用于金属板的温度测量装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种用于金属板的温度测量装置。在至少一个实施例中，提供一种金属坯料，所述金属坯料包括金属板，所述金属板具有其中限定有至少一对通道的表面。每个通道可具有从坯料的边缘延伸的第一部分和在坯料的内部的第二部分。第二部分可以比第一部分宽。坯料可包括至少一对热电偶线，其中每个第二部分附连有一条热电偶线。粘合材料可设置在每个第二部分中。可通过焊接来附连热电偶线，并且粘合材料可以是金属复合型粘合剂。公开的坯料可用于校准或以其它方式评估加热或冷却坯料的工艺(诸如，铝热冲压)。
【专利说明】
用于金属板的温度测量装置
技术领域
[0001]本公开涉及用于金属板(例如，金属冲压板)的温度测量装置。
【背景技术】
[0002]金属板(钣金)的冲压是形成金属组件的一种常用方法。金属冲压通常包括:将一片大体上平坦或平面的金属(称为，坯料)放置到模具组中，将模具组闭合以形成具有预定形状的组件。在一些冲压状况中，相比于室温或环境温度，坯料和/或模具可处于升高或降低的温度。为了提高冲压工艺的稳健性和性能，能够在冲压过程期间精确测量坯料的温度会是有益的。
【发明内容】
[0003]在至少一个实施例中，提供一种金属还料，所述金属还料包括金属板，所述金属板具有限定至少一对通道的表面。每个通道可具有从所述坯料的边缘延伸的第一部分和在所述坯料内部中的第二部分。所述坯料还可包括至少一对热电偶线，其中每个第二部分附连有一根热电偶线。粘合材料可设置在每个第二部分中。
[0004]所述第二部分可以比所述第一部分宽。在一个实施例中，每个通道的第一部分可连续地延伸到所述通道的第二部分中，并且所述第一部分和所述第二部分可以在过渡区汇合。热电偶线可在所述第二部分的与所述第一部分相对的端部处附连到每个第二部分。热电偶线可被焊接到每个第二部分，并且所述粘合材料可包括金属复合粘合剂。每条热电偶线的一部分可被固定在每个第一部分内。在一个实施例中，每个第一部分的至少一段发生变形，以固定热电偶线。每个第二部分可具有5-500mm的长度、0.5_10mm的宽度和0.25_5mm的深度，每个第一部分可具有0.25-3mm的宽度和0.25_5mm的深度。每对通道之间的间隔可以是0.5-1000mm。在一个实施例中，金属板是铝。每个第二部分可大体上填满粘合材料。每个第一部分可基本上没有粘合材料。在一个实施例中，每条热电偶线从所述通道的第二部分的附连点延伸、通过所述通道的第一部分并超出所述坯料的边缘。
[0005]在至少一个实施例中，提供一种热冲压系统。所述系统可包括:炉子、可冷却的模具组和金属坯料。所述金属坯料可在其中限定至少两个通道，所述至少两个通道延伸到边缘，每个通道包括第一部分和第二部分。热电偶线可附连在每个通道的第二部分中，并且延伸通过第一部分并向外经过所述边缘。粘合材料可设置在每个第二部分内。每条热电偶线可连接到温度测量装置。
[0006]所述第二部分可以比所述第一部分宽。所述第一部分和所述第二部分可在过渡区汇合，并且热电偶线可在所述第二部分的与所述过渡区相对的端部处附连到每个第二部分。在至少一个实施例中，所述热电偶线焊接到每个第二部分，并且所述粘合材料包括金属复合型粘合剂。每个第二部分可具有5-500mm的长度、0.5_10mm的宽度和0.25_5mm的深度，每个第一部分可具有0.25-3_的宽度和0.25-5_的深度。
[0007]在至少一个实施例中，提供一种制造温度感测金属坯料的方法。所述方法可包括:在金属板的表面中形成至少一对通道，每个通道包括第一部分和第二部分。所述方法还可包括:将一条热电偶线附连在每个通道的第二部分中，将粘合材料嵌入到每个第二部分中，并将每条热电偶线的至少一部分固定在每个通道的第一部分中。
[0008]所述形成步骤可包括:使每个通道形成为具有第一窄的部分和第二宽的部分。可将每个第二部分形成在金属板的内部，每个第一部分可从金属板的边缘延伸并且在过渡区与第二部分汇合。可将热电偶线附连在第二部分的与过渡区相对的端部处。在一个实施例中，所述附连步骤包括:将热电偶线焊接在每个通道的第二部分中，并且嵌入步骤中的粘合材料包括金属复合型粘合剂。
【附图说明】
[0009]图1是根据实施例的热冲压系统的透视图；
[0010]图2是根据实施例的具有台架装置的模具的局部透视图；
[0011 ]图3是根据实施例的其中形成有通道的坯料的透视图；
[0012]图4是图3的还料的俯视图；
[0013]图5是根据实施例的图3的坯料附连有热电偶线的透视图；
[0014]图6是根据实施例的图5的坯料的每个通道的宽的部分中设置有粘合材料的俯视图；
[0015]图7是根据实施例的热电偶线被固定在通道的窄的部分内的透视图；
[0016]图8是根据实施例的完成的温度感测坯料的俯视图；
[0017]图9是根据实施例的形成温度感测坯料的方法的流程图；
[0018]图10是用于测试的三个样品坯料构造的照片；
[0019]图11是热电偶线被焊接在每个宽的通道部分的一个端部处的样品坯料的照片；
[0020]图12示出了来自图10中的三个样品的中央加热测试的数据；
[0021]图13示出了来自图10中三个样品的模拟的固溶热处理和淬火试验的数据。
【具体实施方式】
[0022]参照附图公开了示出的实施例。然而，应理解，公开的实施例意指仅仅是可以以各种和可替代的形式实施的示例。附图不一定按比例绘制，可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，公开的具体结构和功能细节不应该被解释为限制，而仅为用于教导本领域技术人员如何实践本公开的构思的代表性基础。
[0023]金属板的冲压是形成金属组件(例如，汽车组件)的一种常用方法。汽车车身板传统上由低碳钢制成，然而，为了减轻车辆重量，铝合金车身板越来越受欢迎。例如，在共同拥有的第8496764号美国专利中公开了一种用于从高强度铝制造组件的系统和方法，其公开的内容在此通过引用全部包含于此。第8496764号美国专利总体上描述了“热冲压”工艺，在该工艺中，对铝合金坯料进行加热，然后在铝合金坯料仍处于升高的温度时在模具组中进行冲压。可对模具组进行冷却，使得在坯料成形时对坯料进行淬火。热冲压工艺可用于形成7xxx系列的铝锌合金的组件。T6或T7x回火的7XXX系列的铝合金可具有与那些高强度或超高强度钢的强度类似的强度并且能够实现超过400Mpa的屈服强度。
[0024]参照图1和图2，示出了热冲压系统10的示例。系统10可包括加热装置14、传输机构16和模具组18。在至少一个实施例中，坯料12是F-回火的7XXX系列铝合金坯料12。铝合金通过四位数字来标识，第一位数字通常标识主要合金元素。例如，在7xxx系列铝合金中的主要合金元素是锌，而5XXX系列铝合金中的主要合金元素是镁，6XXX系列铝合金中的主要合金元素是镁和硅。在系列名称中通过字母“X”表示的其它数字限定了确切的铝合金。在一个实施例中，可使用7075铝合金，其具有5.1-6.1%的锌、2.1-2.9%的镁、1.2-2.0%的铜以及小于50 %的硅、铁、锰、钛、铬和其它金属的组分。
[0025]可提供加热装置14用于加热坯料12。加热装置14可以是能够产生足够高的内部温度以将放置在加热装置14中的坯料12加热到预定温度(诸如，坯料12的固溶(solut1n)温度或固相线(solidus)温度)的工业炉或烤炉。在至少一个实施例中，加热装置14可以不将坯料12加热至超出它的液相线(熔化)温度。7xxx系列铝合金的固溶温度可约为460°C至490Γ。
[0026]传输机构16可被构造为移动并放置坯料12。在至少一个实施例中，传输机构16可以是机械手(诸如，机器人)。传输机构16可被构造为将坯料12从加热装置14快速地传输到模具组18以减少坯料12的热损失的机会。例如，系统1和传输机构16可被构造为使得坯料12的温度不降低至或者低于它的临界淬火温度(critical quench temperature)。临界淬火温度是必须开始淬火以实现材料的适当淬火的温度。例如，对于大多数的7XXX系列铝合金的临界淬火温度大约为400°C。
[0027]可提供模具组18以将坯料12成形为具有预定形状的部件。在至少一个实施例中，模具组18可包括第一模具20、第二模具22、至少一个致动器24和台架装置(stagingapparatus) 26。第一模具20和/或第二模具22可被构造为将坯料12成形为具有预定形状的部件。致动器24可致动第一模具20和/或第二模具22朝向彼此或远离彼此，并提供力以对坯料12进行成形。致动器24可以是任意适合的类型(诸如，液压、气动、机械的、机电的或者其组合)的致动器。模具组18和致动器24的组合还可被称为压力机、冲压机或成形淬火机(quenching press)。
[0028]可以设置台架装置26用于将坯料12放置在第一模具20和第二模具22之间并使坯料12与第一模具20和第二模具22间隔开。如此，台架装置26可以抑制传导的热在坯料12和模具组18之间传递，从而有助于保持坯料12处于或高于它的临界淬火温度。台架装置26可从传输机构16接收坯料12，并且可在第一模具20和/或第二模具22闭合并接合坯料12时释放坯料12。此外，系统10可被配置为使得在从加热装置14移除坯料12和模具组18闭合之间从坯料12几乎没有热损失。在至少一个实施例中，坯料12的温度可降低少于10°C;然而，假设坯料12被加热到490°C，而临界淬火温度为400°C，则坯料12会经历更大的温度损失(诸如，尚达90 C) ο
[0029]模具组18可包括管道28，所述管道28促进第一模具20和/或第二模具22的冷却并促进从坯料12成形的部件的淬火。管道28可以是形成在模具组18中的空隙(voids)或通道，或者外部连接的管道和通道的任意组合。管道28可连接到冷却源并且可从冷却源接收传热介质(诸如，流体)以将模具组18冷却到期望的温度。传热介质可以是能够将模具组18冷却到预定温度范围(诸如，从1°C到30°C)的任何流体介质。可以以抑制在模具组18的一个或更多个的表面上形成冷凝的方式来冷却模具组18。在大批量生产的情况中，可在对坯料12进行成形和淬火之前，将模具组18的温度冷却到预定的温度范围，以去除在前一部件的成形期间可能已经从坯料12传递到模具组18的热。
[0030]将加热后的坯料12成形为部件可以与该部件的淬火同时发生。淬火速率影响材料的最终回火强度和耐腐蚀性能。在一些实施例中，当铝合金的温度从400°C到290°C时，铝合金的淬火速率可等于或大于150°C/秒。在将部件从模具组18移除以前，部件可从200°C被进一步冷却至25°C的最终温度，以在后续工艺期间提供尺寸稳定性。
[0031]系统10可被设计为连续操作，通过一个或更多个加热装置14顺序地或并行地加热多个坯料12，然后将多个坯料12传递到至少一个模具组18来成形和淬火。在坯料12的成形和/或部件的同步淬火期间或之后，至少一个模具组温度可变得高于30°C，这样可使用多于一个的模具组I8提供更快的生产速度。可通过传输装置16、其它传输装置或通过手动将部件从模具组18移走。接着，部件进行到后续工艺(可包括翻边(flanging)、切边(trimming)以及自然和/或人工时效处理)，以使铝合金部件获得高强度回火(诸如T6或T7x)。
[0032]参照图2，更详细地示出了台架装置26的实施例。模具组18可设置有一个或更多个台架装置26。例如，在一个或更多个实施例中，可以将台架装置26设置为邻近模具的拐角或侧部。台架装置26可以被布置或构造为对模具组18的致动或闭合不造成干扰。另外，台架装置26可有助于绝热或者可设置有抑制从坯料12到模具的热传递的材料。台架装置26可包括基座40、支撑构件42、指状件(finger) 44和致动器46。
[0033]基座40可设置在模具组18上，并可便于台架装置26的安装。支撑构件42可从基座40延伸并且可被固定地设置在基座40上。支撑构件42可包括槽50。槽50可被构造为容纳指状件44并适应指状件44的旋转。指状件44可以可枢转地设置在支撑构件42上。例如，在一个或更多个实施例中，枢转销可将指状件44可旋转地结合到支撑构件42。指状件44可在第一位置和第二位置之间旋转。在第一位置中，指状件44可延伸远离支撑构件42并且可支撑坯料12。指状件44可相对于支撑构件42旋转并且朝向或进入槽50至第二位置(如图2中箭头所示)以允许坯料12脱离台架装置26并掉落到模具(诸如，第二模具22)上。
[0034]致动器46可位于台架装置的附近并且可用于提供指状件44的位置控制。例如，在一些实施例中，致动器46可以是连接至枢转销的电动马达，当供电时使指状件44从第一位置旋转到第二位置，当断电时，弹簧52可使指状件44从第二位置返回到第一位置。可以通过自动控制系统或者通过操作者来控制致动器46。致动器46还可以是利用电、液压、气动、磁或机械原理或其任意组合的伺服机构以提供指状件44的位置控制。
[0035]在热冲压工艺期间，在热处理步骤(例如，固溶热处理)和/或冷却或淬火步骤期间精确地测量坯料12的温度会是重要的。在上面描述的7XXX系列铝合金的示例中，热处理通常必须将坯料12加热到460°C到490°C的温度，以对铝进行适当地固溶。接着，可以以特定的淬火速率(诸如至少150 °C /秒)，使坯料12淬火通过特定的温度范围(诸如400 °C到290 °C)。接着，在将部件从模具组18移除之前，可将部件进一步冷却到(例如，200 0C到25 0C的)最终温度。因此，热冲压工艺中存在坯料的温度是重要的工艺参数的几个阶段。为了生产具有期望/预期的性能的组件，±3°C内的温度精度会是必需的。对于某些工艺，预期值以外(例如，偏离10、15、20或更高度数)的温度会是不可接受的。此外，坯料12可能相对大(例如，长和/或宽大于一英尺)，这取决于坯料几何形状、炉子的均匀加热坯料的能力或其它因素，可引起坯料内的温度波动。
[0036]参照图3到图8，示出了包括温度测量装置60的坯料12的实施例(例如，温度感测坯料)。装置60可合并到坯料12以校准、测试或以其它方式评估或提高冲压系统(诸如，系统10)的性能。虽然参照用于冲压铝金属板的热冲压系统10描述了装置60，但装置60可以与任何冲压系统或任何类型的金属板一起使用。例如，装置60可以与铝、钢、钛或其它金属板一起使用。该装置还可在其它冲压工艺、热处理工艺、淬火工艺或者测量金属板的温度是有益的或重要的任何其它工艺期间使用。
[0037]装置60可包括热电偶(thermocouple，TC)线64、66的一个或更多个组对62。热电偶通常由两种不同的导电材料(例如，由金属或金属复合物形成的线)形成。热电偶线可用作热电偶的一部分以测量坯料12的温度。热电偶是包括彼此接触或在一个或更多个点处物理/电连接的两种不同导体的温度测量装置，其中，不同的导体(或半导体)在所述一个或更多个点处经历温度差。如果导体不是物理接触而是通过中间材料连接并且电通信，则热电偶可被认为具有分开的接合点。通常，分开的接合点不影响热电偶的性能，其前提是两个接合点处的温度相同。当其中一个点的温度与电路的其它部分处的参考温度不同时，热电偶可产生电压。可将线64、66在一端结合到电压表(未不出)，以测量由线产生的电压。接着，电压表或结合到电压表的电子器件可确定线64、66的被放置为接触或靠近待测量的坯料12的区域的端部68处的温度。热电偶线可由任意适合的材料形成，例如，在镍合金的TC(例如，E、J、K、M、N或T型)、铂/铑合金的TC(例如，B、R或S型)，钨/铼合金的TC(例如，C、D或G型)中使用的那些材料或本领域已知的其它材料(例如，镍铬-金/铁合金、P型、铀/钼、铱/铑、贵金属合金)。
[0038]参照图3至图4，示出了其中限定有通道70的坯料12。通道70的数量可以与将要被附连到坯料12的TC线的数量匹配。例如，如果装置60包括TC线的一个组对62，则可以有两个通道70。如果装置60包括TC线的三个组对62，则可以有六个通道70。每个通道70可具有第一窄的部分72和第二宽的部分74。术语“窄的”和“宽的”可以是相对的，使得对于每个通道70来说，宽的部分74的宽度比对应的窄的部分的宽度更大。在一个实施例中，通道70可以从坯料12的边缘76延伸到坯料12的内部78中。例如，对于矩形的坯料12，可以有四个边缘76，并且通道70可从其中一个边缘76延伸到坯料12的内部78。
[0039]在至少一个实施例中，通道70的窄的部分72可以从坯料12的边缘76延伸，宽的部分74可以位于坯料12的内部78中。在一个实施例中，坯料中每个通道70的宽的部分74可具有相同的宽度和/或长度。在另一个实施例中，通道70可形成为通道的一个组对或更多组对80，并且所述组对80可分别对应于TC线的组对62。在这个实施例中，每个组对80中的每个通道70的宽的部分74可具有相同的宽度和/或长度，每个组对80中的每个通道70的窄的部分72可具有相同的宽度和/或长度。
[0040]坯料12中可以限定通道70的多个组对80。在一个实施例中，可以有通道70的一个组对80形成在坯料12的中间、靠近或邻近坯料12的两个相对的边缘76。例如，对于矩形的坯料12，坯料12的左侧边缘、中间和右侧边缘，可存在通道70的一个组对80。或者，在坯料12的顶部边缘、中间和底部边缘处可存在通道70的一个组对80。组对80的数量不限制为一个或三个，坯料中可限定任意合适数量的通道70的组对80 (诸如2对、4对、5对、6对或更多对)。在一个实施例中，多个组对80可在坯料12的尺寸(例如，长度或宽度)上间隔开。多个组对80可以在坯料12上均匀地间隔开或不均匀地间隔开。在一个实施例中，通道70的所有组对80被定向为彼此平行。例如，通道70均可沿着从顶部边缘到底部边缘的方向或从右侧边缘到左侧边缘的方向延伸。
[0041]在一个实施例中，通道70的宽的部分74的长度(L1)可以是5-500mm，或其任意子区间。例如，宽的部分74的长度可以是10-250_、25-250_、25-150_、10-100_、25-75_、40-60mm或者约50mm(例如，±5mm)。虽然，在这些范围内的长度对于附连TC线会是有益的(下面更详细描述)，但宽的部分74的长度可以小于或大于这些范围。在一个实施例中，通道70的宽的部分74的宽度(W1)可以是0.5-10mm，或其任意子区间。例如，宽的部分74的宽度可以是1-8mm、1-6mmN l-5mm、2-5mm、l-4mm、2-4mm或者约3mm(例如，土 0.5mm)。虽然在这些范围内的宽度对于附连TC线会是有益的(下面更详细描述)，但宽的部分74的宽度可以小于或大于这些范围。在一个实施例中，通道70的宽的部分74的深度(D1)(或高度)可以是0.25-5mm，或其任意子区间。例如，宽的部分74的深度可以是0.5-3mm、0.5-2mm、0.5-1.5mm、0.75-1.5mm、
0.75-1.25mm或者约Imm(例如，±0.1mm)。换句话说，宽的部分74的深度可以是坯料12的厚度的5 % -95 %，或其任意子区间。例如，宽的部分74的深度可以是坯料12的厚度的10-90 %、20-80%或25-75%，或其任意子区间。虽然，在这些范围内的深度对于附连TC线会是有益的(下面更详细描述)，但宽的部分74的深度可小于或大于这些范围。在一个实施例中，通道的一个组对80的宽的部分74之间的间隔可以是0.5-1000mm，或其任意子区间。例如，该间隔可以是 l_500mm、l_250mm、l-100mm、5-75mm、5-50mm、10_45mm、15-40mm、20-35mm、20-30mm 或者约25mm(例如，± 3mm)。该间隔可以从通道70的中心线确定。
[0042]在一个实施例中，通道70的窄的部分72的宽度(W2)可以是0.25-3mm，或其任意子区间。例如，窄的部分72的宽度可以是Ο^-Ι.δπιπκΟ^-υδπιπκΟ^-ΙπιπκΟ^-ΙπιπκΟ^-Ο.8mm,0.5-0.7mm或者约0.6mm(例如，土0.lmm)。窄的部分72的宽度也可以基于将要被嵌入其中的TC线的尺寸或直径来确定。在一个实施例中，窄的部分72的宽度可以略(例如，约
0.1mm)大于TC线的直径。在另一个实施例中，窄的部分72的宽度可以是TC线的直径的1.05-1.3倍，或其任意子区间。例如，窄的部分72可以是TC线的直径的1.1-1.25倍、1.15-1.2倍或者约1.18倍(例如，±0.02)。在一个实施例中，TC线的直径是带外壳测量的。在另一个实施例中，TC线的直径是不带外壳(例如，裸线)测量的。虽然，在这些范围内的宽度对于附连TC线是有益的(下面更详细描述)，但窄的部分72的宽度可小于或大于这些区间。
[0043]通道70的窄的部分72的长度可基于其中形成有窄的部分72的坯料12的尺寸和/或宽的部分74在坯料12内的位置而改变。通常，宽的部分74可具有如上所述的长度，而不管坯料12的尺寸。窄的部分72可以从宽的部分74延伸到坯料12的边缘76。因此，窄的部分72的长度可根据坯料12的尺寸和/或宽的部分74的位置而增加或减小。如果坯料12非常大和/或如果宽的部分74在坯料12内居中，则窄的部分72可相对长，而如果坯料12小和/或宽的部分74位于坯料12的边缘附近，则窄的部分72可相对短。因此，窄的部分72可具有将通道70的宽的部分74连接到坯料12的边缘76的任意适合的长度。通道70的窄的部分72的深度(D2)可以与上述的宽的部分74的深度在相同的值内。在一个实施例中，窄的部分72和宽的部分74可具有相同的深度。然而，在另一个实施例中，窄的部分72和宽的部分74可具有不同的深度。窄的部分72和/或宽的部分74的深度还可沿着它们的长度按照绝对数值或者按照坯料12的厚度的百分比来改变。例如，坯料12可具有不均匀的厚度，因此，如果窄的部分72和/或宽的部分74具有均匀的深度，则按照坯料厚度的百分比的深度会是不均匀的。然而，如果窄的部分72和/或宽的部分74保持恒定地按照坯料厚度的百分比的深度，则，这些部分的绝对深度可以是不均匀的。
[0044]可以使用任意适合的方法在坯料12中形成通道70以及通道70的窄的部分72和宽的部分74。在一个实施例中，通道70可被机加工到坯料12中。例如，可通过镂铣(routing)、铣削或磨削形成通道70。可手动地或自动地(诸如，通过计算机数字控制(CNC))形成通道。还可使用本领域中已知的用于机加工槽或通道的其它方法(诸如，切割或凿(例如，通过手工或通过机器))。还可以使用不同于机加工的其它方法来形成通道70。例如，可将通道70形成在坯料12中作为坯料成形工艺(诸如，冲压、铸造或铸模)的一部分。还可通过电火花加工(EDM)来形成通道70』DM通常包括:以通道70的呈窗格(in-pane)的形状创建电极，然后将通道烧到期望的深度。通道70可具有矩形形状的横截面(例如，垂直于长轴)。在俯视图(例如，图4中所示)中，宽的部分74可具有圆的端部，然而，所述端部还可以是大体上平坦的或者具有其它构造。其中一个端部82可以邻近于窄的部分72，使得在宽的部分74和窄的部分72之间有过渡区或区域86。另一个端部84可以与端部82以及与窄的部分72的过渡区86相对。
[0045]参照图3到图8，示出了在成形的各个阶段期间的附连有温度测量装置60的坯料12的实施例。虽然，装置60被示出并描述为TC线的一个组对62附连在通道70的一个组对80中，但应理解，通过重复本公开的步骤，TC线的多个组对可附连在多个通道中。例如，如上所述，可以有TC线的三个组对和通道的三个组对，成对地位于坯料12的中部和坯料12的相对的侧部处。
[0046]TC线64和66每者可在一个端部处具有末端68。在一个实施例中，每根线64、66的末端68可以在附连点88处在通道70中附连到坯料123C线的一个组对62可附连到通道70的一个组对80(例如，每个通道一根线)。在一个实施例中，每个末端68可附连在通道70的与窄的部分72相对的端部84处、在端部84附近或邻近于端部84。可利用导电和导热的连接将末端68附连到通道70以形成分开的接合点。在一个实施例中，末端68被焊接到通道70。然而，还可使用其它附连的方法，诸如导电粘合剂、硬钎焊、软钎焊(用于温度相对低的应用)，或本领域中已知的其它方法。例如，可使用紧固件(诸如，螺钉或螺栓)来附连末端68。另外，可以以类似于下文描述的方式将末端68固定在从第一窄的部分72的相对侧延伸的第二窄的部分72内。可附连TC线64、66的末端68，使得每条线的其余部分朝向邻近窄的部分72的端部82延伸。因此，每根线64、66的一部分可在通道70的宽的部分74内在端部84和过渡区86之间延伸(如图5中所示)。虽然已经描述单个的附连点，但末端68可以在多个连接点处或通过连续的连接段附连到通道70。
[0047]在已经将TC线64、66附连到坯料12的通道70的宽的部分74中之后，可通过粘合剂或粘结材料90将线进一步固定在宽的部分74内。可将粘合材料90引入到每个通道70的宽的部分74中，以将线64、66的位于宽的部分74内的部分固定到坯料12。粘合材料90可包括绑至IJ、粘到或附连到形成线64、66和坯料12(例如，金属)的材料的任意适合的材料。可根据坯料12在使用期间会经历的温度、力或其它条件来选择粘合材料90。例如，用于铝合金热冲压工艺(如上所述)的粘合材料90可能需要承受490°C的温度而不熔化、燃烧、破裂或其它失效。粘合材料还可能需要承受模具组18的力和/或达到模具组18的温度(例如，约1-30°C)的快速淬火。
[0048]在一个实施例中，粘合材料90包括复合型粘合剂。该复合型粘合剂可以是金属基的或者金属复合型粘合剂。在一个实施例中，金属复合型粘合剂可包括金属或金属合金与耐高温氧化物。所述金属或金属合金可包括铝(或铝合金)、镍(或镍合金)、钢(例如，不锈钢，诸如316)。金属复合型粘合剂可以是包括(例如)基体和粘合剂的多组分粘合剂。所述基体可包括金属/金属合金与耐高温氧化物，所述粘合剂可包括水以及氧化铝、磷酸盐、二氧化娃和娃酸盐中的一种或更多种。金属复合型粘合剂的适合的示例可包括由Cotronics提供的以Durabond?命名的那些粘合剂。例如，Durabond? 950、952和954，其分别是铝基的、镍基的和不锈钢基的。可以在2004年10月修订的材料安全数据表(Material Safety DataSheet(MSDS))中找到关于Durabond?粘合剂的其它信息，所公开的信息在此通过引用方式全部并入本文。
[0049]—旦应用粘合材料90，粘合材料90可完全填满或基本填满通道70的宽的部分74(例如，至少填充95%)。粘合材料90可以与坯料12的顶表面92平齐或者略低于顶表面92。这可防止或减轻在后续的冲压工艺期间对粘合材料90的直接冲击。粘合材料90 (例如，金属型复合粘合剂)可应用为液体或糊状，然后将其固化或干燥以具有上述性能。可使粘合材料90在室温下一段时间而干燥或固化，或者可应用加热或硬化剂/添加剂来加快干燥/固化。在至少一个实施例中，通道的窄的部分72可不包括粘合材料90或基本不包括粘合材料90(例如，小于窄的部分的体积的I % )。
[0050]粘合材料90(例如，金属复合型粘合剂)可在宽的部分74中的线64、66和坯料12之间提供额外的粘合。这种额外的粘合可确保线64、66的末端68与坯料12保持接触(物理的或电的)。热电偶正常工作会需要线与坯料的电接触，为使热从坯料有效地传递到线会需要物理接触。在一个实施例中，线64、66的末端68被焊接在通道70的宽的部分74中，将金属复合型粘合剂嵌入以填充通道的宽的部分74中的剩余空间，并将线进一步固定在通道的宽的部分中。将线64、66焊接到通道70可在线和坯料12之间提供优异的电接触和物理接触。然而，焊接可能相对不牢固和/或易损坏，并且不能承受在热冲压工艺和/或操作期间施加在焊接点上的温度或力。因此，仅有焊接可能不足以保持线64、66与通道70的接触。金属复合型粘合剂(或其他粘合材料)在坯料12和线64、66之间提供额外的固定和粘合。由于末端68可被焊接在通道70中，所以虽然粘合剂能够电绝缘和热绝缘，但是焊接点在坯料12和线64、66之间提供传导性(热的和电的)。
[0051 ]在粘合材料90已经被干燥或固化之后，每根线64、66的远离过渡区86并朝向坯料12的边缘76延伸的部分94可被固定在每个通道70的窄的部分72内。如上所述，窄的部分72的宽度可略大于线64、66的尺寸或直径。根据应用，TC线64、66可具有不同的直径。在一个实施例中，TC线64、66可具有0.2-2mm或其中的任意子区间的直径(外径)。例如，TC线64、66可具有 0.3-1.5mm、0.3-1 mm.0.3-0.8mm、0.4-0.7 mm、0.4-0.6mm 或者约0.5mm(例如，土0.05mm)的直径。
[0052]可使用任意适合的方法将线64、66的部分94固定在窄的部分72内。在一个实施例中，可在一个或更多个位置处对通道70的窄的部分72进行压接(crimp)，使得该通道发生变形以固定或锁定线。压接方法的一个示例是在一个或更多个位置中凿或点凿通道70的窄的部分72。在凿削工艺期间，凿端在与通道70接触时会受影响，使通道的壁变形并将线固定在其中。可沿着通道70的窄的部分72的长度将线64、66凿入多个位置96，以将线64、66固定在通道内。将线64、66固定在通道内可防止线在(例如)冲压工艺期间受直接冲击。如果在冲压工艺期间细的线暴露出来，则它可能会被压粹、切断、折断或以其它方式损坏，从而使热电偶停止工作。另外，它将干扰冲压和淬火工艺，并会在模具表面上留下痕迹。
[0053]线64、66的固定在窄的部分72内的部分94可以是裸线或者它们可具有外壳/外皮98 ο裸线可意味着该线上没有绝缘外皮或外壳，这样该线仅是金属。在一些实施例中，线64、66的部分94可具有包裹金属线的外壳或外皮98。外壳98可沿着窄的部分72的整个长度包裹线。外壳可在过渡区86处或在过渡区86附近终止，使得该壳体基本上不延伸到宽的部分74中。在另一个实施例中，外壳98可在宽的部分74内(例如)一直延伸到末端68之前一点(以允许导电和导热)。外壳98可由电绝缘的并且能够承受热电偶将要被使用的温度的任意适合的材料形成。适合的外壳材料的示例可包括玻璃或硅石的编织物或包裹物、陶瓷纤维或包裹物、棉的编织物或聚合物(例如，聚乙烯的、尼龙、PVC)。对于较高温度的热冲压，可使用玻璃或陶瓷基外壳。围绕线64、66包含外壳98可提供绝缘和/或保护线而不与不希望被热电偶测量的材料或组件接触。例如，在系统10中，在冲压工艺之前，可将坯料12置于模具组18中的模具20和22之间。可通过一个或更多个台架装置26来保持坯料12。因此，在测量过程中，线64、66的暴露的部分(例如，没有被粘合材料90或绝缘物覆盖的)可(有意地或无意地)接触其它材料或组件。外壳98可防止这些其它组件的温度影响测量并且可使线与这些组件电绝缘。在窄的部分72中使用裸线可允许与坯料电接触，其可允许电流流过较短的电路，从而改变热电偶的温度感测/测量位置。在不期望这种的实施例中，在通道的窄的部分可使用带夕卜壳的TC线。
[0054]线64、66可从窄的部分72延伸并且最终可连接到电压表(未示出)或本领域的普通技术人员公知的用于提供参考接合点并确定TC线64、66之间的电压的其它电子器件(例如，线可连接到温度感测装置)。电压表或其它电子器件可确定坯料12在包括线组对62的末端68的区域中的温度。如上所述，可有多个线组对62附连在坯料12的通道70的组对80中。因此，可在坯料12内的不同位置中产生多个温度读数。这些温度读数可用于校准、分析、评估或以其它方式测试/提高坯料成形或处理工艺(例如，热处理、冲压、淬火、热冲压或其它)的性能。例如，包括装置60的坯料12可用于校准或分析热冲压工艺的性能，诸如以上描述的那个。温度读数可用于确保在正确的温度下固溶铝坯料，并恰当地固溶整个坯料。该温度读数还可用于确保当在冲压过程期间对铝坯料进行淬火时，以正确的速率冷却整个坯料并使坯料冷却至正确的温度。
[0055]因此，提供了一种其中限定有通道70的坯料12。通道可接收热电偶线64、66并将热电偶线64、66附连在其中(每个通道附连一条线)。通道70每者可具有窄的部分72和宽的部分74，这两个部分在过渡区86汇合(例如，两个部分可彼此相连)。宽的部分74可位于坯料12的内部78中(例如，与边缘隔开)，窄的部分72可从过渡区86延伸到坯料12的一个边缘76。每条线64、66的末端68可在通道70的宽的部分74内(例如，通过焊接)附连或固定到坯料12。末端68可附连在宽的部分74的与过渡区86和窄的部分72相对的端部。然后，粘合材料90(诸如，金属复合型粘合剂)可被引入到宽的部分74中以将它填满或基本填满。粘合材料90将线64、66进一步固定在宽的部分74中，以补充初始附连(例如，焊接)。线的延伸出宽的部分74的部分可嵌入到通道70的窄的部分72中并超出边缘76。例如，可通过对通道压接(例如，通道点凿)将线固定在窄的部分72内。线的延伸超出边缘76的部分可接着延伸到电压表或其它电子器件以确定坯料12的附连点附近的温度。
[0056]图9中示出的流程图100公开了用于形成其中包含有温度感测装置60的坯料12。在步骤102，在坯料中形成通道。该通道可以成对形成，并且可以有一对或更多对通道。该通道可具有窄的部分和宽的部分，窄的部分从坯料的边缘朝向坯料的内部延伸并且在过渡区终止。宽的部分可在一个端部处从过渡区延伸到相对的端部。可以使用任意适合的方法(诸如，通过机加工)来形成所述通道。
[0057]在步骤104，可将热电偶(TC)线附连到每个通道。可将线附连在通道的宽的部分的相对的端部处。可使用任意适合的导电并导热的连接来附连所述线。在一个实施例中，可将线焊接到通道。线可以从相对的端部朝向通道的宽的部分内的过渡区延伸并通过该过渡区。
[0058]在步骤106，可将粘合材料嵌入到通道的宽的部分中。粘合材料可填满或基本上填满通道的宽的部分。当粘合材料干燥或固化时，粘合材料可以与坯料的顶表面平齐或者可以具有低于坯料的顶表面的顶表面。通道的窄的部分可以没有粘合材料或基本没有(例如，填充少于I %)粘合材料。在一个实施例中，粘合材料可以是金属复合型粘合剂。
[0059]在步骤108，可将线的延伸出通道的宽的部分的部分嵌入到通道的窄的部分。在步骤110，可将线固定在通道的窄的部分中。可通过使通道变形来固定线，使得线被保持在通道中。在一个实施例中，可通过沿着每个通道的窄的部分凿出(例如，点凿)多个点来使通道变形。在步骤110之后，形成具有温度感测装置60的坯料12。
[0060]在步骤112中，其中包含有温度感测装置60的坯料12可用于执行校准、测试或其它分析过程。所述坯料可用在热处理、淬火、冲压工艺或坯料12的温度可能是重要的任何其它工艺中。在一个实施例中，坯料12可用在热冲压工艺中，其中，先将坯料加热，然后将坯料插入到冷却的冲压模具中并对坯料进行冲压。热冲压工艺可用于铝坯料，其中，将坯料加热到固溶温度，然后，在冷却的模具组中对坯料进行冲压以使坯料成形，并对坯料进行淬火。
[0061]虽然已经描述了通道70具有宽的部分74和窄的部分72，但还可使坯料12成形为具有均匀或基本均匀的宽度的通道70。通道70可从坯料12的边缘76延伸到坯料12的内部78。线64、66的末端68可与上文类似(诸如，通过焊接)附连在每个通道的端部。在一个实施例中，可将粘合材料90施加/嵌入到从边缘76到附连点的整个通道70中。在这个实施例中，所使用的粘合材料90的量相对于具有宽的部分74和窄的部分72的实施例增加。在另一个实施例中，可将粘合材料90施加/嵌入到第二部分74中，而第一部分72可以基本没有粘合材料90。这类似于上文描述的实施例，除了第一部分72和第二部分74具有相同的或基本相同的宽度。相比于将线固定到窄的通道中(例如，通过压接)，施加粘合材料可能更困难、费用更大和/或花费更多时间。因此，上文描述的具有宽的部分74和窄的部分72的实施例会更具有时间和成本效益，并且易于生产。
[0062]此外，虽然上文已经描述了包括温度测量装置60的坯料12具有用于每条线64/66的单独的通道70，但在其它实施例中，成对的线可共用一个通道70。在这个实施例中，线64、66在它们的末端68处或末端68的附近处可具有接合点，末端68可以以类似于上文所述的方式(例如，通过焊接)附连在宽的部分74的端部84处。可使用粘合材料90来固定成对的线，并且可以以类似于上文所述的方式将成对的线固定在窄的部分72中。可调节窄的部分72的尺寸来适应两根线而不是一根线。可选地，如上所述，通道70可具有均匀或基本均匀的宽度，并且可通过将粘合材料90施加/嵌入到整个通道70中来固定成对的线64、66。基于本公开，可对坯料12和/或线64、66进行其它改变以形成共用通道构造，并且这些改变对于本领域中的普通技术人员会是显而易见的。
[0063]参照图10至图13，示出了多个测试坯料的图像以及来自多个加热和淬火测试的数据。图10示出了三个不同的测试坯料。在左边，示出了基准坯料(样品I)，在所述基准坯料中TC线穿过在坯料中钻的孔。在中间和右边，示出了 TC线被焊接到通道的宽的部分的端部的坯料(例如，如图11中所示)。在两个坯料中，宽的部分填充有金属复合型粘合剂以使线进一步固定在通道中。在中间的样品(样品2)中，可将TC线从焊接的端部至刚超出坯料的边缘剥成裸金属。在右边的样品(样品3)中，使TC线保留绝缘外壳直到在通道的宽的部分内延伸的部分处。
[0064]参照图12，示出了对于三个样品在中央加热测试期间温度与时间的数据。在中央加热测试期间，整个坯料被放置在热板上。如图12中所见，基准样品I显示在测量升高的温度中有显著滞后，并且与其它样品相比，达到的温度较低(350°C)。样品2和样品3具有类似的性能并且相比于样品I显示减少的滞后。两个样品达到类似的温度，分别是370°C和375Γ。
[0065]图13中示出了热处理和淬火的结果，其对应于在用于高强度铝合金(例如，7xxx系列)的热冲压工艺期间坯料经历的温度。将样品在设定为480°C的对流炉中进行加热，并在室温下在水中进行淬火。如图13中所见，三个样品全部到达接近炉温的温度(分别是474°C、474°C和476°C)。如曲线图的放大部分中所示，样品3完成稍微好些，在较短时间内达到较高温度。因此，图12至图13中的结果示出了具有焊接在通道的宽的部分中并通过粘合剂在通道的宽的部分中加固的TC线的坯料，提供了坯料区域的精确温度测量并且滞后低。组件的时间和温度的关系是加热或冷却过程的重要性质，因此，具有低的温度滞后可能非常有益。
[0066]虽然以上描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了本公开装置和方法的所有可能的形式。更确切地，说明书中使用的词语为描述性词语而非限制，并且应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可作出各种改变。可组合各种实施的实施例的特征以形成本公开构思的进一步的实施例。
【主权项】
1.一种金属还料，包括: 金属板，具有其中限定至少一对通道的表面，每个通道具有从所述坯料的边缘延伸的第一部分和在所述坯料内部中的第二部分； 至少一对热电偶线，所述至少一对热电偶线中的每条热电偶线分别附连到所述至少一对通道中的每个第二部分； 粘合材料，设置在每个第二部分中。2.根据权利要求1所述的坯料，其中，所述第二部分比所述第一部分宽。3.根据权利要求1所述的坯料，其中，每个通道的第一部分连续地延伸到所述通道的第二部分中，并且所述第一部分和所述第二部分在过渡区汇合。4.根据权利要求1所述的坯料，其中，热电偶线在所述第二部分的与所述第一部分相对的端部处附连到每个第二部分。5.根据权利要求1所述的坯料，其中，热电偶线被焊接到每个第二部分。6.根据权利要求1所述的坯料，其中，每条热电偶线的一部分被固定在每个第一部分内。7.根据权利要求1所述的坯料，其中，每个第一部分的至少一段发生变形，以将热电偶线固定在第一部分中。8.根据权利要求1所述的坯料，其中，每个第二部分具有5-500mm的长度、0.5-10mm的宽度和0.25-5mm的深度，每个第一部分具有0.25_3mm的宽度和0.25_5mm的深度。9.根据权利要求1所述的坯料，其中，每个第一部分基本上没有粘合材料。10.根据权利要求1所述的坯料，其中，每个第二部分基本上填满粘合材料。
【文档编号】G01K7/02GK105973493SQ201610137322
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年3月10日
【发明人】安德烈·M·伊里尼奇, 尼亚·R·哈里森, 布莱恩·迈克尔·布朗
【申请人】福特全球技术公司