金化层增厚的最佳温度范围为450-700℃，且反应结合过程需要一定的时间来完成；

通过一次加热过程使得带涂层热成形钢类零件温度上升到700℃，且其温度分布均匀，涂层与钢类零件表面形成合金化层进一步加厚。

2)待成形钢类零件13为无涂层热成形钢类零件；首先将无涂层热成形钢类零件经一次复合加热快速升温设备32快速升温到450℃，升温速率大于30℃/s；再将无涂层热成形钢类零件输送入一次复合加热低速升温设备33中，无涂层热成形钢类零件随着一次复合加热零件传输装置B34向后移动传输，在传输过程中加热并升温，最终加热到700℃；

通过一次加热过程使得无涂层热成形钢类零件温度上升到700℃，且其温度分布均匀。

一次加热方式为复合加热方式，即快速加热和低速加热组合的加热方式；其中快速加热部分包括感应加热、电加热等方式；低速加热可采取电加热、气加热等方式，低速加热炉结构可采取箱式炉或者辊底轮等。

步骤三、一次成形：

热成形模具上模71外侧的压机上工作台处于打开状态，使得热成形模具上模71同样也处于打开状态；一次加热装置后方的上下料机械手将升温后的待成形钢类零件13从一次复合加热低速升温设备33中取出，放入到热成形模具下模72中；待成形钢类零件13放入热成形模具下模72后，压机上工作台向下运动带动热成形模具上模71向下运动，最终热成形模具上模71与热成形模具下模72合模，完成对待成形钢类零件13的一次成形，得到一次成形件；这一过程从取料到上料到一次成形完成，要在10s内完成。

在一次成形的过程中，上模加热炉膛75、下模加热炉膛76内的电阻丝分别对上模镶块A73、下模镶块A74进行加热，确保上模镶块A73、下模镶块A74的温度保持在450-600℃，使得一次成形模具温度设定在450-600℃。

无论待成形钢类零件13是带涂层热成形钢类零件还是无涂层热成形钢类零件，在热成形模具中一次成形的温度均为450-600℃，设定此一次成形温度原因如下：

1)此温度区间涂层存在状态为非液态，成形过程中不会被破坏；

2)此温度区间热成形钢板变形抗力较小；

3)此温度区间热成形钢板塑性较好；

4)成形后一次成形件温度仍然在450-600℃之间，在后序二次加热过程中在此温度基础上继续升温，无需从室温状态开始升温，达到节能目的。

一次成形过程要实现两个目的：一、确保待成形钢类零件13发生变形，实现产品形状呈现，即一次成形件；二、待成形钢类零件13转变为一次成形件过程中温度始终保持450℃以上。

步骤四、二次加热：

热成形模具上模71外侧的压机上工作台向上运动，带动热成形模具上模71向上运动与热成形模具下模72相互分离；一次成形装置后方的上下料机械手将一次成形件从热成形模具下模72中取出并送入到二次加热炉51中，一次成形件在二次加热炉51中快速进行二次加热，最终加热到830-879℃，升温速率为10-20℃/s，视生产线节拍进行设定；一次成形件完成设定温度升温后，保温120s；

二次加热过程要实现两个目的：一、快速将一次成形件温度升高到830℃-879℃的设定温度；二、确保一次成形件内外温度分布均匀。

二次加热炉51结构可采取箱式炉、回转加热炉等，加热方式可采取电加热、气加热等方式。

步骤五、整形淬火：

整形淬火模具上模81外侧的压机上工作台处于打开状态，使得整形淬火模具上模81同样也处于打开状态；一次成形件完成加热后，二次加热炉51后方的上下料机械手将一次成形件从二次加热炉51中取出，放入到整形淬火模具下模82中；一次成形件放入后，压机上工作台向下运动，带动整形淬火模具上模81向下运动，最终整形淬火模具上模81与整形淬火模具下模82合模并保压10s，完成对一次成形件的整形和淬火；这一过程从取料到上料到模具闭合，要在5s内完成。

在整形淬火的过程中，上模镶块B83和下模镶块B84内的冷却管路均通入冷却水对一次成形件进行冷却，通过上模镶块B83和下模镶块B84中冷却水的流量和流速来确保最终成形的钢类零件的冷却速率大于60℃/s，在这样的冷却速率下，高温下形成的奥氏体最终将主要转变为马氏体或具有高强度的马氏体-贝氏体组织。

整形淬火过程要实现两个目的：一、将一次成形件在二次加热过程中产生的变形进行校正，实现最终产品形状精确呈现；二、完成对最终成形件的淬火。

一次成形的热成形模具型面设计确保一次成形件呈现形状和最终产品形状完全符合；在二次加热过程中零件会有轻微变形，整形淬火模具完成消除二次加热过程中的轻微变形，有如下三点说明：一、由于成形过程中变形量小，成形力小，所需压机吨位小，500T压机可满足要求，生产能耗低；二、由于一次成形件形状和最终产品形状接近，成形过程中压机空行程增加，加载行程大幅减小(零件料厚2-3倍)，压机空载时速度远大于加载时速度，所以压机闭合时间大幅降低，可实现整形淬火过程从取料到上料到模具闭合5s内完成；三、整形淬火模具中的上模镶块B83和下模镶块B84各处和钢类零件几乎同时接触，钢类零件各处冷却速度接近，所以最终性能接近一致。

步骤六、下料：

整形淬火模具上模81外侧的压机上工作台向上运动，带动整形淬火模具上模81向上运动与整形淬火模具下模82相互分离；整形淬火装置后方的上下料机械手将最终成形的钢类零件从整形淬火模具下模82中取出并送入到下料传送带61上，完成热成形钢类零件的传输。

以年生产量100万冲次生产线为例，节能情况如此：

传统热成形生产线加热炉功率将近1500kW，1200T压机功率500kW，完成加热成形总功率约2000kW左右；采用本发明的工艺，一次加热功率包括快速加热装置600kW和箱式炉加热350kW，共计950kW。一套800T压力机350kW，一套500T压力机100kW，总计450kW，二次加热炉200kW；加热成形总功率合计1600kW。相对于传统热成形生产线，制氮设备，冷却水设备等都一致，所以总节能量20％左右。

以年生产量100万冲次生产线为例，节约场地空间如此：

传统热成形生产线上料、加热、成形三道工序占地长度65米左右(上料装置8米，加热炉40米，压机10米，下料传送带7米)，采用本发明工艺，生产线总长约50米(上料装置8米，一次加热装置中快速加热部分3米，箱式炉加热部分12米，一次成形压机10米，二次加热装置5米，二次成形压机5米，下料7米)，节约厂房空间20％以上。

综上所述，针对带涂层热成形钢类零件的节能分步成形工艺的主要步骤为一次加热、一次成形、二次加热、整形淬火；其中一次加热的意义在于确保热成形钢类零件温度上升到700℃且温度分布均匀，同时在升温过程中涂层与热成形钢类零件表面的合金化层进一步加厚。一次成形确保零件在较低的变形抗力作用下完成形变，实现产品形状呈现；二次加热的意义在于快速将一次成形件温度升高到淬火温度范围830-879℃并确保内外温度分布均匀；整形淬火的意义在于快速完成零件校形并完成对最终产品的淬火。

针对无涂层热成形钢类零件的节能分步成形工艺的主要步骤为一次加热、一次成形、二次加热、整形淬火；其中一次加热的意义在于确保钢类零件达到一次成形温度700℃且温度分布均匀；一次成形确保零件在较低的变形抗力作用下完成形变，实现产品形状呈现；二次加热的意义在于快速将一次成形件温度升高到淬火温度范围830-879℃并确保其内外温度分布均匀；整形淬火的意义在于快速完成零件校形并完成对最终产品的淬火。

上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。