CN106466695A - 通过感应加热选择性地软化热冲压部件的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
公开了通过感应加热选择性地软化热冲压部件的方法和系统。公开了通过对部件的局部区域进行感应加热以使该局部区域的硬度降低的处理加压硬化部件的方法和系统。所述方法和系统监测环境温度、循环时间、输出部件性能需求以及输出部件局部区域的硬度。通过计算机系统设定时间值和温度值用于多个感应加热器。部件的局部区域被感应加热以使部件的局部区域软化。在感应加热之后，测试局部区域的硬度。
Description
技术领域
本公开涉及制造包括被感应加热的区域以使选择的区域软化以接收紧固件的热冲压钢制部件的系统和方法。
背景技术
加压硬化钢合金用于包括在车身结构中可与铆钉装配在一起的钣金件。加压硬化钢的一个示例是以名称22MnB5出售的冷轧硼钢。加压硬化钢可以被水冷或油冷至期望的450HV至520HV的硬度水平。加压硬化钢可以进行退火以使硬度下降至140HV。
加压硬化钢制部件可通过焊接与其它钢制部件装配。然而，新的自动装配可包括由不同材料构成的部件(诸如铝和复合材料部件)的组合。加压硬化超高强度钢(UHSS)梁和复合材料部件或铝制部件在焊接操作中不能有效地接合在一起。用于接合这些部件装配的优选的技术是将部件铆接或以其它方式紧固在一起。由于铆钉难以穿透加压硬化UHSS梁，所以这些高强度部件的硬度对大批量生产操作提出了重大的挑战。
加压硬化UHSS部件也可用于受控的能量吸收应用中，但部件的高硬度和抗拉强度阻止大量能量吸收。
解决以上问题的一种方法是当部件在热冲压模具中时使部件局部软化。然而，由于难以控制热冲压模具中的所有过程变量，所以当部件位于热冲压模具中时使部件局部软化是不可靠的。
本公开旨在解决以上问题和如下总结的其它问题。
发明内容
根据本公开的一方面，公开了一种制造具有较低硬度的感应加热局部区域的加压硬化部件的方法。所述方法包括：监测环境温度、包括循环时间和输出部件性能需求的系统输入、输出部件局部区域硬度和至少一个材料性能表。设定用于多个感应加热器的时间值和和温度值。对部件的局部区域进行感应加热，并且在感应加热之后，确定部件的所述局部区域的硬度。
根据本公开的另一方面，所述方法还可包括在热冲压操作之后以及感应加热之前，确定部件的温度分布。所述方法还可包括在感应加热之后，对部件进行热成像。
根据所述方法的另一方面，输出部件的材料性能(例如，抗拉强度或屈服强度)被转换为硬度值，该硬度值被提供至计算机系统，计算机系统设定用于感应加热器的时间值和温度值，用于后续部件。
根据本公开的另一方面，所述方法还可包括：在感应加热期间测量部件的材料性能，这提供处理中的实时温度分布数据。处理中的实时温度分布数据被提供至计算机系统，计算机系统设定时间值和温度值，用于感应加热器。
根据本公开的另一方面，材料性能的表可包括：回火曲线表、材料性能表和强度硬度转换表。
在一个实施例中，所述多个感应加热器可彼此并列布置，感应加热的步骤可在多个部件上同时进行。在可选的实施例中，所述多个感应加热器可串联布置，感应加热的步骤可通过递增地加热部件而顺序进行。
根据本公开的另一方面，公开了一种用于使加压硬化部件局部软化的系统。所述系统包括感应加热器、环境温度传感器、用于设定循环时间和与局部区域硬度值对应的期望的部件性能的界面以及控制器。控制器基于环境温度、循环时间、期望的部件性能以及局部区域的硬度值设定用于感应加热器的时间值和温度值。
根据本公开的另一方面，由于其涉及一种系统，所以可使用至少一个材料性能表将关于部件的硬度信息提供至控制器。包括感应加热器的系统还可包括彼此并列布置的多个感应加热器。感应加热器同时加热多个部件。或者，所述系统可包括串联布置的多个感应加热器，以顺序递增地加热部件。所述环境温度传感器是热成像相机。
根据用于使钣金件局部软化的系统的另一方面，所述系统可包括控制器，控制器接收部件温度、生产率数据、期望的部件性能数据和关于物理性能测试的反馈数据。可使用感应加热器接收来自控制器设定的期望的温度和期望的时间的控制信号，用于对部件进行感应加热。
根据本发明，用于使钣金件局部软化的系统包括：控制器，接收部件温度、生产率数据、期望的部件性能数据和关于物理性能测试的反馈数据；感应加热器，接收来自控制器设定的期望的温度和期望的时间的控制信号；通过期望的时间将部件感应加热至期望的温度。
根据本发明的一方面，所述系统还包括：将关于部件的硬度信息提供至控制器的至少一个材料性能表。
根据本发明的一方面，所述感应加热器还包括彼此并列布置的多个感应加热器，其中，感应加热器同时加热多个部件。
根据本发明的一方面，所述感应加热器还包括串联布置的多个感应加热器，其中，感应加热器顺序递增地加热部件。
根据本发明的一方面，所述控制器从热成像相机接收与部件的局部区域的温度对应的数据
下面，参照附图描述本公开的以上方面和其它方面。
附图说明
图1是示出了用于在生产过程中使热冲压部件局部软化的系统的一个实施例的流程图。
图2是利用被布置用于并行处理部件的多个感应加热系统进行的感应加热制造过程的流程图。
图3是利用被布置用于连续处理部件的多个感应加热系统进行的感应加热制造过程的流程图。
具体实施方式
参照附图公开了示出性实施例。然而，应该理解的是，公开的实施例仅仅是可采用各种和可选的形式实施的示例。附图不一定按照比例绘制，可放大或缩小一些特征，以示出特定部件的细节。公开的具体结构和功能性细节不应该被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域的技术人员如何实践所公开的构思的代表性基础。
参照图1，提供的流程图示出了用于在大批量生产操作中系统10使热冲压部件局部软化的过程。来料部件12可以是来自仓库的部件或可以是从热冲压生产线接收的部件。例如，来料部件12可以是可被用作门的加强件的超高强度钢(UHSS)梁16。
如果来料部件12从热冲压生产线直接接收且具有余热，则可通过热成像相机18来确定部件的温度。或者，可通过热敏电阻等代替热成像相机18来确定部件12的温度曲线。在任何一种情况下，都在20处编辑温度分布数据。温度分布数据提供部件的多个位置(特别是在部件将要被感应加热来软化的位置)的来料部件实时温度分布数据。在20处的温度分布数据提供至计算机系统或计算机控制系统22。计算机控制系统22可以是根据图1的流程图示出的算法配置的通用计算机，或者可以是在生产系统中使用的可编程控制器。
温度计24可用来提供实时环境温度，实时环境温度在26处被编辑并被提供至计算机系统22。系统监测环境温度以提供用于来料部件12的热处理的基线。
在28处，系统输入被提供至计算机系统，系统输入包括可用循环时间表示的需要的产量和输出部件需要的性能，例如，对于局部软化的部件12，需要通过系统获得的软化的程度或硬度。
还为计算机系统22提供来自知识库30的工程资料。知识库30可包括提供材料回火曲线的查找表、材料性能的查找表，或硬度强度转换表。
基于来料温度分布数据20，环境温度数据26、系统输入参数28和知识库30，计算机系统22确定过程设置，例如，针对使热冲压部件局部软化所需的保持时间和所需的部件温度的感应加热设置。计算机系统22在32处设定过程设置用于感应加热控制器36。感应加热控制器36控制感应加热器38。应注意：根据本公开，可设置多个感应加热器38以减少使处理中的部件40局部软化需要的时间。
在感应加热之后，处理中的部件40可通过热成像相机42进行热成像。在44处，热成像相机42可用于提供处理中的部件的实时温度分布数据。在44处编辑的温度分布数据提供至计算机系统22以提供实时数据，基于实时数据，计算机系统22可调节所需的部件温度或所需的保持时间。在感应加热完成之后，处理中的部件40从感应加热系统34转移，并且该处理中的部件40可称为输出部件48。输出部件48是包括在热冲压部件形成之后被软化的局部软化区域的UHSS部件。对输出部件48进行测试以确定输出部件48的硬度。在50处，通过硬度测试仪来测试输出部件48，以供将来参考以及在线、实时调整感应加热过程设置。在52处，测量输出部件局部区域的硬度并且将测量数据提供至计算机系统22。
参照图2，示出了总体上由标号56指示的感应加热生产过程的流程图，其被示出为包括感应加热系统34，感应加热系统34包括并列联机布置的多个感应加热系统。来料部件12通过材料转运系统转移至多个感应加热系统34A、34B和34N。在图2的实施例中，感应加热过程在单个步骤中进行。部件通过感应加热来加热，并且被保持在用于使来料部件的一部分局部软化的期望的温度一段时间。例如，系统可以将来料部件12的局部区域加热至700℃和870℃之间的温度。部件被保持预定的时间段以使来料部件12软化。感应加热需要的时间是大量的。高温(例如，870℃)下需要的时间可以是10s至20s或者低温(例如，700℃)下可需要40s至60s。可设置多个感应加热系统34A至34N以匹配期望的循环时间。来料部件可被输送至感应加热系统34，同时其它的来料部件正在并列布置的其它感应加热系统上处理。可选择联机感应加热系统的数量以使循环时间减少。可增加或可减少额外的感应加热系统容量以实现期望的循环时间。可根据需要禁用或再启用感应加热系统34A至34N的一个或更多个，以满足生产需求。在图2的实施例中，在感应加热之后，部件从感应加热系统34移除并且作为输出部件48来处理，如之前参照图1描述的。
参照图3，示出了用于对来料部件12进行感应加热以使部件局部软化的串联处理感应加热过程58。来料部件12在一连串感应加热系统60A、60B至60N中处理。感应加热系统60中的每个均将来料部件12加热至期望的温度。例如，在60A处，感应加热系统可在将来料部件12转移至感应加热系统60B之前将该部件加热至400℃，而感应加热系统60B将该部件加热至500℃。这种递增加热部件的过程持续直到感应加热系统60N将部件加热至700℃为止。将部件在每个阶段加热至期望的温度以使输出部件48的局部区域软化需要的时间较少。
利用感应加热使部件软化可通过高温少时或通过在低温下持续较长一段时间来实现。如果利用持续有限的时间段的高温来使部件软化，则就软化的程度而言，可变性会增加。利用高温软化也产生使部件最终重新奥氏体化的风险并且会造成部件硬化而不是软化。系统10控制感应加热过程的温度和时间以确保部件被软化。
如果用于使部件局部软化的系统10与热冲压工具串联设置，则多个感应加热系统34的输出应该与热冲压工具的循环时间匹配。由于热处理金属(在本示例中，高UHSS材料)涉及热力学和动力学，所以可使用不同方法来实现可通过硬度或屈服强度表示的目标性能。
串联布置的感应加热系统均将部件的温度提高设定的增量。另一方面，并列布置的感应加热系统在单独的感应加热系统上同时处理多个部件，使得累计生产部件的数量满足循环时间需求。
以上描述的实施例是具体的示例，其没有描述本公开所有可能的形式。所示出的实施例的特征可以进行组合以形成所公开构思的进一步的实施例。说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语。权利要求的范围比具体公开的实施例宽并且还包括示出的实施例的变型。
Claims (10)
1.一种处理加压硬化部件的方法，包括：
监测环境温度、包括循环时间和输出部件性能需求的系统输入、局部区域的输出部件硬度和至少一个材料性能表；
设定用于多个感应加热器的时间值和温度值；
对所述部件的局部区域进行感应加热；以及
在感应加热之后，确定所述部件的所述局部区域的输出部件硬度。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在感应加热之后，确定所述部件的温度分布。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在热冲压操作之后以及感应加热之前，确定所述部件的温度分布。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在感应加热之后，对所述部件进行热成像。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在热冲压操作之后以及感应加热之前，对所述部件进行热成像。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
测量输出部件的材料性能并将材料性能的测量值转换为硬度值；
将硬度值提供至计算机系统；
设定用于感应加热器的时间值和温度值，用于后续部件。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在感应加热期间，测量部件的材料性能，以获得处理中的实时温度分布数据；
将处理中的实时温度分布数据提供至计算机系统，计算机系统控制用于感应加热器的时间值和温度值，用于后续部件。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述材料性能表包括回火曲线表和强度硬度转换表。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个感应加热器彼此并列布置，其中，感应加热的步骤在多个部件上同时进行。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个感应加热器串联布置，其中，感应加热的步骤通过顺序递增地加热部件来进行。
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