[发明专利]一种高温气胀成形生产线系统及方法

说明书

本发明属于生产制造技术领域，公开了一种高温气胀成形生产线系统及方法，该生产线系统包括：坯料垛，坯料检测系统，预成型工位的组成装置，坯料预热设备，上料辊道，上料的上料机械臂或工业机器人，四柱液压机，下料机械臂或工业机器人，总控系统等；生产线生产方法为坯料检测、预成型、坯料预热、上料、合模胀形、开模下料、后处理。本发明通过工艺验证，结合高压气源、坯料预热装置，带水平缸液压机及模具系统以及上下料自动化装置，集合整线总控系统实现高温气胀成形生产线的产业化推广；可实现最高1100℃下的高温气胀成形，可自由成形几乎所有的金属材料，尤其适用于高强度金属构件；且产线投资低，成本回收快。

技术领域

本发明属于生产制造技术领域，尤其涉及一种高温气胀成形生产线系统及方法。

背景技术

超轻车身(ULSAB)、超轻覆盖件(ULSAC)、超轻悬架系统(ULSAS)和新概念超轻车身(ULSAB-AVC)等项目的成功实施，验证了高强度钢在减轻汽车自重和改善车辆性能中的有效性。为此，大力开发高强度钢材料及其相关成形技术和连接技术对进一步推进高强度钢在汽车中的应用至关重要。

瑞典的Plannja公司于1977年开发了热冲压工艺并在1984年成功试制了硬硼钢构件应用于萨博9000汽车品牌。此后自1987年至1997年的十年间利用该工艺生产的汽车构件从3,000,000件/年增加至8,000,000件/年，到2007年更是急剧增长至大约107,000,000件/年，且构件涵盖了A柱、B柱、保险杠、车顶纵梁以及管状加强件等诸多品种。然而传统的热冲压工艺由于设备原因在管状件热成形时具有较大的弊端，为此又发展了液压成型工艺，可以完成具有复杂断面管状件的成型，同时保证管材具有优良的表面质量。

但是生产中也发现，传统的内高压成形，即液压成形工艺也存在一些无法克服的问题，主要体现在：由于受高压介质的限制，成形温度均低于300℃,因此基本均在室温成形，材料成形塑性较低，无法实现较大塑性变形；且一旦涉及材料强度太高的话，该方法根本无法实现构件成形；另外，成形压力高，所需油压可高达几百兆帕，因此导致压机吨位居高不下，因此设备造价昂贵；再者，传统内高压成形的成形速度较慢，单件成形时间均在1min以上，对于追求高生产效率的汽车零部件产业，该工艺具有先天缺陷。

基于上述现状，提出以气体为高压介质的气胀成形技术，显著克服了上述内高压成形工艺的不足，具有良好的产业化前景。但是迄今为止，我国在HMGF方面的研究多数局限于镁合金、铝合金及钛合金等低熔点有色金属的气压胀形、超塑性成形方面数值模拟及实验工艺研究。除了上述有色金属之外，钢铁材料尤其是高强钢结构件的生产也是该工艺应用的重点。但实际上，由于高强度钢板具有更高的屈服应力和抗拉强度，而硬化指数n值和厚向异性系数r值却比较低，延伸率也较低；且随着强度的提高，延伸率下降。因此高强度钢板的成形性能比普通钢板要差，而且强度越高成形愈困难。在成形时，高强度钢板比普通钢板更易产生破裂和起皱的倾向。此外，与普通低碳钢板相比，高强度钢板屈服强度的提高带来了更大的弹性应变，由其生产的冲压件的回弹更明显，容易造成零件的成形精度误差，并增加试模、修模工作量和成形后的校形工作量。但当高强度钢在加热到再结晶温度以上状态时，随着其高强度刚塑性、延展性增加的同时，其屈服强度迅速下降，这个阶段最有利于高强钢板的热成形。高强钢板的厚度一般在2.0mm一下，屈服强度在1000MPa以上，抗拉强度在1500MPa以上，将高强度钢板用于车身骨架，在保证车身强度和刚度的同时减轻重量，并带来汽车车身的抗撞性能和抗凹性能的提高，由此显著提高汽车的安全性。有资料显示，全球最大的钢铁公司Arcelor生产的冷却硬化钢22MnB5、30MnB5，冷却后的强度可达1400MPa，采用此种钢板生产的汽车零件可以使同等强度、刚度的零件减重50％以上。

在基于工艺研究基础上，且考虑到高强钢结构件高温热成形的可行性，尤其是成形温度超过500℃的内高压成形，本发明提供一种切实可行的解决方案；另一方面，国内之前还没有实现产业化高温气胀成形的成套工艺及装备。本发明设计的生产线具有直接产业化推广优势，能够保证国内首台套产线的工业化运行所需软、硬件全方面要求。