混合电磁感应及激光加热的冲压装置的制作方法

本实用新型涉及一种混合电磁感应及激光加热的冲压装置。

背景技术：

基于现代人们对轻量化零部件的需求明显增长，轻量化设计已经得到各大工业领域的重视，如汽车、消费电子产品、医疗器材、家庭电器等产业。对于生产工艺，金属成形工艺能够制造具有良好机械性能及表面光洁度的零部件，并且制造过程可实现低物耗及高产率等，而这些优势是其它制造工艺如压铸、传统金属切削加工及粉末注射成形等不能达到的。

应用轻合金材料是实现产品轻量化的方法之一。与一般钢材相比，使用铝材能够减少30%-50%的重量，而镁材能够减少40%-70%。除了使用轻合金材料之外，使用高强度钢也能实现产品轻量化。保证产品拥有相同的刚度情况下，材料的强度越高，所需材料用量便可减少，因此可以减少零件重量。但运用这类材料生产零件时由于其高机械强度，会显着增加成形载荷，因此需要大型冲床进行生产。而且，成形载荷的增加会进一步加速模具磨损，缩短模具疲劳寿命，最终导致生产成本上升。同时，在常温下，这类材料通常成形能力差，大变形区域易发生断裂，这就限制了成形零件的几何形状。

尽管现今可以结合多步工艺如先成形，后退火，再成形来制造形状复杂的零件，但是成形周期长，不利于生产。虽然传统高温成形工艺可提高材料的成形能力及降低成形载荷，但这方法会导致成形零件的表面质量变差，几何形状不精确，以及较长的生产周期。另外，当成形零件尺寸减少时，由于工件体积与其面积比例变小，工件的成形温度不易于控制，温度会在工件运送途中快速下降，因此难以达到预期的效果。

技术实现要素：

有鉴于目前全球生产零件所采用的冲床等设备新旧不一，亟待一种不改变原有设备但可以改进生产的方法出现。本实用新型提供混合电磁感应及激光加热的冲压装置，首先采用电磁感应方法把板金加热至材料未发生微观组织变化的温度，然后采用激光给予将需要发生大变形或者流动程度高的材料区域照射加温。在深冲、弯曲、冲孔、压纹等常规冲压成形工艺中，改变大变形区域的材料温度可以直接改变其成形性能，达到易于加工目的。

本实用新型提供一种混合电磁感应及激光加热的冲压装置，包括成形设备，还包括电磁感应加热装置、激光发射装置和激光引导装置，所述激光发射装置连接激光引导装置，所述电磁感应加热装置和所述激光引导装置均设置于所述成形设备的上方。

所述激光引导装置的一侧靠近处于成形设备的模具，激光引导装置的另一侧靠近电磁感应加热装置。

还包括能够给所述电磁感应加热装置、激光引导装置及成形设备送料的送料器。

所述送料器为伺服式送料器、机械式送料器或气动式送料器。

所述成形设备为冲床。

还包括激光保护装置，设置于所述激光引导装置的下方。

所述激光保护装置为V形底板，所述V形底板设置于成形设备的激光加热工位处。

本实用新型具有的优点在于：在板金冲压加工线上结合电磁感应及激光加热，在板金即将开始冲压之前，采用电磁感应加热及激光快速照射需要进行大变形的区域，提高此区域的流动能力，降低成形过程中的变形载荷（高达70%），提高产能及模具寿命，简化零部件成形步骤。在冲孔工艺中可以增加高亮度剪切面面积，使冲件的光滑程度与精密冲压相似。通过电磁感应将板金加热到材料不发生微观结构变化的最高温度，大大缩小激光加温幅度，以此减少所需激光机的功率，减少硬件资本投入，降低了生产成本和技术门槛。

附图说明

图1为本实用新型中板金被电磁感应线圈加热的示意图。

图2为本实用新型中完成预加热的板金被激光照射加热的示意图。

图3为整体生产设备结构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

本实用新型提供一种混合电磁感应及激光加热的冲压装置，使用该冲压装置的冲压方法为：首先使用电磁感应方法把板金加热至材料未发生微观组织变化的温度，然后采用激光快速照射加热需要进行大变形的区域，进而提高此区域的流动能力，然后再采用常规冲压方式进行深冲、弯曲、冲孔、压纹等各种成形工艺。借此成形复杂的几何特征，降低冲压力及延长模具寿命。本实用新型利用电磁感应方法预先提高板金的温度，可减小所需激光加温幅度，进而降低激光功率要求，借此减小激光设备的资本投入。图1及图2为举例说明预加热以及激光照射板金局部加热过程，图3展示了整体设备设计。该冲压方法的具体工艺流程包括以下三个步骤：

步骤一：电磁感应加热板金的过程：

所述板金一般选择为纯金属材料或合金材料。如图1所示，板金1首先被送料器2运送至电磁感应的加热工位。电磁感应线圈3开始工作，加热处于电磁感应线圈3内部的板金材料，加温温度根据实际材料而定，最佳情况是将板金加热至略低于其微观组织变化的温度点，这样可以保证成品零件的性能不发生变化，且最大限度的减少所需激光功率。另外，还需要计算电磁感应加热时间、激光照射加热时间以及各工位之间的距离，考虑零件成形工步的复杂程度和工艺要求。将上述因素协调整合，得到针对于某一实例的具体配合方案，避免材料热量损失以及生产时间的浪费。

步骤二：激光照射板金加热过程：经过电磁感应预加热的金属板金1运送至激光照射加温工位。图2中阴影部分代表通过电磁感应工位的板金已经被整体加热，板金到达激光加热工位后，激光引导装置4接受来自激光发射源的激光以及控制器的信息，该信息包括采用的激光扫描速度、发射强度、扫描循环次数、扫描路径等。发射激光束9，于板金1上形成局部升温区域5，该加热区域5是板金1将进行大变形的部位，以提高此区域材料的变形能力。在本实例中使用的板金为高强度钢QSTE500TM，板金厚度为2.5mm，采用4000W的激光源，照射速度为2000mm/s，扫描循环100次。加温工位需要保证激光不外泄，保证生产现场安全。

步骤三：板金成形过程：如图3所示，加热后的板金1运送至成形设备的成形工位，使板金1处于上模6及下模7之间。成形过程中上模6或下模7的其中之一固定，而另一部分模具往板金1方向移动，与板金1发生碰撞，进而使板金1的加热区域5产生变形。在本实例中冲孔直径为17mm，冲压速度为1分钟65次。

本实用新型还提供一种混合电磁感应及激光加热的冲压装置。如图3所示，当中包括送料器2、电磁感应加热装置3、激光引导装置4、上模具6、下模具7及成形设备8。所述送料器2能够给电磁感应加热装置3、激光引导装置4以及成形设备8进行送料。所述电磁感应加热装置3、激光引导装置4处于成形设备8的上方，其中，激光引导装置4的一侧靠近上模具6及下模具7，另一侧靠近电磁感应加热装置3。材料在激光引导装置4中受到激光束9照射之后，即可以直接送入冲床进行成形，最大限度的减小热能量损失。板金1的厚度控制在5mm之内。由于生产高强度零件需要使用较厚的板金1及较高的成形温度，因此需使用高强度激光，输出功率一般大于500W。激光发射装置的安装位置同方式需要保证生产人员的安全性，避免散射激光对人体造成直接伤害，因此板金1与激光发射区需要围成一个密闭的空间。模具(包括上模具6及下模具7)与成形设备8的摆放方式与常规冲压装置结构不变。板金1下方设置激光保护装置，其可以为V形底板10，材质为低碳金属。V形口的方向朝向板金的运动垂直方向，具体大小根据具体的激光引导设备4而定，但是必须保证此结构的投影面积大于或等于激光最大允许的活动区域，保证所有的激光照射都在V形结构范围从而保证保护性能。

以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。