熱沖壓線工藝規劃注意事項

2016-11-08 by:CAE仿真在線來源:互聯網

近幾年,熱沖壓成形在汽車制造業火了起來,該工藝以超高的制件強度和顯著的經濟效益得到了越來越廣泛的應用,全球熱沖壓生產線數量迅速增長!

隨著汽車工業的不斷發展,人們對車輛的安全性和排放提出了越來越高的要求,熱沖壓成形技術以其超高的制件強度和顯著的經濟效益得到了越來越廣泛的應用,特別是近幾年,很多車型上的關鍵結構件越來越多地采用熱沖壓成形工藝。據統計,2014~2016年,全球熱沖壓生產線數量已從240條發展到了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氣,可以省去拋丸涂油工序;非鍍層板生產時需在加熱爐中提供保護氣氛,以避免板料在成形過程中形成氧化層。為了保證生產線適用于所有類型板料的生產,熱沖壓車間要設置熱成形生產線、激光切割和拋丸涂油等工序。

熱沖壓成形生產線

工藝規劃和設備選擇

項目規劃前要收集項目的生產信息(年產量和節拍等)、產品的尺寸(外形和原材料信息等)、模具信息(模具的大小、數量、重量和裝夾方式等),以便根據實際需要進行設備數量和型號的選擇。

1.熱成形壓力機的選擇

對于熱成形壓力機,目前應用最廣泛的為液壓機。

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

(2)壓力機滑塊工作速度:熱沖壓工藝要求壓力機工作速度越快越好,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:依據規劃零件的最大尺寸確定工作臺和滑塊的尺寸。

(4)驅動形式:壓力機配置了多個液壓缸,可根據工藝需要選擇工作缸的數量,需要快速運動時單缸運行,需要較大壓力時選定多缸工作。

(5)溫度監控功能:用于監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。箱式加熱爐是近幾年才出現的產品,適用于試制或小批量生產。

選擇加熱爐時主要應考慮:加熱爐內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、天燃氣加熱和混合加熱,需要根據當地能源成本考慮具體的加熱形式。

保護氣氛用于生產裸板時保護板料不被氧化,目前業內普遍使用氮氣(>95%)+天然氣。

最大加熱料片的能力即每小時加熱料片的重量。依據生產節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,鍍層遇到水分會產生H2,擴散氫沿著晶格邊緣向應力集中區域移動,在內部殘余應力(如熱成形后產生的應力)或外加的應力作用下出現材料脆化甚至開裂,這一現象在抗拉強度超過1000MPa的大多數鋼中均易發生。這種開裂通常在產品生產幾天后才出現,所以,部分生產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.輔助設備的選擇注意事項

(1)制冷設備

為了保證制冷機系統的清潔,熱成形制冷系統的冷卻塔建議采用閉式塔;在規劃初期要考慮生產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能模式,環境溫度低于10℃時無需開動制冷機,直接使用冷卻塔水進行冷卻。

(2)制氮設備

因生產裸板的工藝需要,加熱爐內需通入保護氣氛來防止鐵板氧化。保護氣氛95%為氮氣,氮氣的供應形式包括工業液氮和制氮機組,通常考慮采用制氮機組。根據線體選擇流量,氮氣的純度要求在99.99%以上。制氮機組配備冷干裝置,以去除水分。

4.激光切割設備選擇

目前熱成形零件的后續加工多采用激光切割設備。近幾年出現了使用模具進行熱切邊和冷切邊工藝來減少激光切割工作量,提高生產效率,但冷切邊和熱切邊工藝不能完成熱成形件所有結構的加工,激光切割加工仍不可缺少。

激光切割設備有兩種形式:機器人和三維五軸懸臂結構形式。機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。考慮設備的綜合性能,目前行業內絕大多數采用三維五軸懸臂結構形式。

5.拋丸涂油設備

拋丸涂油設備是熱成形生產的最后一道工序,負責清理制件表面的油污及氧化皮,使制件具備防銹能力。拋丸涂油生產線主要需確定以下參數:拋丸室進出口尺寸,滿足最大制件通過;涂油室進出口尺寸,滿足最大制件通過;拋丸機數量:拋丸機功率;風機處理風量;涂油噴槍數量;除塵器的配置。

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

廠房規劃

熱沖壓成形廠房的規劃一是考慮物流,二是考慮設備的特性。

熱成形生產車間的物流應按照板料成形、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,模具存放區的承載能力為15t/m2。

車間內需考慮空調系統,這對于人員和設備都至關重要,因為在生產初期,由于生產任務不飽滿,設備不能滿負荷工作,生產線處于停產階段的時候,冬季可能出現結冰現象,自動化設備通常要求車間溫度為5~40℃,這可能導致自動化設備不能正常工作;而在夏季,氣溫炎熱,加上生產線散熱,車間溫度會達到約40℃,所以需要對車間進行空調系統設計,及時調節車間溫度。

熱成形生產設備具有自身的特點:拋丸涂油中產生粉塵,污染車間內部空氣,所以空間允許的情況下,應該將拋丸涂油設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的房間并遠離沖壓機,以保證設備工作不受環境影響。

結語

本文主要從設備選擇、廠房規劃等方面,對汽車熱成形項目的規劃注意事項進行了討論,希望能為從業者帶來幫助。在實際規劃時,還應根據生產產品的實際特點選擇合適的設備,合理規劃廠房布局,提高單位面積產能。

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