混合電磁感應及激光加熱的沖壓裝置的制作方法

本實用新型涉及一種混合電磁感應及激光加熱的沖壓裝置。

背景技術：

基于現代人們對輕量化零部件的需求明顯增長，輕量化設計已經得到各大工業領域的重視，如汽車、消費電子產品、醫療器材、家庭電器等產業。對于生產工藝，金屬成形工藝能夠制造具有良好機械性能及表面光潔度的零部件，并且制造過程可實現低物耗及高產率等，而這些優勢是其它制造工藝如壓鑄、傳統金屬切削加工及粉末注射成形等不能達到的。

應用輕合金材料是實現產品輕量化的方法之一。與一般鋼材相比，使用鋁材能夠減少30%-50%的重量，而鎂材能夠減少40%-70%。除了使用輕合金材料之外，使用高強度鋼也能實現產品輕量化。保證產品擁有相同的剛度情況下，材料的強度越高，所需材料用量便可減少，因此可以減少零件重量。但運用這類材料生產零件時由于其高機械強度，會顯著增加成形載荷，因此需要大型沖床進行生產。而且，成形載荷的增加會進一步加速模具磨損，縮短模具疲勞壽命，最終導致生產成本上升。同時，在常溫下，這類材料通常成形能力差，大變形區域易發生斷裂，這就限制了成形零件的幾何形狀。

盡管現今可以結合多步工藝如先成形，后退火，再成形來制造形狀復雜的零件，但是成形周期長，不利于生產。雖然傳統高溫成形工藝可提高材料的成形能力及降低成形載荷，但這方法會導致成形零件的表面質量變差，幾何形狀不精確，以及較長的生產周期。另外，當成形零件尺寸減少時，由于工件體積與其面積比例變小，工件的成形溫度不易于控制，溫度會在工件運送途中快速下降，因此難以達到預期的效果。

技術實現要素：

有鑒于目前全球生產零件所采用的沖床等設備新舊不一，亟待一種不改變原有設備但可以改進生產的方法出現。本實用新型提供混合電磁感應及激光加熱的沖壓裝置，首先采用電磁感應方法把板金加熱至材料未發生微觀組織變化的溫度，然后采用激光給予將需要發生大變形或者流動程度高的材料區域照射加溫。在深沖、彎曲、沖孔、壓紋等常規沖壓成形工藝中，改變大變形區域的材料溫度可以直接改變其成形性能，達到易于加工目的。

本實用新型提供一種混合電磁感應及激光加熱的沖壓裝置，包括成形設備，還包括電磁感應加熱裝置、激光發射裝置和激光引導裝置，所述激光發射裝置連接激光引導裝置，所述電磁感應加熱裝置和所述激光引導裝置均設置于所述成形設備的上方。

所述激光引導裝置的一側靠近處于成形設備的模具，激光引導裝置的另一側靠近電磁感應加熱裝置。

還包括能夠給所述電磁感應加熱裝置、激光引導裝置及成形設備送料的送料器。

所述送料器為伺服式送料器、機械式送料器或氣動式送料器。

所述成形設備為沖床。

還包括激光保護裝置，設置于所述激光引導裝置的下方。

所述激光保護裝置為V形底板，所述V形底板設置于成形設備的激光加熱工位處。

本實用新型具有的優點在于：在板金沖壓加工線上結合電磁感應及激光加熱，在板金即將開始沖壓之前，采用電磁感應加熱及激光快速照射需要進行大變形的區域，提高此區域的流動能力，降低成形過程中的變形載荷（高達70%），提高產能及模具壽命，簡化零部件成形步驟。在沖孔工藝中可以增加高亮度剪切面面積，使沖件的光滑程度與精密沖壓相似。通過電磁感應將板金加熱到材料不發生微觀結構變化的最高溫度，大大縮小激光加溫幅度，以此減少所需激光機的功率，減少硬件資本投入，降低了生產成本和技術門檻。

附圖說明

圖1為本實用新型中板金被電磁感應線圈加熱的示意圖。

圖2為本實用新型中完成預加熱的板金被激光照射加熱的示意圖。

圖3為整體生產設備結構的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好的理解本實用新型并能予以實施，但所舉實施例不作為對本實用新型的限定。

本實用新型提供一種混合電磁感應及激光加熱的沖壓裝置，使用該沖壓裝置的沖壓方法為：首先使用電磁感應方法把板金加熱至材料未發生微觀組織變化的溫度，然后采用激光快速照射加熱需要進行大變形的區域，進而提高此區域的流動能力，然后再采用常規沖壓方式進行深沖、彎曲、沖孔、壓紋等各種成形工藝。借此成形復雜的幾何特征，降低沖壓力及延長模具壽命。本實用新型利用電磁感應方法預先提高板金的溫度，可減小所需激光加溫幅度，進而降低激光功率要求，借此減小激光設備的資本投入。圖1及圖2為舉例說明預加熱以及激光照射板金局部加熱過程，圖3展示了整體設備設計。該沖壓方法的具體工藝流程包括以下三個步驟：

步驟一：電磁感應加熱板金的過程：

所述板金一般選擇為純金屬材料或合金材料。如圖1所示，板金1首先被送料器2運送至電磁感應的加熱工位。電磁感應線圈3開始工作，加熱處于電磁感應線圈3內部的板金材料，加溫溫度根據實際材料而定，最佳情況是將板金加熱至略低于其微觀組織變化的溫度點，這樣可以保證成品零件的性能不發生變化，且最大限度的減少所需激光功率。另外，還需要計算電磁感應加熱時間、激光照射加熱時間以及各工位之間的距離，考慮零件成形工步的復雜程度和工藝要求。將上述因素協調整合，得到針對于某一實例的具體配合方案，避免材料熱量損失以及生產時間的浪費。

步驟二：激光照射板金加熱過程：經過電磁感應預加熱的金屬板金1運送至激光照射加溫工位。圖2中陰影部分代表通過電磁感應工位的板金已經被整體加熱，板金到達激光加熱工位后，激光引導裝置4接受來自激光發射源的激光以及控制器的信息，該信息包括采用的激光掃描速度、發射強度、掃描循環次數、掃描路徑等。發射激光束9，于板金1上形成局部升溫區域5，該加熱區域5是板金1將進行大變形的部位，以提高此區域材料的變形能力。在本實例中使用的板金為高強度鋼QSTE500TM，板金厚度為2.5mm，采用4000W的激光源，照射速度為2000mm/s，掃描循環100次。加溫工位需要保證激光不外泄，保證生產現場安全。

步驟三：板金成形過程：如圖3所示，加熱后的板金1運送至成形設備的成形工位，使板金1處于上模6及下模7之間。成形過程中上模6或下模7的其中之一固定，而另一部分模具往板金1方向移動，與板金1發生碰撞，進而使板金1的加熱區域5產生變形。在本實例中沖孔直徑為17mm，沖壓速度為1分鐘65次。

本實用新型還提供一種混合電磁感應及激光加熱的沖壓裝置。如圖3所示，當中包括送料器2、電磁感應加熱裝置3、激光引導裝置4、上模具6、下模具7及成形設備8。所述送料器2能夠給電磁感應加熱裝置3、激光引導裝置4以及成形設備8進行送料。所述電磁感應加熱裝置3、激光引導裝置4處于成形設備8的上方，其中，激光引導裝置4的一側靠近上模具6及下模具7，另一側靠近電磁感應加熱裝置3。材料在激光引導裝置4中受到激光束9照射之后，即可以直接送入沖床進行成形，最大限度的減小熱能量損失。板金1的厚度控制在5mm之內。由于生產高強度零件需要使用較厚的板金1及較高的成形溫度，因此需使用高強度激光，輸出功率一般大于500W。激光發射裝置的安裝位置同方式需要保證生產人員的安全性，避免散射激光對人體造成直接傷害，因此板金1與激光發射區需要圍成一個密閉的空間。模具(包括上模具6及下模具7)與成形設備8的擺放方式與常規沖壓裝置結構不變。板金1下方設置激光保護裝置，其可以為V形底板10，材質為低碳金屬。V形口的方向朝向板金的運動垂直方向，具體大小根據具體的激光引導設備4而定，但是必須保證此結構的投影面積大于或等于激光最大允許的活動區域，保證所有的激光照射都在V形結構范圍從而保證保護性能。

以上所述實施例僅是為充分說明本實用新型而所舉的較佳的實施例，本實用新型的保護范圍不限于此。本技術領域的技術人員在本實用新型基礎上所作的等同替代或變換，均在本實用新型的保護范圍之內。本實用新型的保護范圍以權利要求書為準。