CN103439006A - 热冲压板料温度的测量装置和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热冲压板料温度的测量装置和测量方法，其中测量装置包括：装设于压力机上的热冲压模具，热冲压模具包括下模和上模，下模包括型腔壁和由型腔壁围成的型腔，型腔壁上开设有穿透型腔壁的测温口，通过测温口可观测到型腔内的热冲压板料；还包括设置在下模外侧的红外热像仪，红外热像仪离下模一段距离放置并与测温口相对。本发明提供的热冲压板料温度的测量装置和测量方法仅需在热冲压模具的型腔壁上开设一个测温口，对热冲压模具的内部结构基本没有破坏，测量装置可以重复使用；通过红外热像仪采集热冲压板料的温度变化，可以捕捉每秒上千度的温度变化，测量精度和灵敏度都远高于一般的接触式热电偶测量方法。

Description

热冲压板料温度的测量装置和测量方法

技术领域

本发明涉及一种温度的测量装置和测量方法，特别是涉及一种热冲压板料温度的测量装置和测量方法。

背景技术

热冲压过程中，热冲压板料的温度变化过程直接影响最终制件的产品质量，因此需要对此工艺过程中的温度曲线进行采集，以便了解温度变化的过程和规律，从而优化工艺流程，提高产品质量。

现有采用的测量方法属于接触式测量，即在模具或者板料的相关位置焊上接触热电偶，通过数据采集仪获得温度。这种方式有下面几个弊端：1.需要将模具开孔或开槽，以便将热电偶预埋，对模具的改动较大；2.热冲压过程中板料在模具内的温度变化非常迅速，在2秒～3秒左右会有将近500℃的温度变化值，普通热电偶没有这么高的灵敏度，难以准确反映实际温度变化，采集的温度容易失真；3.为保证热电偶测温的稳定性和精度，一般要求将热电偶焊接在待测板料上。而热冲压成形要求板料在冲压加工前完全奥氏体化，因此需要将板料在高温加热炉内加热并保温3～5分钟，这个过程中热电偶无法与板料一起放入加热炉内，只能预先放置在模具内的相应位置，待板料移出加热炉后，热电偶再通过接触的方式测量板料温度。这种方式导致热电偶测温的波动性很大；4.热电偶的损耗大，重复使用率低。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种基本能够保持模具完整性，测量精度和灵敏度高于直接接触的热电偶测量方式并且可以重复使用的非接触式热冲压板料温度的测量装置和测量方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种热冲压板料温度的测量装置，该测量装置包括：装设于压力机上的热冲压模具，该热冲压模具包括下模和上模，下模包括型腔壁和由型腔壁围成的型腔，型腔壁上开设有穿透型腔壁的测温口，通过测温口可观测到型腔内的热冲压板料；红外热像仪，设置在下模的外侧，红外热像仪离开下模一段距离并与测温口相对。

优选地，所述测温口开设于所述型腔壁的上边缘。

优选地，所述测温口的截面为方形。

优选地，所述方形的水平边尺寸小于所述型腔壁宽度的1/5，所述方形的竖直边尺寸与所述热冲压板料的厚度一致。

优选地，所述红外热像仪连接有一数据显示器。

本发明还提供一种热冲压板料温度的测量方法，包括以下步骤：1）将热冲压模具装夹于压力机上，令下模上开设有测温口的型腔壁朝向所述压力机的开放侧；2）在所述下模的外侧设置红外热像仪，将所述红外热像仪的镜头轴线对准所述测温口，根据测温条件设置所述红外热像仪的相关测温参数并校准测量精度；3）将所述热冲压板料放入加热炉中，抽真空，加热到指定的温度并保温至所述热冲压板料完全奥氏体化；4）将所述热冲压板料取出，迅速放入所述下模的型腔内，启动压力机，进行热冲压成形与模内淬火；5）利用所述红外热像仪通过所述测温口测量所述热冲压板料在热冲压成形与模内淬火过程中的温度变化情况。

优选地，所述测温参数包括所述红外热像仪的镜头到所述测温口的距离、所述热冲压板料的热辐射率、环境湿度。

优选地，在所述热冲压模具的上模接触到所述热冲压板料之前启动所述红外热像仪，对所述型腔内的所述热冲压板料进行温度测量。

优选地，通过与所述红外热像仪连接的计算机记录所述热冲压板料的温度测量数据。

如上所述，本发明的热冲压板料温度的测量装置和测量方法，具有以下有益效果：

1.仅需在热冲压模具的型腔壁上开设一个测温口，通过不与热冲压板料直接接触的红外热像仪采集热冲压模具内部热冲压板料的温度变化，对环境要求不高，对热冲压模具的内部结构基本没有破坏；

2.测量精度和灵敏度都远高于一般的接触式热电偶测量方法，可以捕捉每秒上千度的温度变化，能准确捕捉热冲压过程中热冲压板料的温度变化曲线；

3.由于测量装置与被测制件之间并不接触，因此测量过程不易受干扰，不易出现温测值波动；

4.测量装置基本没有损耗，可重复使用。

附图说明

图1显示为本发明的热冲压板料温度的测量装置的示意图。

图2显示为本发明的热冲压板料温度的测量装置中下模的主视图。

图3显示为图2的俯视图。

图4显示为本发明的热冲压板料温度的测量方法的流程图。

图5显示为本发明的热冲压板料温度的测量方法测得的热冲压板料温度变化曲线图（冲压压力为10Mpa）。

图6显示为接触式的热冲压板料温度测量方法测得的热冲压板料温度变化曲线图（冲压压力为10Mpa）。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1至图3，图1显示为本发明的热冲压板料的温度测量装置的示意图。如图1所示，该测量装置主要包括热冲压模具3和红外热像仪4。其中，热冲压模具3装设于压力机上，热冲压板料1在加热炉2中加热并保温，然后在热冲压模具3内进行成形加工。如果所需冲压压力较大可选用闭式压力机，如果冲压压力较小则可选用开式压力机。

红外热像仪4利用热成像技术，以可见热图的形式显示热冲压模具3内被测热冲压板料1的温度变化及温度分布情况。红外热像仪4可与数据显示器和计算机5连接，全程显示并记录热冲压与淬火过程中热冲压板料1在压力作用下的温度变化曲线和测量数据。

为避免直接接触式温度测量方式的种种弊端，本发明在测量热冲压板料1的温度变化时采用了非接触式的测量方式，将红外热像仪4设置在热冲压模具3的外侧，并与热冲压模具3之间保持一段距离。

热冲压模具3包括下模32和上模31，图2和图3显示了下模32的示意图，下模32包括型腔壁321和由型腔壁321围成的型腔322。为了让红外热像仪4在热冲压模具3闭合的情况下仍可全程观测到内部的热冲压板料1，在下模32的型腔壁321上开设了穿透型腔壁321的测温口33，测温口33的开设位置由所需观测的热冲压板料1在热冲压模具3中的位置确定。对于较深的型腔322，测温口33可开设于型腔壁321上；对于较浅的型腔322，测温口33可开设于型腔壁321的上边缘。

测温口33的形状建议为方形，因为方形加工方便，而且与圆形等其他形状相比，在最大尺寸相同的情况下，方形截面的有效观测面积更大。方形可以是长方形，也可以是正方形。方形的宽度（竖直尺寸）与被测热冲压板料1的厚度基本一致，长度（水平尺寸）应确保热冲压板料1可见但尽量减少热冲压模具3的破坏，一般不超过型腔壁321宽度的1/5。

于本实施例中，需要观测的板料1长度为275mm、宽度为135mm、厚度为1.6mm、型号为B1500HS的高强度钢板。热冲压模具3的下模32和上模31分别由四个相同的镶块组成。由于被观测板料1在平面内两个方向的尺寸远远大于竖直方向上的厚度尺寸，因此与之相应的型腔322也较浅，测温口33开设在型腔壁321的上边缘。该测温口33呈长方形，其宽度（竖直尺寸）为1.55mm，长度（水平尺寸）为21mm。

本发明还提供一种测量热冲压板料温度的测量方法，图4所示为该测量方法的流程图，从图4中可以看到该测量方法包括以下步骤：

S101：将热冲压模具装夹于压力机上，令下模上开设有测温口的型腔壁朝向压力机的开放侧；

S102：在下模的外侧设置红外热像仪，将红外热像仪的镜头轴线对准测温口，根据测温条件设置红外热像仪的相关测温参数并校准测量精度；

S103：将热冲压板料放入加热炉中，抽真空，加热到指定的温度并保温至热冲压板料完全奥氏体化；

S104：将热冲压板料取出，迅速放入下模的型腔内，启动压力机，进行热冲压成形与模内淬火；

S105：利用红外热像仪通过测温口测量热冲压板料在热冲压成形与模内淬火过程中的温度变化情况。

下面以一实施例说明采用该测量方法对热冲压板料进行非接触式温度测量的过程。

请参阅图1至图4，于本实施例中，被测量的热冲压板料1是一种专用于热冲压成形的高强度硼钢，该板料在平面内两个方向的尺寸远大于厚度方向尺寸，经过热冲压工艺流程后强度能达到1500Mpa左右。根据热冲压板料1的尺寸在热冲压模具3上开设测温孔。

将热冲压模具3装夹于压力机上，由于所需冲压压力较小，可选用开式压力机。为便于测温，令下模32上开设有测温口33的型腔壁朝向压力机的开放侧。

在下模32的外侧放置好红外热像仪4，调整红外热像仪4的高度，使红外热像仪4的镜头轴线对准测温口33，根据测温条件设置红外热像仪4的相关测温参数并校准测量精度。测温参数包括红外热像仪4的镜头到测温口33的距离（测温距离）、热冲压板料1的热辐射率、环境湿度等。其中测温距离与红外热像仪4的具体型号可根据测温现场的实际情况在一定范围进行选择。热冲压板料1的热辐射率可通过查询材料手册获得；环境湿度由湿度计现场测得。于本实施例中，测温距离定为2米、热辐射率设置为0.6、环境湿度设置为0.4。

将热冲压板料1放入加热炉2内，抽真空后加热到950℃，并保温5分钟。然后将热冲压板料1取出，迅速放入下模32的型腔322内，启动压力机，上模31下压，进行热冲压成形和模内淬火。在上模31接触到热冲压板料1之前启动红外热像仪4，也可以适当提前启动红外热像仪4，通过测温口33对热冲压板料1在热冲压成形与模内淬火过程中的温度变化进行全程测量。通过与红外热像仪4连接的计算机5记录热冲压制件的温度测量数据。

图5和图6分别为冲压压力为10Mpa时采用本发明的测量方法与接触式的测量方法测得的热冲压板料温度变化的曲线图。从两图的对比中可以看到，由于热冲压过程中板料的温度变化非常迅速，接触式温度测量方法因灵敏度不够而无法及时测量实时温度，导致滞后严重，高温段的历史信息丢失。而本发明提供的温度测量方法由于是非接触式测温，测量过程不易受环境干扰，红外热像仪的精度和灵敏度都远高于一般的热电偶，不易出现测量值的波动，因而能准确地捕捉到热冲压过程中各个时刻板料的温度变化。

综上所述，本发明提供的热冲压板料温度的测量装置和测量方法，仅需在热冲压模具的型腔壁上开设一个测温口，对热冲压模具的内部结构基本没有破坏，测量装置可以重复使用；通过红外热像仪非接触式地采集热冲压板料的温度变化，可以捕捉每秒上千度的温度变化，测量精度和灵敏度都远高于一般的接触式热电偶测量方法。因此，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种热冲压板料温度的测量装置，其特征在于，包括：

热冲压模具，装设于压力机上，所述热冲压模具包括下模和上模，所述下模包括型腔壁和由所述型腔壁围成的型腔，所述型腔壁上开设有穿透所述型腔壁的测温口，通过所述测温口可观测到所述型腔内的热冲压板料；

红外热像仪，设置在所述下模的外侧，所述红外热像仪离开所述下模一段距离并与所述测温口相对。

2.根据权利要求1所述的热冲压板料温度的测量装置，其特征在于：所述测温口开设于所述型腔壁的上边缘。

3.根据权利要求1所述的热冲压板料温度的测量装置，其特征在于：所述测温口的截面为方形。

4.根据权利要求3所述的热冲压板料温度的测量装置，其特征在于：所述方形的水平边尺寸小于所述型腔壁宽度的1/5，所述方形的竖直边尺寸与所述热冲压板料的厚度一致。

5.根据权利要求1所述的热冲压板料温度的测量装置，其特征在于：所述红外热像仪连接有一数据显示器。

6.一种的热冲压板料温度的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将热冲压模具装夹于压力机上，令下模上开设有测温口的型腔壁朝向所述压力机的开放侧；

2）在所述下模的外侧设置红外热像仪，将所述红外热像仪的镜头轴线对准所述测温口，根据测温条件设置所述红外热像仪的相关测温参数并校准测量精度；

3）将所述热冲压板料放入加热炉中，抽真空，加热到指定的温度并保温至所述热冲压板料完全奥氏体化；

4）将所述热冲压板料取出，迅速放入所述下模的型腔内，启动压力机，进行热冲压成形与模内淬火；

5）利用所述红外热像仪通过所述测温口测量所述热冲压板料在热冲压成形与模内淬火过程中的温度变化情况。

7.根据权利要求6所述的热冲压板料温度的测量方法，其特征在于：所述测温参数包括所述红外热像仪的镜头到所述测温口的距离、所述热冲压板料的热辐射率、环境湿度。

8.根据权利要求6所述的热冲压板料温度的测量方法，其特征在于：在所述热冲压模具的上模接触到所述热冲压板料之前启动所述红外热像仪，对所述型腔内的所述热冲压板料进行温度测量。

9.根据权利要求6所述的热冲压板料温度的测量方法，其特征在于：通过与所述红外热像仪连接的计算机记录所述热冲压板料的温度测量数据。

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