一種熱沖壓成形液壓機生產線

胡彬彬，張海杰，張 梟

（合肥合鍛智能制造股份有限公司，安徽 合肥 230000）

熱沖壓技術是近年來發展較快的一種成形技術，尤其是隨著汽車輕量化要求的不斷提高，各汽車廠家主要機車結構件等均不斷用熱成形技術取代傳統成形技術，熱沖壓生產線需求量不斷增多，國內汽車廠家一直購買進口熱沖壓成形生產線以彌補生產力的不足。本文主要介紹一種我單位自主研發的成熟的熱沖壓成形生產線。

熱沖壓成形液壓機生產線是在高速薄板沖壓液壓機基礎上吸收國內外先進技術而自主研發的新型沖壓設備。該種液壓機生產線將熱沖壓工藝移植到高速薄板沖壓液壓機上，使之既具有一般高速薄板沖壓液壓機的高頻次生產特性又具備熱塑性成形工藝的特性。

1 熱成形工藝簡介

目前熱沖壓成形液壓機生產線主要應用于超高強度汽車結構件的制造，比如：A柱、B柱、前后保險杠、車頂縱梁、防撞梁等工件，見圖1。

使用該系列液壓機生產線生產的熱沖壓結構件的抗拉強度可達1500MPa，厚度卻可以減薄30%以上。由于能顯著提高汽車結構件強度而又減輕了整車重量，提高了能源利用率又降低了燃料消耗及廢氣排放，目前已成為汽車輕量化主要技術之一。

熱成形工藝路線：板材落料—加熱、奧氏體化—模具內成形—模具內淬火并轉化為馬氏體組織—表面去除氧化皮（裸板）—切邊和切割工藝孔。

圖1 常用熱沖壓結構件

使用本文介紹的熱沖壓成形液壓機生產線生產出的工件表面質量好，工件各處強度均勻。為進一步提高生產效率，目前可以做到一模兩件、一模四件。

2 熱沖壓成形液壓機主要技術參數

如表1所示為熱沖壓成形液壓機主要技術參數。

熱沖壓成形液壓機公稱壓力一般在5000～20000 kN，目前最常用的是12000kN熱沖壓成形液壓機，該噸位液壓機的成形力基本可以適用于各類汽車熱沖壓結構件的成形，是目前使用范圍最廣的一種熱沖壓成形液壓機。

3 熱沖壓成形生產線簡介

熱沖壓成形生產線（圖2）是在熱沖壓成形液壓機基礎上配置加熱爐系統、自動化系統、水冷模具系統及相關的噴丸系統、激光切割機等設備，從而組成的自動化生產線。

3.1 加熱爐系統

表1 熱沖壓成形液壓機主要技術參數

圖2 熱沖壓成形生產線

加熱爐系統用于對工件的加熱，同時具有保護性氣體，防止鋼板氧化。

本文介紹的生產線采用輥底爐加熱系統，該種加熱爐適合大批量高速生產、效率高，是目前使用最廣的加熱爐系統。

3.2 自動化系統

包含拆垛系統、機器人、高速機械手、高溫端拾器、高速上下料系統、總控系統等。

生產過程中，利用叉車或行車將碼放整齊的料垛放置在專用料架上（圖3），垛料放置完畢人工將磁力分張裝置靠近板料，實現板料的分張。在臺車臺面上對應每一垛料的下方擺放擺桿式行程開關，用于有料和無料的檢測（圖4）。其中一臺車上的垛料全部拆完后，行程開關發出信號，拆垛機器人自動轉移到另一臺臺車進行拆垛。

圖3 拆垛臺車、料架及磁力分層

圖4 拆垛端拾器及雙料檢測

本系統拆垛機器人采用專門用于沖壓搬運的6軸機器人，裝配有：機器人本體、機器人附件及真空系統、機器人控制器、彩色的示教編程器、機器人與控制器之間的電纜等。

拆垛端拾器（圖6、7）使用真空吸盤抓取板料，安裝有自動快換母端，可與機器人六軸的快換公端進行手動對接，各個吸盤位置可根據垛料情況自動調整，每個吸盤通斷氣均可自動控制。

整線配有上料系統及下料系統各一套，并在液壓機的上、下料側各安裝一套三坐標機械手，兩套機械手（圖5）負責將對中臺的板料輸送到模具內和將沖壓后的零件傳送到鏈條輸送機，機械手循環完成夾緊、抬起、送進、落下、松開、返回動作，以實現板料及工件的傳送。三個方向的運動全部由伺服電機驅動，控制方便，精度高。

機械手控制系統：PLC采用Siemens或倍福；現場總線采用Profibus/ProfiNet/EtherCAT；AC伺服驅動系統采用Siemens或倍福；位置反饋系統為伺服系統自帶；各軸過載保護在伺服控制器內。

圖5 上、下料機械手

圖6 氣控夾鉗形式上料端拾器

圖7 氣控永磁吸盤形式下料端拾器

控制器采用西門子D系列控制器或倍福，具有Profibus-DP/ProfiNet/EtherCAT總線接口，I/O點通過Profibus-DP/ProfiNet/EtherCAT實現連接。

為便于安裝和操作、監控方便，人機界面HMI采用手持式移動屏，帶按鍵和觸摸功能，可進行數據輸入和故障診斷顯示。

伺服運動軸采用SIEMENS Simotion或倍福數控伺服系統，伺服驅動可以實現精密的實際位置和速度的線性運動，提供平穩、無晃動、光滑的運動軌跡。

所有運動軸的軌跡都是完全可編程的，運動參數在最小值和最大值之間可以自由編程設定。

3.3 水冷模具系統

在上、下模具內部有冷卻水通道，在壓制后的保壓階段接通冷卻水對工件進行淬火冷卻。

本文介紹的熱沖壓生產線水冷模具（圖8）系統采用上模具4路進水、4路出水，下模具4路進水、4路出水的冷卻方式。所有水路與模具連接部分均使用軟管連接方式連接到模具附近位置，在模具上配有快插接頭連接。每條水路均配有流量、溫度、壓力檢測元件。

圖8 水冷模具

3.4 打碼系統

打碼系統（圖9）有4個打標器，氣缸上帶有24VDC位置傳感器用于與拆垛機器人信號聯鎖。

為滿足板料間距變化的要求，更換不同的板料后（換模時），通過兩側的把手搖動絲杠，將打標器移動到相應的初始位置，同時搖動把手記錄當前位置的數字顯示器，記錄該件位置信息，以備后續使用。

圖9 打碼系統

3.5 噴丸及激光切割等附屬設備

針對裸板，需要用噴丸的方式去除零件表面的氧化皮。涂層板在沒有氧化的情況下不需要噴丸。

在工件壓制完成后，需對工件進行切邊和鉆孔等后續處理。本文介紹的熱沖壓成形生產線，用戶可以選配五軸激光切割機、機器人激光切割機或者采用液壓（機械）壓力機進行切邊或鉆孔等工藝處理。

3.6 安全防護

自動化系統采用安全PLC系統。配備完善的安全裝置，實時控制顯示安全區域狀況，及時發出聲光報警信號或停機。

自動化設備的所有設備設施，均設置防護圍欄、安全門、安全鎖等裝置，并進行必要的聯鎖保護，圍欄高度2000mm。

在防護欄的適當位置開設安全門，所有的門均安裝有安全開關及按鈕盒，按鈕盒上設有復位按鈕和急停按鈕。

3.7 操作站

依照劃分的單元分別設置操作站，操作站設置原則是操作安全可靠直觀方便。

操作站面板元器件按照不同的操作功能在操作面板上劃分區域。操作站設置控制電源開關，可以關閉除控制系統主站外所有控制電源。

4 結束語

本文所介紹的熱沖壓成形生產線已有眾多汽車廠家多年實際使用，各項技術參數及工件壓制后精度要求均符合廠家要求。整線電氣、機械各運動部件運行正常可靠、平穩、噪聲小。各系統性能可靠，符合整線研制要求，極大地提高了熱成形工件加工效率，性能達到國內先進水平。