局部热处理系统和使用其的冷成型方法与流程

本公开涉及局部热处理系统和使用其的冷成型方法，更特别地，涉及能够改善超高强度钢板的可成形性并使回弹现象最小化的局部热处理系统和使用其的冷成型方法。

背景技术：

通常，汽车减重对于提高汽车燃油经济性是有效的，因此，近年来，作为具有高比强度的材料的高强度钢板的使用日益增加。这样的高强度钢板的强度不断提高，并且近年来，已经开发了抗拉强度为1gpa或更大的超高强度钢板。

由于超高强度钢板具有高强度，因此不容易对超高强度钢板进行模压成型，使得由于增加的成型负荷和增加的模具磨损而容易引起卡住，并且成型的形状恢复时的回弹大，因此形状固定性劣化。此外，超高强度钢板具有低延性，并且在成型期间施加拉应力时趋于破裂。

因此，为了改善超高强度钢板(其为难以成型的材料)的可成形性并减少回弹现象，已经开发了通过加热整个成型材料来改善可成形性的方法。作为实例，已经应用了通过加热整个材料来改善可成形性的方法，例如温成型工艺。然而，这种加热整个难以成型的材料的方法通过加热甚至不进行成型的区域而可能导致不必要的能量损失。

由于上述问题，已经提出并使用了通过经由激光或近红外加热装置仅局部加热需要塑性变形的部分来成型的方法。然而，由于该方法是在温成型过程中加热材料之后使材料升温，所以因加热时间而导致的生产率降低，并且在材料处理期间，局部加热部分迅速冷却，使得难以保持恒定的品质。

因此，对于在成型过程中不加热材料并因此不降低生产率并且进行冷成型而不是温成型以确保一定品质的方法和设备的需求不断增加。

技术实现要素：

技术问题

本公开涉及提供能够通过经由外部热源局部加热待塑性变形的部分然后冷却该部分以调节物理特性来改善可成形性的局部热处理系统和使用其的冷成型方法。

本公开涉及提供能够通过对调节了物理特性的材料进行冷成型来提高生产率以及减少回弹的局部热处理系统和使用其的冷成型方法。

技术方案

本公开的一个方面提供了局部热处理系统，其包括：加热装置，所述加热装置被配置成局部加热坯料的仅塑性变形发生部分至预定温度；移动装置，所述移动装置被配置成将加热装置移动至坯料的局部加热区域的位置；以及控制器，所述控制器被配置成控制加热装置和移动装置。

加热装置可以包括：壳体，所述壳体耦接至移动装置；热源，所述热源耦接至壳体以发射近红外线；和反射器，所述反射器设置在壳体中以通过反射由热源产生的近红外线来将光聚集到局部加热区域中。

移动装置可以包括：旋转接头，所述旋转接头耦接至加热装置；和复数个移动构件，所述复数个移动构件耦接至旋转接头以使加热装置沿三个轴(x、y和z)方向移动。

复数个移动构件可以包括：第一移动构件，所述第一移动构件耦接至旋转接头以使加热装置沿布置有坯料的方向移动；第二移动构件，所述第二移动构件耦接至第一移动构件以使第一移动构件沿垂直方向移动；和第三移动构件，所述第三移动构件耦接至第二移动构件以使第二移动构件沿水平方向移动。

移动装置和加热装置可以作为一个子组合件提供，可以提供复数个子组合件以分别在坯料的一侧和另一侧上局部加热坯料，并且子组合件可以独立地由控制器控制。

控制器可以考虑到取决于待在坯料的成型过程中成型的形状的应变和应力通过设定局部加热位置、加热温度和加热时间来控制移动装置和加热装置。

本公开的另一个方面提供了使用根据权利要求1至6中任一项所述的局部热处理系统的冷成型方法，所述方法包括：(a)在将坯料引入到局部热处理系统中时，操作移动装置，使得加热装置定位在局部加热区域中，所述局部加热区域是塑性变形发生部分；(b)在加热装置定位在局部加热区域中时，通过经由加热装置将坯料的塑性变形发生部分加热至预定温度然后冷却来局部调节坯料的物理特性；以及(c)在将调节了物理特性的坯料移动至模具之后进行冷成型。

在过程(a)中，局部热处理系统的控制器可以考虑到取决于待在坯料的成型过程中成型的形状的应变和应力通过设定局部加热位置、加热温度和加热时间来控制移动装置和加热装置。

有益效果

根据本公开的一个实施方案的局部热处理系统和使用其的冷成型方法可以通过使用外部热源选择性地局部加热材料然后冷却该材料以调节其物理特性来改善材料的可成形性。

此外，通过仅局部加热待塑性变形的部分以便调节物理特性，可以减小成型负荷，使得冷成型期间模具的磨损可以最小化并且冷成型之后回弹现象可以最小化。

此外，与常规的热成型相比，可以提高生产率和品质，而且可以降低能量成本。

此外，由于将人工智能(ai)和感测技术结合，因此在对材料进行局部加热时过程可以容易且快速地进行，从而提高生产率，并且即使在材料具有复杂的成型形状时，也可以方便地应用局部热处理系统。

附图说明

图1是示意性地示出根据本公开的一个实施方案的局部热处理系统的图。

图2是示出根据本公开的一个实施方案的局部热处理系统处于操作中的状态的图。

图3是详细示出图2所示的局部热处理系统的移动装置的透视图。

图4是示出设置在根据本公开的一个实施方案的局部热处理系统中的加热装置的图。

图5是示出根据设置在图4所示的加热装置中的反射器的形状照射热源的图。

图6是将通过根据本公开的一个实施方案的局部热处理系统调节了物理特性的材料的v弯曲成型的状态与常规材料的v弯曲成型的状态进行比较的图。

图7是将通过根据本公开的一个实施方案的局部热处理系统调节了物理特性的材料与经不对称成型的常规材料进行比较的图。

图8是将通过根据本公开的一个实施方案的局部热处理系统调节了物理特性的实际部件与经成型的常规实际部件进行比较的图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本公开的实施方案。提供以下实施方案以将本公开的精神充分传达给本公开所属领域的普通技术人员。本公开不限于本文中所示的实施方案，而是可以以另外的形式呈现。附图不旨在以任何方式限制本公开的范围，并且为了使说明清楚，可以放大组件的尺寸。

图1是示意性地示出根据本公开的一个实施方案的局部热处理系统的图，图2是示出根据本公开的一个实施方案的局部热处理系统处于操作中的状态的图，图3是详细示出图2所示的局部热处理系统的移动装置的透视图，图4是示出设置在根据本公开的一个实施方案的局部热处理系统中的加热装置的图，以及图5是示出根据设置在图4所示的加热装置中的反射器的形状照射热源的图。

参照图1至5，根据本公开的一个实施方案的局部热处理系统1包括：仅加热其中发生坯料10的塑性变形的部分的加热装置100；将加热装置100移动至坯料10的局部加热区域的位置的移动装置200；和控制加热装置100和移动装置200的控制器300。

坯料10是抗拉强度为1gpa或更大的难以成型的材料，其是被切割而具有预定长度以便通过根据本公开的冷成型来形成产品的超高强度钢材料。由于在将坯料10生产为产品的过程中其中发生实际塑性变形的区域是局部的，因此可以通过使用单独的外部热源仅向其中发生塑性变形的区域施加热来改善坯料10的可成形性。即，为了改善材料的可成形性，重要的是将施加热的位置仅集中于其中发生坯料10的塑性变形的局部区域。

当对坯料10进行弯曲成型时，与其他过程中相比，使用近红外热源作为外部热源更为有效。此外，由于大多数弯曲成型是线性的，因此使用线性热源是合适的。

因此，在本公开中，使用加热装置100作为外部热源，并且通过使用线性近红外加热器来提高其中发生塑性变形的局部区域的温度，使得可以改善难以成型的材料的弯曲特性，从而将材料成型为精确的形状。

更具体地，如图4所示，加热装置100包括热源110和反射器120。热源110可以作为产生近红外线的灯提供。

热源110是波长为700nm至1300nm的电磁波，并且在可见红光之外产生。由于热源110的90％或更多是辐射热，因此热源110的效率可以是高的(85％至90％效率)。由于热源110是近红外线并因此不燃烧空气，因此无毒、无烟、无味且无噪音的热源110可以在室内使用。热源110非常方便使用，因为其仅花费约0.1秒来达到最大输出。

反射器120用于反射由热源产生的近红外线并将光聚集到局部加热区域中。反射器120可以根据形状线性地调节照射近红外线的区域。例如，图5a示出以椭圆形形成的反射器120，图5b示出以抛物线形形成的反射器120。在椭圆形反射器120的情况下，由热源110产生的近红外线被反射并聚集至一点以线性地照射至坯料10。在抛物线形反射器120的情况下，使由热源110产生的近红外线平行化以照射到坯料10的预定区域上。即，根据坯料10的塑性变形区域，可以应用适合于该区域的反射器120来局部加热。此外，可以提供各种形状的反射器以根据其各自的特性来使用。因此，根据目的，可以修改反射器120的形状并使用。

如上所述，由于使用近红外线的加热装置100仅使用热源110和反射器120，因此可以从一个方向局部加热坯料10。

加热装置100还可以包括壳体130。壳体130用于保护热源110和反射器120免受外部冲击并通过绝热防止能量损失。壳体130被设置成使得热源110和反射器120耦接，并且壳体130的一部分具有开口形状，使得由热源110产生的近红外线通过反射器120沿一个方向照射。此外，壳体130可以耦接至移动装置200，所述移动装置200将在稍后进行描述。

移动装置200通过与加热装置100组合而用于将加热装置100移动至坯料10的待塑性变形的区域的表面。移动装置200包括耦接至加热装置100的旋转接头213以及使加热装置100沿三个轴方向移动的复数个移动构件210、220、230。

旋转接头213耦接至加热装置100的壳体130，以调节加热装置100的角度。即，旋转接头213用于调节加热装置100的角度，使得近红外线可以顺利地聚集在坯料10的局部加热区域的表面上。旋转接头213的结构是通常公知的技术，因此将省略其详细描述。

复数个移动构件210、220和230由第一移动构件210、第二移动构件220和第三移动构件230组成，以便使加热装置100沿三个轴方向(即，沿x、y和z轴方向)移动。例如，如图3所示，可以将第三移动构件230设置成沿x轴方向移动，可以将第二移动构件220设置成沿y轴方向移动，可以将第一移动构件210设置成沿z轴方向移动。

第一移动构件210耦接至旋转接头213，以使加热装置100沿布置有坯料10的方向(即，沿z轴方向)移动。第一移动构件210可以设置有液压缸或气压缸以沿一个方向移动。

第二移动构件220耦接至第一移动构件210，以使第一移动构件210沿垂直方向(即，沿y轴方向)移动。由于第一移动构件210耦接至加热装置100，因此当第一移动构件210移动时，加热装置100一起移动。第二移动构件220可以设置有液压缸或气压缸以沿一个方向移动。

第三移动构件230耦接至第二移动构件220，以使第二移动构件220沿水平方向(即，沿x轴方向)移动。由于第二移动构件220耦接至第一移动构件210，因此当第二移动构件220移动时，第一移动构件210一起移动。第三移动构件230可以具有接收电机232的旋转力并将该旋转力转换成线性运动的齿条和小齿轮的结构。

本实施方案示出第一移动构件210和第二移动构件220具有缸(cylinder)结构，并且第三移动构件230具有将旋转运动转换成线性运动的齿轮联接结构，但是本公开不限于此，并且移动构件可以具有各种结构，只要加热装置100可以沿三个轴方向移动。

根据本公开的一个实施方案的局部热处理系统1可以被配置成使得移动装置200和加热装置100形成一个子组合件，并且可以提供复数个子组合件以分别在坯料10的一侧和另一侧上需要的位置处局部加热坯料10。复数个子组合件可以独立地由控制器300控制。

控制器300可以分别独立地控制如上所述的复数个子组合件，以及分别控制加热装置100和移动装置200。控制器300可以与人工智能(ai)和感测技术结合以更有效地控制每个子组合件。例如，控制器300可以测量成型过程期间的应变和应力，所述应变和应力是在坯料10被局部加热之前待成型的物体的成型特性，并且可以考虑到成型形状、过程时间等优化局部加热位置、加热温度、加热时间等。即，控制器300可以通过基于经由测量待成型的物体而获得的测量数据设定局部加热位置、加热温度和加热时间来控制移动装置200和加热装置100。因此，当坯料10定位在局部热处理系统1中时，操作移动装置200以快速且容易地将加热装置100移动至最佳点，并且加热装置100按时间且以恒定温度加热加热位置。因此，即使在待成型的物体具有复杂的成型形状时，局部热处理系统1也可以方便地应用，并且同时可以应用于各种形状。

在下文中，将参照图1至5描述使用如上所述的局部热处理系统1使坯料10冷成型的方法。

本公开的冷成型方法大致包括以下过程：通过局部热处理系统1局部加热然后冷却坯料10的塑性变形产生部分的过程；以及将经局部加热的坯料10定位到模具中然后使坯料10成型的过程。

具体地，如图1所示，在将坯料10引入到局部热处理系统1中时，操作移动装置200，使得加热装置100定位在局部加热区域中，所述局部加热区域是其中发生塑性变形的区域。即，如图2所示，在加热装置100定位在局部加热区域中时，通过加热装置100将坯料10的塑性变形发生部分加热至预定温度。经局部加热的坯料10经受冷却过程，使得材料的物理特性被调节，然后被提供用于冷成型过程。即，与在温成型过程中加热材料之后进行温成型的常规方法相比，通过在冷成型过程之前预先调节坯料10的物理特性，可以缩短成型过程时间。

可以通过控制器300控制加热装置100和移动装置200以局部加热坯料10。控制器300分别独立地控制复数个加热装置100和移动装置200。控制器300可以考虑到取决于待在坯料10的成型过程期间成型的形状的应变和应力通过设定局部加热位置、加热温度和加热时间来控制移动装置200和加热装置100。

例如，控制器300可以与人工智能(ai)和感测技术结合以更有效地控制移动装置200和加热装置100。即，控制器300可以测量成型过程期间的应变和应力，所述应变和应力是在坯料10被局部加热之前待成型的物体的成型特性，并且可以考虑到成型形状、过程时间等优化局部加热位置、加热温度、加热时间等。因此，控制器300可以通过基于经由测量待成型的物体而获得的测量数据设定局部加热位置、加热温度和加热时间来控制移动装置200和加热装置100。因此，当坯料10定位在局部热处理系统1中时，操作移动装置200以快速且容易地将加热装置100移动至最佳点，并且加热装置100按时间且以恒定温度加热加热位置。

引入到局部热处理系统1中的坯料10可以通过单独的保持器(未示出)固定在预定位置处。即，坯料10可以由保持器支撑，以便不干扰通过加热装置100加热的部分。

通过局部热处理系统1局部加热的坯料10以通过冷却调节材料的物理特性的状态提供。

之后，通过冷成型将调节了物理特性的坯料10成型为具有所需的形状。即，转移至模具(未示出)的坯料10通过冲头(未示出)被压制并塑性变形。

在下文中，将通过实施方案1至6和比较例1至3更详细地描述本公开。

实施方案1

将坯料制备为抗拉强度为1.5gpa的超高强度钢，并局部加热待塑性变形的部分至550℃，然后进行v形弯曲成型。

实施方案2

将坯料制备为抗拉强度为1.5gpa的超高强度钢，并局部加热待塑性变形的部分至850℃，然后进行v形弯曲成型。

实施方案3

将坯料制备为抗拉强度为1.5gpa的超高强度钢，并局部加热待塑性变形的部分至950℃，然后进行v形弯曲成型。

实施方案4

将坯料制备为抗拉强度为1.2gpa的超高强度钢，并局部加热待塑性变形的部分至400℃，然后进行不对称成型。

实施方案5

将坯料制备为抗拉强度为1.2gpa的超高强度钢，并局部加热待塑性变形的部分至800℃，然后进行不对称成型。

实施方案6

将坯料制备为抗拉强度为1.5gpa的超高强度钢，并局部加热待塑性变形的部分至800℃，然后进行实际部件的成型。

比较例1

将坯料制备为抗拉强度为1.5gpa的超高强度钢，并在没有局部加热的情况下进行v形弯曲成型。

比较例2

将坯料制备为抗拉强度为1.2gpa的超高强度钢，并在没有局部加热的情况下进行不对称成型。

比较例3

将坯料制备为抗拉强度为1.5gpa的超高强度钢，并在没有局部加热的情况下进行实际部件的成型。

[表1]

从[表1]中的成型结果可以看出，作为在进行局部加热之后成型的结果，没有出现裂纹，并且回弹现象显著降低。根据这些实施方案和比较例的实验的结果示于图6至8中。

图6是将通过根据本公开的一个实施方案的局部热处理系统调节了物理特性的材料的v弯曲成型的状态与常规材料的v弯曲成型的状态进行比较的图。

图6a示出通过比较例1进行v弯曲成型的状态，图6b示出通过实施方案1至3进行v弯曲成型的状态。即，如图所示，在比较例1的情况下，可以确定在塑性变形部分中出现裂纹。相反，在本公开的实施方案1至3的情况下，由于通过局部加热待塑性变形的部分调节了物理特性，因此该部分顺利地成型而没有开裂。

图7是将通过根据本公开的一个实施方案的局部热处理系统调节了物理特性的材料与经不对称成型的常规材料进行比较的图。

图7a示出通过比较例2进行不对称成型的状态，图7b示出通过实施方案4进行不对称成型的状态。即，如图所示，在比较例2的情况下，可以确定在不对称成型之后出现25°回弹现象。相反，在本公开的实施方案5的情况下，由于通过局部加热待塑性变形的部分调节了物理特性，因此未发生开裂，并且出现7°回弹现象。即，可以看出与现有技术相比，回弹显著降低。

图8是将通过根据本公开的一个实施方案的局部热处理系统调节了物理特性的实际部件与经成型的常规实际部件进行比较的图。

图8a示出通过比较例3使实际部件成型的状态，图8b示出通过实施方案6使实际部件成型的状态。即，如图所示，在比较例3的情况下，可以确定在塑性变形部分中出现裂纹和断裂。相反，在本公开的实施方案6的情况下，由于通过局部加热待塑性变形的部分调节了物理特性，因此该部分成型而没有裂纹和断裂。

从图8b可以确定，不是通过完全加热实际部件塑性地变形的部分，而是通过局部加热相对的端部(即在现有的实际部件的塑性变形期间出现裂纹和断裂的部分)，然后冷却所述部分，来调节物理特性。这是通过考虑到待成型的物体的成型特性通过测量成型过程期间的应变和应力而获得的数据值来确定的。因此，由于可以防止所有待塑性变形的部分被不必要地局部加热，因此不仅可以更有效地减少能量的浪费，而且可以提高生产率。此外，可以设定最佳的加热位置，并且可以提供加热时间和加热温度。即，可以提供能够改善可成形性并使回弹现象最小化的局部热处理系统1和通过其的冷成型方法，以及可以提供具有改善的品质的成型部件。

前面已经示出并描述了具体实施方案。然而，本领域技术人员应当理解，本公开不限于上述实施方案，而是可以在不脱离所附权利要求中描述的本公开的技术思想的情况下进行各种改变和修改。