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(shù)是近年來發(fā)展較快的一種成形技術(shù)，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(jié)構(gòu)件等均不斷用熱成形技術(shù)取代傳統(tǒng)成形技術(shù)，熱沖壓生產(chǎn)線需求量不斷增多，國內(nèi)汽車廠家一直購買進口熱沖壓成形生產(chǎn)線以彌補生產(chǎn)力的不足。本文主要介紹一種我單位自主研發(fā)的成熟的熱沖壓成形生產(chǎn)線。

熱沖壓成形液壓機生產(chǎn)線是在高速薄板沖壓液壓機基礎(chǔ)上吸收國內(nèi)外先進技術(shù)而自主研發(fā)的新型沖壓設(shè)備。該種液壓機生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)線主要應(yīng)用于超高強度汽車結(jié)構(gòu)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(chǎn)線生產(chǎn)的熱沖壓結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shù)之一。

熱成形工藝路線：板材落料—加熱、奧氏體化—模具內(nèi)成形—模具內(nèi)淬火并轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)件

使用本文介紹的熱沖壓成形液壓機生產(chǎn)線生產(chǎn)出的工件表面質(zhì)量好，工件各處強度均勻。為進一步提高生產(chǎn)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(shù)參數(shù)

如表1所示為熱沖壓成形液壓機主要技術(shù)參數(shù)。

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(jié)構(gòu)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(chǎn)線簡介

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

3.1 加熱爐系統(tǒng)

表1 熱沖壓成形液壓機主要技術(shù)參數(shù)

圖2 熱沖壓成形生產(chǎn)線

加熱爐系統(tǒng)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(chǎn)線采用輥底爐加熱系統(tǒng)，該種加熱爐適合大批量高速生產(chǎn)、效率高，是目前使用最廣的加熱爐系統(tǒng)。

3.2 自動化系統(tǒng)

包含拆垛系統(tǒng)、機器人、高速機械手、高溫端拾器、高速上下料系統(tǒng)、總控系統(tǒng)等。

生產(chǎn)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(xiàn)板料的分張。在臺車臺面上對應(yīng)每一垛料的下方擺放擺桿式行程開關(guān)，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(guān)發(fā)出信號，拆垛機器人自動轉(zhuǎn)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(tǒng)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(tǒng)、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(jù)垛料情況自動調(diào)整，每個吸盤通斷氣均可自動控制。

整線配有上料系統(tǒng)及下料系統(tǒng)各一套，并在液壓機的上、下料側(cè)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(nèi)和將沖壓后的零件傳送到鏈條輸送機，機械手循環(huán)完成夾緊、抬起、送進、落下、松開、返回動作，以實現(xiàn)板料及工件的傳送。三個方向的運動全部由伺服電機驅(qū)動，控制方便，精度高。

機械手控制系統(tǒng)：PLC采用Siemens或倍福；現(xiàn)場總線采用Profibus/ProfiNet/EtherCAT；AC伺服驅(qū)動系統(tǒng)采用Siemens或倍福；位置反饋系統(tǒng)為伺服系統(tǒng)自帶；各軸過載保護在伺服控制器內(nèi)。

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(xiàn)連接。

為便于安裝和操作、監(jiān)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(shù)據(jù)輸入和故障診斷顯示。

伺服運動軸采用SIEMENS Simotion或倍福數(shù)控伺服系統(tǒng)，伺服驅(qū)動可以實現(xiàn)精密的實際位置和速度的線性運動，提供平穩(wěn)、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(shù)在最小值和最大值之間可以自由編程設(shè)定。

3.3 水冷模具系統(tǒng)

在上、下模具內(nèi)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(chǎn)線水冷模具（圖8）系統(tǒng)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(tǒng)

打碼系統(tǒng)（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(lián)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(cè)的把手搖動絲杠，將打標器移動到相應(yīng)的初始位置，同時搖動把手記錄當前位置的數(shù)字顯示器，記錄該件位置信息，以備后續(xù)使用。

圖9 打碼系統(tǒng)

3.5 噴丸及激光切割等附屬設(shè)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(xù)處理。本文介紹的熱沖壓成形生產(chǎn)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(tǒng)采用安全PLC系統(tǒng)。配備完善的安全裝置，實時控制顯示安全區(qū)域狀況，及時發(fā)出聲光報警信號或停機。

自動化設(shè)備的所有設(shè)備設(shè)施，均設(shè)置防護圍欄、安全門、安全鎖等裝置，并進行必要的聯(lián)鎖保護，圍欄高度2000mm。

在防護欄的適當位置開設(shè)安全門，所有的門均安裝有安全開關(guān)及按鈕盒，按鈕盒上設(shè)有復(fù)位按鈕和急停按鈕。

3.7 操作站

依照劃分的單元分別設(shè)置操作站，操作站設(shè)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(qū)域。操作站設(shè)置控制電源開關(guān)，可以關(guān)閉除控制系統(tǒng)主站外所有控制電源。

4 結(jié)束語

本文所介紹的熱沖壓成形生產(chǎn)線已有眾多汽車廠家多年實際使用，各項技術(shù)參數(shù)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?？煽?、平穩(wěn)、噪聲小。各系統(tǒng)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(nèi)先進水平。