使用不可逆热致变色指示物确保热处理部件的质量的方法

使用不可逆热致变色指示物确保热处理部件的质量的方法
【专利摘要】公开了一种验证部件被热处理以强化部件的系统和方法。部件在热处理之前用热致变色组合物进行标记。然后对部件进行热处理以强化部件并改变热致变色组合物的颜色以指示热处理过程的成功完成。检测器可用于通过禁用装配工具来防止装配件中包括未被热处理的部件。控制器还可提供与热处理过程的完成有关的、将要被记录在数据库中的数据。
【专利说明】使用不可逆热致变色指示物确保热处理部件的质量的方法

【技术领域】
[0001]本公开涉及一种用于被成形、热处理以增大屈服强度并被装配的部件的制造系统。

【背景技术】
[0002]为了改善燃料经济性的目的，对减小用于制造诸如汽车、卡车、飞机以及船只的交通工具的部件的重量有很大的兴趣。一种减小部件的重量的方法是使用质轻的/高强度的铝合金来制造这样的部件。
[0003]可通过在相当长的时间段内老化(aging)由过饱和的、可热处理的铝合金制成的部件来增大该部件的屈服强度。由于需要长的时间段，因此在制造过程中等待发生自然老化通常不是经济上可行的，而且自然老化将不会使得部件达到峰值强度。一些部件被包括在组件中，这些组件在涂料炉中被涂漆并烘烤，但涂料烘烤炉的时间和温度可能不足以完全地强化这些部件。
[0004]可在被称为“人工老化”的工艺中通过加热部件来加速老化。例如，可通过加热由T4态的AA6111系列的铝制成的部件来人工老化这些部件，并能够引起部件屈服强度的加倍。通常，由于相关的屈服强度的增大和可成形性的降低，因此不可能在人工老化之后形成给定的部件。所以，期望的是，通过当部件在更可成形的T4态时进行成形然后人工老化部件以获得期望的强度来制造这样的部件。此外，以这种方式加工时的部件在成形之后将具有更少的弹性回复。预成形操作可包括拉拔、延伸、冲孔、剪边、折弯、挤压、锻造或液压成形操作。
[0005]人工老化的一个问题是不可能通过目视检查来确定部件是否经历了人工老化处理。可使用抗拉试验以检验部件的屈服应力，但抗拉试验破坏部件。虽然耗时且相对昂贵的硬度试验可被使用以对人工老化进行检验，但这些类型的硬度试验不可能精确地预测屈服应力。
[0006]诸如支柱、车顶纵梁以及车架部件等的结构梁一旦装配到交通工具也可位于难以接近(达到)的区域，这些区域不能容易地检查屈服强度。这样的部件的屈服强度对交通工具的耐久性和/或交通工具的质量可以是至关重要的。假如在事后确定这样的结构部件缺乏规定的强度特性，将需要诸如更换部件或增加强化修补的昂贵的纠正措施。
[0007]本公开涉及解决上述的问题以及如下总结的其他问题。


【发明内容】

[0008]本公开提供一种系统和方法，用于确保仅在成形后热处理之后部件被供给到装配操作。在成形之后且部件被热处理之前，将热敏墨的沉积物施加到冲压的或液压成形的部件。热敏墨在热处理工艺过程中不可逆地改变颜色，以提供部件在热处理工艺中被处理的可视指示物。传感器或检测器(例如光扫描器、光检测器、光电管、光敏电阻或摄像机)在装配线上设置在热处理工艺之后，以检验热敏墨的存在和该热敏墨的颜色。缺少热敏墨的任何部件或具有某颜色(该颜色不指示适当地经历了热处理工艺)的热敏墨的部件被拒绝并从装配线移除，或者以其他方式被防止在装配工艺中进一步行进。
[0009]根据本公开的一方面，提供一种制造方法，该制造方法使用通过热处理来强化的部件。该方法包括形成部件并用不可逆热致变色组合物在预定位置标记部件。接着将部件加热以增大部件的强度，同时改变热致变色组合物的颜色。在加热步骤之后检测热致变色组合物的颜色，并根据热致变色组合物的颜色的变化来控制后续的制造工艺。
[0010]根据本公开的其他方面，不可逆热致变色组合物可为热致变色墨，热致变色墨从白色到诸如绿色或黑色的暗色改变颜色。形成部件的步骤可包括在金属板成形工艺中冲压出部件的步骤。可通过用雾化或非雾化喷射或者接触式或非接触式标记进行涂覆或标记来完成标记部件的步骤。需要在检测步骤中可见的位置进行部件标记。可通过加热部件至1700C -240°c达20分钟以上来执行加热部件的步骤。
[0011]检测热致变色组合物的颜色的步骤还可包括:用机器视觉检测器光学地感测涂料的颜色，机器视觉检测器向装配工具的控制器提供信号，装配工具在加热步骤之后对部件进行操作。如果热致变色组合物的颜色没有改变或如果热致变色组合物未被检测到，则防止装配工具操作。装配工具可以是例如焊机、铆接机、夹具或其他工具。可选择地，机器视觉检测器可提供信号至数据存储系统，数据存储系统使信号和与部件相关的识别记录进行关联并记录热致变色组合物的颜色在加热步骤中符合要求地变化。
[0012]根据涉及制造系统的本公开的另一方面，公开了用于确保部件强化的成形后热处理系统。该系统包括施加器，用于将热致变色组合物施加到部件上的预定位置。热处理炉将部件加热至预定温度并保持预定时间，其中，热处理炉将热致变色组合物的颜色从刚施加时的颜色改变成热改变的颜色。检测器朝向所述预定位置，检测热致变色组合物的存在，还检测热致变色组合物是刚施加时的颜色还是热改变的颜色。控制器从检测器接收信号，验证热致变色组合物存在以及热致变色组合物是热改变的颜色。
[0013]根据涉及制造系统的本公开的其他方面，该系统还可包括数据库，用于记录来自检测器的信号并将该信号记录在与部件识别器相关的字段中。控制器可操作性地连接到在热处理炉后方作用于部件的机器。如果控制器未接收到来自检测器的信号，则可防止机器操作。
[0014]该系统可选择性地包括用于将贴花施加到部件上的预定位置的设备，贴花至少部分地承载有不可逆热致变色组合物。在贴花实施例中，标签或悬挂标识被附着到部件，而不是将热致变色墨或涂料直接施用到部件。
[0015]根据涉及制造系统的本公开的另一方面，公开了一种用于确保部件的强化的热处理系统，该系统包括:施加器，用于将不可逆热致变色组合物施加到部件上的预定位置；热处理炉，将部件加热至预定温度并保持预定时间，其中，热处理炉将热致变色组合物从刚施加时的颜色改变成热改变的颜色；检测器，朝向所述预定位置，检测热致变色组合物的存在，还检测热致变色组合物是刚施加时的颜色还是热改变的颜色；以及控制器，从检测器接收关于是否存在热致变色组合物以及热致变色组合物是否为热改变的颜色的信号。
[0016]该系统还可包括数据库，用于记录来自检测器的信号并将该信号记录在与部件识别器相关的字段中。
[0017]控制器可操作性地连接到在热处理炉后方作用于部件的机器，其中，如果控制器未接收到来自检测器的信号，则防止所述机器操作。
[0018]热致变色组合物可以是从白色到暗色改变颜色的热致变色墨。
[0019]施加器可通过将热致变色组合物喷射在部件上检测器可以达到的位置来将热致变色组合物施加到部件。
[0020]热处理炉可将部件暴露于170°C _240°C达20分钟以上。
[0021]根据涉及制造系统的本公开的另一方面，公开了一种用于确保部件的强化的热处理系统，该系统包括:用于将贴花施加到部件上的预定位置的设备，其中，贴花至少部分地承载有不可逆热致变色组合物；热处理炉，将部件加热至预定温度并保持预定时间，其中，热处理炉将热致变色组合物从刚施加时的颜色改变成热改变的颜色；检测器，朝向所述预定位置，检测热致变色组合物的存在，还检测热致变色组合物是刚施加时的颜色还是热改变的颜色；以及控制器，从检测器接收关于是否存在热致变色组合物以及热致变色组合物是否为热改变的颜色的信号。
[0022]在参照附图的详细描述中，下面将更详细地描述本公开的上述方面和其他方面。

【专利附图】

【附图说明】
[0023]图1是使用不可逆热致变色指示物来热处理部件的方法的流程图；
[0024]图2是对部件施用不可逆热致变色墨的喷涂器的图形表示；
[0025]图3是用于对多批部件进行热处理的离线炉系统；以及
[0026]图4是检测器的图形表示，其中，检测器用于检测不可逆热致变色墨的颜色并提供信号至控制器，控制器继而解释颜色的意义以及部件的热处理是否发生，并且进一步地，控制装配工具并提供可被存储在数据库中的数据，所述数据涉及证实热处理工艺的完成。

【具体实施方式】
[0027]下面提供本发明的说明的实施例的详细描述。公开的实施例是本发明的可以以各种可替代的形式体现的示例。附图未必是按比例绘制的。可将一些特征夸大或缩小以显示具体组件的细节。在本申请中公开的特定结构和功能性细节不被解释为限制性的，而仅作为用于教导本领域技术人员如何实践本发明的代表性基础。
[0028]参照图1，流程图示出了使用不可逆热致变色指示物对铝进行热处理的方法的一个实施例。该方法10开始于在步骤12选择由可热处理的材料制成的坯料。示例材料包括AA6xxx、AA2xxx、AA7xxx以及一些AA4xxx系列的铝合金。可选择地，可使用在合金内具有沉淀弥散强化机制的其他过饱和合金，这些合金可被热处理以增大部件的抗拉强度。
[0029]坯料在其预处理阶段(例如，用于铝合金的T4)被成形。可在常规的金属板成形线中成形出部件，并可包括拉拔操作、折边操作、冲孔操作以及卷边操作等。可选择地，可在步骤14在液压成形操作中成形出部件。在任何一种情况下，因为材料更具有延展性，所以材料在热处理之前更容易形成期望的部件。
[0030]在步骤16，对部件施用不可逆热致变色墨。参照图2描述施用热致变色墨的步骤。在图2中，部件20与喷涂器22 —起被示出。喷涂器22被示出为将原始颜色的热致变色组合物24喷射到部件20的预定区域26。
[0031]可选择地，代替在步骤16将涂料施用到部件，可在成形后热处理之前将具有热致变色墨或涂料的悬挂标识、压敏标签或其他贴花附着到部件。贴花、悬挂标识、压敏标签可被永久地附着到部件以防止移除，且必须为耐热的使得它在热处理工艺过程中不被损坏。贴花可由热致变色组合物形成或涂覆有热致变色组合物，或以其他方式承载该组合物。可手工地或用附着设备将贴花施用到部件上的预定位置。
[0032]参照图1和图3，该工艺中的下一步是在步骤30在炉中加热部件。参照图3，示出了高速分批对流炉，它是离线炉系统32。离线炉系统32包括通向对流炉36的装载站34。传送器38移动多个架40顺序地通过对流炉36并进入冷却系统单元42。架40装载有部件20(在图2示出)。当部件在对流炉36中时，部件被加热至170°C和240°C之间的温度达至少20分钟的时间段。传送器38移动架40通过对架进行加热的对流炉，然后在卸载站44卸载架40之前，移动架40通过冷却系统单元42。
[0033]在一个示例中，由AA6111制成的部件在到货时具有大约150MPa的初始屈服应力。一组部件循环通过涂料烘烤操作，且屈服强度增加至大约175MPa。另一组部件不先暴露通过涂料烘烤循环，而在225°C的温度经受热处理达O至100分钟的时间段，且在20分钟后获得大约280MPa的屈服应力。与只在涂料烘烤操作的过程中被加热的部件相比，由于热处理，所以部件被强化了超过lOOMPa。热处理到货时的部件在30分钟之后被强化了超过115MPa。
[0034]参照图1和图4，该工艺中的下一步是在步骤46检测热致变色墨的存在和颜色。参照图4，部件20具有预定区域26，在预定区域26中，热致变色组合物24以其刚被施用的或原始的颜色被施用，如上面参照图2所描述的。然而，在经过离线炉系统32之后，热致变色性组合物具有热改变的颜色48。使用诸如光扫描器、光检测器、光电管、光敏电阻或摄像机的检测器50检测在部件20上的热改变的颜色48。
[0035]参照图1，该工艺中的下一步是在步骤52，检测器50(示出在图4中)根据检测到的颜色将信号提供到控制器。再一次参照图4，检测器50提供信号至控制器54。控制器54可以是装配工具的部件，或可以是生产线或工厂的生产控制系统。控制器操作性地连接到装配工具58。装配工具58可以是在后续的制造操作中作用于部件20的焊枪、焊接夹具、铆接工具、压接工具、热熔钻(flow drill screwing)工具、物料装卸工具或其他类型的工具。在步骤55，控制器解释信号并确定部件是否被热处理过。
[0036]如图1所示，步骤61和步骤64分别示出了部件为未被热处理的以及被热处理过的。如果检测器50未能检测到部件20上的热改变的颜色48，则可将装配工具58配置为不能对部件20进行操作。如果热致变色组合物处于其原始颜色(如附图标记24所指示的)，或如果喷涂器22未能对部件20施用热致变色组合物，或如果不可逆热致变色组合物不是热改变的颜色48，则控制器54可以不允许装配工具58操作，并防止包括未经历热处理步骤的部件20而被用在装配工艺中(这在图1中以步骤56示出)。可选择地，如果部件被符合要求地经过了热处理，则在步骤63，装配工具可继续。
[0037]参照图1，在步骤60，该工艺可包括在数据库中记录部件被热处理的事实。参照图4，数据库62被示出为从控制器54接收数据。数据库62可提供记录，该记录证实部件20已经通过离线炉系统32加工而被强化。
[0038]虽然上面描述了示例性实施例，但这些实施例并不意图描述本发明的所有可能的形式。确切地说，在说明书中使用的词语为描述性的词语，而不是限制性的词语，且理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可做出各种改变。此外，可将各种实现实施例的特征组合以形成本发明的进一步的实施例。
【权利要求】
1.一种通过热处理而被强化的部件的制造方法，包括下述步骤: 形成部件； 在预定位置用不可逆热致变色组合物对部件进行标记； 加热部件以增大部件的强度并将不可逆热致变色组合物从第一颜色改变成第二颜色； 在加热步骤之后，检测热致变色组合物是第一颜色还是第二颜色；以及 根据热致变色组合物是第一颜色还是第二颜色来控制后续的制造工艺。
2.如权利要求1所述的制造方法，其中，热致变色组合物是具有作为白色的第一颜色和作为暗色的第二颜色的不可逆热致变色墨。
3.如权利要求1所述的制造方法，其中，通过在检测步骤中可见的位置对部件进行喷射来执行对部件进行标记的步骤。
4.如权利要求1所述的制造方法，其中，通过将部件暴露于170°C_240°C的对流空气20分钟以上来执行加热部件的步骤。
5.如权利要求1所述的制造方法，其中，形成部件的步骤选自由下述操作组成的组: 在金属板成形工艺中冲压出部件， 挤压出部件， 锻造，以及 液压成形出部件。
6.如权利要求1所述的制造方法，其中，检测不可逆热致变色组合物是第一颜色还是第二颜色的步骤还包括:用机器视觉检测器光学地感测热致变色组合物，机器视觉检测器向装配工具的控制器提供信号，装配工具在加热步骤之后对部件进行操作，其中，如果热致变色组合物是第一颜色，或如果热致变色组合物不是第二颜色，或如果热致变色组合物未被检测到，则阻止制造工具操作。
7.如权利要求6所述的制造方法，其中，装配工具为焊接工具。
8.如权利要求6所述的制造方法，其中，装配工具为铆接机。
9.如权利要求6所述的制造方法，其中，装配工具为压接工具。
10.如权利要求6所述的制造方法，其中，装配工具为热熔钻工具。
11.如权利要求6所述的制造方法，其中，制造工具为物料装卸工具。
12.如权利要求1所述的制造方法，其中，检测热致变色组合物是第一颜色还是第二颜色的步骤还包括:用机器视觉检测器光学地感测热致变色组合物的颜色，机器视觉检测器向数据存储系统提供信号，数据存储系统使信号和与部件相关的部件识别记录进行关联并记录热致变色组合物在加热步骤中从第一颜色改变成第二颜色或者记录热致变色组合物未改变颜色。
【文档编号】G01K11/12GK104250715SQ201410301870
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2013年6月27日
【发明者】安德里亚·麦凯维·坎贝尔, 阿曼达·凯·弗莱斯, 彼特·A·弗里德曼, 罗莎·林达·努诺, S·乔治·洛奇 申请人:福特全球技术公司