高強鋼熱成形智能化柔性生產方法
【專利摘要】本發明涉及熱沖壓成形加工【技術領域】，尤其是指一種高強鋼熱成形智能化柔性生產方法：一：通過輸送系統，將冷坯料輸送至加熱爐中加熱使其奧氏體化得到熱坯料；二：通過輸送系統，將熱坯料從加熱爐中取出移送至成形模具上；三：熱坯料在成形模具內成形得到所需要的零件形狀，零件在模具中保壓后再完全淬火得到馬氏體組織；四：將零件取出，檢測其強度以及殘余應力，通過壓力機機身上的噸位計反饋至壓力機系統，并將此次成形過程中的檢測數據均被統計儲存至控制系統中；五：通過統計概念來對工藝參數進行優化同時將優化結果反饋至輸送系統、加熱系統以及壓力機系統中，本發明能有效對成形零件質量進行控制、縮短生產周期以及減小生產成本。
【專利說明】高強鋼熱成形智能化柔性生產方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及熱沖壓成形加工【技術領域】，尤其是指一種高強鋼熱成形智能化柔性生產方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著對汽車輕量化、節能減排以及安全性能需求的日益提高，熱成形高強鋼零件越來越廣泛應用于汽車安全件，如典型的汽車安全件B柱，保險杠和防撞梁等。高強鋼熱成形零件的最終強度可達1500MPa級以上，不僅可以減輕車身重量，同樣滿足碰撞安全需求。
[0003]盡管高強鋼的熱成形零件有著巨大的優勢，真正應用于生產的制造線并不多，除了其需要更復雜的加熱系統和輸送系統以外，生產效率以及性能控制也是制約其應用的一個重要原因。為了縮短生產周期，工業上普遍采用輥式爐或者多層箱式爐作為加熱系統，采用多機械手進行協同制造。熱成形零件除了要滿足傳統成形零件的形狀精度外，還需要滿足其強度以及殘余應力要求，因此如何根據生產得到的零件的性能以及壓力機成形力來調節整個熱成形生產過程是本發明主要解決的問題，即實現熱成形過程中數字化智能化的柔性生產方法。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種能有效對成形零件質量進行控制、縮短生產周期以及減小生產成本的高強鋼熱成形智能化柔性生產方法。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案:一種高強鋼熱成形智能化柔性生產方法，包括如下步驟:
步驟A:通過輸送系統，將冷坯料輸送至加熱爐中加熱使其奧氏體化得到熱坯料，并保溫;
步驟B:通過輸送系統，將熱坯料從加熱爐中取出移送至成形模具上；
步驟C:熱坯料在成形模具內成形得到所需要的零件形狀，零件在模具中保壓后再完全淬火得到馬氏體組織；
步驟D:成形完畢后，將零件取出，檢測其強度以及殘余應力，成形過程中成形力通過壓力機機身上的噸位計反饋至壓力機系統，并將此次成形過程中的坯料保溫時間、保溫溫度、輸送系統的輸送時間、伺服壓力機的成形速度、壓力機的回程數、壓力機的保壓壓力、成形過程中的成形力、最終零件的硬度、零件的強度以及零件殘余應力均被統計儲存至控制系統中；
步驟E:被統計存儲的上述工藝參數以及零件性能參數通過統計概念來對工藝參數進行優化同時將優化結果反饋至輸送系統、加熱系統以及壓力機系統中。
[0006]優選的，所述步驟A中，坯料奧氏體化溫度為850~1000°C，保溫時間為2~10分鐘。
[0007]優選的，所述步驟A中，坯料奧氏體化溫度為875~975°C，保溫時間為3~8分鐘。
[0008]優選的，所述步驟C中所采用的壓力機為電動伺服壓力機，該電動伺服壓力機通過跟蹤模具間隙而實時調控保壓力。
[0009]優選的，所述步驟D中，壓力機的立柱上裝設有應變片傳感器，通過檢測應力載荷并經過數值信號處理輸出成形零件的成形力數值。
[0010]優選的，所述步驟D中，檢測零件的強度以及殘余應力之后，根據零件的強度及殘余應力進行篩選，合格品被輸送至合格零件區，不合格品被輸送至廢品區。
[0011]優選的，所述步驟B中的加熱爐為多層箱式爐或輥式爐。
[0012]本發明的有益效果在于:本發明提供了一種高強鋼熱成形智能化柔性生產方法，本發明通過引入成形過程中智能化數字化的柔性生產方法，實現對零件質量控制，縮短生產周期以及減少生產成本。本發明相比于傳統的生產方法，能在現有設備和空間基礎上，實現對生產過程的管理以及優化，為企業創造更大的價值，摒棄了傳統地依賴于人工經驗的缺陷，避免了大量的重復性的試制活動，整個系統處于柔性狀態，生產過程更穩定，停線概率更小。另外地，本發明所涉及的無損檢測技術除了能應用于本發明外，更可單獨提取出來做成固定式和移動式無損檢測設備，并且可以應用于更加廣泛的行業，如金屬冷成形件檢測領域，帶涂層金屬件檢測領域以及金屬表面性能表征領域等。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明所涉及的熱成形柔性生產線的設備布置圖。
[0014]圖2為本發明所涉及的熱成形柔性生產線的工序流程圖。
[0015]圖3為本發明所涉及的伺服壓力機成形力記錄反饋圖以及伺服壓機滑塊行程圖。
[0016]圖4為本發明所涉及的無損檢測技術原理圖。
[0017]圖5為本發明所涉及的基于以太網的異構控制系統架構圖。
[0018]附圖標記包括，1 一毛坯供料臺，2—輸送機械手，3—加熱爐系統，4一保護氣體站，5—冷卻機，6一熱成形模具，7一壓力機工作臺面，8—檢測臺，9一出料臺，10一工序流程網模型，11一實際工序流程網，12一壓力機機身，13一應變片測力系統，14一壓力機行程圖，15—信號發生器，16—檢測所得波形圖。工序流程網模型10中Ps為工序流程起點，Pe為工序流程終點，Pc為工序流程控制節點。
【具體實施方式】
[0019]為了便于本領域技術人員的理解，下面結合實施例與附圖對本發明作進一步的說明，實施方式提及的內容并非對本發明的限定。
[0020]如圖1所示為所涉及的熱成形柔性生產線設備布置圖，它包括毛坯供料臺1，輸送機械手2，加熱爐系統3，保護氣體站4，冷卻機5，熱成形模具6，壓力機工作臺面7，檢測臺8以及出料臺9。如圖5所示所涉及熱成形柔性生產線總控系統可以分為加熱系統，輸送系統和壓力機系統三大系統，他們之間通過工業以太網實現實時連接和控制。如圖2所示為所涉及熱成形柔性生產線的工序流程網模型10以及實際工序流程網11。如圖3所示為所涉及的伺服壓力機系統，通過壓力機12成形零件，成形力通過應變片測力系統13反饋到控制系統中，控制系統結合成形力以及檢測結果輸出優化的行程曲線14。如圖4所示為所涉及的無損檢測技術原理圖，通過信號發生器15檢測被測工件的巴克豪森電磁信號得到波形圖16，經后續數據處理得到待檢工件的硬度，強度以及殘余應力。
[0021]本發明所述的一種高強鋼熱成形智能化柔性生產方法的實施例一包括如下步驟:
步驟A:通過輸送系統，將冷坯料輸送至加熱爐中加熱使其奧氏體化得到熱坯料，并保溫；坯料奧氏體化溫度為850~1000°C，保溫時間為2~10分鐘。
[0022]步驟B:通過輸送系統，將熱坯料從加熱爐中取出移送至成形模具上；
步驟C:熱坯料在成形模具內成形得到所需要的零件形狀，零件在模具中保壓后再完全淬火得到馬氏體組織，以使零件的最終維氏硬度達到450HV以上，強度達到1500MPa級以上。
[0023]步驟D:成形完畢后，將零件取出，檢測其強度以及殘余應力，成形過程中成形力通過壓力機機身上的噸位計反饋至壓力機系統，并將此次成形過程中的坯料保溫時間、保溫溫度、輸送系統的輸送時間、伺服壓力機的成形速度、壓力機的回程數、壓力機的保壓壓力、成形過程中的成形力、最終零件的硬度、零件的強度以及零件殘余應力均被統計儲存至控制系統中；
步驟E:被統計存儲的上述工藝參數以及零件性能參數通過統計概念來對工藝參數進行優化同時將優化結果反饋至輸送系統、加熱系統以及壓力機系統中。
[0024]本發明通過引入成形過程中智能化數字化的柔性生產方法，實現對零件質量控制，縮短生產周期以及減少生產成本。本發明相比于傳統的生產方法，能在現有設備和空間基礎上，實現對生產過程的管理以及優化，為企業創造更大的價值，摒棄了傳統地依賴于人工經驗的缺陷，避免了大量的重復性的試制活動，整個系統處于柔性狀態，生產過程更穩定，停線概率更小。另外地，本發明所涉及的無損檢測技術除了能應用于本發明外，更可單獨提取出來做成固定式和移動式無損檢測設備，并且可以應用于更加廣泛的行業，如金屬冷成形件檢測領域，帶涂層金屬件檢測領域以及金屬表面性能表征領域等。
[0025]優選的，所述步驟C中所采用的壓力機為電動伺服壓力機，該電動伺服壓力機通過跟蹤模具間隙而實時調控保壓力。
[0026]優選的，所述步驟D中，壓力機的立柱上裝設有應變片傳感器，通過檢測應力載荷并經過數值信號處理輸出成形零件的成形力數值，即快速無損檢測方法。
[0027]優選的，所述步驟D中，檢測零件的強度以及殘余應力之后，根據零件的強度及殘余應力進行篩選，合格品被輸送至合格零件區，不合格品被輸送至廢品區。
[0028]上述技術方案中，輸送方式可以選擇機器人也可以選擇直線輸送機械手，加熱爐可為多層箱式爐也可為輥式加熱爐，保護氣體為高純氮氣。
[0029]上述無損檢測技術中，除了巴克豪森電磁信號檢測外，同樣可用其他快速無損檢測方法替代。
[0030]上述壓力機優化的行程曲線14中，回程特性為伺服壓力機所特有，可以消除殘余應力從而提高成形零件質量，如為其他類型壓力機，亦可以通過優化成形速度曲線來優化生產時間，達到提高生產效率的目的。
[0031]上述壓力機應變片測力系統13中，除了可以采用壓力機機身貼應變片方法外，同樣可以選擇拉桿式測力計以及液壓缸測力系統等其他測力方法。
[0032]上述熱成形過程中柔性生產方法中，通過反饋的成形力以及檢測所得工件性能參數，對加熱系統、輸送系統以及壓力系統進行參數優化和調控，具體優化目標以及調控參數不局限于
【發明內容】
所提到的相關內容，可以根據實際生產需要進行調節或設置相應權重值。
[0033]試驗研宄表明，通過優化加熱溫度，保溫時間，壓力回程數，成形速度等參數能有效提高零件成形質量以及提高生產效率，一分鐘內成形零件數可由2.5個提升到3.75個而且廢品率降低。
[0034]進一步地，步驟D中所采用的檢測技術為快速無損檢測技術，壓力機噸位計為安裝在壓力機立柱上的應變片傳感器，通過檢測換算與標定值對比得到壓力值。
[0035]進一步地，步驟D中所統計存儲的工藝參數以及零件性能參數將會通過統計概念來對工藝參數進行優化同時將優化結果反饋至輸送系統、加熱系統以及壓力機系統中。
[0036]在實施例二中，與上述實施例一的不同之處在于:所述步驟A中，坯料奧氏體化溫度為875~975°C，保溫時間為3~8分鐘，最終零件的維氏硬度可達到500HV以上，強度達到1800MPa級以上。
[0037]本說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。上述實施例為本發明較佳的實現方案，除此之外，本發明還可以其它方式實現，在不脫離本技術方案構思的前提下任何顯而易見的替換均在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.高強鋼熱成形智能化柔性生產方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟A:通過輸送系統，將冷坯料輸送至加熱爐中加熱使其奧氏體化得到熱坯料，并保溫; 步驟B:通過輸送系統，將熱坯料從加熱爐中取出移送至成形模具上； 步驟C:熱坯料在成形模具內成形得到所需要的零件形狀，零件在模具中保壓后再完全淬火得到馬氏體組織； 步驟D:成形完畢后，將零件取出，檢測其強度以及殘余應力，成形過程中成形力通過壓力機機身上的噸位計反饋至壓力機系統，并將此次成形過程中的坯料保溫時間、保溫溫度、輸送系統的輸送時間、伺服壓力機的成形速度、壓力機的回程數、壓力機的保壓壓力、成形過程中的成形力、最終零件的硬度、零件的強度以及零件殘余應力均被統計儲存至控制系統中； 步驟E:被統計存儲的上述工藝參數以及零件性能參數通過統計概念來對工藝參數進行優化同時將優化結果反饋至輸送系統、加熱系統以及壓力機系統中。
2.根據權利要求1所述的高強鋼熱成形智能化柔性生產方法，其特征在于:所述步驟A中，坯料奧氏體化溫度為850~1000°C，保溫時間為2~10分鐘。
3.根據權利要求1所述的高強鋼熱成形智能化柔性生產方法，其特征在于:所述步驟A中，坯料奧氏體化溫度為875~975°C，保溫時間為3~8分鐘。
4.根據權利要求1所述的高強鋼熱成形智能化柔性生產方法，其特征在于:所述步驟C中所采用的壓力機為電動伺服壓力機，該電動伺服壓力機通過跟蹤模具間隙而實時調控保壓力。
5.根據權利要求1所述的高強鋼熱成形智能化柔性生產方法，其特征在于:所述步驟D中，壓力機的立柱上裝設有應變片傳感器，通過檢測應力載荷并經過數值信號處理輸出成形零件的成形力數值。
6.根據權利要求1所述的高強鋼熱成形智能化柔性生產方法，其特征在于:所述步驟D中，檢測零件的強度以及殘余應力之后，根據零件的強度及殘余應力進行篩選，合格品被輸送至合格零件區，不合格品被輸送至廢品區。
7.根據權利要求1所述的高強鋼熱成形智能化柔性生產方法，其特征在于:所述步驟B中的加熱爐為多層箱式爐或輥式爐。
【文檔編號】B21C51/00GK104438533SQ201410671856
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月21日 優先權日:2014年11月21日
【發明者】張宜生, 王子健, 姚小春 申請人:東莞市豪斯特熱沖壓技術有限公司, 華中科技大學