一種基于坯料形狀特征的柔性化快速加熱方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及熱沖壓成形加工【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是指一種基于坯料形狀特征的柔性化快速加熱方法，包括如下步驟：冷坯料在機(jī)器視覺設(shè)備下進(jìn)行形狀特征識(shí)別，并將識(shí)別結(jié)果和得到的坯料數(shù)字模型反饋至總控系統(tǒng)；再由總控系統(tǒng)識(shí)別出冷坯料為形狀不規(guī)則的坯料還是形狀規(guī)則的坯料，并由輸送系統(tǒng)將形狀不規(guī)則的坯料輸送至感應(yīng)加熱爐中，將形狀規(guī)則的坯料輸送至電加熱爐中；再由總控系統(tǒng)根據(jù)坯料數(shù)字模型控制坯料在感應(yīng)加熱爐中的加熱區(qū)域和加熱溫度，直至坯料加熱至居里點(diǎn)；最后輸送至電阻式加熱爐中進(jìn)行保溫直至坯料完全奧氏體化。
【專利說明】一種基于坯料形狀特征的柔性化快速加熱方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及熱沖壓成形加工【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是指一種基于坯料形狀特征的柔性化 快速加熱方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著對(duì)汽車輕量化、燃油經(jīng)濟(jì)性以及被動(dòng)安全性的日益關(guān)注，一項(xiàng)結(jié)合沖 壓和熱處理，用于成形超高強(qiáng)鋼板（UHSS)沖壓件的新技術(shù)，即熱沖壓技術(shù)被廣泛應(yīng)用于汽 車結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)，該技術(shù)將熱成形鋼板加熱保溫完全奧氏體化后，轉(zhuǎn)移至熱成形模具中進(jìn) 行模內(nèi)淬火成形，獲得超高強(qiáng)度的熱成形零件，不僅減輕零件的重量，同時(shí)也滿足碰撞安全 性的需求。
[0003] 在傳統(tǒng)熱成形過程中，坯料一般在采用輻射加熱方式的電阻式加熱爐中進(jìn)行加 熱、完全奧氏體化，此過程需要5?7分鐘，是整個(gè)熱成形生產(chǎn)周期中耗時(shí)最長的步驟。另 外由于此種電爐依靠輻射和對(duì)流的熱傳遞方式對(duì)坯料進(jìn)行加熱，坯料的厚度、表面狀態(tài)使 得其在爐內(nèi)溫度為800?100的輥底式、步進(jìn)式或者箱式電爐中需要大約2分鐘的時(shí)間才 能達(dá)到設(shè)定溫度，剩余的2?8分鐘才為完全奧氏體化過程。此外，由于電阻式加熱爐較 低的能源利用率、較大的占地空間和較高的投入成本需要新的快速加熱技術(shù)來提高生產(chǎn)效 率、減少資金投入和降低能源消耗。
[0004] 目前已有的快速加熱技術(shù)主要有感應(yīng)加熱和導(dǎo)電加熱，在能源利用率方面：導(dǎo)電 加熱〉感應(yīng)加熱〉輻射加熱，在加熱速率方面：導(dǎo)電加熱〉感應(yīng)加熱〉輻射加熱，但是在對(duì) 坯料形狀適應(yīng)性方面：輻射加熱〉感應(yīng)加熱〉導(dǎo)電加熱，另外當(dāng)坯料溫度到達(dá)居里點(diǎn)時(shí)，感 應(yīng)加熱的效率將大幅下降。另一方面，為了防止高溫板料在輸送和加熱過程中被氧化，大部 分商業(yè)化的熱成形鋼板都有防氧化涂層，如Al - Si涂層，這些涂層在與基體合金化后才具 有較好的成形性和防氧化性能，而快速加熱不能提供合金化所需的高溫以及相對(duì)較長的保 溫時(shí)間?？焖偌訜犭m然有大的加熱速率，但難以提供一個(gè)較為恒定的高溫環(huán)境使坯料完全 奧氏體化。
[0005] 綜合上述，在考慮汽車零件日趨小批量化前提下，在多條熱成形線并行生產(chǎn)或 者一模多件時(shí)，在零件形狀較為規(guī)則時(shí)，如近矩形等，采用導(dǎo)電加熱，將坯料迅速加熱至 700?800 ;在零件形狀較為復(fù)雜時(shí)，如B柱坯料，采用感應(yīng)加熱，將坯料迅速加熱至居里點(diǎn)， 然后將這些坯料轉(zhuǎn)移至電阻式加熱爐中進(jìn)行涂層的合金化和基體的完全奧氏體化。采用這 種組合式柔性化快速加熱方法，在縮短加熱時(shí)間，提高加熱效率和生產(chǎn)效率的同時(shí)，也節(jié)省 了加熱設(shè)備的重復(fù)購置成本，同時(shí)也能保證涂層板的防氧化性能和成形性能，免去了保護(hù) 氣設(shè)備購置和輥底式加熱爐的爐輥更換、維修成本。因此，這種柔性化快速加熱方法具有廣 闊的工程應(yīng)用前景。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于坯料形狀特征的柔性化快速加熱方法， 該方法能有效的提高生產(chǎn)效率、生產(chǎn)線自動(dòng)化率以及降低設(shè)備占地面積，同時(shí)避免加熱設(shè) 備的重復(fù)購置成本并解決多坯料共線加熱這一柔性生產(chǎn)問題。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于坯料形狀特征的柔 性化快速加熱方法，其特征在于包括如下步驟：步驟A、冷坯料在機(jī)器視覺設(shè)備下進(jìn)行形狀 特征識(shí)別，并將識(shí)別結(jié)果和得到的坯料數(shù)字模型反饋至總控系統(tǒng)； 步驟B、由總控系統(tǒng)識(shí)別出冷坯料為形狀不規(guī)則的坯料還是形狀規(guī)則的坯料，并由輸送 系統(tǒng)將形狀不規(guī)則的坯料輸送至感應(yīng)加熱爐中，將形狀規(guī)則的坯料輸送至電加熱爐中； 步驟C、由總控系統(tǒng)根據(jù)坯料數(shù)字模型控制坯料在感應(yīng)加熱爐中的加熱區(qū)域和加熱溫 度，直至坯料加熱至居里點(diǎn)； 步驟D、將步驟C得到的坯料輸送至電阻式加熱爐中進(jìn)行保溫直至坯料完全奧氏體化。
[0008] 優(yōu)選的，所述步驟C中，感應(yīng)加熱爐中的爐內(nèi)溫度為700?800攝氏度。
[0009] 優(yōu)選的，所述步驟C中，感應(yīng)加熱爐中的爐內(nèi)溫度為740?760攝氏度。
[0010] 優(yōu)選的，所述步驟C中，采用紅外測(cè)溫與閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)來進(jìn)行控溫。
[0011] 優(yōu)選的，所述步驟C中，總控系統(tǒng)根據(jù)坯料輸送速率和數(shù)字模型來控制加熱功率。
[0012] 優(yōu)選的，所述步驟C中的加熱時(shí)間為5?10秒。
[0013] 優(yōu)選的，所述步驟D中，電阻式加熱爐的爐內(nèi)溫度為850?950攝氏度。
[0014] 優(yōu)選的，所述步驟D中的保溫時(shí)間為3?5分鐘。
[0015] 本發(fā)明的有益效果在于： 本發(fā)明提供了一種基于坯料形狀特征的柔性化快速加熱方法，與現(xiàn)有加熱技術(shù)方法相 t匕，此種基于坯料形狀特征的柔性化快速加熱方法，其有益效果在于：以機(jī)器視覺技術(shù)對(duì)坯 料進(jìn)行識(shí)別和分流輸送，以采集到的坯料數(shù)字模型來控制后續(xù)的快速加熱和保溫過程，實(shí) 現(xiàn)多坯料共線加熱。相對(duì)于傳統(tǒng)輻射加熱方式，在提升加熱效率方面主要節(jié)省了坯料從室 溫加熱至紅熱狀態(tài)前的溫度提升時(shí)間，節(jié)省的時(shí)間大約為30%，在節(jié)省費(fèi)用方面，相對(duì)于輥 底式或步進(jìn)式加熱爐，設(shè)備占地面積、維修和更換部件費(fèi)用大幅減少；相對(duì)于單純的感應(yīng)加 熱或?qū)щ娂訜幔淠苓m應(yīng)多種形狀的坯料并能同時(shí)為多條生產(chǎn)線或多套模具提供熱料，具 有極高的柔性化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的快速柔性加熱方法示意圖。
[0017] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的快速加熱步驟的感應(yīng)加熱爐簡(jiǎn)化圖。
[0018] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的快速加熱步驟的導(dǎo)電加熱爐簡(jiǎn)化圖。
[0019] 其中附圖標(biāo)記包括：1 一機(jī)器視覺設(shè)備，2-冷坯料，3-不規(guī)則坯料，4一規(guī)則坯料， 5-感應(yīng)加熱爐，6-導(dǎo)電加熱爐，7-傳統(tǒng)加熱爐，8-感應(yīng)線圈，9一T形述料，10-導(dǎo)電電 極，11 一矩形坯料。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合實(shí)施例與附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說 明，實(shí)施方式提及的內(nèi)容并非對(duì)本發(fā)明的限定。
[0021] 如圖1至圖3所示，一種基于坯料形狀特征的柔性化快速加熱方法，在實(shí)施例一 中，包括如下步驟： 步驟A、冷坯料2在機(jī)器視覺設(shè)備下1進(jìn)行形狀特征識(shí)別，并將識(shí)別結(jié)果和得到的坯料 數(shù)字模型反饋至總控系統(tǒng)； 步驟B、由總控系統(tǒng)識(shí)別出冷坯料2為形狀不規(guī)則的坯料3還是形狀規(guī)則的坯料4,并 由輸送系統(tǒng)將形狀不規(guī)則的坯料3輸送至感應(yīng)加熱爐5中，將形狀規(guī)則的坯料4輸送至電 加熱爐6中； 步驟C、由總控系統(tǒng)根據(jù)坯料數(shù)字模型控制坯料3在感應(yīng)加熱爐5中的加熱區(qū)域和加熱 溫度，直至坯料3加熱至居里點(diǎn)；感應(yīng)加熱爐5中的爐內(nèi)溫度為700?750攝氏度，加熱時(shí) 間為10秒。
[0022] 步驟D、將步驟C得到的坯料（3、4)輸送至電阻式加熱爐7中進(jìn)行保溫直至坯料完 全奧氏體化，具體的，電阻式加熱爐7的爐內(nèi)溫度為850?900攝氏度，保溫時(shí)間為5分鐘。
[0023] 本技術(shù)方案以機(jī)器視覺技術(shù)對(duì)坯料進(jìn)行識(shí)別和分流輸送，以采集到的坯料數(shù)字模 型來控制后續(xù)的快速加熱和保溫過程，實(shí)現(xiàn)多坯料共線加熱。相對(duì)于傳統(tǒng)輻射加熱方式，在 提升加熱效率方面主要節(jié)省了坯料從室溫加熱至紅熱狀態(tài)前的溫度提升時(shí)間，節(jié)省的時(shí)間 大約為30%，在節(jié)省費(fèi)用方面，相對(duì)于輥底式或步進(jìn)式加熱爐，設(shè)備占地面積、維修和更換部 件費(fèi)用大幅減少；相對(duì)于單純的感應(yīng)加熱或?qū)щ娂訜?，其能適應(yīng)多種形狀的坯料并能同時(shí) 為多條生產(chǎn)線或多套模具提供熱料，具有極高的柔性化。
[0024] 如圖2涉及的感應(yīng)加熱爐裝有感應(yīng)線圈8,T形坯料9 (即不規(guī)則坯料3)放置在其 爐腔內(nèi)。如圖3涉及的導(dǎo)電加熱爐裝有導(dǎo)電電極10,矩形坯料11 (即規(guī)則坯料4)兩端夾 持在電極之間。
[0025] 本實(shí)施例中輸送系統(tǒng)的輸送裝置可以為多軸機(jī)器人也可以為直線輸送機(jī) 械手或陶瓷傳送鏈條，加熱爐可以為多層箱式爐或者輥底式加熱爐，機(jī)器視覺設(shè)備 對(duì)坯料規(guī)則與否的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為實(shí)際加熱系統(tǒng)特性所適應(yīng)的坯料尺寸方面的標(biāo)準(zhǔn)差 σ，當(dāng)坯料長度和寬度方向的標(biāo)準(zhǔn)差CT1、ιτ:，均小于σ*時(shí)，快速加熱階段采用導(dǎo)電 加熱，反之，則采用感應(yīng)加熱。
[0026] 優(yōu)選的，所述步驟C中，采用紅外測(cè)溫與閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)來進(jìn)行控溫，總控系統(tǒng) 根據(jù)坯料輸送速率和數(shù)字模型來控制加熱功率，不僅控溫更精準(zhǔn)，還能提高能源利用率。
[0027] 試驗(yàn)表明：通過實(shí)施例一的快速柔性加熱方法，節(jié)省加熱時(shí)間為32. 1%，減少能耗 18. 3%，加熱兩種以上不同形狀的坯料，為兩條以上的熱成形生產(chǎn)線或者兩套以上的熱成形 模具提供熱料，實(shí)用性較強(qiáng)。
[0028] 如附圖1所示，一種基于坯料形狀特征的柔性化快速加熱方法，在實(shí)施例二中，包 括如下步驟： 步驟Α、冷坯料2在機(jī)器視覺設(shè)備下1進(jìn)行形狀特征識(shí)別，并將識(shí)別結(jié)果和得到的坯料 數(shù)字模型反饋至總控系統(tǒng)； 步驟Β、由總控系統(tǒng)識(shí)別出冷坯料2為形狀不規(guī)則的坯料3還是形狀規(guī)則的坯料4,并 由輸送系統(tǒng)將形狀不規(guī)則的坯料3輸送至感應(yīng)加熱爐5中，將形狀規(guī)則的坯料4輸送至電 加熱爐6中； 步驟C、由總控系統(tǒng)根據(jù)坯料數(shù)字模型控制坯料3在感應(yīng)加熱爐5中的加熱區(qū)域和加熱 溫度，直至坯料3加熱至居里點(diǎn)；感應(yīng)加熱爐5中的爐內(nèi)溫度為750?800攝氏度，加熱時(shí) 間為5秒。采用紅外測(cè)溫與閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)來進(jìn)行控溫，總控系統(tǒng)根據(jù)坯料輸送速率和 數(shù)字模型來控制加熱功率。
[0029] 步驟D、將步驟C得到的坯料（3、4)輸送至電阻式加熱爐7中進(jìn)行保溫直至坯料完 全奧氏體化，具體的，電阻式加熱爐7的爐內(nèi)溫度為900?950攝氏度，保溫時(shí)間為3分鐘。
[0030] 試驗(yàn)表明：通過實(shí)施例二的快速柔性加熱方法，至少能節(jié)省加熱時(shí)間為32. 7%，減 少能耗16. 2%，加熱兩種以上不同形狀的坯料，為兩條以上的熱成形生產(chǎn)線或者兩套以上的 熱成形模具提供熱料，實(shí)用性較強(qiáng)。
[0031] 如附圖1所示，一種基于坯料形狀特征的柔性化快速加熱方法，在實(shí)施例三中，包 括如下步驟： 步驟A、冷坯料2在機(jī)器視覺設(shè)備下1進(jìn)行形狀特征識(shí)別，并將識(shí)別結(jié)果和得到的坯料 數(shù)字模型反饋至總控系統(tǒng)； 步驟B、由總控系統(tǒng)識(shí)別出冷坯料2為形狀不規(guī)則的坯料3還是形狀規(guī)則的坯料4,并 由輸送系統(tǒng)將形狀不規(guī)則的坯料3輸送至感應(yīng)加熱爐5中，將形狀規(guī)則的坯料4輸送至電 加熱爐6中； 步驟C、由總控系統(tǒng)根據(jù)坯料數(shù)字模型控制坯料3在感應(yīng)加熱爐5中的加熱區(qū)域和加熱 溫度，直至坯料3加熱至居里點(diǎn)；感應(yīng)加熱爐5中的爐內(nèi)溫度為740?760攝氏度，加熱時(shí) 間為8秒。采用紅外測(cè)溫與閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)來進(jìn)行控溫，總控系統(tǒng)根據(jù)坯料輸送速率和 數(shù)字模型來控制加熱功率。
[0032] 步驟D、將步驟C得到的坯料（3、4)輸送至電阻式加熱爐7中進(jìn)行保溫直至坯料完 全奧氏體化，具體的，電阻式加熱爐7的爐內(nèi)溫度為875?925攝氏度，保溫時(shí)間為3. 5分 鐘。
[0033] 試驗(yàn)表明：通過實(shí)施例三的快速柔性加熱方法，至少能節(jié)省加熱時(shí)間為36. 5%，減 少能耗19. 6%，加熱兩種以上不同形狀的坯料，為兩條以上的熱成形生產(chǎn)線或者兩套以上的 熱成形模具提供熱料，實(shí)用性較強(qiáng)。
[0034] 上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)現(xiàn)方案，除此之外，本發(fā)明還可以其它方式實(shí)現(xiàn)，在 不脫離本技術(shù)方案構(gòu)思的前提下任何顯而易見的替換均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于坯料形狀特征的柔性化快速加熱方法，其特征在于包括如下步驟： 步驟A、冷坯料（2)在機(jī)器視覺設(shè)備下（1)進(jìn)行形狀特征識(shí)別，并將識(shí)別結(jié)果和得到的 坯料數(shù)字模型反饋至總控系統(tǒng)； 步驟B、由總控系統(tǒng)識(shí)別出冷坯料（2)為形狀不規(guī)則的坯料（3)還是形狀規(guī)則的坯料 (4)，并由輸送系統(tǒng)將形狀不規(guī)則的坯料（3)輸送至感應(yīng)加熱爐（5)中，將形狀規(guī)則的坯料 (4)輸送至電加熱爐（6)中； 步驟C、由總控系統(tǒng)根據(jù)坯料數(shù)字模型控制坯料（3 )在感應(yīng)加熱爐（5 )中的加熱區(qū)域和 加熱溫度，直至坯料（3)加熱至居里點(diǎn)； 步驟D、將步驟C得到的坯料（3、4)輸送至電阻式加熱爐（7)中進(jìn)行保溫直至坯料完全 奧氏體化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于坯料形狀特征的柔性化快速加熱方法，其特征在 于：所述步驟C中，感應(yīng)加熱爐（5)中的爐內(nèi)溫度為700?800攝氏度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于坯料形狀特征的柔性化快速加熱方法，其特征在 于：所述步驟C中，感應(yīng)加熱爐（5)中的爐內(nèi)溫度為740?760攝氏度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于坯料形狀特征的柔性化快速加熱方法，其特征在 于：所述步驟C中，采用紅外測(cè)溫與閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)來進(jìn)行控溫。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于坯料形狀特征的柔性化快速加熱方法，其特征在 于：所述步驟C中，總控系統(tǒng)根據(jù)坯料輸送速率和數(shù)字模型來控制加熱功率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于坯料形狀特征的柔性化快速加熱方法，其特征在 于：所述步驟C中的加熱時(shí)間為5至10秒。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于坯料形狀特征的柔性化快速加熱方法，其特征在 于：所述步驟D中，電阻式加熱爐（7)的爐內(nèi)溫度為850?950攝氏度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于坯料形狀特征的柔性化快速加熱方法，其特征在 于：所述步驟D中的保溫時(shí)間為3?5分鐘。
【文檔編號(hào)】C21D11/00GK104388641SQ201410760971
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】張宜生, 徐亞, 姚小春 申請(qǐng)人:東莞市豪斯特?zé)釠_壓技術(shù)有限公司, 華中科技大學(xué)