專利名稱：基于防氧化涂層的鋼板熱成形方法及實施該方法的生產線的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種熱成形方法，尤其涉及一種基于防氧化涂層的鋼板熱成形方法，
并涉及一種實施該方法的熱成形生產線。
背景技術：
鋼板熱沖壓技術是一種將特殊的高強度鋼板加熱到奧氏體溫度，然后快速移至模 具并快速沖壓，且在壓機保壓狀態下通過模具(而不是空氣)對工件在保證一定冷卻速度 的條件下進行淬火冷卻，從而最后得到超高強度沖壓件(組織為馬氏體，強度在1500MPa左 右甚至更高)的新型成形工藝。熱成形工藝的關鍵過程是加熱、沖壓、保壓和冷卻，其中后 三部分一步完成。對于厚度小、表面積大的鋼板，加熱過程中會產生氧化皮，從而導致后續 沖壓工作環境惡劣、成形件表面質量差且易導致模具精度損失，同時還需要后續的噴丸工 序。而且，對于薄板類工件，噴丸極易使工件變形。 目前，國內外主要有兩種方法解決加熱氧化的問題。 一是使用帶Al-Si鍍層的熱 沖壓鋼板，在加熱過程不會產生氧化皮，對模具影響小，并且不需要噴丸工序。但是，鋼板在 加熱過程中，A1-Si鍍層容易與加熱爐的套磁輥發生粘結，從而增加加工難度甚至導致加工 中止，另外，A1-Si鍍層鋼板成本高，國內沒有生產。另一方法是使用保護氣氛爐加熱。通過 使用保護氣氛爐加熱，可防止加熱過程產生氧化皮。但對于保護氣氛加熱爐，其連續作業與 密封性的要求較高，造價高昂，使熱成形成本大幅提高，且工件在出爐轉移和成形過程中由 于離開氣氛保護環境而產生氧化，成形后需要對表面進行噴丸處理，噴丸易造成零件變形， 且增加一道工序，生產周期延長。 因此，在熱成形技術領域急需提供一種既能解決Al-Si鍍層超高強鋼板加熱過程 與套磁輥粘結的問題，又能保證在造價較低的情況下防止氧化、制造工序簡潔、加工精度高 的熱成形方法或熱成形生產線。

發明內容
本發明旨在提供一種既能解決Al-Si鍍層超高強鋼板加熱過程與套磁輥粘結的 問題，又能保證在造價較低的情況下防止氧化、制造工序簡潔，加工精度高的熱成形方法， 以解決現有的熱成形難于避免產生氧化皮或者雖避免產生氧化皮但造價過高且難于保證 精度的問題。同時，本發明克服了現有的Al-Si鍍層超高強鋼板與套磁輥的粘連問題以及 氣氛保護爐的價格過高等技術難題。 本發明的發明目的是通過下述技術方案來實現的 —種基于防氧化涂層的熱成形方法，所述方法包括以下步驟 對工件表面進行清潔處理以保證無油污； 利用自動噴涂設備將涂料噴涂至工件表面，其中，所述自動噴涂設備包括一通過 壓力裝置將涂料均勻噴涂在工件表面的噴槍、一為所述噴槍提供直流電的電源、一用來貯 存粉料并按工藝要求向所述噴槍輸送粉料的送粉器、一用來冷卻所述噴槍從而延長所述噴槍使用壽命的熱交換器、用于輸送工作氣和送粉氣的供氣系統、用于對所述噴槍所噴涂料 中的水、粉料、氣進行調節和控制的控制柜，所噴涂料為高溫防氧化環保涂料，包括水性環 氧樹脂膠粘劑、納米耐高溫材料、高導熱材料、功能填料、水； 通過加熱設備對工件加熱以使其達到工件的奧氏體化溫度，其中，所述加熱設備 為輥底式高溫電阻爐； 將工件快速移至快速壓力機，并在所述快速壓力機中快速完成沖壓、合模、保壓、
淬火、成形一體化工序，且工件溫度在所述加工過程中從奧氏體化溫度降至馬氏體轉變溫
度，其中，所述快速壓力機包括主機、液壓系統、電氣控制系統、安全防護系統。 優選地，所述輥底式高溫電阻爐在3-6分鐘內將所述工件升溫到奧氏體化溫度
(880°C -950°C )以實現快速自動進出料功能、完成在給定生產節奏下的連續自動化生產。 優選地，所述輥底式電阻爐爐門處設有定位裝置以確保出爐工件有足夠的定位精
度，從而進一步保證機械手平穩地抓取。 優選地，所述爐門和爐門框處設有耐高溫盤根的軟密封結構，同時有水冷卻系統， 以防止爐門變形。 優選地，所述主機包括機身、移動工作臺和油缸以及壓力機滑塊。優選地，所述壓力機滑塊下行速度為250-350mm/s，工作速度為100-170mm/s，
回程速度200-300mm/s ;更優選地，下行速度為300mm/s，工作速度為130mm/s，回程速度
250mm/s。 優選地，在所述快速壓力機中，所述工件從奧氏體化溫度在5 15s內快速降至馬 氏體轉變溫度并成形所需形狀以使伴隨相變的保壓過程有效消除回彈從而得到高強度馬 氏體組織并獲得高精度零件。 優選地，所述奧氏體化溫度為880 950°C ，所述馬氏體轉變起始溫度為420°C 。
本發明還提供一種基于防氧化涂層的熱成形生產線，包括自動噴涂設備、加熱設 備、快速壓力機以及傳動機構。 其中，所述自動噴涂設備包括一通過壓力裝置將涂料均勻噴涂在工件表面的噴 槍、一為所述噴槍提供直流電的電源、一用來貯存粉料并按工藝要求向所述噴槍輸送粉料 的送粉器、一用來冷卻所述噴槍從而延長所述噴槍使用壽命的熱交換器、用于輸送工作氣 和送粉氣的供氣系統、用于對所述噴槍所噴涂料中的水、粉料、氣進行調節和控制的控制 柜。 所用加熱設備為能在3-6分鐘內將所述工件升溫到奧氏體化溫度(880°C _950°C )
以實現快速自動進出料功能、完成在給定生產節奏下的連續自動化生產的輥底式電阻爐。 所述快速壓力機包括主機、液壓系統、電氣控制系統、安全防護系統。 優選地，所述輥底式高溫電阻爐爐門處設有定位裝置以確保出爐工件有足夠的定
位精度，從而進一步保證機械手平穩地抓取。 優選地，所述爐門和爐門框處設有耐高溫盤根的軟密封結構，同時有水冷卻系統， 以防止爐門變形。 優選地，所述主機包括機身、移動工作臺和油缸以及壓力機滑塊。 優選地，所述生產線還包括停電緊急保護爐輥裝置，防止突發停電，在高溫負載條
件下爐輥彎曲變形。
本發明的有益效果由于在熱加工前對工件進行了噴涂處理，使得工件表面形成 了一層特殊的保護膜，不但解決了熱加工氧化問題，也降低了工件對加熱設備的要求從而 降低了制造成本；又由于加設了停電保護裝置，從而更好地保護了爐輥裝置；爐門處的定 位裝置不但確保出爐工件有足夠的定位精度，而且保證機械手能夠平穩地抓取，從而為提 高加工精度打下基礎。同時，本發明還包括以下有益效果 (1)防氧化涂層具有優異的防氧化性、導熱性和高溫潤滑性能。該涂料將無機的耐 高溫材料與有機的水性環氧樹脂膠粘劑結合，在120(TC以內都具有優異的防氧化功能，能 適應不同工況條下防氧化的需要；克服了目前國內現有的金屬用耐高溫防氧化涂層導熱性 差的問題，實現基體、涂層和模具的等溫性；潤滑材料的加入，使涂層具有優異的高溫潤滑 性能，95(TC下摩擦系數0. 13，能夠很好滿足金屬部件高溫精密成形的需要，實現工件精密 成形與淬火硬化一體化工藝； (2)基于防氧化涂層的輥底式高溫電阻加熱爐。工件在防氧化涂層的保護下，對加 熱環境和加熱設備的要求相對弱化，生產線選用普通電阻爐(而非氣體保護或真空爐)，控 溫精度較高，結構簡單，形式靈活，造價低廉，操作簡單。輥底式連續作業方式實現加熱時間 隨工藝可調，且便于入爐和出爐時工件的精確定位和抓取； (3)快速壓力機保證了超高強鋼板在奧氏體狀態下，快速得到沖壓，自帶冷卻系統 的模具保證了材料在保壓過程中以超過臨界轉變速度的冷卻速度全部轉變成馬氏體組織， 獲得抗拉強度1500MPa以上的零件。


下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖1為本發明所涉及的基于自動化噴涂的熱成形方法流程圖； 圖2為本發明所涉及的基于自動化噴涂的熱成形生產線結構示意圖。
圖中1、控制柜；2、送氣柜；3、送粉器；4、熱交換器；5、噴槍；6、固化筐；7、機械
手；8、輥底式高溫電阻爐；9、軟密封裝置；10、水冷卻系統；11、定位裝置；12、快速壓力機；
13、壓力機滑塊；14、移動工作臺。
具體實施例方式
現參照附圖1-2，結合具體實施例對本發明做進一步的描述 圖1為本發明所涉及的基于自動化噴涂的熱成形方法流程圖，該方法包括以下步 驟對工件表面進行清潔處理以保證無油污； 利用自動噴涂設備將涂料噴涂至工件表面，其中，所述自動噴涂設備包括一通過 壓力裝置將涂料均勻噴涂在工件表面的噴槍5、一為所述噴槍5提供直流電的電源、一用來 貯存粉料并按工藝要求向所述噴槍輸送粉料的送粉器3、一用來冷卻所述噴槍5從而延長 所述噴槍5使用壽命的熱交換器4、用于輸送工作氣和送粉氣的供氣系統、用于對所述噴槍 5所噴涂料中的水、粉料、氣進行調節和控制的控制柜，所噴涂料為高溫防氧化環保涂料，包 括水性環氧樹脂膠粘劑、納米耐高溫材料、高導熱材料、功能填料、水； 通過加熱設備對工件加熱以使其達到工件的奧氏體化溫度，其中，所述加熱設備 為輥底式高溫電阻爐8，所述輥底式高溫電阻爐8在3-6分鐘內將所述工件升溫到奧氏體化
6溫度(880°C -950°C )從而實現了快速自動進出料功能、并實現了在給定生產節奏下的連續 自動化生產。由于輥底式高溫電阻爐8爐門處設有定位裝置11，因而確保了出爐工件有足 夠的定位精度，從而進一步保證機械手平穩地抓取。同時由于所述爐門和爐門框處設有耐 高溫盤根的軟密封結構9，同時有水冷卻系統IO，有效地防止了爐門變形；
將工件快速移至快速壓力機12，并在所述快速壓力機12中快速完成沖壓、合模、 保壓、淬火、成形一體化工序，且工件溫度在所述加工過程中從奧氏體化溫度降至馬氏體轉 變溫度，其中，所述快速壓力機12包括主機、液壓系統、電氣控制系統、安全防護系統。所述 主機包括機身、移動工作臺和油缸以及壓力機滑塊13。工作中，所述壓力機滑塊13下行速 度為250-350mm/s，工作速度為100-170mm/s，回程速度200-300mm/s ;更優選地，下行速度 為300mm/s，工作速度為130mm/s，回程速度250mm/s。更進一步地，在所述快速壓力機12中， 所述工件從奧氏體化溫度在5 15s內快速降至馬氏體轉變溫度并成形所需形狀以使伴隨 相變的保壓過程有效消除回彈從而得到高強度馬氏體組織并獲得高精度零件。優選地，所 述奧氏體化溫度為880 95(TC，所述馬氏體轉變起始溫度為420°C。 比如，對于單模單件，在工件轉移至壓力機后，從奧氏體化溫度(880 950°C )在 5 15s內快速降至馬氏體轉變起始溫度(420°C )并成形所需形狀，這種方法的好處是可 以得到高強度馬氏體組織，伴隨相變的保壓過程可有效消除回彈，獲得高精度零件。
圖2為本發明所涉及的基于自動化噴涂的熱成形生產線結構示意圖，所述熱成形 生產線，包括自動噴涂設備、加熱設備、快速壓力機12以及傳動機構。 所述自動噴涂設備包括噴槍5，送粉器3通過熱交換器4與噴槍5連接，送氣柜2 安裝在地面并與送粉器3連接，控制柜1與送氣柜2和送粉器4相連。所述控制柜1按設 定好的節拍和比例控制輸送氣體和粉料。噴涂后的工件放置于固化筐6內，固化2小時。 工件經機械手7輸送至輥底式電阻爐8內，輥底式高溫電阻爐8設定溫度為880-95(TC之 間，保溫5-10分鐘，同時經由輥底裝置輸送至爐門口 ，耐高溫盤根式軟密封結構9有效防止 爐門附近溫降，保證爐溫均勻，水冷卻系統10排布在爐門前端內壁。加熱至奧氏體化溫度 的工件出爐后輸送至定位裝置11停止，由傳輸裝置轉移至快速壓力機12的移動工作臺14 上，傳輸過程時間應在3-9s內，壓力機油缸帶動滑塊13運動，對待加工工件進行沖壓、合 模、保壓、成形一體化工序，該工序所需時間為5-15s。工件溫度降至馬氏體轉變溫度以下如 20(TC后開模取出。 優選地，所述生產線還設置有停電緊急保護爐輥裝置，以防止在高溫負載條件下 突發停電而導致爐輥彎曲變形。 對于選用加熱設備，目前國內熱成形加熱設備分為保護氣氛爐、電阻加熱爐、感應 加熱爐、混合加熱爐(高頻感應加熱設備+電爐加熱)和天然氣加熱爐等四類。保護氣氛 爐加熱時在爐內通保護氣體或抽真空，工件在加熱過程中表面不產生鐵的氧化物，表面質 量好，但是要解決通保護氣體或抽真空所需密閉的環境與超高強鋼板連續作業時爐門按保 溫節拍開合的矛盾，需要復雜的結構和高昂的造價；電阻爐結構簡單、造價低、適應性強，普 遍應用于工業生產對氧化要求不高的工況條件；高頻感應加熱爐芯表溫差極小，加熱均勻， 溫控精度高，加熱速度快、生產效率高、氧化脫碳少、工作環境好、工人勞動強度低；混合加 熱爐兼有電阻加熱和感應加熱的優點，占地面積小，能量利用率高。熱成形生產線用連續式 作業爐一般有輥底式、步進式和回轉式，本發明由于加熱時間和生產線布局安排選用輥底
7式電阻加熱爐。實現快速自動進出料功能，完成在給定生產節奏下的連續自動化生產，具有 足夠大的功率，確保鋼板短時間內(3-6min)升溫到奧氏體化溫度(880°C _950°C )。
出爐工件要有足夠的定位精度，以保證機械手平穩地抓取，因此設置停電緊急保 護爐輥裝置，防止突發停電，在高溫負載條件下爐輥彎曲變形。而且，爐門和爐門框處設有 耐高溫盤根的軟密封結構，同時有水冷卻系統，防止爐門變形。 本發明已經用當前認為是最切實可行和最優選的實施例作了描述，但是可以理解 的是本發明并不局限于公開的實施例，相反地，它是用來覆蓋在本發明附加權利要求的精 神和范圍之內多種改進和相當的結構或方法。
權利要求
一種基于防氧化涂層的鋼板熱成形方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟對工件表面進行清潔處理以保證無油污；利用自動噴涂設備將涂料噴涂至工件表面，其中，所述自動噴涂設備包括一通過壓力裝置將涂料均勻噴涂在工件表面的噴槍、一為所述噴槍提供直流電的電源、一用來貯存粉料并按工藝要求向所述噴槍輸送粉料的送粉器、一用來冷卻所述噴槍從而延長所述噴槍使用壽命的熱交換器、用于輸送工作氣和送粉氣的供氣系統以及用于對所述噴槍所噴涂料中的水、粉料、氣進行調節和控制的控制柜，所噴涂料為高溫防氧化環保涂料，包括水性環氧樹脂膠粘劑、納米耐高溫材料、高導熱材料、功能填料、水；通過加熱設備對工件加熱以使其達到工件的奧氏體化溫度，其中，所述加熱設備為輥底式高溫電阻爐；將工件快速移至快速壓力機，并在所述快速壓力機中快速完成沖壓、合模、保壓、淬火、成形一體化工序，且工件溫度在所述加工過程中從奧氏體化溫度降至馬氏體轉變溫度，其中，所述快速壓力機包括主機、液壓系統、電氣控制系統、安全防護系統。
2. 根據權利要求1所述的熱成形方法，其特征在于所述輥底式高溫電阻爐在3-6分鐘內將所述工件升溫到工件奧氏體化溫度(880°C-950°C )以實現快速自動進出料功能、完成在給定生產節奏下的連續自動化生產。
3. 根據權利要求1或2所述的熱成形方法，其特征在于所述輥底式高溫電阻爐爐門處設有定位裝置以確保出爐工件有足夠的定位精度，從而進一步保證機械手平穩地抓取。
4. 根據權利要求3所述的熱成形方法，其特征在于所述爐門和爐門框處設有耐高溫盤根的軟密封結構，且設有水冷卻系統以防止爐門變形。
5. 根據權利要求1所述的熱成形方法，其特征在于所述主機包括機身、移動工作臺和油缸以及壓力機滑塊。
6. 根據權利要求5所述的熱成形方法，其特征在于所述壓力機滑塊下行速度為250-350mm/s，工作速度為100-170mm/s，回程速度200-300mm/s。
7. 根據權利要求6所述的熱成形方法，其特征在于所述壓力機滑塊下行速度為300mm/s，工作速度為130mm/s，回程速度250mm/s。
8. 根據權利要求l所述的熱成形方法，其特征在于在所述快速壓力機中，所述工件從奧氏體化溫度在5 15s內快速降至馬氏體轉變溫度并成形所需形狀以使伴隨相變的保壓過程有效消除回彈從而得到超高強度馬氏體組織并獲得高精度零件。
9. 根據權利要求8所述的熱成形方法，其特征在于所述奧氏體化溫度為880 95(TC，所述馬氏體轉變起始溫度為420°C。
10. —種專門用于實施如權利要求1所述方法的熱成形生產線，包括自動噴涂設備、加熱設備、快速壓力機以及傳動機構，其特征在于所述自動噴涂設備包括一通過壓力裝置將涂料均勻噴涂在工件表面的噴槍、一為所述噴槍提供直流電的電源、一用來貯存粉料并按工藝要求向所述噴槍輸送粉料的送粉器、一用來冷卻所述噴槍從而延長所述噴槍使用壽命的熱交換器、用于輸送工作氣和送粉氣的供氣系統、用于對所述噴槍所噴涂料中的水、粉料、氣進行調節和控制的控制柜；所用加熱設備為能在3-6分鐘內將所述工件升溫到奧氏體化溫度(880°C -950°C )以實現快速自動進出料功能、完成在給定生產節奏下的連續自動化生產的輥底式電阻爐；所述快速壓力機包括主機、液壓系統、電氣控制系統、安全防護系統。
11. 根據權利要求IO所述的熱成形生產線，其特征在于所述輥底式高溫電阻爐爐門處設有定位裝置以確保出爐工件有足夠的定位精度，從而進一步保證機械手平穩地抓取。
12. 根據權利要求11所述的熱成形生產線，其特征在于所述爐門和爐門框處設有耐高溫盤根的軟密封結構，且設有水冷卻系統以防止爐門變形。
13. 根據權利要求10至12任一所述的熱成形生產線，其特征在于所述生產線還包括停電緊急保護爐輥裝置，以防止在高溫負載條件下突發停電而導致爐輥彎曲變形。
全文摘要
本發明公開了一種基于防氧化涂層的鋼板熱成形方法以及專門設計用來實施該方法的熱成形生產線。其中所述方法包括以下步驟對工件表面進行清潔處理以保證無油污；利用自動噴涂設備將涂料噴涂至工件表面；通過加熱設備對工件加熱以使其達到工件的奧氏體化溫度；將工件快速移至快速壓力機，并在所述快速壓力機中快速完成沖壓、合模、保壓、淬火、成形一體化工序，且工件溫度在所述加工過程中從奧氏體化溫度降至馬氏體轉變溫度。所述熱成形生產線包括自動噴涂設備、加熱設備、快速壓力機以及傳動機構。本發明的有益效果是解決了熱成形中的產生氧化皮的問題，并使熱成形成本降低、精度更高、操作更簡便。
文檔編號C21D8/02GK101724737SQ20091026014
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月25日 優先權日2009年12月25日
發明者單忠德, 周永松, 姜超, 莊百亮, 張密蘭, 戎文娟, 李柳, 范廣宏, 谷諍巍 申請人:機械科學研究總院先進制造技術研究中心