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CN109433936B - 变强度零件的热成型生产线和生产方法 - Google Patents

变强度零件的热成型生产线和生产方法 Download PDF

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CN109433936B CN201811208980.9A CN201811208980A CN109433936B CN 109433936 B CN109433936 B CN 109433936B CN 201811208980 A CN201811208980 A CN 201811208980A CN 109433936 B CN109433936 B CN 109433936B
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Abstract

本发明公开了一种变强度零件的热成型生产线和生产方法，该生产线包括依次设置的拆垛装置、上料装置、第一加热炉、第二加热炉、出料装置、压机以及下料装置，所述第一加热炉的出料侧设置有吹气冷却装置，所述压机中设置有变强度涂层模具，所述变强度涂层模具包括表面设置有热障涂层的软区和内置有冷却水路的硬区。本发明可以对刚出炉的坯料进行局部短暂冷却，将坯料的成型温度控制在理想范围内。制备的变强度热成型零件，软区位置可以为零件的任意位置，同时软区和硬区的过度区间窄，并且软区的延伸率高、生产效率快。

Description

变强度零件的热成型生产线和生产方法
技术领域
本发明涉及热成型领域，特别涉及一种变强度零件的热成型生产线和生产方法。
背景技术
目前，高强度热成型工艺制备变强度热成型零件硬区，通常是将坯料加热到完全奥氏体相变温度以上，即860℃以上，然后快速冷却，即以超过27℃/s 的平均冷却速度实施模具冷却，才能获得以马氏体为主体的抗拉强度为 1500MPa的超高强度淬火组织，即硬区。
而实现软区一般有两种方式，一个是降低软区部位的加热温度。将软区区域加热温度控制在奥氏体相变起始温度700℃以下，板材中该区域的原组织铁素体/珠光体没有转变为奥氏体，模具成形并保压淬火冷却以后的组织仍将是基材原有的强度较低的铁素体或珠光体组织。这样就实现了在热压零件上局部区域的软区即低强度区域。
现有的一种方式是，使板材全部区域被加热到完全奥氏体化温度以上，通过在局部区域延缓冷却速度，使该区域室温组织不是马氏体组织，而是铁素体/ 珠光体/贝氏体组织，达到降低该区域强度的目的。但是，现有设备的延缓冷却区域固定且不能任意设置，软硬区之间的过渡区域较大，导致产品加工柔性不好。
发明内容
本发明提供一种变强度零件的热成型生产线和生产方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种变强度零件的热成型生产线，包括：依次设置的拆垛装置、上料装置、第一加热炉、第二加热炉、出料装置、压机以及下料装置，所述第一加热炉的出料侧设置有吹气冷却装置，所述压机中设置有变强度涂层模具，所述变强度涂层模具包括表面设置有热障涂层的软区和内置有冷却水路的硬区。
作为优选，所述热障涂层为多层稳定系ZrO2热障涂层。
作为优选，所述热障涂层由外向内依次包括粘结层、ZrO2-8wt.％Y2O3陶瓷层和Al2O3封堵层。
作为优选，所述粘结层的厚度为0.05mm-0.5mm，所述ZrO2-8wt.％Y2O3陶瓷层的厚度为0.2mm-2mm，所述Al2O3封堵层的厚度为0.2mm-1mm。
作为优选，所述吹气冷却装置包括：送料定位组件和设置在所述送料定位组件上方的冷却组件，其中，所述冷却组件包括：支架、安装在所述支架底部两侧且沿送料方向布置的导向机构、安装在所述支架底部的并与所述导向机构连接的多组喷气机构和驱动所述喷气机构沿送料方向移动的伺服模组，其中，每组伺服模组对应驱动一组喷气机构。
作为优选，所述送料定位组件包括：底座、安装在底座表面的若干送料滚轮、与所述送料滚轮间隔设置的格栅板和与所述格栅板底部连接的顶升机构。
作为优选，所述喷气机构包括：与外部气源连通的气路管路、布置在气路管路底部的若干喷头以及若干伺服电磁阀，其中，所述气路管路的两端分别与所述导向机构的活动部固接，每个伺服电磁阀对应控制一个喷头。
本发明还提供一种变强度零件的热成型生产方法，采用所述的热成型生产线，其特征在于，包括以下步骤：
上料装置将拆垛装置上的坯料上料至第一加热炉中；
所述第一加热炉将坯料加热至奥氏体温度以上，并进行保温；
吹气冷却装置对从第一加热炉中取出的坯料进行局部降温冷却处理，使坯料的软区温度低于AC1温度但高于Ms温度，硬区温度不低于700℃；
所述第二加热炉内对在吹气冷却装置中局部冷却后的坯料进行升温处理，并使软区温度不超过700℃，硬区温度上升至奥氏体温度以上；
将升温后的坯料放置到压机的变强度涂层模具中；
所述变强度涂层模具对坯料进行热压，并进行保压处理；
下料装置将保压后得到的零件进行下料。
作为优选，所述吹气冷却装置对坯料的软区进行吹气冷却，吹气冷却时间为10秒～30秒，冷却气体气压为0.1～3Mpa，采用的冷却气体为还原性气体或者惰性气体。
作为优选，所述第二加热炉的加热时间为5s～50s，所述坯料在变强度涂层模具中的保压时间为10s～50s。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明通过吹气冷却装置，可以用适合的降温速率将板料局部区域的奥氏体转化至贝氏体、铁素体、珠光体组织的温度区间，迅速降温，可减少降温时间，增加生产效率。
2、本发明的热成型生产线中设置有同时具有冷却和加热功能的变强度涂层模具，硬区通以冷却水，其冷却速率大于临界降温速率，形成高强度的马氏体，同时软区表面涂覆一层低导热率的热障涂层，可以降低软区的降温速率，使软区贝氏体、铁素体、珠光体转变充分，并降低组织应力，大大增加软区零件的延伸率。
3、本发明可以用吹气的方式在坯料任意位置或多个位置进行冷却后，再进行短暂加热，进而可以将软区温度维持在特定区间内，使软区组织进行充分转化，同时在软区模具上制备一层热障涂层，进一步减缓软区的降温速率，使所得产品延伸率更高。
附图说明
图1为本发明的变强度零件的热成型生产线的结构示意图；
图2为本发明的变强度零件的热成型生产线中吹气冷却装置的结构示意图；
图3为本发明的变强度零件的热成型生产线中冷却组件的结构示意图；
图4为本发明的变强度零件的热成型生产线中送料定位组件的结构示意图。
图中所示：10、拆垛小车；20、第一上料机器人；30、进料升降台；40、第一加热炉；50、吹气冷却装置；510、支架；512、导向机构；513、喷气机构； 5131、气路管路；5132、喷头；514、伺服模组；5141、伺服电机；5142、传动机构；520、送料定位组件；521、底座；522、送料滚轮、523、格栅板、524、顶升机构；525、格栅支架；526、定位块；60、第二加热炉；70、出料升降台； 80、第二上料机器人；90、变强度涂层模具；100、压机；110、下料机器人； 120、下料传送带；130、坯料。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，本发明提供一种变强度零件的热成型生产线，用于生产变强度热成型零件。该生产线具体包括：拆垛装置、上料装置、第一加热炉40、吹气冷却装置50、第二加热炉60、出料装置、压机100以及下料装置。其中，所述拆垛装置采用拆垛小车10，上料装置包括第一上料机器人20和进料升降台 30，出料装置包括出料升降台70和第二上料机器人80，所述压机100中设置有变强度涂层模具90，所述下料装置包括下料机器人110和下料传送带120。进一步的，所述拆垛小车10、第一上料机器人20、进料升降台30、第一加热炉 40、吹气冷却装置50、第二加热炉60、出料升降台70、第二上料机器人80、压机100、下料机器人110和下料传送带120依次设置，实现对热成型零件的流水线式加工。
其中，所述进料升降台30、第一加热炉40、第二加热炉60、出料升降台 70上均设有传动辊棒，所述传动辊棒均由伺服电机驱动，坯料130在传动辊棒上被精确滚动传送。
优选地，所述变强度涂层模具90包括软区和硬区，其中软区可以位于模具的任意位置，且数量可以为多个，所述软区表面设置有热障涂层，所述硬区中内置有冷却水路。如此设置使得软区与硬区的过渡区间窄，同时软区的延伸率高，生产效率快。
进一步的，所述热障涂层为双层或多层的稳定系热障涂层。优选采用粘结层、ZrO2-8wt.％Y2O3的陶瓷层和Al2O3封堵层。进一步的，所述粘结层的厚度为0.05-0.5mm，陶瓷层的厚度为0.2-2mm，封堵层的厚度为0.2mm-1mm。
请重点参照图2至图4，所述吹气冷却装置50包括：送料定位组件520和设置在所述送料定位组件520上方的冷却组件510。
请继续参照图2至图4，所述吹气冷却装置50设置在第一加热炉40的出料侧。该冷却组件510包括：支架511、安装在所述支架511底部两侧且沿送料方向布置的导向机构512、安装在所述支架511底部的并与所述导向机构512连接的多组喷气机构513和驱动所述喷气机构513沿送料方向运行的伺服模组514，其中，每组伺服模组514对应驱动一组喷气机构513。具体工作时，可以根据零件所需冷却的部分，该部位可以为一个或者多个位置，控制相应的喷气机构513 到达对应区域，从而对零件的局部进行降温。
优选地，所述冷却组件510的冷却介质为还原性气体或者惰性气体。
重点参照图3，所述伺服模组514包括：伺服电机5141和传动机构5142，其中，所述伺服电机5141安装在所述支架511的底部，并与所述传动机构5142 的固定端连接，所述传动机构5142 的活动端与所述喷气机构513固接。具体地，所述传动机构5142采用丝杆组件。该丝杆组件同样沿送料方向设置，所述丝杆组件中的丝杆与所述伺服电机5141连接，并由伺服电机5141带动旋转。所述丝杆组件中的丝杆滚珠与所述喷气机构513固接，用于在丝杆转动时，带动所述喷气机构沿送料方向移动，从而对零件的不同部位进行降温软化。
继续参照图2至图4，所述喷气机构513包括：与外部气源连通的气路管路 5131和布置在气路管路5131底部的若干喷头5132，其中，所述气路管路5131 的两端分别与所述导向机构512的活动部固接，具体地，所述导向机构512采用直线滑轨。所述气路管路5131垂直于所述直线滑轨设置，即气路管路5131 的两端分别与直线滑轨固接，从而可以在直线滑轨上移动。
进一步的，所述喷气机构513还包括若干伺服电磁阀(图中未示出)，一个伺服电磁阀对应控制一个所述喷头5132，实现对喷头5132的开闭和流量进行控制，进而对任意大小的区域进行吹气冷却。
请重点参照图4，并结合图2，所述送料定位组件520包括：底座521、安装在底座521表面的若干送料滚轮522、与所述送料滚轮522间隔设置的格栅板 523和与所述格栅板523底部连接的顶升机构524。进一步的，所述顶升机构524 与所述格栅板523之间通过格栅支架525连接。
进一步的，所述送料定位组件520还包括根据零件边框位置放置的定位块 526。所述顶升机构524可以采用气缸、油缸或者电机。
请继续参照图1至图4，下面详细说明本发明的工作过程：
所述第一上料机器人20从所述拆垛小车10上拾取坯料130，坯料130经过打标机打标和分张器分层，送至所述第一加热炉40中。所述坯料130在所述辊第一加热炉40中加热至设定温度后进行保温，保温完成后由所述进料升降台30 取出，然后传递给所述吹气冷却装置50。坯料130在所述吹气冷却装置50中完成软区的局部冷却后，滚动到所述第二加热炉60；坯料130在第二加热炉60升温，软区温度升到接近700℃，硬区温度升到930℃后。坯料130继续滚动到出料升降台70，所述出料升降台70设有对中定位机构，对坯料130进行定位。记接着，所述第二上料机器人80将坯料130送入压机100中的变强度涂层模具90，变强度涂层模具90闭合将坯料130制成热成型件，热成型件经过所述下料机器人110传送至所述下料传送带120。
在此基础上，本发明还提供一种变强度零件的热成型生产方法，包括如下步骤：
上料装置将拆垛装置也即是拆垛小车10上的坯料130上料至第一加热炉50 中。
所述第一加热炉40将坯料130加热至奥氏体温度以上，并进行保温。具体加热至910℃～950℃，保温时间为4-10min。
接着，吹气冷却装置50对从第一加热炉40中取出的坯料130进行局部降温冷却处理。具体地，降温后的软区温度在500℃～600℃即低于Ac1(钢加热时，开始形成奥氏体的温度)温度但高于Ms(由奥氏体向马氏体转变的起始温度) 温度。降温后的硬区温度不低于700℃。
当然，软区可以为产品的任意位置也可以是同一产品的多个位置。本发明的吹气冷却装置50可以对坯料130的多个任意位置进行吹气冷却处理。优选地，所述吹气冷却装置50采用的冷却气体为还原性气体或者惰性气体，还原性气体优选使用氮气。吹气冷却时间为10秒～30秒，冷却气体气压为0.1～3Mpa。
接着，所述第二加热炉60对在吹气冷却装置50中局部冷却后的坯料130 进行短暂的升温处理，其中，软区再次升温后的温度不超过700℃，即低于Ac1 温度；硬区温度升至930℃左右，具体加热时间为5s～50s，第二加热炉的加热温度为910℃～950℃。也即是说，本发明先用吹气的方式在坯料130的任意位置或多个位置进行冷却后，在对坯料130进行短暂加热并将软区温度维持在特定区间内，如此可以使软区的组织得到充分转化。
接着，将升温后的坯料放置到压机100的变强度涂层模具90中。
所述变强度涂层模具对坯料进行热压，并进行保压处理，所述坯料130在变强度涂层模具中的保压时间为10s～50s。由于所述变强度涂层模具90中的软区设置有热障涂层，可以进入缓解软区的降温速率，使得产品的延伸率得以提高。
下料装置将保压后得到的零件进行下料。
综上所述，本发明通过在所述第一加热炉40出口处设置吹气冷却装置50，对刚出炉的坯料130进行短暂冷却，将坯料130的成型温度控制在理想的650℃，提高制备得到的热成型件的性能。所述坯料130冷却速度快，并且可以控制冷却时间，在不牺牲转运时间的同时降低坯料130进入压机的温度，生产优质热成型件的同时控制原生产节拍，提高了生产效率，进一步的，降低坯料130进入压机100的温度，能够保护压机100中的模具不会受到过多热量冲击，保护了模具并延长了使用寿命。
本发明的热成型生产方法通过快速降温、短暂升温以及缓慢降温工艺，控制软区的贝氏体、铁素体、珠光体组织的转变时间，同时将硬区的温度维持在奥氏体温度以上。即，本发明的可以用吹气的方式对坯料130的任意位置或多个位置进行冷却后，再进行短暂加热并将软区温度维持在特定区间内，使软区组织进行充分转化，同时在变强度涂层模具90的软区表面制备热障涂层，进一步减缓软区的降温速率，使所得产品延伸率更高。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种变强度零件的热成型生产线，包括：依次设置的拆垛装置、上料装置、第一加热炉、第二加热炉、出料装置、压机以及下料装置，其特征在于，所述第一加热炉的出料侧设置有吹气冷却装置，所述压机中设置有变强度涂层模具，所述变强度涂层模具包括表面设置有热障涂层的软区和内置有冷却水路的硬区，所述吹气冷却装置包括：送料定位组件和设置在所述送料定位组件上方的冷却组件，其中，所述冷却组件包括：支架、安装在所述支架底部两侧且沿送料方向布置的导向机构、安装在所述支架底部的并与所述导向机构连接的多组喷气机构和驱动所述喷气机构沿送料方向移动的伺服模组，其中，每组伺服模组对应驱动一组喷气机构，所述喷气机构包括：与外部气源连通的气路管路、布置在气路管路底部的若干喷头以及若干伺服电磁阀，其中，所述气路管路的两端分别与所述导向机构的活动部固接，每个伺服电磁阀对应控制一个喷头的开闭和流量，所述冷却装置所采用的冷却气体为还原性气体或惰性气体。
2.如权利要求1所述的变强度零件的热成型生产线，其特征在于，所述热障涂层为多层稳定系ZrO2热障涂层。
3.如权利要求 1或2所述的变强度零件的热成型生产线，其特征在于，所述热障涂层由外向内依次包括粘结层、ZrO2-8wt.％Y2O3陶瓷层和Al2O3封堵层。
4.如权利要求 3所述的变强度零件的热成型生产线，其特征在于，所述粘结层的厚度为0.05mm-0.5mm，所述ZrO2-8wt.％Y2O3陶瓷层的厚度为0.2mm-2mm，所述Al2O3封堵层的厚度为0.2mm-1mm。
5.如权利要求1所述的变强度零件的热成型生产线，其特征在于，所述送料定位组件包括：底座、安装在底座表面的若干送料滚轮、与所述送料滚轮间隔设置的格栅板和与所述格栅板底部连接的顶升机构。
6.一种变强度零件的热成型生产方法，采用如权利要求1～5任意一项所述的热成型生产线，其特征在于，包括以下步骤：
上料装置将拆垛装置上的坯料上料至第一加热炉中；
所述第一加热炉将坯料加热至奥氏体温度以上，并进行保温；
吹气冷却装置对从第一加热炉中取出的坯料进行局部降温冷却处理，使坯料的软区温度低于AC1温度但高于Ms温度，硬区温度不低于700℃；
所述第二加热炉内对在吹气冷却装置中局部冷却后的坯料进行升温处理，并使软区温度不超过700℃，硬区温度上升至奥氏体温度以上；
将升温后的坯料放置到压机的变强度涂层模具中；
所述变强度涂层模具对坯料进行热压，并进行保压处理；
下料装置将保压后得到的零件进行下料。
7.如权利要求6所述的变强度零件的热成型生产方法，其特征在于，所述吹气冷却装置对坯料的软区进行吹气冷却，吹气冷却时间为10秒～30秒，冷却气体气压为0.1～3Mpa，采用的冷却气体为还原性气体或者惰性气体。
8.如权利要求6所述的变强度零件的热成型生产方法，其特征在于，所述第二加热炉的加热时间为5s～50s，所述坯料在变强度涂层模具中的保压时间为10s～50s。
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