一种金属管材热态气体胀形与快冷强化系统及工艺技术方案

本发明专利技术涉及一种金属管材热态气体胀形与快冷强化系统，包括液压机、模具组件、快速加热模块和快速冷却模块，所述模具组件包含级进式模具，能够实现工件的热态气体胀形和快速冷却。本发明专利技术还提供了一种金属管材热态气体胀形与快冷强化工艺。本发明专利技术具有如下优点：1、采用无涂层板制管，比起涂层、镀层金属板制管的成本低，且组织缺陷和工艺风险少；2、采用级进式模具，电阻加热工序和热气胀+淬火工序同时并行实现，级进式进料，因而节拍快，效率大幅提升；3、零件加热状态全程防护，防氧化，不需要涂层，工件成形后不需要喷丸就可以直接焊装到车身上，大大节省成本；4、采用定向破坏的安全保护措施，安全性提高。

A hot gas bulging and rapid cooling strengthening system and technology for metal pipe

【技术实现步骤摘要】
一种金属管材热态气体胀形与快冷强化系统及工艺
本专利技术属于金属塑性加工
，具体涉及一种金属管材热态气体胀形与快冷强化系统及工艺。
技术介绍
当前汽车制造的潮流无疑在向着更大的减重目标转变，以最终实现更显著的节能和减少排放。轻量化是实现传统汽车节能减排，并解决当前新能源汽车续航里程不足问题的重要途径之一。超高强度钢、高强铝合金、高强镁合金等材料是构成轻量化汽车车身的关键材料，该类材料成形过程中都存在塑性低、回弹大、易破裂的问题，传统工艺难以解决其高品质精确成形问题。金属管材热态气体胀形与快冷强化工艺(HMGF&Q,HotMetalGasForming&Quenching)为车身结构工程师提供了一种加工超高强度钢、高强铝合金等材料的全新途径，该工艺充分结合液压成形、吹塑成形和模压淬火强化成形(PressHardening)等工艺的优点，通过快速加热使材料在高温下成形，并迅速同步完成模内淬火强化，改善成形性能的同时提高了成形质量和效率，特别适用于汽车A柱、B柱、防撞梁、扭力梁等高刚度封闭截面空间框架结构的制造，将车身轻量化水平和结构强度提升到全新的水平。现有研究成果表明了HMGF&Q成形工艺可以将高强钢管材内压成形产品的强度从800MPa提升到1500MPa左右，工艺路线可行，应用前景良好，但目前现有技术中，大多没有抗氧化气体防护装置，导致如下工艺问题需要进一步解决：①连续炉加热成本高，需要采用有铝硅涂层等防护涂层的钢板制管，成本高、焊接夹杂影响成形产品质量。管材在连续炉气体保护氛围内加热和保温系统的高能耗也让系统能耗增加，防腐涂层板制管难题也使得成本增加；②采用无涂层板制管、电阻自发热方式加热，产品加热后机器人转运到模具内，则存在转运过程中遇空气氧化、生产节拍慢的缺点；③超高压气压、高温加热设备安全问题没有得到可靠解决；④在热气胀+淬火成形工位上先进行电阻加热再气胀成形淬火的方式，则存在工序串联、加工时间长、产品表面氧化等问题。这些问题在导致设备系统危险、高能耗、高成本的同时也让车间工作环境变得更热、噪音更大，最终该技术难以普及。针对现有技术存在的不足，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种金属管材热态气体胀形与快冷强化系统，包括液压机、模具组件、快速加热模块、快速冷却模块和控制系统，所述模具组件、快速加热模块和快速冷却模都设置在液压机上或液压机周围；所述模具组件包含级进式模具，能够实现工件的热态气体胀形和快速冷却。进一步地，所述模具组件包括核心部件和自动上下料模块，自动上下料模块设置在核心部件的两侧，为核心部件提供工件的上料和下料作业；所述核心部件包括下模底板、下模模座、下模镶块、上模顶板、上模模座、上模镶块、级进式模具、侧推密封油缸模块和电极压紧气缸模块，在所述下模底板上依照上下空间顺序依次设置所述下模模座、下模镶块、级进式模具、上模镶块、上模模座和上模顶板，所述级进式模具包含有加热工位和热气胀及淬火工位。该模具组件将热气胀+淬火成形工位组合在一起，极大地缩短了加工时间，也避免了产品表面氧化的问题。进一步地，所述级进式模具包括进给底板、进给模块和进给托板，所述进给模块驱动所述进给底板左右平移，也驱动所述进给托板进行上下升降运动；所述进给模块包括级进模驱动器、级进模驱动导向条、升降液压缸、旋转压紧气缸和可旋转压板，所述进给托板上设置有多个容纳工件端部的模腔，还设置有多个容纳旋转压紧气缸的孔槽。可选地，所述快速加热模块包括直流电源和导电夹持块。对应零件两端不需要加热的情况。可选地，所述快速加热模块包括直流电源、导电压紧块、绝缘夹持块和电极压紧气缸。对应零件两端需要加热的情况。进一步地，所述快速冷却模块包括上模进水道、上模环向冷却水道、上模出水道，还包括下模进水道、下模环向冷却水道、下模出水道，所述上模环向冷却水道由上模镶块和模具嵌块之间形成的空隙构成；所述下模环向冷却水道由下模镶块和模具嵌块之间形成的空隙构成。进一步地，还包括安全防护与密封模块，所述模具组件(200)的工作区域被设置在安全防护与密封模块(500)形成的正压空间内。进一步地，所述安全防护与密封模块包括上料过渡密封气室、安全防护与密封仓、下料过渡密封气室，上料过渡密封气室和下料过渡密封气室设置在安全防护与密封仓的两侧，所述安全防护与密封仓将模具组件包覆在内，形成正压密封环境。进一步地，在所述安全防护与密封仓上设置有泄压孔。进一步地，在所述安全防护与密封仓上开设泄压孔的地方的内侧壁上贴有泄压膜，并采用紧固件进行固定。进一步地，还包括控制系统，所述控制系统分别控制所述液压机、模具组件、快速加热模块和快速冷却模块的动作。进一步地，还包括超高压气体循环控制模块，其包括氮气罐组合、第一双向增压器、高压储气罐、充气阀、气体冷却器、快速增压油缸、低压储气罐和第二双向增压器，所述第一双向增压器分别与氮气罐组合、高压储气罐和第二双向增压器相连，所述高压储气罐与充气阀相连；所述气体冷却器与快速增压油缸相连，所述快速增压油缸与低压储气罐相连，所述低压储气罐与第二双向增压器相连。本专利技术的目的之一是提供一种封闭式金属管材热态气体胀形与快冷强化工艺，包括如下的步骤：1)将金属管工件经由自动上下料模块送入热气胀成形机内的模具组件的模具中，在加热工位由快速加热模块的直流电源进行快速加热；2)加热后的工件进入热气胀及淬火工位，先进行热气胀作业，接着进行淬火作业；3)将工件通过自动上下料模块从模具中取出。可选地，当金属为钛时，省略所述步骤2)中的淬火作业。可选地，在所述模具组件的模具中通入氮气、二氧化碳或者惰性气体，对加热中的工件进行防氧化保护。进一步地，所述模具组件的模具为级进式模具。进一步地，所述模具组件设置在由安全防护与密封模块产生的密封环境中。可选地，所述步骤2)和步骤3)中间还有一个保温步骤，淬火后的工件进入出料保温工位，保温预定时间。可选地，热态气体胀形可以由液体胀形取代，工件内部充入高压液体，完成工件的胀形。进一步地，在所述模具组件上完成工件的加热、气胀、快冷强化和保温作业。本专利技术的有益效果：1、采用无涂层板制管，比起涂层、镀层钢板制管的成本低，且组织缺陷少；2、采用级进式模具，电阻加热工序和热气胀+淬火工序同时并行实现，级进式进料，因而节拍快，效率大幅提升。3、零件加热状态全程防护，防氧化，不需要涂层，工件成形后不需要喷丸就可以直接焊装到车身上，大大节省成本。4、采用定向破坏的安全保护措施，安全性提高。附图说明图1是本专利技术金属管材热态气体胀形与快冷强化系统一种实施例的结构示意图。图2是本专利技术金属管材热态气体胀形与快冷强化系统一种实施例的液压机结构示意图。图3是本专利技术金属管材热态气体胀形与快冷强化系统一种实施例的模具组件结构剖面示意图，其中的物料流向是从右向左。图4是本专利技术金属管材热态气体胀形与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属管材热态气体胀形与快冷强化系统，包括液压机(100)、模具组件(200)、快速加热模块(300)和快速冷却模块(400)，其特征在于：所述模具组件(200)、快速加热模块(300)和快速冷却模块(400)都设置在液压机(100)上或液压机(100)周围；所述模具组件(200)包含级进式模具(270)，能够实现工件(W)的热态气体胀形和快速冷却。/n

【技术特征摘要】
20190304 CN 20191016032441.一种金属管材热态气体胀形与快冷强化系统，包括液压机(100)、模具组件(200)、快速加热模块(300)和快速冷却模块(400)，其特征在于：所述模具组件(200)、快速加热模块(300)和快速冷却模块(400)都设置在液压机(100)上或液压机(100)周围；所述模具组件(200)包含级进式模具(270)，能够实现工件(W)的热态气体胀形和快速冷却。


2.如权利要求1所述的金属管材热态气体胀形与快冷强化系统，其特征在于：所述模具组件(200)包括核心部件和自动上下料模块，自动上下料模块设置在核心部件的两侧，为核心部件提供工件(W)的上料和下料作业；所述核心部件包括下模底板(210)、下模模座(220)、下模镶块(230)、上模顶板(240)、上模模座(250)、上模镶块(260)、级进式模具(270)、侧推密封油缸模块(280)和电极压紧气缸模块(290)，在所述下模底板(210)上依照上下空间顺序依次设置所述下模模座(220)、下模镶块(230)、级进式模具(270)、上模镶块(260)、上模模座(250)和上模顶板(240)，所述级进式模具(270)包含有加热工位(2B)和热气胀及淬火工位(2C)。


3.如权利要求2所述的金属管材热态气体胀形与快冷强化系统，其特征在于：所述级进式模具(270)包括进给底板(271)、进给模块(272)和进给托板(273)，所述进给模块(272)驱动所述进给底板(271)左右平移，也驱动所述进给托板(273)进行上下升降运动；所述进给模块(272)包括级进模驱动器(2721)、级进模驱动导向条(2722)、升降液压缸(2723)、旋转压紧气缸(2724)和可旋转压板(2725)，所述进给托板(273)上设置有多个容纳工件(W)端部的模腔(2731)，还设置有多个容纳旋转压紧气缸(2724)的孔槽(2732)。


4.如权利要求1所述的金属管材热态气体胀形与快冷强化系统，其特征在于：所述快速冷却模块(400)包括上模进水道(410)、上模环向冷却水道(420)、上模出水道(430)，还包括下模进水道(440)、下模环向冷却水道(450)、下模出水道(460)，所述上模环向冷却水道(420)由上模镶块(260)和模具嵌块(470)之间形成的空隙构成；所述下模环向冷却水道(450)由下模镶块(230)和模具嵌块(470)之间形成的空隙构成。


5.如权利要求1所述的金属管材热态气体胀形与快冷强化系统，其特征在于，还包括安全防护与密封模块(500)，所述模具组件(200)的工作区域被设置在安全防护与密封模块(500)形成的正压空间内。


6.如权利要求5所述的金属管材热态气体胀形与快冷强化系统，其特征在于：所述安全防护与密封模块(500)包括上料过渡密封气室(51...

【专利技术属性】
技术研发人员：程鹏志，成刚，葛宇龙，阮尚文，谢亚苏，王增华，蒋晓航，
申请(专利权)人：航宇智造北京工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11