一種用于淬火控制的熱沖壓裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于淬火控制的熱沖壓裝置，屬于熱沖壓【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的目的是為了解決熱沖壓技術(shù)中，高溫成形件淬火過程中難以在保證淬火均勻性的條件下兼顧成形件表面溫度均勻分布的問題，提出了一種用于熱沖壓淬火控制的熱沖壓裝置；它可以在高溫板料成形過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測所選測量點(diǎn)的溫度值，通過數(shù)據(jù)處理得到所選測量點(diǎn)的淬火速率以及它們之間的溫差；當(dāng)淬火速率不滿足條件或溫差過大時(shí)，控制系統(tǒng)會根據(jù)觸發(fā)條件針對性的調(diào)整成形件與模面間的接觸壓力以及冷卻水流速率，以使高溫成形件的淬火速率滿足要求且成形件各處溫度均衡，從而保證了最終成形件的強(qiáng)度質(zhì)量要求以及成形精度要求。
【專利說明】—種用于淬火控制的熱沖壓裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種用于淬火控制的熱沖壓裝置，屬于熱沖壓【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]使用超高強(qiáng)度鋼板成形車身部件是實(shí)現(xiàn)車身輕量化的有效手段，然而傳統(tǒng)冷沖壓技術(shù)面對超高強(qiáng)度鋼板在常溫下的高強(qiáng)度和低延伸率特點(diǎn)，顯得力不從心，因此熱沖壓技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其可以解決常溫下超高強(qiáng)度鋼板成形性能的局限性。
[0003]熱沖壓技術(shù)是一種成形超高強(qiáng)度零件的先進(jìn)制造技術(shù)，其原理是先將超高強(qiáng)度鋼板或預(yù)成形后的超高強(qiáng)度零件加熱到9501以上，在完全奧氏體化后將其送入特殊模具內(nèi)成形，保壓一段時(shí)間后進(jìn)行模具淬火，在大于301 /8的淬火速率下，成形件微觀組織由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，從而使得最終成形件的強(qiáng)度達(dá)1500即3以上。
[0004]對于淬火技術(shù)來說，不僅要保證溫度下降速率達(dá)到淬火要求以保證奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，還要注意高溫成形件冷卻過程中各部分的溫度不能相差過大，以免產(chǎn)生淬火應(yīng)力，包括馬氏體轉(zhuǎn)變前的熱應(yīng)力以及馬氏體轉(zhuǎn)變后的組織應(yīng)力，影響最終成形件的表面質(zhì)量以及形狀精度，因此，最優(yōu)的淬火控制技術(shù)是到達(dá)如下情況:高溫成形件整體的淬火速率均勻并超過301 /3,且淬火過程中成形件溫度分布均勻，即各處溫度差小于501。
[0005]中國專利文獻(xiàn)⑶103240867八公開了一種《一種熱成形模具溫度檢測與控制系統(tǒng)》；該系統(tǒng)由溫度檢測系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)組成，可以實(shí)現(xiàn)對熱成形模具溫度的實(shí)時(shí)檢測，并將采集到的溫度信息轉(zhuǎn)化成冷卻速率值，然后與預(yù)先設(shè)定冷卻速率值進(jìn)行比較和計(jì)算，進(jìn)而控制電磁閥對冷卻水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對模具各區(qū)溫度的控制，從而使板料冷卻速率能夠保持在某一恒定值，保證每次熱沖壓的產(chǎn)品質(zhì)量在同一水平；該發(fā)明雖然能通過控制冷卻水流速來實(shí)現(xiàn)淬火的均勻性，卻無法保證淬火中成形件溫度分布的均勻性；通過測量模具溫度來換算淬火速率，但由于模具溫度變化范圍較小，沒有通過測量成形件溫度而換算所得的淬火速率精確；通過控制冷卻水流速來調(diào)節(jié)淬火速率，調(diào)節(jié)范圍較窄。
[0006]經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，目前水冷熱沖壓模具中對于淬火的控制大多是前期通過數(shù)值模擬對冷卻管道設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，通過不同管道截面參數(shù)和空間路徑的組合，輔以合適的冷卻水流速度，盡量保證淬火的速率和均勻性達(dá)到要求，但對于控制高溫板料成形過程中溫度均勻分布卻無能為力；也有通過控制冷卻水流的速度來嘗試控制成形件局部溫度下降速率，但一般只能在淬火前期起作用，這是因?yàn)榍捌诔尚渭c模具間溫差較大，故傳遞的熱量大于一般流速下冷卻水所能帶走的熱量，故可能動地增大冷卻水流速來控制成形件溫度，但到了后期，成形件與模具間溫差較小，之間傳遞的熱量小于一般流速下冷卻水所能帶走的熱量，要控制溫度則必須減小冷卻水流速，但這回影響到淬火速度，因此不可取。
[0007]故綜上所述，研發(fā)一種能夠在保證高溫成形件淬火均勻性的條件下實(shí)現(xiàn)成形件溫度均勻分布的控制系統(tǒng)對于提高熱沖壓零件的成形質(zhì)量十分重要，也有助于促進(jìn)熱沖壓技術(shù)的發(fā)展。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是為了解決熱沖壓技術(shù)中，高溫成形件淬火過程中難以在保證淬火均勻性的條件下兼顧成形件表面溫度均勻分布的問題，提出了一種用于熱沖壓淬火控制的熱沖壓裝置；它可以在高溫板料成形過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測所選測量點(diǎn)的溫度值，通過數(shù)據(jù)處理得到所選測量點(diǎn)的淬火速率以及它們之間的溫差；當(dāng)淬火速率不滿足條件或溫差過大時(shí)，控制系統(tǒng)會根據(jù)觸發(fā)條件針對性的調(diào)整成形件與模面間的接觸壓力以及冷卻水流速率，以使高溫成形件的淬火速率滿足要求且成形件各處溫度均衡，從而保證了最終成形件的強(qiáng)度質(zhì)量要求以及成形精度要求。
[0009]本發(fā)明所述的一種用于熱沖壓淬火控制的熱沖壓裝置，包括伺服壓力機(jī)、壓力機(jī)控制系統(tǒng)、熱沖壓冷卻系統(tǒng)、包括凸模、凹模和壓邊圈的熱沖壓模具、從正上方連接凸模和壓邊圈且固定在伺服壓力機(jī)內(nèi)的多組伺服壓機(jī)頂桿；其特征在于:還設(shè)有熱沖壓淬火溫度控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)由溫度監(jiān)測系統(tǒng)、接觸壓力監(jiān)測系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、接觸壓力控制系統(tǒng)和冷卻水流速控制系統(tǒng)共同組成；所述熱沖壓模具的凸模是由多個(gè)對應(yīng)成形件特征結(jié)構(gòu)的分塊凸模組合而成；每個(gè)分塊凸模和位于凸模外側(cè)的壓邊圈都分別受伺服壓機(jī)頂桿控制并能進(jìn)行上下移動，且相互間的移動互不干擾，移動精度最小可達(dá)11^ ；所述一種用于熱沖壓淬火控制的熱沖壓裝置的作用是保證淬火過程中，保證高溫成形件淬火速率均勻，即穩(wěn)定在(50^8) V /5,同時(shí)控制成形件各處溫差小于501。
[0010]所述的溫度和接觸壓力監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、接觸壓力和冷卻水流速控制系統(tǒng)能夠組成一個(gè)控制淬火溫度的閉環(huán)控制，在保證淬火均勻性條件下實(shí)現(xiàn)成形件溫度的均勻分布；因?yàn)榇慊疬^程中的成形件的淬火速率與溫度分布狀況是動態(tài)變化的，為了維持其穩(wěn)定，必須通過控制冷卻水流速和接觸壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，然而熱冷卻水流速和接觸壓力的變化又會改變淬火速率以及溫度分布；因此為了維持成形件淬火速率和溫度分布的近似穩(wěn)定(在可以接受的范圍內(nèi)變化)，必須構(gòu)成一個(gè)以淬火速率和溫差為變量的閉環(huán)系統(tǒng)。
[0011]所述的溫度監(jiān)測系統(tǒng)通過在模具表面和內(nèi)部布置熱電偶實(shí)時(shí)測量高溫成形件和模具所選測量點(diǎn)的溫度，數(shù)據(jù)采集頻率為20次/秒，然后以電信號方式通過導(dǎo)線將溫度數(shù)據(jù)傳給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；(1)實(shí)時(shí)監(jiān)測成形件溫度的目的:一是為了保證淬火速率(通過溫度下降曲線得到)的在滿足速率要求下達(dá)到各處均勻，即淬火速率的范圍為(50^8)1/3,以確保奧氏體組織的均勻馬氏體化；二是為了保證淬火過程中成形件表面溫度分布的均勻性，即要求成形件上所選測量點(diǎn)在同一時(shí)間測得的溫度值相差不超過501 ^(2)實(shí)時(shí)監(jiān)測模具溫度的目的:為了防止模具溫度過高以影響高溫成形件淬火速率，要求模具溫度維持在1001之下；在淬火剛開始階段，由于成形件與模具溫差較大，大量熱量會由成形件傳遞給模具，若冷卻水流速過小則無法帶走大部分熱量，就會導(dǎo)致模具溫度上升；但模具溫度過高會影響成形件與模具間的熱導(dǎo)率，從而影響淬火速度，因此要對模具溫度進(jìn)行監(jiān)測并通過調(diào)節(jié)冷卻水流速進(jìn)行溫度限制。
[0012]所述用于成形件溫度測量的熱電偶布置位置應(yīng)選擇成形件結(jié)構(gòu)特征中的底面區(qū)域和過渡圓角區(qū)域；成形件與模具間的傳熱系數(shù)會受到接觸壓力的影響，接觸壓力越大，傳熱系數(shù)越大，淬火速率越高；因此，成形件與模面的接觸壓力不同會導(dǎo)致淬火速率不同，從而導(dǎo)致溫差的產(chǎn)生；一般成形件特征結(jié)構(gòu)中的底面區(qū)域會同時(shí)與凸凹模接觸，受到較大的接觸壓力，因此溫度會較低；而過渡圓角區(qū)域一般只和凹模接觸，其與模面的接觸力大小完全取決于成形件所用板料的材料屬性和變形程度，因此接觸力較小導(dǎo)致此處溫度較高；故要選擇成形中產(chǎn)生大變形的特征結(jié)構(gòu)區(qū)中的平面區(qū)域和過渡圓角區(qū)域作為溫度測量點(diǎn)來布置熱電偶；其中處于底面區(qū)域的熱電偶布置位置能獲得其所在特征結(jié)構(gòu)中的最大淬火速率，用于觸發(fā)接觸壓力控制，而位于過渡圓角處的熱電偶布置位置的淬火速率要低于底面區(qū)域，但相差不多，可以通過改變附近冷卻管道內(nèi)的冷卻水流速以調(diào)節(jié)淬火速率，因此位于過渡圓角處的熱電偶獲得的溫度信息用于控制冷卻水流速。
[0013]所述用于測量模具溫度的熱電偶布置在凹模中，距離模面為川臟；因?yàn)榘寄ＤＣ嫣幨悄＞咧袦囟茸畲筇?，靠近模面測量所得溫度中的最大值基本能夠代表模具的最大溫度，可以用于后續(xù)判定；其位置優(yōu)選凹模側(cè)面區(qū)域中位于模面下方川臟處，有利于安放熱電偶的孔的加工。
[0014]所述的接觸壓力監(jiān)測系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)測量高溫成形件與模面間的接觸壓力，數(shù)據(jù)采集頻率為10次/秒，并通過導(dǎo)線將接觸壓力信息傳給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，為伺服壓機(jī)頂桿上移(減壓)和下移(增壓)提供判定條件；接觸壓力監(jiān)測系統(tǒng)中的壓力傳感器布置在伺服壓機(jī)頂桿和熱沖壓模具上模、壓邊圈之間，固定在模具表面與伺服頂桿保持接觸；因?yàn)樗欧敆U連接且固定在對應(yīng)的分塊凸模和壓邊圈上，分塊凸?；驂哼吶εc凹模間的接觸壓力等同于伺服頂桿和分塊凸?；驂哼吶﹂g的接觸壓力，因此，將壓力傳感器按上述布置能夠精確測得接觸壓力的數(shù)值，為后續(xù)控制提供精確數(shù)據(jù)。
[0015]所述的冷卻水流速控制系統(tǒng)能通過熱沖壓冷卻系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)傳來的電信號來控制每個(gè)冷卻管道內(nèi)的冷卻水流速，從0實(shí)現(xiàn)連續(xù)性調(diào)節(jié)；(1)需要調(diào)節(jié)冷卻水流速的原因:在保持輸入冷卻水溫度衡定的條件下，冷卻水的流速決定了其單位時(shí)間內(nèi)所能帶走的熱量；冷卻水流速越大，單位時(shí)間內(nèi)模具通過熱對流而損失的熱量就越大，模具溫度越低，從而在保持接觸壓力不變條件下，高溫成形件傳向模具的熱量就越大，最終成形件淬火速率越大，因此控制不同冷卻管道內(nèi)的冷卻水流速能在一定程度上影響對應(yīng)成形件區(qū)域的淬火速率；(2)需要分別控制各個(gè)管道內(nèi)冷卻水流速的原因:為了保證淬火的均勻性，雖然通過接觸壓力調(diào)節(jié)能控制成形件結(jié)構(gòu)特征底面區(qū)域的冷卻速率，但由于過渡圓角區(qū)域的接觸壓力無法調(diào)節(jié)，只能提供控制相應(yīng)冷卻管道內(nèi)的冷卻水流速來調(diào)節(jié)其淬火速率，以保證成形件整體的淬火均勻性。
[0016]所述的接觸壓力控制系統(tǒng)能夠根據(jù)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)傳來的電信號，通過壓力機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)不同伺服頂桿的移動，從而控制不同分塊凸模的移動，進(jìn)而改變不同分塊凸模與成形件或?qū)?yīng)凹模間的接觸壓力；接觸壓力可實(shí)現(xiàn)范圍為0?315謂，控制精度為0.1謂；成形件與模面間的接觸壓力大小直接影響了其間的實(shí)際接觸面積，從而影響了傳遞熱阻，進(jìn)而影響了淬火速率；接觸壓力越大，傳遞熱阻越小，高溫成形件流向模具的熱量越多，成形件溫度減低速率越大，淬火速率越大；通過調(diào)節(jié)接觸壓力進(jìn)行淬火控制的范圍較大，可以從1700 /8^200^0 /3,但由于板料在成形中各部分與模面的接觸壓力各不相同，淬火時(shí)不同的接觸壓力會導(dǎo)致各部分淬火速率不一，因此需要結(jié)合冷卻水流速控制系統(tǒng)進(jìn)行輔助調(diào)節(jié)，避免成形件各部分淬火速率差異過大。
[0017]所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在接收到溫度與接觸壓力信息后要進(jìn)行處理和判定；在記錄下溫度和壓力信息后，(1)選出成形件測量點(diǎn)上的溫度最大值；因?yàn)槿舫尚渭畲鬁囟刃∮?001，則馬氏體轉(zhuǎn)變已經(jīng)結(jié)束，則結(jié)束淬火過程；伺服壓機(jī)頂桿上升，便于成形件的移出以及高溫板料的移進(jìn)；(2)計(jì)算成形件上測量點(diǎn)之間的溫差并選出最大值，因?yàn)楫?dāng)最大溫差達(dá)到501時(shí)，代表成形件的溫度分布差異較大，則會在成形件內(nèi)部產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，從而使得最終成形件的形狀精度降低，表面質(zhì)量下降；因此伺服壓機(jī)頂桿整體上升，減小了整體接觸壓力，增大了高溫成形件與模面間的傳遞熱阻，從而有利于成形件熱量的內(nèi)部流動以平衡成形件各處溫度；同時(shí)，整體同時(shí)冷卻水流速穩(wěn)定在30/8，降低模具溫度，均勻的吸引成形件的熱量，避免成形件淬火速率下降過快；上述過程維持1秒后，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)才重新讀取信息進(jìn)行判定，是為了保證高溫零件能夠充分平衡自身溫度，避免由于接觸壓力減小導(dǎo)致淬火速率降低過大使得系統(tǒng)立刻觸發(fā)淬火速率調(diào)節(jié)，而無法保證高溫成形件的溫差減小到合適溫度；(3)計(jì)算成形件上溫度測量點(diǎn)處的淬火速率；為了保證淬火的均勻性，限制淬火速率處于(50^8)1 /3范圍內(nèi)；當(dāng)成形件上溫度測量點(diǎn)處的淬火速率超出范圍時(shí)，根據(jù)所得淬火速率的大小調(diào)整該測量點(diǎn)所在凸模對應(yīng)的伺服壓機(jī)頂桿的運(yùn)動；淬火速率小則頂桿下降，增大接觸壓力，增大淬火速率；淬火速率大則頂桿上升，減小接觸壓力，減小淬火速率；其中八氏和的大小取決于淬火速率與501 /8的差值，差值越大，八氏和八！！2的值越大，具體對應(yīng)關(guān)系可以通過實(shí)驗(yàn)與計(jì)算得知；與此同時(shí)還要根據(jù)成形件的溫度分布針對性調(diào)節(jié)對應(yīng)管道內(nèi)的冷卻水流速，用以調(diào)整接觸壓力無法控制區(qū)域的淬火速率，以保證成形件整體淬火均勻性；(4)選出模具測量點(diǎn)上的溫度最大值；因?yàn)樵趯Τ尚渭M(jìn)行淬火控制的同時(shí)，由于開始成形件與模具溫差很大，大量熱量由成形件傳向模具且由于水流流速的限制而無法被帶走，從而使得模具溫度上升；而模具溫度過高會影響成形件向模具的傳熱，從而影響淬火速率，因此必須控制模具的溫度；故設(shè)定當(dāng)模具測量點(diǎn)的最大溫度超過1001，則調(diào)節(jié)位于模具底部的冷卻管道內(nèi)的冷卻水流速，以限制和穩(wěn)定模具的整體溫度，因?yàn)槟＞邷囟鹊姆€(wěn)定會使得接觸壓力控制淬火速率的干擾因素較少。
[0018]所述的熱沖壓模具的凸模是由多個(gè)對應(yīng)成形件特征結(jié)構(gòu)的分塊凸模組合而成，且每個(gè)分塊凸模以都分別受伺服壓機(jī)頂桿控制；因?yàn)檎w凸模與凹模在接觸時(shí)，是無法保證每個(gè)區(qū)域的接觸壓力相等的；而通過凹模分塊及分別控制，雖然仍無法保證模面上接觸壓力處處相等，但至少可以將整個(gè)成形件所受的接觸壓力限制在一個(gè)可以接受的范圍內(nèi)，從而間接保證淬火的均勻性。
[0019]本發(fā)明專利與現(xiàn)有的熱沖壓溫度控制相比，有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)可以基于分塊凸模和伺服壓機(jī)頂桿采用壓力控制系統(tǒng)精確控制成形件與模面間的接觸壓力，結(jié)合冷卻水流速控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)成形件淬火速率的均勻分布，以保證最終成形件微觀組織為均勻馬氏體；
(2)結(jié)合接觸壓力控制和冷卻水流速控制，能在保證淬火均勻性的條件下，實(shí)現(xiàn)成形件淬火過程中溫度的均勻分布，即各部分溫差不超過501，避免產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力影響最終成形件的表面質(zhì)量與形狀精度；
(3)通過閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了淬火溫度的自動調(diào)節(jié)，提高了效率，避免了人為操作誤差。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1:熱沖壓淬火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
圖2:熱電偶布置位置圖； 圖3:壓力控制裝置示意圖；
圖4:熱沖壓淬火系統(tǒng)工作流程圖；
圖5:熱沖壓淬火控制流程圖；
圖中:1-伺服壓力機(jī)，2-熱沖壓模具，3-伺服壓機(jī)頂桿，4-壓力傳感器，5-用于測量成形件溫度的熱電偶，6-用于測量模具溫度的熱電偶，7-壓邊圈，8-分塊凸模八，9-分塊凸模8，10-凹模，11-用于控制淬火的冷卻管道，12-用于控制模具溫度的冷卻管道，13-成形件，14-壓力機(jī)控制系統(tǒng)，15-熱沖壓冷卻系統(tǒng)，16-溫度監(jiān)測系統(tǒng)，17-接觸壓力監(jiān)測系統(tǒng)，18-數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，19-接觸壓力控制系統(tǒng)，20-冷卻水流速控制系統(tǒng)，；1 -熱沖壓淬火溫度控制系統(tǒng)。
具體實(shí)施方案
[0021]下面通過實(shí)例對照附圖，進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)及其實(shí)施方式:
如圖1所示，本發(fā)明所述的一種熱沖壓淬火溫度控制系統(tǒng)及其配套的壓力控制裝置，主要由伺服壓力機(jī)1、壓力機(jī)控制系統(tǒng)14、熱沖壓冷卻系統(tǒng)15、熱沖壓模具2和熱沖壓淬火溫度控制系統(tǒng)I組成；所述的熱沖壓淬火溫度控制系統(tǒng)I包括溫度監(jiān)測系統(tǒng)16、接觸壓力監(jiān)測系統(tǒng)17，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、接觸壓力控制系統(tǒng)19和冷卻水流速控制系統(tǒng)20。
[0022]如圖2所示，以一個(gè)特定形狀成形件為例，說明相關(guān)熱電偶的布置；
用于測量成形件13溫度的熱電偶5，因?yàn)楸仨殰y量成形件13中溫度最高點(diǎn)和溫度最低點(diǎn)，而成形件13中特征結(jié)構(gòu)的底面往往是接觸壓力最大處，也是淬火速率最大處，溫度最小處；成形件13中特征結(jié)構(gòu)的的過渡圓角處的接觸壓力往往最小，淬火速率最小，也是溫度最大處；因此，在模面上對應(yīng)于成形件13特征結(jié)構(gòu)底面區(qū)域和過渡圓角區(qū)域打孔，固定熱電偶5，且要保證淬火時(shí)熱電偶5與成形件接觸。
[0023]用于測量模具溫度的熱電偶6，由于熱沖壓模具常采用熱導(dǎo)率較高的材料制造，因此模具中的熱量流動容易，因此溫度均勻性較好，各處溫差不大，但靠近成形件13的模面附件區(qū)域仍是溫度最高區(qū)域；因此將熱電偶6布置在模面之下10皿的位置，一不會過大影響模具強(qiáng)度，二是能夠近似測量到模面的溫度；熱電偶6的位置優(yōu)選凹模側(cè)面區(qū)域中位于模面下方川臟處，有利于安放熱電偶的孔的加工，環(huán)繞模具側(cè)面打孔以布置3?4個(gè)熱電偶用于測量模具溫度。
[0024]如圖3所示，以一個(gè)特定形狀成形件為例，說明相關(guān)壓力控制裝置的結(jié)構(gòu):
凸模按照結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分塊，為分塊凸模八8和分塊凸模89，并且分別于伺服壓機(jī)頂桿3固定連接；凸模周圍的壓邊圈7也和伺服壓機(jī)頂桿3固定連接；伺服壓機(jī)頂桿3固定在伺服壓力機(jī)1內(nèi)部，由壓力機(jī)控制系統(tǒng)14能控制各頂桿的運(yùn)動，移動精度可達(dá)1皿；用于測量接觸壓力的壓力傳感器4的固定在分塊凸模8、9和壓邊圈7與伺服壓機(jī)頂桿3之間連接處，由此能精確測量壓力的變化；凹模10內(nèi)的冷卻管道中，用于控制淬火的冷卻管道11排布受模面影響；用于控制模具溫度的冷卻管道12排布在凹模底部；凸、凹模與壓邊圈都采用熱導(dǎo)率較高的熱作模具鋼制造。
[0025]整個(gè)系統(tǒng)的工作流程如圖4所示，具體如下:
當(dāng)淬火開始后，溫度監(jiān)測系統(tǒng)16和接觸壓力監(jiān)測系統(tǒng)17通過壓力傳感器4、熱電偶5和6測得成形件溫度、模具溫度、凸凹模間的接觸壓力信息，然后將其以電信號形式通過導(dǎo)線傳遞給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)18，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)18處理信息后進(jìn)行判定，若判定成功則按前期設(shè)定通過導(dǎo)線向后續(xù)控制系統(tǒng)發(fā)送電信號來進(jìn)行調(diào)控；接觸壓力控制系統(tǒng)19在接收到電信號后通過壓力機(jī)控制系統(tǒng)14調(diào)節(jié)伺服壓機(jī)頂桿3的移動來改變成形件13、凸模8、9和凹模10間的接觸壓力；冷卻水流速控制系統(tǒng)20在接收到電信號后通過熱沖壓冷卻系統(tǒng)15調(diào)節(jié)熱沖壓模具2內(nèi)不同冷卻管道中的冷卻水流速；綜合接觸壓力控制和冷卻水流速控制，使得淬火速率穩(wěn)定在(50^8) V /8范圍內(nèi)，成形件溫差穩(wěn)定在501之內(nèi)，直至淬火結(jié)束。
[0026]高溫成形件的淬火控制流程如圖5所示，具體如下:
由于成形過程中凸模整體下降，故與成形件13的接觸壓力不同，導(dǎo)致成形件13的溫度降低速率不同；因此淬火開始時(shí)，成形件13的淬火速率不均且各處溫差較大；當(dāng)淬火開始后，通過溫度監(jiān)測系統(tǒng)16可以得知熱電偶5處的溫度值，并通過計(jì)算得到各點(diǎn)的淬火速率；通過接觸壓力監(jiān)測系統(tǒng)17可以得知成形后各分塊凸模8、9與凹模10間的接觸壓力；
(1)首先調(diào)節(jié)淬火速率:由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)18可知熱電偶5(測量點(diǎn))各處的淬火速率，將處于底面區(qū)域的測量點(diǎn)的淬火速率與(50^8)1 /3進(jìn)行對比，之后根據(jù)對比結(jié)果調(diào)節(jié)該測量點(diǎn)所在處對應(yīng)分塊凸模8、9所連接的伺服壓機(jī)頂桿3 ；大于該范圍，則伺服壓機(jī)頂桿3上移以減小接觸壓力，從而降低淬火速率；處于該范圍，則伺服壓機(jī)頂桿3保持不動；小于該范圍，則伺服壓機(jī)頂桿3下移以增大接觸壓力，增大淬火速率；而處于過渡圓角處的測量點(diǎn)的淬火速率與(50^8)1 /3進(jìn)行對比，小于則增大對應(yīng)冷卻管道11內(nèi)的冷卻水流速，大于則減小對應(yīng)冷卻管道11內(nèi)的冷卻水流速，處于則保持不變；
(2)在滿足淬火速率要求后，開始調(diào)節(jié)成形件13溫度分布；僅管淬火速率穩(wěn)定在一定區(qū)域，但隨著淬火進(jìn)行，成形件13各處的溫差會逐漸增大，最終觸發(fā)溫度均勻性調(diào)節(jié)；當(dāng)有各測量點(diǎn)間的最大溫差超過501時(shí)，所有伺服壓機(jī)頂桿3整體上升，同時(shí)所有冷卻水流速調(diào)節(jié)到最大，并維持1秒后，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)再重新開始進(jìn)行觸發(fā)判定；
(3)在對成形件13進(jìn)行淬火控制的同時(shí)，凹模10溫度上升，當(dāng)其最大溫度達(dá)到1001時(shí)，控制位于凹模10底部的冷卻管道12內(nèi)的冷卻水流速在廣3111/8內(nèi)變化，以控制凹模10的溫度；
(4)如此在“采集信息一判定一反饋調(diào)節(jié)”的循環(huán)中，成形件13最大溫度降低到2001以下，則淬火結(jié)束；伺服壓機(jī)頂桿3整體上升，冷卻水流速保持在20/8。
【權(quán)利要求】
1.一種用于淬火控制的熱沖壓裝置，包括伺服壓力機(jī)、壓力機(jī)控制系統(tǒng)、熱沖壓冷卻系統(tǒng)、包括凸模、凹模和壓邊圈的熱沖壓模具、從正上方連接凸模和壓邊圈且固定在伺服壓力機(jī)內(nèi)的多組伺服壓機(jī)頂桿，其特征在于:還設(shè)有熱沖壓淬火溫度控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)由溫度監(jiān)測系統(tǒng)、接觸壓力監(jiān)測系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、接觸壓力控制系統(tǒng)和冷卻水流速控制系統(tǒng)組成；其中溫度監(jiān)測系統(tǒng)和接觸壓力監(jiān)測系統(tǒng)通過安裝在熱沖壓模具上的熱電偶和壓力傳感器進(jìn)行信息收集，處于并行、互不干擾狀態(tài)，將所得信息以電信號形式通過導(dǎo)線傳輸給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行信息處理和分析后，進(jìn)行反饋觸發(fā)判定，若判定成立，則通過導(dǎo)線分別向接觸壓力控制系統(tǒng)和冷卻水流速控制系統(tǒng)發(fā)送電信號；接觸壓力控制系統(tǒng)用于控制高溫成形件和模面間的接觸壓力，冷卻水流速控制系統(tǒng)通過熱沖壓冷卻系統(tǒng)來控制熱沖壓模具內(nèi)冷卻水的流速，兩者為并行、互不干擾狀態(tài)，綜合實(shí)現(xiàn)對于淬火溫度的控制；所述熱沖壓模具的凸模是由多個(gè)對應(yīng)成形件特征結(jié)構(gòu)的分塊凸模組合而成；每個(gè)分塊凸模和位于凸模外側(cè)的壓邊圈都分別受伺服壓機(jī)頂桿控制并能進(jìn)行上下移動，且相互間的移動互不干擾，移動精度最小可達(dá)Irnm ;所述熱沖壓淬火溫度控制系統(tǒng)及其配套的壓力控制裝置保證淬火過程中，高溫成形件淬火速率均勻，即穩(wěn)定在(50±8)°C /S，同時(shí)控制成形件各處溫差小于50 °C。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于淬火控制的熱沖壓裝置，其特征在于:溫度和接觸壓力監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、接觸壓力和冷卻水流速控制系統(tǒng)形成能夠形成對淬火溫度的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)淬火溫度的控制；具體為:基于相關(guān)檢測系統(tǒng)得到的淬火過程中的淬火速率和和溫差信息能通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)決定接觸壓力和冷卻水流速控制系統(tǒng)的運(yùn)行，而控制系統(tǒng)的運(yùn)行又會通過控制冷卻水流速和壓機(jī)滑塊運(yùn)動影響成形件淬火速率和溫差，如此形成一個(gè)以淬火速率和溫差為變量、過程為“輸入一處理一反饋一輸出”的閉環(huán)控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對于成形件淬火均勻性和溫度分布均勻性的動態(tài)控制。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于淬火控制的熱沖壓裝置，其特征在于:所述的溫度監(jiān)測系統(tǒng)能夠通過熱電偶采集成形件和模具的溫度信息；其中用于測量成形件溫度的熱電偶的布置位置一般選擇成形件的特征結(jié)構(gòu)中的底面區(qū)域和過渡圓角區(qū)域處作為溫度測量點(diǎn)布置熱電偶，且用于監(jiān)測成形件溫度的熱電偶固定在熱沖壓模具凹模表面，在淬火過程中與成形件表面保持接觸；其中用于測量模具溫度的熱電偶的布置位置位于凹模模面下方1mm處；在用于測量成形件溫度的熱電偶中，處于底面區(qū)域的熱電偶采集的溫度信息用于控制接觸壓力，而位于過渡圓角區(qū)的熱電偶采集的信息用于控制冷卻水流速。
4.如權(quán)利要求4所述的一種用于淬火控制的熱沖壓裝置，其特征在于:所述的用于測量模具溫度的熱電偶的布置位置優(yōu)選凹模側(cè)面區(qū)域中位于模面下方1mm處，有利于安放熱電偶的孔的加工。
5.如權(quán)利要求1所述的一種用于淬火控制的熱沖壓裝置，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理信息的方式為(I)記錄監(jiān)測系統(tǒng)傳來的溫度和壓力信息；(2)篩選成形件上測量點(diǎn)中的最高溫度值；(3)計(jì)算成形件上測量點(diǎn)之間的溫差，選擇溫差的最大值；(4)計(jì)算成形件上溫度測量點(diǎn)處的淬火速率；(5)篩選模具上測量點(diǎn)處所得溫度中的最高值。
6.如權(quán)利要求1所述的一種用于淬火控制的熱沖壓裝置，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的判定條件和反饋機(jī)制為(I)成形件最高溫度低于200°C，則淬火結(jié)束，伺服壓機(jī)頂桿整體上升；(2)成形件結(jié)構(gòu)特征中底面處的溫度測量點(diǎn)的淬火速率不在(50±8) V /S范圍內(nèi)時(shí)，根據(jù)所得淬火速率的大小調(diào)整該測量點(diǎn)所在凸模對應(yīng)的伺服壓機(jī)頂桿的運(yùn)動，淬火速率過小則頂桿下降以增大接觸壓力來提高淬火速率，淬火速率過大則頂桿上升以減小接觸壓力來降低淬火速率；(3)成形件結(jié)構(gòu)特征中過渡圓角處的溫度測量點(diǎn)的淬火速率不在(50±8)°C /S范圍內(nèi)時(shí)，根據(jù)所得淬火速率的大小調(diào)整對應(yīng)冷卻管道內(nèi)的冷卻水流速，淬火速率過小則流速增大提高淬火速率，淬火速率過大則流速減小來降低淬火速率；(4)當(dāng)成形件上所有溫度測量點(diǎn)之間的最大溫差達(dá)到50°C時(shí)，伺服壓機(jī)頂桿整體上升以減小接觸壓力來增大板料內(nèi)部熱量交換，同時(shí)整體冷卻水流速穩(wěn)定在3m/s ； (5)當(dāng)模具測量點(diǎn)的最大溫度超過100°C時(shí)，調(diào)節(jié)位于模具底部的冷卻管道內(nèi)的冷卻水流速，將模具各處中的最大溫度穩(wěn)定在100°C。
【文檔編號】C21D11/00GK104294020SQ201410410577
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】陳煒, 陳瀧, 李建東, 張歡, 衡思寧, 吳甲, 沈烺楠 申請人:江蘇大學(xué)