热成型工艺在汽车零件制造过程中的应用

摘 要：近年来，热成型工艺在汽车领域加强零件制作过程中，运用越来越广泛。特别是保障汽车安全性能的零件采用此工艺的较多。采用热成型工艺制作的零件具有诸多优点，强度超高，一次成型，质量轻，从而油耗低但丝毫不影响汽车的安全要求。此次论文阐述的是零件的制作工艺过程和工艺的设备，以及整个工艺当中需注意的要点和难点。

关键词：热成型；工艺；设备

1. 压机生产线描述

1.1 生产线内容

1.1.1 整体简介

压机生产线包含以下主要内容：1台料片拆垛装置，附带2个料架，使用1台Destacker进行拆垛、打标记、传送料片进入加热炉，高温加热炉，1台给压机上料的SpeedFeeder，1套换模系统，使用2个平台进行快速、节省空间的操作，1台带有高速蓄能系统的液压机，1台下料的SpeedFeeder，1条成形零件的退出传送带，热成形模具水冷却的监控模块和管道系统，料片/零件温度测量系统，带有2台高温热成像仪，控制系统（Siemens），带有1个主控制面板对整条生产线进行控制。

1.1.2 料片信息

系统能够处理大范围的汽车车身零件的料片，尺寸如下：

最大料片尺寸：L=1500mm × W=2000mm 最小料片尺寸：L=300mm × W=265mm

料片厚度：0.8 – 2.5mm 最大重量：28 kg （1张、2张或4张料片）

最大料片堆垛高度：500mm 材料：Mn22B5（无镀层）和22MnB5-AlSi （有镀层）

1.2 冲压设备

1.2.1 整体简介

在机架上方的中心部分，使用厚板作为滑块油缸的安装基座。机架的下部安放液压垫和台面。滑块的导向是通过机架中的四个淬火钢制导向装置来实现的。机架的上、下部分都装有起吊装置。滑块运行是由双动油缸控制的。

1.2.2 液压系统

液压系统安装在机座的上方后部，并拥有先进的设计。多路液压系统是参照DIN标准制造。插装阀提供一个特快速、可靠、无冲击的液压系统。通过使用多路结构，管道工作的数量被保持在一个最小数量。系统能够做到基本无泄漏，而且液压元件便于调整和维护。低噪音运行的轴向柱塞泵驱动整个液压系统。每个泵配备了电驱动调节设备和比例控制压力和流量调节单元。压力和流量可以独立控制调节。通过一个比例流量阀，压机控制系统可以对每个油缸进行个别调节。

1.3 自动化设备

1.3.1 上料

使用铲车将料片放入料架中。复位安全围栏后，Feeder就开始拆垛料片了。当一个料架清空后，Feeder会自动转向另一个料架进行工作。抓好的料片会被打钢印和进行双料片检测。如果被检测到有双料，此料片就会被堆放在打钢印和炉口间的区域。正常的料片会放在传送皮带上传送至炉内。

1.3.2 出料

一个输出传送皮带用来传送成型料片。这个传送带有一个带滚轮的刚架，易于传送。传送带尾部装有一个操作盒。这个盒子包括一个急停按钮和一个选择模式开关。位于出料位置的传感器系统用来检测传送带上是否清空才能进行卸料。另一个传感器系统用来检测输出尾部是否有料片。如果任意一个传感器检测到有料片，整线将会自动停止直至传感器检测到无料。

1.4 加热设备

1.4.1 描述

加热平面料片的高温加热炉的加热范围大致从20℃至930℃。在没有保护气氛的情况下，最大加热温度可达980℃。可以通过可选的ENDO气体发生器与安全设备获得高效的保护气氛。加热炉可选用A）天然气加空气或B）甲醇-氮气喷射系统之一。高质量的辊轮输送系统将料片传送通过加热炉膛直至炉外的对。加热炉的加热段长度为24米，炉膛宽度2.3米，可以加热1个、2个B柱，或并排4个零件。这种料片的布置方案在随后的文中称为一“批”。

2. 工艺要点

2.1 拆垛装置

在拆垛装置所需要的一些特殊工艺要求有：

1. 实现高速全自动换模，即要求有两台料片堆垛装置，一台用于生产时，一台可用于人工装载料片。

2. Destacker运载料片采用真空发生器装置，采用吸盘形式，真空度是考核最关键标准，整个系统对于真空度有严格监测，严格防止料片没有吸牢，吸盘损坏，机械手损坏等情况发生。

2.2 加热装置

在加热装置所需要的一些特殊工艺要求有：

1. 加热炉设备在断电模式下，要立刻进入后备电源保护模式，滚轮处于运转阶段，但是其他设备处于断电模式。因为突然断电对于滚轮和加热元件有致命损伤，所以备用方案尤为重要。

2. 加热设备需要密封性优良，且高温加热需要恒温恒定，在小范围内波动。这就需要加热辐射管燃烧次序上的选择排列；同时保护气氛（95%氮气+5%天燃气）的充入可以使炉内无氧气或者多余少量氧气的燃烧消耗。炉内没有氧气就意味着料片上面没有氧化皮，保证零件质量。

3. 对采用finger形式，对已经加热到930℃的料片进行快速对中定位，采用Festo的气动伺服气缸系统控制。

2.3 压机装置

1. 滑块的迅速下滑，成形，回程是压机要素，采用PCH技术可以达到800mm/s是国际领先水平。

2. 对于模具内的料片成形，可选择的cushion中垫可以达到完美的成形效果。

3. 压机冷却速度要求高，一般冷却时间约6s。提高SPM故需要PCH技术支持。

4. 整个液压系统采用伺服阀，比例阀控制，都是采用国际知名品牌力士乐Rexroth或者MOOG。所以精确的液压控制和位置反馈使得液压系统快速，准确，稳定。

2.4 Feeder装置

1. 采用三轴即X轴（横向）Y轴（纵向）Z轴（上下方向）机械手伺服系统控制，达到快速，准确定位的要求。从而满足料片能够迅速进入压机进行冷却和准确抓料的要求。

2. Load Feeder和Unload Feeder采用耦合同步方式，目的是防止两机械手碰撞出错。

2.5 水冷机装置

1. 250冷吨的制冷量才能满足炎炎夏日6秒的冷却时间里面降低至200℃左右的要求。

2. 水流量需要达到3000L*2的容积才能满足冷却量的要求。