[發明專利]一種高溫氣脹成形生產線系統及方法

有效

• 申請號: 201710440022.3
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107052127B
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 趙洪棟;劉冠利;姚圣杰
• 申請（專利權）人: 東營布魯特新材料有限公司
• 主分類號: B21D26/033
• 分類號: B21D26/033;B21D43/10;B21D43/08;B21D37/16;B21C51/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

本發明屬于生產制造技術領域，公開了一種高溫氣脹成形生產線系統及方法，該生產線系統包括：坯料垛，坯料檢測系統，預成型工位的組成裝置，坯料預熱設備，上料輥道，上料的上料機械臂或工業機器人，四柱液壓機，下料機械臂或工業機器人，總控系統等；生產線生產方法為坯料檢測、預成型、坯料預熱、上料、合模脹形、開模下料、后處理。本發明通過工藝驗證，結合高壓氣源、坯料預熱裝置，帶水平缸液壓機及模具系統以及上下料自動化裝置，集合整線總控系統實現高溫氣脹成形生產線的產業化推廣；可實現最高1100℃下的高溫氣脹成形，可自由成形幾乎所有的金屬材料，尤其適用于高強度金屬構件；且產線投資低，成本回收快。

技術領域

本發明屬于生產制造技術領域，尤其涉及一種高溫氣脹成形生產線系統及方法。

背景技術

超輕車身(ULSAB)、超輕覆蓋件(ULSAC)、超輕懸架系統(ULSAS)和新概念超輕車身(ULSAB-AVC)等項目的成功實施，驗證了高強度鋼在減輕汽車自重和改善車輛性能中的有效性。為此，大力開發高強度鋼材料及其相關成形技術和連接技術對進一步推進高強度鋼在汽車中的應用至關重要。

瑞典的Plannja公司于1977年開發了熱沖壓工藝并在1984年成功試制了硬硼鋼構件應用于薩博9000汽車品牌。此后自1987年至1997年的十年間利用該工藝生產的汽車構件從3,000,000件/年增加至8,000,000件/年，到2007年更是急劇增長至大約107,000,000件/年，且構件涵蓋了A柱、B柱、保險杠、車頂縱梁以及管狀加強件等諸多品種。然而傳統的熱沖壓工藝由于設備原因在管狀件熱成形時具有較大的弊端，為此又發展了液壓成型工藝，可以完成具有復雜斷面管狀件的成型，同時保證管材具有優良的表面質量。

但是生產中也發現，傳統的內高壓成形，即液壓成形工藝也存在一些無法克服的問題，主要體現在：由于受高壓介質的限制，成形溫度均低于300℃,因此基本均在室溫成形，材料成形塑性較低，無法實現較大塑性變形；且一旦涉及材料強度太高的話，該方法根本無法實現構件成形；另外，成形壓力高，所需油壓可高達幾百兆帕，因此導致壓機噸位居高不下，因此設備造價昂貴；再者，傳統內高壓成形的成形速度較慢，單件成形時間均在1min以上，對于追求高生產效率的汽車零部件產業，該工藝具有先天缺陷。

基于上述現狀，提出以氣體為高壓介質的氣脹成形技術，顯著克服了上述內高壓成形工藝的不足，具有良好的產業化前景。但是迄今為止，我國在HMGF方面的研究多數局限于鎂合金、鋁合金及鈦合金等低熔點有色金屬的氣壓脹形、超塑性成形方面數值模擬及實驗工藝研究。除了上述有色金屬之外，鋼鐵材料尤其是高強鋼結構件的生產也是該工藝應用的重點。但實際上，由于高強度鋼板具有更高的屈服應力和抗拉強度，而硬化指數n值和厚向異性系數r值卻比較低，延伸率也較低；且隨著強度的提高，延伸率下降。因此高強度鋼板的成形性能比普通鋼板要差，而且強度越高成形愈困難。在成形時，高強度鋼板比普通鋼板更易產生破裂和起皺的傾向。此外，與普通低碳鋼板相比，高強度鋼板屈服強度的提高帶來了更大的彈性應變，由其生產的沖壓件的回彈更明顯，容易造成零件的成形精度誤差，并增加試模、修模工作量和成形后的校形工作量。但當高強度鋼在加熱到再結晶溫度以上狀態時，隨著其高強度剛塑性、延展性增加的同時，其屈服強度迅速下降，這個階段最有利于高強鋼板的熱成形。高強鋼板的厚度一般在2.0mm一下，屈服強度在1000MPa以上，抗拉強度在1500MPa以上，將高強度鋼板用于車身骨架，在保證車身強度和剛度的同時減輕重量，并帶來汽車車身的抗撞性能和抗凹性能的提高，由此顯著提高汽車的安全性。有資料顯示，全球最大的鋼鐵公司Arcelor生產的冷卻硬化鋼22MnB5、30MnB5，冷卻后的強度可達1400MPa，采用此種鋼板生產的汽車零件可以使同等強度、剛度的零件減重50％以上。

在基于工藝研究基礎上，且考慮到高強鋼結構件高溫熱成形的可行性，尤其是成形溫度超過500℃的內高壓成形，本發明提供一種切實可行的解決方案；另一方面，國內之前還沒有實現產業化高溫氣脹成形的成套工藝及裝備。本發明設計的生產線具有直接產業化推廣優勢，能夠保證國內首臺套產線的工業化運行所需軟、硬件全方面要求。