CN115958107A - 一种超短节拍、节能型热成形件生产线及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超短节拍、节能型热成形件生产线及生产方法，包括拆垛区；浮动式感应加热炉，其包括可扣合在一起及分开设置的下半炉体和上半炉体，下半炉体内设有用于托举和承载工件的工件支架，上半炉体内设有多个感应加热器，各感应加热器快速平移对工件进行分区扫描加热；成形压机，在工件的输送方向上位于浮动式感应加热炉的下游，用于将浮动式感应加热炉加热后的工件进行冲压成型；上料机械手，覆盖所述拆垛区、浮动式感应加热炉和成形压机。本发明可以对被加热工件进行扫描加热，实现工件不同位置的温度不同，最终实现硬软分区；各冲压阶段中间通过加热炉进行补温，便于下次成形和淬火，将原来一次成形过程分解为数个短节拍过程。

Description

一种超短节拍、节能型热成形件生产线及生产方法

技术领域

本发明属于热成形生产的技术领域，尤其涉及一种超短节拍、节能型热成形件生产线及生产方法，适用于乘用车零部件制造。

背景技术

热成形技术作为汽车轻量化技术的主流方向之一，在乘用车车身零部件制造行业应用的越来越广泛。

热成形生产线的关键设备是加热炉，主要用于加热及输送工件，并使之完全奥氏体化。加热炉主要有辊底式加热炉、多层箱式炉两种。市场上主流采用辊底式加热炉，辊底式加热炉一般由上料辊式平台、炉体、炉内辊棒、出料平台、加热***和电控***等组成。工件从上料辊式平台上料，进入辊底式加热炉内，进行加热，然后快速输送至出料平台，进行成形淬火工艺。热成形生产的节拍普遍在15秒以上，热成形工件有大型化发展的趋势，为维持生产节拍，这就需要更长的加热炉，更高的能耗。

多层箱式炉由多个上下叠放的加热腔体，多个炉门等组成。机械手自动将工件按节拍逐个放入各个加热腔体内进行加热，并按节拍依此取出，放入成形压机进行成形淬火。生产线节拍一般在20秒以上，且各个腔体到成形压机的距离不一样，导致成形温度不同，产品一致性不好。

目前，热成形生产采用辊底式加热炉或多层箱式炉。辊底式加热炉虽然产品的一致性满足汽车工业大批量生产的特点，但其占地面积大，通常长度需要40-50米，甚至60米，能耗高，功率≥1500kw，是生产线最大的能源消耗点。辊底式加热炉采用的陶瓷辊棒是易损件，每年的损害价值为30万/月。同时，生产线节拍≥15秒，生产效率进一步提高的空间不大。

多层箱式炉由于炉型特点，每层工件转移到成形压机的距离不同，时间不同，导致最终产品一致性不如辊底式加热炉，一般用于试模线和小批量生产使用。

发明内容

基于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种超短节拍、节能型热成形件生产线，具有占地面积小、节拍短、能耗低、产品一致性好的特点，多个感应加热器在驱动机构的驱动下，可以对被加热工件进行扫描加热，实现工件不同位置的温度不同，最终实现硬软分区。

本发明还提供了一种超短节拍、节能型热成形件生产方法，利用感应加热的原理，实现对热成形工件的快速扫描加热或定区域加热，获得更短的生产节拍。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：

本发明一方面提供一种超短节拍、节能型热成形件生产线，包括拆垛区，用于将码垛好的工件拆分成一组组，并依此送至上料机械手处；浮动式感应加热炉，其包括可扣合在一起及分开设置的下半炉体和上半炉体，所述下半炉体内设有用于托举和承载工件的工件支架，所述上半炉体内设有多个感应加热器，各感应加热器在与其对应的感应加热器平移伺服驱动机构的驱动下快速平移，对工件支架上的工件进行分区扫描加热；成形压机，在工件的输送方向上位于所述浮动式感应加热炉的下游，用于将所述浮动式感应加热炉加热后的工件进行冲压成型；上料机械手，覆盖所述拆垛区、浮动式感应加热炉和成形压机，用于从所述拆垛区抓起一组工件，并放到所述下半炉体的工件支架上，同时负责将加热后的工件转移到成形压机内，并将成形压机上成形的工件转移到下一个工位。

由上，生产线由拆垛区、浮动式感应加热炉、上料机械手、成形压机和压机下料机械手组成，具有占地面积小、节拍短、能耗低、产品一致性好的特点，综合了辊底式加热炉和多层箱式炉的特点。同时，感应加热器可以分成多块，并在感应加热器平移伺服驱动机构的驱动下，可以对被加热工件进行扫描加热，实现工件不同位置的温度不同，最终实现硬软分区。

进一步的，所述浮动式感应加热炉的数量至少为两个，所述成形压机的数量与所述浮动式感应加热炉的数量一致，每个浮动式感应加热炉在工件的输送方向的下游设置一个成形压机，通过数个成形压机的分阶段冲压和加热的方法，将一次成形过程分解为数个短节拍过程。

由上，通过数个成形压机的分阶段冲压和数个加热炉进行加热的方法，将原来一次成形过程分解为数个短节拍过程，中间通过加热炉进行补温，防止温度过低造成拉裂等缺陷，以将原来正常工艺进行分解，缩短生产节拍，提高生产效率。

可选的，所述浮动式感应加热炉还包括供所述下半炉体和上半炉体上下移动的升降框架，所述升降框架的底部和顶部分别安装有下半炉体升降驱动机构和上半炉体升降驱动机构；所述下半炉体和上半炉体分别在下半炉体升降驱动机构和上半炉体升降驱动机构的作用下沿所述降框架进行上升或下降。

由上，通过下半炉体升降驱动机构和上半炉体升降驱动机构将加热炉设置成分体式，方便工件的取放，并且能够调整下半炉体内工件支架的高度，简化上料机械手的上料动作，缩短生产节拍。

可选的，每个感应加热器滑动设置在不同的感应加热器平移导轨上，所述感应加热器平移导轨的延伸方向与工件的输送方向一致或呈夹角设置；所述感应加热器在对应的感应加热器平移伺服驱动机构的驱动下沿所述感应加热器平移导轨的长度方向移动。

由上，通过感应加热器平移导轨使感应加热器的移动更稳定，利用感应加热器平移导轨调整感应加热器的加热范围。

进一步的，所述感应加热器平移导轨设置于轴承座上，所述轴承座由位于所述上半炉体外侧的电机驱动进行转动。

由上，通过电机驱动轴承座进行转动，进而转动感应加热器平移导轨，使感应加热器的移动方向进行调整，以对工件的各个方位的位置进行加热。

进一步的，所述下半炉体和上半炉体的内壁均设置有保温材料；所述下半炉体的底部平铺有保护气均布床，所述工件支架设置在所述保护气均布床上；所述保护气均布床的上表面均布有将保护气均匀的充满整个炉体的小孔。

可选的，每个感应加热器的加热功率由控制装置进行控制。

由上，感应加热器的加热功率可控，可以提高加热效率，并有利于实现工件的区别感应加热控制。

本发明另一方面提供一种超短节拍、节能型热成形件生产方法，包括以下步骤：

步骤S1、根据上料机械手的高度通过移动下半炉体使下半炉体内的工件支架的高度调整到合适位置；

步骤S2、上料机械手平移将拆垛区拆分好的工件送入所述工件支架上；

步骤S3、下半炉体和上半炉体分别在下半炉体升降驱动机构及上半炉体升降驱动机构的驱动下扣合在一起；

步骤S4、上半炉体内的感应加热器在感应加热器平移伺服驱动机构的驱动下快速平移，对工件支架上的工件进行分区扫描加热；

步骤S5、上半炉体在上半炉体升降驱动机构的驱动下向上移动打开加热炉，上料机械手平移将加热后的工件转移到成形压机内；

步骤S6、在工件的输送方向上位于成形压机下游的浮动式感应加热炉的下半炉体和上半炉体分开，根据上料机械手的高度通过移动下半炉体使下半炉体内的工件支架的高度调整到合适位置；

步骤S7、上料机械手平移将冲压成型后的工件送入下半炉体的工件支架上；

步骤S8、下半炉体和上半炉体分别在下半炉体升降驱动机构及上半炉体升降驱动机构的驱动下扣合在一起；上半炉体内的感应加热器在感应加热器平移伺服驱动机构的驱动下快速平移，对工件支架上的工件进行分区扫描加热；

步骤S9、下半炉体和上半炉体分别在下半炉体升降驱动机构及上半炉体升降驱动机构的驱动下上下分开，上料机械手平移将加热后的工件转移到在工件的输送方向上位于下游的成形压机内；

步骤S10、重复上述步骤S6至步骤S9；

步骤S11、压机下料机械手将最终成形的工件转移到预定位置。

由上，将原来的一次冲压淬火工艺分解为数个层层递进的成形阶段，通过数个成形压机的分阶段冲压。各冲压阶段中间通过加热炉进行补温，便于下次成形和淬火，通过以上方法将原来一次成形过程分解为数个短节拍过程。

本发明的超短节拍、节能型热成形件生产线及生产方法至少具有如下

有益效果：

1、采用浮动式感应加热炉，自动调整工件装载高度，缩短工件转移时间：加热炉安装在升降框架上，由伺服电机驱动，可整体上升和下降。炉体分上下两半部分，下半部分由保温材料和工件支架等组成，工件装载于加热炉内的工件支架上。根据上下料的高度，可自动调整工件支架的高度到合适位置，将上料机械手的上料动作由“上升-平移-下降”优化为“平移”，缩短节拍。

2、采用分块式感应加热器，并由独立伺服驱动平移，实现定点扫描加热：在加热炉的上半部分设置多个独立的感应加热器，每个感应加热器由独立的伺服机构驱动，可对区域内的工件进行平移扫描加热。对于B柱(上部硬度高，下部硬度低)等变强度区域要求简单的工件，可通过控制感应加热器，实现同一工件不同的加热温度，直接用于生产定制强度的产品。

3、采用连续加热冲压、再加热再冲压的生产方法，进一步缩短生产节拍：由数个成形压机和浮动式感应加热炉间隔放置，由上料机械手将各个设备联系起来，组成连续加热冲压生产线。布置方式如1+2+1+2+1+2(1代表加热炉、2代表成形压机)。通过数个成形压机的分阶段冲压和加热的方法，将原来一次成形过程分解为数个短节拍过程，中间通过加热炉进行补温，防止温度过低造成拉裂等缺陷。这样将原来正常工艺进行分解，使现在的生产节拍只有原来生产节拍的1/3，大大提高生产效率。同时，由于每个阶段的冲压难度和深度降低，成形压机的吨位也可以同步减小。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1为单个加热炉和成形压机配套使用的结构示意图；

图2为多个加热炉和成形压机配套使用的结构示意图；

图3为本发明的浮动式感应加热炉的结构示意图；

图4为本发明的感应加热器与感应加热器平移导轨的连接示意图。

其中，1、上料辊式平台；2、上料机械手；3、浮动式感应加热炉(图2中配备3个，分别为加热，补温、补温)；4、成形压机(图2中配备3个，分别为1次成形、2次成形和3次成形)；5、压机下料机械手；6、升降框架；7、上半炉体升降驱动机构；8、下半炉体升降驱动机构；9、感应加热器平移导轨；10、保护气均布床；11、工件支架；12、感应加热器；13、保温材料；14、工件。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。

如图1至图4所示，本发明提出的超短节拍、节能型热成形件生产线主要由拆垛区、上料机械手、数个浮动式感应加热炉3(≥1个)、数个成形压机4(≥1个)和压机下料机械手5组成。拆垛区设置在上料辊式平台1上。

其中，拆垛区负责将码垛好的工件(工件)拆分成一组组，并依此送至上料机械手处。上料机械手覆盖拆垛区、浮动式感应加热炉3和成形压机4，负责从拆垛区抓起一组工件，并放到第一个浮动式感应加热炉的工件支架上，同时负责将加热后的工件转移到在工件的输送方向上位于第一个浮动式感应加热炉的下游并与其相邻设置的成形压机内，将成形压机上成形的工件转移到下一个工位。

本发明的浮动式感应加热炉3主要由升降框架6、下半炉体、上半炉体、炉体升降驱动机构、多个感应加热器12，感应加热器平移伺服驱动机构、保温材料13、工件支架11和保护气均布床10组成。

下半炉体主要由从外至内设置的钢质壳体、保温材料13、保护气均布床10和工件支架11装配组成。保护气均布床10平铺在炉体底部，上设工件支架11。保护气均布床10的上表面均布有小孔，将保护气均匀的充满整个炉体。工件支架11用于托举和承载工件14，便于加热工件和抓取工件。

下半炉体和上半炉体在加热时，扣合在一起。工件14需要转移时，下半炉体和上半炉体在炉体升降驱动机构作用下上下分开。炉体升降驱动机构包括下半炉体升降驱动机构8和上半炉体升降驱动机构7，下半炉体升降驱动机构8和上半炉体升降驱动机构7分别安装在升降框架6的底部和顶部，上半炉体和下半炉体可由上半炉体升降驱动机构7和下半炉体升降驱动机构8驱动，沿升降框架6上升或下降。

下半炉体和上半炉体在炉体升降驱动机构的作用下，可整体沿升降框架6上升下降。根据工件的上下料高度，可自动调整工件支架11的高度到合适位置，将上料机械手的上料动作由“上升平移下降”的复杂动作优化为“平移”，缩短节拍。

上半炉体由外至内主要由钢质壳体、保温材料、多个感应加热器12、感应加热器平移伺服驱动机构装配组成。多个感应加热器12将加热炉的有效区域划分为多个平行区域，在感应加热器平移伺服驱动机构的驱动下，可以快速平移，对该区域内的工件进行扫描加热。对于B柱(上部硬度高，下部硬度低)等变强度区域要求简单的工件，可通过控制感应加热器12，实现同一工件采用不同温度，使其在淬火时获得不同硬度，最终生产出定制强度的产品。

本发明的浮动式感应加热炉3的体积小，表面散热小于辊底式加热炉和多层箱式加热炉，节能显著。

采用图1所示的方案，利用感应加热远超过辐射加热的特性，实现工件的快速加热。同时浮动式感应加热炉3可以自调整工件14的高度，简化上料机械手的动作，节省传输时间，提高生产节拍。采用图1的技术方案使所有的工件采用同一加热方式，同一转移时间，工件的一致性较好。

在另一个实施例中，浮动式感应加热炉3的数量至少为两个，成形压机4的数量与浮动式感应加热炉3的数量一致，每个浮动式感应加热炉3在工件的输送方向的下游设置一个成形压机4，通过数个成形压机的分阶段冲压和加热的方法，将一次成形过程分解为数个短节拍过程。采用如图2的3个浮动式感应加热炉和成形压机配套方案，可以将原来一次完成的工艺分成3次，每次约占原来时间的1/3，这样整线节拍就变为原来节拍的1/3，极大的缩短了生产节拍，提高了生产效率。

如图3所示，感应加热器12可沿感应加热器平移导轨9进行平移。感应加热器12扫描加热工件14时，可以在工件14的右部(图3中的黑色区)不加热或少加热，左半部分正常加热，实现同一工件不同位置的温度不同，从而在淬火成形时获得不同硬度，实现定制强度的工件。黑色区的不加热或少加热区域位置可调可控，满足不同工件的需求。

为了更精准的对工件的某区域进行加热，以及在某些情况下提高加热效率，每个感应加热器12的加热功率由控制装置进行控制，控制装置可分别控制各感应加热器12的加热功率，实现区别感应加热控制。

每个感应加热器12滑动设置在不同的感应加热器平移导轨9上，感应加热器平移导轨9的延伸方向与工件的输送方向一致或呈夹角设置。感应加热器12在对应的感应加热器平移伺服驱动机构的驱动下沿感应加热器平移导轨9的长度方向移动。

感应加热器平移导轨9设置于轴承座上，轴承座由位于上半炉体外侧的电机驱动进行转动。电机通过轴与齿轮等传动部件传递到感应加热器平移导轨9，从而分别驱动各感应加热器平移导轨9转动一定角度，使得感应加热器平移导轨9上的感应加热器12也转动一定角度，结合感应加热器12的平移、以及所转动的角度，可以实现使得各感应加热器12朝向各位置都能感应加热，从而可以可控的朝向工件更加精准位置的感应加热。另一方面，还可以实现多个感应加热器朝向工件的同一个位置加热，从而提高感应加热效率。

图3以四个感应加热器平移导轨9、四个感应加热器12为例，本发明的感应加热器及感应加热器平移导轨的数量不作限制，可根据工件的不同形状及数量进行相应的调整。

本发明提供的连续加热冲压、再加热再冲压的生产方法可以有效、大幅缩短生产线节拍，降低能耗。同时，可以生产简单变强度的工件，生产线功能较普通加热炉更强大。

相应的，本发明采用上述生产线的超短节拍、节能型热成形件生产方法，包括以下步骤：

步骤S1、根据上料机械手的高度通过移动下半炉体使下半炉体内的工件支架11的高度调整到合适位置；

步骤S2、上料机械手平移将拆垛区拆分好的工件14送入工件支架11上；

步骤S3、下半炉体和上半炉体分别在下半炉体升降驱动机构8及上半炉体升降驱动机构7的驱动下扣合在一起；

步骤S4、上半炉体内的感应加热器12在感应加热器平移伺服驱动机构的驱动下快速平移，对工件支架11上的工件14进行分区扫描加热；

步骤S5、上半炉体在上半炉体升降驱动机构7的驱动下向上移动打开加热炉，上料机械手平移将加热后的工件转移到成形压机4内；

步骤S6、在工件的输送方向上位于成形压机下游的浮动式感应加热炉的下半炉体和上半炉体分开，根据上料机械手的高度通过移动下半炉体使下半炉体内的工件支架的高度调整到合适位置；

步骤S7、上料机械手平移将冲压成型后的工件送入下半炉体的工件支架11上；

步骤S8、下半炉体和上半炉体分别在下半炉体升降驱动机构8及上半炉体升降驱动机构7的驱动下扣合在一起；上半炉体内的感应加热器12在感应加热器平移伺服驱动机构的驱动下快速平移，对工件支架11上的工件14进行分区扫描加热；

步骤S9、下半炉体和上半炉体分别在下半炉体升降驱动机构8及上半炉体升降驱动机构7的驱动下上下分开，上料机械手平移将加热后的工件转移到在工件的输送方向上位于下游的成形压机内；

步骤S10、重复上述步骤S6至步骤S9；

步骤S11、压机下料机械手5将最终成形的工件转移到预定位置。

本发明的超短节拍、节能型热成形件生产方法将原来的一次冲压淬火工艺分解为数个层层递进的成形阶段，通过数个成形压机的分阶段冲压。各冲压阶段中间通过加热炉进行补温，便于下次成形和淬火，通过以上方法将原来一次成形过程分解为数个短节拍过程。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种超短节拍、节能型热成形件生产线，其特征在于，包括：

拆垛区，用于将码垛好的工件拆分成一组组，并依此送至上料机械手处；

浮动式感应加热炉，其包括可扣合在一起及分开设置的下半炉体和上半炉体，所述下半炉体内设有用于托举和承载工件的工件支架，所述上半炉体内设有多个感应加热器，各感应加热器在与其对应的感应加热器平移伺服驱动机构的驱动下快速平移，对工件支架上的工件进行分区扫描加热；

成形压机，在工件的输送方向上位于所述浮动式感应加热炉的下游，用于将所述浮动式感应加热炉加热后的工件进行冲压成型；

上料机械手，覆盖所述拆垛区、浮动式感应加热炉和成形压机，用于从所述拆垛区抓起一组工件，并放到所述下半炉体的工件支架上，同时负责将加热后的工件转移到成形压机内，并将成形压机上成形的工件转移到下一个工位。

2.如权利要求1所述的超短节拍、节能型热成形件生产线，其特征在于，所述浮动式感应加热炉的数量至少为两个，所述成形压机的数量与所述浮动式感应加热炉的数量一致，每个浮动式感应加热炉在工件的输送方向的下游设置一个成形压机，通过数个成形压机的分阶段冲压和加热的方法，将一次成形过程分解为数个短节拍过程。

3.如权利要求2所述的超短节拍、节能型热成形件生产线，其特征在于，所述浮动式感应加热炉还包括供所述下半炉体和上半炉体上下移动的升降框架，所述升降框架的底部和顶部分别安装有下半炉体升降驱动机构和上半炉体升降驱动机构；所述下半炉体和上半炉体分别在下半炉体升降驱动机构和上半炉体升降驱动机构的作用下沿所述降框架进行上升或下降。

4.如权利要求1所述的超短节拍、节能型热成形件生产线，其特征在于，每个感应加热器滑动设置在不同的感应加热器平移导轨上，所述感应加热器平移导轨的延伸方向与工件的输送方向一致或呈夹角设置；

所述感应加热器在对应的感应加热器平移伺服驱动机构的驱动下沿所述感应加热器平移导轨的长度方向移动。

5.如权利要求4所述的超短节拍、节能型热成形件生产线，其特征在于，所述感应加热器平移导轨设置于轴承座上，所述轴承座由位于所述上半炉体外侧的电机驱动进行转动。

6.如权利要求1所述的超短节拍、节能型热成形件生产线，其特征在于，所述下半炉体和上半炉体的内壁均设置有保温材料；所述下半炉体的底部平铺有保护气均布床，所述工件支架设置在所述保护气均布床上；

所述保护气均布床的上表面均布有将保护气均匀的充满整个炉体的小孔。

7.如权利要求1所述的超短节拍、节能型热成形件生产线，其特征在于，每个感应加热器的加热功率由控制装置进行控制。

8.一种超短节拍、节能型热成形件生产方法，采用如权利要求3至7任一项所述的生产线，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1、根据上料机械手的高度通过移动下半炉体使下半炉体内的工件支架的高度调整到合适位置；

步骤S2、上料机械手平移将拆垛区拆分好的工件送入所述工件支架上；

步骤S3、下半炉体和上半炉体分别在下半炉体升降驱动机构及上半炉体升降驱动机构的驱动下扣合在一起；

步骤S4、上半炉体内的感应加热器在感应加热器平移伺服驱动机构的驱动下快速平移，对工件支架上的工件进行分区扫描加热；

步骤S5、上半炉体在上半炉体升降驱动机构的驱动下向上移动打开加热炉，上料机械手平移将加热后的工件转移到成形压机内；

步骤S6、在工件的输送方向上位于成形压机下游的浮动式感应加热炉的下半炉体和上半炉体分开，根据上料机械手的高度通过移动下半炉体使下半炉体内的工件支架的高度调整到合适位置；

步骤S7、上料机械手平移将冲压成型后的工件送入下半炉体的工件支架上；

步骤S8、下半炉体和上半炉体分别在下半炉体升降驱动机构及上半炉体升降驱动机构的驱动下扣合在一起；上半炉体内的感应加热器在感应加热器平移伺服驱动机构的驱动下快速平移，对工件支架上的工件进行分区扫描加热；

步骤S9、下半炉体和上半炉体分别在下半炉体升降驱动机构及上半炉体升降驱动机构的驱动下上下分开，上料机械手平移将加热后的工件转移到在工件的输送方向上位于下游的成形压机内；

步骤S10、重复上述步骤S6至步骤S9；

步骤S11、压机下料机械手将最终成形的工件转移到预定位置。

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