热冲压线工艺规划注意事项

2016-11-08 by:CAE仿真在线来源:互联网

近几年,热冲压成形在汽车制造业火了起来,该工艺以超高的制件强度和显著的经济效益得到了越来越广泛的应用,全球热冲压生产线数量迅速增长!

随着汽车工业的不断发展,人们对车辆的安全性和排放提出了越来越高的要求,热冲压成形技术以其超高的制件强度和显著的经济效益得到了越来越广泛的应用,特别是近几年,很多车型上的关键结构件越来越多地采用热冲压成形工艺。据统计,2014~2016年,全球热冲压生产线数量已从240条发展到了380多条!

目前,热成形工艺分为直接成形和间接成形,应用较普遍的是直接成形。热成形用板料分为镀层板和非镀层板。镀层板无需提供保护气,可以省去抛丸涂油工序;非镀层板生产时需在加热炉中提供保护气氛,以避免板料在成形过程中形成氧化层。为了保证生产线适用于所有类型板料的生产,热冲压车间要设置热成形生产线、激光切割和抛丸涂油等工序。

热冲压成形生产线

工艺规划和设备选择

项目规划前要收集项目的生产信息(年产量和节拍等)、产品的尺寸(外形和原材料信息等)、模具信息(模具的大小、数量、重量和装夹方式等),以便根据实际需要进行设备数量和型号的选择。

1.热成形压力机的选择

对于热成形压力机,目前应用最广泛的为液压机。

(1)压力机成形力:通过AUTOFORM软件计算出最大成形力,目前汽车行业应用最多的是8000~16000kN压力机。

(2)压力机滑块工作速度:热冲压工艺要求压力机工作速度越快越好,以便保证板料成形前的温度。目前,滑块的速度大于500mm/s。

(3)工作台和滑块的尺寸:依据规划零件的最大尺寸确定工作台和滑块的尺寸。

(4)驱动形式:压力机配置了多个液压缸,可根据工艺需要选择工作缸的数量,需要快速运动时单缸运行,需要较大压力时选定多缸工作。

(5)温度监控功能:用于监控冲压前板料的温度,若温度低于760℃,将停止冲压。

(6)料完成淬火和成形的过程。

2.加热炉的选择

目前加热炉的形式主要有两种:辊底式加热炉(包括单层和多层炉)和箱式加热炉。辊底式加热炉在市场上使用比较成熟,适用于大批量生产。箱式加热炉是近几年才出现的产品,适用于试制或小批量生产。

选择加热炉时主要应考虑:加热炉内部的有效宽度和高度需满足最大零件的原材料通过;加热炉最高温度一般在970℃以上;加热炉分电加热、天燃气加热和混合加热,需要根据当地能源成本考虑具体的加热形式。

保护气氛用于生产裸板时保护板料不被氧化,目前业内普遍使用氮气(>95%)+天然气。

最大加热料片的能力即每小时加热料片的重量。依据生产节拍及料片的重量核算加热炉需具备的加热能力。

近几年来,人们生产Al-Si镀层板时,在料片加热工序提出了一个露点控制问题。露点控制在-5℃以下,因为在高温(480℃以上)情况下,镀层遇到水分会产生H2,扩散氢沿着晶格边缘向应力集中区域移动,在内部残余应力(如热成形后产生的应力)或外加的应力作用下出现材料脆化甚至开裂,这一现象在抗拉强度超过1000MPa的大多数钢中均易发生。这种开裂通常在产品生产几天后才出现,所以,部分生产线开始配备露点控制装置,以降低裂纹的可能。

材料脆化甚至开裂

3.辅助设备的选择注意事项

(1)制冷设备

为了保证制冷机系统的清洁,热成形制冷系统的冷却塔建议采用闭式塔;在规划初期要考虑生产不饱满时冷却塔的防冻措施,最好是再配备一个独立的冷却水箱,冬季没有生产时,冷却水可在水箱中储存,避免冷却塔冻坏。在冷却工艺模式上可考虑冬季节能模式,环境温度低于10℃时无需开动制冷机,直接使用冷却塔水进行冷却。

(2)制氮设备

因生产裸板的工艺需要,加热炉内需通入保护气氛来防止铁板氧化。保护气氛95%为氮气,氮气的供应形式包括工业液氮和制氮机组,通常考虑采用制氮机组。根据线体选择流量,氮气的纯度要求在99.99%以上。制氮机组配备冷干装置,以去除水分。

4.激光切割设备选择

目前热成形零件的后续加工多采用激光切割设备。近几年出现了使用模具进行热切边和冷切边工艺来减少激光切割工作量,提高生产效率,但冷切边和热切边工艺不能完成热成形件所有结构的加工,激光切割加工仍不可缺少。

激光切割设备有两种形式:机器人和三维五轴悬臂结构形式。机器人形式单台占地面积小,价格便宜,但切割效率低,适用于小批量生产。考虑设备的综合性能,目前行业内绝大多数采用三维五轴悬臂结构形式。

5.抛丸涂油设备

抛丸涂油设备是热成形生产的最后一道工序,负责清理制件表面的油污及氧化皮,使制件具备防锈能力。抛丸涂油生产线主要需确定以下参数:抛丸室进出口尺寸,满足最大制件通过;涂油室进出口尺寸,满足最大制件通过;抛丸机数量:抛丸机功率;风机处理风量;涂油喷枪数量;除尘器的配置。

除尘系统是抛丸涂油设备必不可少的装置。抛丸涂油设备产生的粉尘属易燃物品,聚集在一起极易发生火灾,造成除尘器烧毁。经过燃烧试验,我们推荐选用湿式除尘器,虽然过滤精度偏低,但无需更换、维护过滤器滤芯,使用成本低,避免了火灾的发生。湿式除尘器在室外放置时,需要考虑防冻问题。

厂房规划

热冲压成形厂房的规划一是考虑物流,二是考虑设备的特性。

热成形生产车间的物流应按照板料成形、激光切割和抛丸涂油的工序顺序来排布。模具可考虑双层放置,中间需预留800mm以上的空间用于人员通过;车间温度为5~40℃,湿度为50%~90%,车间地面的承载能力为10t/m2,模具存放区的承载能力为15t/m2。

车间内需考虑空调系统,这对于人员和设备都至关重要,因为在生产初期,由于生产任务不饱满,设备不能满负荷工作,生产线处于停产阶段的时候,冬季可能出现结冰现象,自动化设备通常要求车间温度为5~40℃,这可能导致自动化设备不能正常工作;而在夏季,气温炎热,加上生产线散热,车间温度会达到约40℃,所以需要对车间进行空调系统设计,及时调节车间温度。

热成形生产设备具有自身的特点:抛丸涂油中产生粉尘,污染车间内部空气,所以空间允许的情况下,应该将抛丸涂油设备单独放置在一个车间。激光切割的激光器最好放置在一个密闭的带空调的房间并远离冲压机,以保证设备工作不受环境影响。

结语

本文主要从设备选择、厂房规划等方面,对汽车热成形项目的规划注意事项进行了讨论,希望能为从业者带来帮助。在实际规划时,还应根据生产产品的实际特点选择合适的设备,合理规划厂房布局,提高单位面积产能。

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