全自動高強鋼間接熱成形生產線(下)

文/張海杰，嚴建文，李貴閃·合鍛智能制造股份有限公司

《全自動高強鋼間接熱成形生產線》（上）見《鍛造與沖壓》2020 年第20 期

間接熱成形生產線核心設備

間接熱成形生產線的核心設備有熱成形壓機、自動化搬運系統、加熱爐、水冷模具。行業內以壓機為主導，自動化、加熱爐等均由壓機廠家配套供應。圖8 為典型間接熱成形生產線的核心設備布置圖。

熱成形壓機

間接熱成形壓機相較于直接熱成形壓機有以下幾個特點。

⑴更快的合模速度。為減少工件的空冷熱量損失，需要更快的合模。

⑵更長的保壓時間。更大的工件需要更長的保壓時間來實現淬火和形狀穩定。

⑶更精確的板料溫度檢測系統。工件尺寸更大、形狀更復雜，溫度區更多，需要更精確的溫度檢測系統來保證工件溫度場在合格范圍內。

⑷效率更高的冷卻系統。更大的工件需要更高效的冷卻系統來保證合模淬火效果。

⑸滑塊建壓速度更快。間接熱成形壓機的成形行程為零，沒有壓力漸變過程，需要在合模后的極短時間內將壓力加到最高，才能保證工件在合模淬火階段有足夠的合模力抵消劇增的內部應力，保證產品質量合格。

⑹噸位更大。直接熱成形壓機的使用噸位為600 ～1100 噸，而間接熱成形壓機的使用噸位為1500 ～2500 噸。

⑺較低的模具輔助系統要求。具備模具冷卻水和輔助氣路即可，一般不需要模具輔助油路。

⑻不同的壓力行程曲線。間接熱成形工作過程中的壓力—位移曲線與直接熱成形區別較大，對速度和壓力的敏感性更高，工藝曲線貼合的技術難度高。圖9 為間接熱成形壓機。

自動化搬運系統

間接熱成形生產線的自動化搬運系統一般包含以下幾個部分：拆垛輸送線、視覺對中系統（圖10）、轉運機器人、中轉臺、出/入爐升降臺，上料機械手、熱成像系統、下料機械手、下料傳送帶、整線總控系統。

與直接熱成形生產線相比有以下區別：⑴采用人工拆垛而不是機器人拆垛。⑵打標工作在預成形工序完成，沒有單獨的打標系統。⑶對中系統采用視覺對中而不是機械對中。⑷工件入模溫度檢測采用精度更高的熱成像系統而不是紅外傳感器。

加熱爐

間接熱成形生產線目前所使用加熱爐的加熱方式僅有輻射加熱一種，因為間接熱成形工件形狀的特殊性，其他加熱方式很難應用在間接熱成形工藝上，均未實際投入市場。

間接熱成形目前主流的加熱爐結構也分箱式加熱爐和輥底式加熱爐兩種。

⑴間接熱成形箱式爐與直接熱成形箱式爐的結構基本相同，都是疊層型多層爐，如圖11 所示。間接熱成形箱式爐的每一層的爐膛尺寸和總體外形尺寸更大，內部有更多的溫區，可以通過控制各溫區的溫度來滿足不同零件的工藝需求；爐內的托料架采用矩陣式結構，通用性好，可以通過調整/更換定位銷來滿足不同形狀零件的需求；考慮上料時間問題，爐體不是直接安裝在地面，而是有一半在地下。

箱式爐工作過程：爐門打開→出/入爐升降臺將冷件送入爐膛→爐門關閉加熱→爐門打開→出/入爐升降臺將熱件取出；工件加熱過程保持靜止狀態；爐門開口較大，爐內氣氛和溫度控制比較麻煩。

⑵間接熱成形輥底爐與直接熱成形輥底爐結構不同，為雙層結構，下層為封閉式加熱層；上層為半開放式傳送層，用于將爐內托料架送回線首，如圖12所示。間接熱成形輥底爐的加熱層結構與直接熱成形輥底爐相同，只是加熱層爐膛更高、爐門開口更大，工件不能直接傳送，需要放置在特制的爐內托料架上；其優點是工件不與加熱爐的傳送裝置直接接觸，沒有爐輥損耗；爐內溫度和氣氛控制難度低；缺點是每種零件都需要一整套托料架，且托料架因反復升溫—降溫的工作環境，對材料要求極高，成本難以控制；爐內托料架輸送系統結構復雜，使用成本高。

輥底爐工作過程：工件放置在加熱層入口等待的爐內托料架上→托料架帶工件一起進入加熱層加熱→加熱完成托料架帶工件一起從加熱層出口出來→工件取走壓制，托料架被出爐升降機構抬升至上層傳送區→托料架傳送至線首→托料架被出爐升降機構下降至加熱層入口等待；因為間接熱成形工藝的特殊性，箱式爐生產線的節拍大約在3 ～3.5spm，輥底爐生產線的節拍大約在3 ～4spm ，兩者的效率并沒有決定性的差距。

水冷模具

熱成形生產線廣泛使用的水冷模具按模具結構分為三類：鉆孔式結構、分層式結構、熔鑄式結構，如圖13 所示。

⑴鉆孔式結構：以鍛件為毛坯，加工型面，冷卻水路采用鉆孔工藝加工，只能加工直孔；易加工，便于維修更換，但是無法做到隨形加工，冷卻均勻性差；一般用于制造工件形狀簡單的模具；幾乎不用于制造間接熱成形水冷模具。

⑵分層式結構：使用板材折彎、機加工后拼裝成形；隨形性好，換熱面積大，密封性好，但是設計復雜，對機加工精度要求高；適用于模具損耗小的間接熱成形產品，以及生產不等強度件的模具，是間接熱成形模具的主要發展方向。

⑶熔鑄式結構：以鋼管彎曲焊接成冷卻水路后埋入鑄造模具澆鑄成形，然后機加工型面；冷卻通道設計簡單，隨形性好，加工簡單，但是模具強度較差，難以維修；適用于模具壓力小、產品形狀復雜的間接熱成形工藝產品，是目前間接熱成形模具的主流制造工藝。

典型公司的產品介紹

行業內目前有SCHULER、APT、合肥合鍛智能制造股份有限公司三家企業供應間接熱成形生產線。

圖14 是合肥合鍛智能制造股份有限公司供貨的2600t 間接熱成形生產線。該生產線以2600t 間接熱成形液壓機為主體，搭配兩臺8 層箱式加熱爐、視覺對中系統、3 臺轉運機器人、升降式出/入爐機構、1 臺上料機器人、一臺下料機器人、下料輸送帶，共同組成核心生產線。該生產線不包含前序預成形冷沖壓線。

圖15 是SCHULER 公司供貨的2600t 間接熱成形生產線。該生產線以2600t間接熱成形液壓機為主體，搭配一臺雙層輥底式加熱爐、循環式上料輸送線、1臺轉運機器人、出/入爐升降機構、1 臺上料機器人、一臺下料機器人、下料輸送帶，共同組成核心生產線。該生產線不包含前序預成形冷沖壓線。

圖16 是APT 公司供貨的2600t 間接熱成形生產線。該生產線以2600t 間接熱成形液壓機為主體，搭配一臺雙層輥底式加熱爐、循環式上料輸送線、1 臺轉運機器人、出/入爐升降機構、1 臺上料機器人、一臺下料機器人、下料輸送帶，共同組成核心生產線。該生產線不包含前序預成形冷沖壓線。