熱沖壓線工藝規(guī)劃注意事項

2016-11-08 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

近幾年,熱沖壓成形在汽車制造業(yè)火了起來,該工藝以超高的制件強(qiáng)度和顯著的經(jīng)濟(jì)效益得到了越來越廣泛的應(yīng)用,全球熱沖壓生產(chǎn)線數(shù)量迅速增長!

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展,人們對車輛的安全性和排放提出了越來越高的要求,熱沖壓成形技術(shù)以其超高的制件強(qiáng)度和顯著的經(jīng)濟(jì)效益得到了越來越廣泛的應(yīng)用,特別是近幾年,很多車型上的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件越來越多地采用熱沖壓成形工藝。據(jù)統(tǒng)計,2014~2016年,全球熱沖壓生產(chǎn)線數(shù)量已從240條發(fā)展到了380多條!

目前,熱成形工藝分為直接成形和間接成形,應(yīng)用較普遍的是直接成形。熱成形用板料分為鍍層板和非鍍層板。鍍層板無需提供保護(hù)氣,可以省去拋丸涂油工序;非鍍層板生產(chǎn)時需在加熱爐中提供保護(hù)氣氛,以避免板料在成形過程中形成氧化層。為了保證生產(chǎn)線適用于所有類型板料的生產(chǎn),熱沖壓車間要設(shè)置熱成形生產(chǎn)線、激光切割和拋丸涂油等工序。

熱沖壓線工藝規(guī)劃注意事項Midas Civil學(xué)習(xí)資料圖片1

熱沖壓成形生產(chǎn)線

工藝規(guī)劃和設(shè)備選擇

項目規(guī)劃前要收集項目的生產(chǎn)信息(年產(chǎn)量和節(jié)拍等)、產(chǎn)品的尺寸(外形和原材料信息等)、模具信息(模具的大小、數(shù)量、重量和裝夾方式等),以便根據(jù)實際需要進(jìn)行設(shè)備數(shù)量和型號的選擇。

1.熱成形壓力機(jī)的選擇

對于熱成形壓力機(jī),目前應(yīng)用最廣泛的為液壓機(jī)。

(1)壓力機(jī)成形力:通過AUTOFORM軟件計算出最大成形力,目前汽車行業(yè)應(yīng)用最多的是8000~16000kN壓力機(jī)。

(2)壓力機(jī)滑塊工作速度:熱沖壓工藝要求壓力機(jī)工作速度越快越好,以便保證板料成形前的溫度。目前,滑塊的速度大于500mm/s。

(3)工作臺和滑塊的尺寸:依據(jù)規(guī)劃零件的最大尺寸確定工作臺和滑塊的尺寸。

(4)驅(qū)動形式:壓力機(jī)配置了多個液壓缸,可根據(jù)工藝需要選擇工作缸的數(shù)量,需要快速運(yùn)動時單缸運(yùn)行,需要較大壓力時選定多缸工作。

(5)溫度監(jiān)控功能:用于監(jiān)控沖壓前板料的溫度,若溫度低于760℃,將停止沖壓。

(6)料完成淬火和成形的過程。

2.加熱爐的選擇

目前加熱爐的形式主要有兩種:輥底式加熱爐(包括單層和多層爐)和箱式加熱爐。輥底式加熱爐在市場上使用比較成熟,適用于大批量生產(chǎn)。箱式加熱爐是近幾年才出現(xiàn)的產(chǎn)品,適用于試制或小批量生產(chǎn)。

選擇加熱爐時主要應(yīng)考慮:加熱爐內(nèi)部的有效寬度和高度需滿足最大零件的原材料通過;加熱爐最高溫度一般在970℃以上;加熱爐分電加熱、天燃?xì)饧訜岷突旌霞訜?需要根據(jù)當(dāng)?shù)啬茉闯杀究紤]具體的加熱形式。

保護(hù)氣氛用于生產(chǎn)裸板時保護(hù)板料不被氧化,目前業(yè)內(nèi)普遍使用氮氣(>95%)+天然氣。

最大加熱料片的能力即每小時加熱料片的重量。依據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍及料片的重量核算加熱爐需具備的加熱能力。

近幾年來,人們生產(chǎn)Al-Si鍍層板時,在料片加熱工序提出了一個露點控制問題。露點控制在-5℃以下,因為在高溫(480℃以上)情況下,鍍層遇到水分會產(chǎn)生H2,擴(kuò)散氫沿著晶格邊緣向應(yīng)力集中區(qū)域移動,在內(nèi)部殘余應(yīng)力(如熱成形后產(chǎn)生的應(yīng)力)或外加的應(yīng)力作用下出現(xiàn)材料脆化甚至開裂,這一現(xiàn)象在抗拉強(qiáng)度超過1000MPa的大多數(shù)鋼中均易發(fā)生。這種開裂通常在產(chǎn)品生產(chǎn)幾天后才出現(xiàn),所以,部分生產(chǎn)線開始配備露點控制裝置,以降低裂紋的可能。

材料脆化甚至開裂

3.輔助設(shè)備的選擇注意事項

(1)制冷設(shè)備

為了保證制冷機(jī)系統(tǒng)的清潔,熱成形制冷系統(tǒng)的冷卻塔建議采用閉式塔;在規(guī)劃初期要考慮生產(chǎn)不飽滿時冷卻塔的防凍措施,最好是再配備一個獨立的冷卻水箱,冬季沒有生產(chǎn)時,冷卻水可在水箱中儲存,避免冷卻塔凍壞。在冷卻工藝模式上可考慮冬季節(jié)能模式,環(huán)境溫度低于10℃時無需開動制冷機(jī),直接使用冷卻塔水進(jìn)行冷卻。

(2)制氮設(shè)備

因生產(chǎn)裸板的工藝需要,加熱爐內(nèi)需通入保護(hù)氣氛來防止鐵板氧化。保護(hù)氣氛95%為氮氣,氮氣的供應(yīng)形式包括工業(yè)液氮和制氮機(jī)組,通?？紤]采用制氮機(jī)組。根據(jù)線體選擇流量,氮氣的純度要求在99.99%以上。制氮機(jī)組配備冷干裝置,以去除水分。

4.激光切割設(shè)備選擇

目前熱成形零件的后續(xù)加工多采用激光切割設(shè)備。近幾年出現(xiàn)了使用模具進(jìn)行熱切邊和冷切邊工藝來減少激光切割工作量,提高生產(chǎn)效率,但冷切邊和熱切邊工藝不能完成熱成形件所有結(jié)構(gòu)的加工,激光切割加工仍不可缺少。

激光切割設(shè)備有兩種形式:機(jī)器人和三維五軸懸臂結(jié)構(gòu)形式。機(jī)器人形式單臺占地面積小,價格便宜,但切割效率低,適用于小批量生產(chǎn)。考慮設(shè)備的綜合性能,目前行業(yè)內(nèi)絕大多數(shù)采用三維五軸懸臂結(jié)構(gòu)形式。

5.拋丸涂油設(shè)備

拋丸涂油設(shè)備是熱成形生產(chǎn)的最后一道工序,負(fù)責(zé)清理制件表面的油污及氧化皮,使制件具備防銹能力。拋丸涂油生產(chǎn)線主要需確定以下參數(shù):拋丸室進(jìn)出口尺寸,滿足最大制件通過;涂油室進(jìn)出口尺寸,滿足最大制件通過;拋丸機(jī)數(shù)量:拋丸機(jī)功率;風(fēng)機(jī)處理風(fēng)量;涂油噴槍數(shù)量;除塵器的配置。

除塵系統(tǒng)是拋丸涂油設(shè)備必不可少的裝置。拋丸涂油設(shè)備產(chǎn)生的粉塵屬易燃物品,聚集在一起極易發(fā)生火災(zāi),造成除塵器燒毀。經(jīng)過燃燒試驗,我們推薦選用濕式除塵器,雖然過濾精度偏低,但無需更換、維護(hù)過濾器濾芯,使用成本低,避免了火災(zāi)的發(fā)生。濕式除塵器在室外放置時,需要考慮防凍問題。

廠房規(guī)劃

熱沖壓成形廠房的規(guī)劃一是考慮物流,二是考慮設(shè)備的特性。

熱成形生產(chǎn)車間的物流應(yīng)按照板料成形、激光切割和拋丸涂油的工序順序來排布。模具可考慮雙層放置,中間需預(yù)留800mm以上的空間用于人員通過;車間溫度為5~40℃,濕度為50%~90%,車間地面的承載能力為10t/m2,模具存放區(qū)的承載能力為15t/m2。

車間內(nèi)需考慮空調(diào)系統(tǒng),這對于人員和設(shè)備都至關(guān)重要,因為在生產(chǎn)初期,由于生產(chǎn)任務(wù)不飽滿,設(shè)備不能滿負(fù)荷工作,生產(chǎn)線處于停產(chǎn)階段的時候,冬季可能出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象,自動化設(shè)備通常要求車間溫度為5~40℃,這可能導(dǎo)致自動化設(shè)備不能正常工作;而在夏季,氣溫炎熱,加上生產(chǎn)線散熱,車間溫度會達(dá)到約40℃,所以需要對車間進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計,及時調(diào)節(jié)車間溫度。

熱成形生產(chǎn)設(shè)備具有自身的特點:拋丸涂油中產(chǎn)生粉塵,污染車間內(nèi)部空氣,所以空間允許的情況下,應(yīng)該將拋丸涂油設(shè)備單獨放置在一個車間。激光切割的激光器最好放置在一個密閉的帶空調(diào)的房間并遠(yuǎn)離沖壓機(jī),以保證設(shè)備工作不受環(huán)境影響。

結(jié)語

本文主要從設(shè)備選擇、廠房規(guī)劃等方面,對汽車熱成形項目的規(guī)劃注意事項進(jìn)行了討論,希望能為從業(yè)者帶來幫助。在實際規(guī)劃時,還應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品的實際特點選擇合適的設(shè)備,合理規(guī)劃廠房布局,提高單位面積產(chǎn)能。

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