CN111229904A - 一种热冲压成形自动控制系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热冲压成形自动控制系统及方法。所述系统中的位移传感器设置在所述冲压油缸上；所述激光红外温度传感器设置在所述第一模具块的测温孔中；所述冷却水控制电磁阀分别设置在所述第一模具块内的第一冷却水通道和所述第二模具块内的第二冷却水通道上；所述冲压油缸控制电磁阀设置在所述冲压油缸上；所述控制器的输入端分别与所述位移传感器和所述激光红外温度传感器连接，所述控制器的控制端分别与所述冷却水控制电磁阀和所述冲压油缸控制电磁阀连接。本发明所提供一种热冲压成形自动控制系统与方法，解决现有技术中无法实现钢板热成形过程的准确控制，导致热冲压成形出现废品率较高问题。

Description

一种热冲压成形自动控制系统与方法

技术领域

本发明涉及热冲压成形自动控制领域，特别是涉及一种热冲压成形自动控制系统与方法。

背景技术

超高强板材室温下延展率低、成形性差，采用传统的冷冲压成形方法，不仅成形力大、模具损耗大，也容易开裂起皱、产生过量回弹。热冲压技术是利用板材高温下的良好塑性变形能力，将钢板通过加热炉加热后，快速输送到模具中进行冲压成形的一种加工方法。热冲压加工具有成形精度高、回弹小的优点，可一次冲压完成冷冲压成形多道工序才能完成的复杂形状，生产效率高。热冲压成形过程对钢板温度有严格的控制要求，例如，被加热的某钢板要在温度下降到750℃前进行冲压，否则会形成铁素体恶化零件机械性能；要在温度下降到425℃前完成合模成形，成形后要保持冷却速度不低于30℃/s，否则结晶组织会出现贝氏体；要保证开模时零件冷却到200℃以下，否则制品硬度和形状精度会下降。热冲压成形过程也需要对冲压速度进行控制，冲压速度过低容易导致钢板冲压成形过程中热量散失较多，局部发生相变强化，成形性降低；冲压速度过高会使钢板在高温下塑性变形过大而导致厚度减薄严重甚至出现破裂。因而，为保证热冲压成形作业质量，需对热冲压成形过程的钢板温度和冲压速度进行控制。

由于缺乏监测手段，目前无法实现热冲压成形作业过程钢板温度和冲压速度的在线自动控制，只能通过反复试验确定出参考值。由于受环境差异、作业条件不同、钢板材料不同等因素的影响，依靠试验获得参考值的方法无法实现钢板热成形过程的准确控制，导致热冲压成形出现废品率较高问题，制约热冲压技术的产业化应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种热冲压成形自动控制系统与方法，解决现有技术中无法实现钢板热成形过程的准确控制，导致热冲压成形出现废品率较高问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种热冲压成形自动控制系统，包括：位移传感器、激光红外温度传感器、冷却水控制电磁阀、冲压油缸控制电磁阀、控制器、冲压油缸、第一模具块和第二模具块；

所述冲压油缸、所述第一模具块和所述第二模具块依次设置；

所述位移传感器设置在所述冲压油缸上，所述位移传感器用于采集冲压油缸的伸长位移信号；

所述激光红外温度传感器设置在所述第一模具块的测温孔中，所述激光红外温度传感器用于采集所述第二模具块或钢板的温度信号；

所述冷却水控制电磁阀分别设置在所述第一模具块内的第一冷却水通道和所述第二模具块内的第二冷却水通道上，所述冷却水控制电磁阀用于控制所述第一冷却水通道内冷却水的流速和所述第二冷却水通道内冷却水的流速；

所述冲压油缸控制电磁阀设置在所述冲压油缸上，所述冲压油缸控制电磁阀用于控制所述冲压油缸的冲压速度；

所述控制器的输入端分别与所述位移传感器和所述激光红外温度传感器连接，所述控制器的控制端分别与所述冷却水控制电磁阀和所述冲压油缸控制电磁阀连接；

所述控制器用于根据所述伸长位移信号和所述温度信号控制所述冷却水控制电磁阀和所述冲压油缸控制电磁阀。

可选的，所述控制器包括存储单元和控制单元；

所述存储单元用于存储所述钢板的热冲压参数；所述热冲压参数包括允许冲压的最高模具初始温度、所述钢板的最佳初始冲压温度、最高允许开模的所述钢板温度、最佳冲压速度、冲压成形前所述第一模具块与所述钢板接触时冲压油缸的伸长量、完全合模时所述冲压油缸的伸长量、保压冷却阶段的冷却速率设定范围；

所述控制单元与所述存储单元、所述位移传感器和所述激光红外温度传感器连接；所述控制单元用于根据所述热冲压参数、所述伸长位移信号和所述温度信号控制所述冷却水控制电磁阀和所述冲压油缸控制电磁阀。

可选的，还包括输入模块；

所述输入模块与所述存储单元连接，所述输入模块用于输入所述热冲压参数。

可选的，还包括驱动电源模块；

所述驱动电源模块与所述控制器连接。

可选的，还包括滑块；所述滑块设置在所述冲压油缸和所述第一模具块之间。

可选的，所述位移传感器为电阻式传感器。

本发明还提供一种热冲压成形自动控制方法，包括：

获取钢板的热冲压参数：所述热冲压参数包括允许冲压的最高模具初始温度、钢板的最佳初始冲压温度、最高允许开模的钢板温度、最佳冲压速度、冲压成形前第一模具块与钢板接触时冲压油缸的伸长量、完全合模时冲压油缸的伸长量、保压冷却阶段的冷却速率设定范围；

获取位移传感器和激光红外温度传感器采集的伸长位移信号和温度信号；

判断所述温度信号是否大于所述最高模具初始温度，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示所述温度信号大于所述最高模具初始温度，则调大冷却水控制电磁阀的开口，并返回所述判断所述温度信号是否大于所述最高模具初始温度；

若所述第一判断结果表示所述温度信号不大于所述最高模具初始温度，则将加热到设定温度的所述钢板运送到第二模具块上；

计算所述钢板的设定温度下降到所述钢板的最佳初始冲压温度的第一时间；

根据所述最佳冲压速度和所述冲压成形前第一模具块与钢板接触时冲压油缸的伸长量确定第二时间；

判断所述第一时间是否小于所述第二时间，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果表示所述第一时间小于所述第二时间，则将所述第二模块上的钢板移除，并返回所述判断所述温度信号是否大于所述最高模具初始温度，得到第一判断结果的步骤；

若所述第二判断结果表示所述第一时间不小于所述第二时间，则当所述第一时间等于所述第二时间，开启冲压油缸控制电磁阀，并以所述最佳冲压速度进行冲压；

当所述伸长位移信号与所述完全合模时冲压油缸的伸长量相等时，关闭所述冲压油缸控制电磁阀，进入保压冷却阶段；

判断冷却速率是否在保压冷却阶段的冷却速率设定范围内，得到第三判断结果；

若所述第三判断结果表示所述冷却速率在保压冷却阶段的冷却速率设定范围内，则当所述温度信号不大于所述最高允许开模的钢板温度时，开模卸料；

若所述第三判断结果表示所述冷却速率不在保压冷却阶段的冷却速率设定范围内，则控制所述冷却水控制电磁阀的开口，调节所述冷却速率。

可选的，所述若所述第三判断结果表示所述冷却速率不在保压冷却阶段的冷却速率设定范围内，则控制所述冷却水控制电磁阀的开口，调节所述冷却速率，具体包括：

若所述冷却速率小于所述冷却速率在保压冷却阶段的冷却速率设定范围内的最小值，则调大冷却水控制电磁阀的开口；

若所述冷却速率大于所述冷却速率在保压冷却阶段的冷却速率设定范围内的最大值，则调小冷却水控制电磁阀的开口。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明所提供的一种热冲压成形自动控制系统与方法，通过位移传感器和激光红外温度传感器采集冲压油缸的伸长位移信号和温度信号，并由控制器控制冷却水控制电磁阀和冲压油缸控制电磁阀的开口大小，实现对冷却水的流速和冲压油缸的冲压速度的控制，能够同时满足钢板的最佳冲压速度和最佳初始冲压温度的控制，实现合模后钢板冷却速率的控制，解决了无法实现钢板热成形过程准确控制、导致热冲压成形出现废品率较高的问题。进而实现热冲压成形过程的自动控制，提高钣金热冲压的作业质量和作业效率，降低废品率，保证批量生产热冲压零件性能的一致性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种热冲压成形自动控制系统结构示意图；

图2为本发明所提供的一种热冲压成形自动控制系统控制原理示意图；

图3为本发明所提供的一种热冲压成形自动控制方法流程示意图。

符号说明：1-位移传感器，2-激光红外温度传感器，3-冷却水控制电磁阀，4-冲压油缸控制电磁阀，5-冲压油缸，6-第一模具块，7-第二模具块，8-钢板，9-控制器，10-输入模块，11-驱动电源模块，12-滑块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种热冲压成形自动控制系统与方法，解决现有技术中无法实现钢板8热成形过程的准确控制，导致热冲压成形出现废品率较高问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明所提供的一种热冲压成形自动控制系统结构示意图，如图1所示，本发明所提供的一种热冲压成形自动控制系统，包括：位移传感器1、激光红外温度传感器2、冷却水控制电磁阀3、冲压油缸控制电磁阀4、控制器9、冲压油缸5、第一模具块6和第二模具块7。

所述冲压油缸5、所述第一模具块6和所述第二模具块7依次设置。

所述位移传感器1设置在所述冲压油缸5上，所述位移传感器1用于采集冲压油缸5的伸长位移信号。所述位移传感器1为电阻式传感器。

所述激光红外温度传感器2设置在所述第一模具块6的测温孔中，所述激光红外温度传感器2用于采集所述第二模具块7或钢板8的温度信号。上料前，即加热的钢板8放到第二模具块7之前，激光传感器的激光照在第二模具块7上，所述激光红外温度传感器2用于采集所述第二模具块7的温度信号；上料后，即加热的钢板8放到第二模具块7上，所述激光红外温度传感器2用于采集所述钢板8的温度信号。

所述冷却水控制电磁阀3分别设置在所述第一模具块6内的第一冷却水通道和所述第二模具块7内的第二冷却水通道上，所述冷却水控制电磁阀3用于控制所述第一冷却水通道内冷却水的流速和所述第二冷却水通道内冷却水的流速。

所述冲压油缸控制电磁阀4设置在所述冲压油缸5上，所述冲压油缸控制电磁阀4用于控制所述冲压油缸5的冲压速度。

所述控制器9的输入端分别与所述位移传感器1和所述激光红外温度传感器2连接，所述控制器9的控制端分别与所述冷却水控制电磁阀3和所述冲压油缸控制电磁阀4连接。

所述控制器9用于根据所述伸长位移信号和所述温度信号控制所述冷却水控制电磁阀3和所述冲压油缸控制电磁阀4。

所述控制器9包括存储单元和控制单元。

所述存储单元用于存储所述钢板8的热冲压参数；所述热冲压参数包括允许冲压的最高模具初始温度、所述钢板8的最佳初始冲压温度、最高允许开模的所述钢板8温度、最佳冲压速度、冲压成形前所述第一模具块6与所述钢板8接触时冲压油缸5的伸长量、完全合模时所述冲压油缸5的伸长量、保压冷却阶段的冷却速率设定范围。

所述控制单元与所述存储单元、所述位移传感器1和所述激光红外温度传感器2连接；所述控制单元用于根据所述热冲压参数、所述伸长位移信号和所述温度信号控制所述冷却水控制电磁阀3和所述冲压油缸控制电磁阀4。

T₁为允许冲压的最高模具初始温度，热冲压上料前，激光红外温度传感器2测得所述第二模具块7表面的温度，为保证模具(第二模具块7)的冷却效果，只有该温度不大于T₁时才允许上料冲压。T₂为钢板8的最佳初始冲压温度，即钢板8变形前，第一模具块6与钢板8刚开始接触时激光红外温度传感器2测得的钢板8的温度所应达到的温度。若冲压前测得钢板8的温度为T，则温度下降到T₂的时间t的计算公式为

其中k是钢板8的冷却速率，k的值可由控制器9根据激光红外温度传感器2测得的温度信号计算获得。若v为最佳冲压速度，l₁为冲压成形前第一模具块6与钢板8接触时冲压油缸5的伸长量，则l₁/v是热压机第一模具块6从初始位置下降到与钢板8开始接触的时间。冲压油缸5动作前，若t＜l₁/v，说明钢板8的温度过低，不满足冲压条件，此时卸除钢板8不进行冲压，避免出现废品，否则等待t降低到t＝l₁/v时，控制器9给冲压油缸控制电磁阀4发出开启信号，热压机以速度v进行冲压成型，实现最佳冲压速度和最佳初始冲压温度的准确控制。l₂为完全合模时冲压油缸5的伸长量，当热压机冲压油缸5的伸长量达到l₂时，表明第一模具块6和第二模具块7已实现完全合模，此时控制器9给冲压油缸控制电磁阀4发出关闭信号，热冲压进入保压冷却阶段。控制器9根据激光红外温度传感器2测得的温度计算钢板8的冷却速率k，通过调整冷却水控制电磁阀3的开口大小，保证热冲压钢板8的冷却速率k在允许的范围(k₁，k₂)内。T₃是最高允许开模的钢板8温度，也就是在保压冷却阶段，当激光红外温度传感器2测得的温度不大于T₃时才允许开模取件。

所述滑块12设置在所述冲压油缸5和所述第一模具块6之间。

图2为本发明所提供的一种热冲压成形自动控制系统控制原理示意图，如图2所示，本发明所提供的一种热冲压成形自动控制系统还包括输入模块10和驱动电源模块11。

所述输入模块10与所述存储单元连接，所述输入模块10用于输入所述热冲压参数。

所述驱动电源模块11与所述控制器9连接。

图3为本发明所提供的一种热冲压成形自动控制方法流程示意图，如图3所示，本发明所提供的一种热冲压成形自动控制方法，包括：

S301，获取钢板8的热冲压参数：所述热冲压参数包括允许冲压的最高模具初始温度、钢板8的最佳初始冲压温度、最高允许开模的钢板8温度、最佳冲压速度、冲压成形前第一模具块6与钢板8接触时冲压油缸5的伸长量、完全合模时冲压油缸5的伸长量、保压冷却阶段的冷却速率设定范围。

S302，获取位移传感器1和激光红外温度传感器2采集的伸长位移信号和温度信号。

S303，判断所述温度信号是否大于所述最高模具初始温度，得到第一判断结果。

S304，若所述第一判断结果表示所述温度信号大于所述最高模具初始温度，则调大冷却水控制电磁阀3的开口，并返回所述判断所述温度信号是否大于所述最高模具初始温度，得到第一判断结果的步骤。

S305，若所述第一判断结果表示所述温度信号不大于所述最高模具初始温度，则将加热到设定温度的所述钢板8运送到第二模具块7。

S306，计算所述钢板8的设定温度下降到所述钢板8的最佳初始冲压温度的第一时间。

S307，根据所述最佳冲压速度和所述冲压成形前第一模具块6与钢板8接触时冲压油缸5的伸长量确定第二时间。

S308，判断所述第一时间是否小于所述第二时间，得到第二判断结果。

S309，若所述第二判断结果表示所述第一时间小于所述第二时间，则将所述第二模块7上的钢板8移除，并返回所述判断所述温度信号是否大于所述最高模具初始温度，得到第一判断结果的步骤。

S310，若所述第二判断结果表示所述第一时间不小于所述第二时间，则当所述第一时间等于所述第二时间，开启冲压油缸控制电磁阀4，并以所述最佳冲压速度进行冲压。

S311，当所述伸长位移信号与完全合模时冲压油缸5的伸长量相等时，关闭所述冲压油缸控制电磁阀4，进入保压冷却阶段。

S312，判断冷却速率是否在保压冷却阶段的冷却速率设定范围内，得到第三判断结果。

S313，若所述第三判断结果表示所述冷却速率在保压冷却阶段的冷却速率设定范围内，则当所述温度信号不大于所述最高允许开模的钢板8温度时，开模卸料。

S314，若所述第三判断结果表示所述冷却速率在保压冷却阶段的冷却速率设定范围内，则控制所述冷却水控制电磁阀3的开口，调节所述冷却速率。

若所述冷却速率小于所述冷却速率在保压冷却阶段的冷却速率设定范围内的最小值，则调大冷却水控制电磁阀3的开口；

若所述冷却速率大于所述冷却速率在保压冷却阶段的冷却速率设定范围内的最大值，则调小冷却水控制电磁阀3的开口。

本发明所提供的一种热冲压成形自动控制系统与方法，能够对钢板8热冲压成形全过程的温度进行自动控制，能够实现最佳冲压速度和最佳初始冲压温度的准确控制，实现热冲压成形过程的自动控制。本发明能够有效提高钣金热冲压的作业质量和作业效率，降低废品率，保证批量生产热冲压零件性能的一致性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种热冲压成形自动控制系统，其特征在于，包括：位移传感器、激光红外温度传感器、冷却水控制电磁阀、冲压油缸控制电磁阀、控制器、冲压油缸、第一模具块和第二模具块；

所述冲压油缸、所述第一模具块和所述第二模具块依次设置；

所述位移传感器设置在所述冲压油缸上，所述位移传感器用于采集冲压油缸的伸长位移信号；

所述激光红外温度传感器设置在所述第一模具块的测温孔中，所述激光红外温度传感器用于采集所述第二模具块或钢板的温度信号；

所述冷却水控制电磁阀分别设置在所述第一模具块内的第一冷却水通道和所述第二模具块内的第二冷却水通道上，所述冷却水控制电磁阀用于控制所述第一冷却水通道内冷却水的流速和所述第二冷却水通道内冷却水的流速；

所述冲压油缸控制电磁阀设置在所述冲压油缸上，所述冲压油缸控制电磁阀用于控制所述冲压油缸的冲压速度；

所述控制器的输入端分别与所述位移传感器和所述激光红外温度传感器连接，所述控制器的控制端分别与所述冷却水控制电磁阀和所述冲压油缸控制电磁阀连接；

所述控制器用于根据所述伸长位移信号和所述温度信号控制所述冷却水控制电磁阀和所述冲压油缸控制电磁阀。

2.根据权利要求1所述的一种热冲压成形自动控制系统，其特征在于，所述控制器包括存储单元和控制单元；

所述存储单元用于存储所述钢板的热冲压参数；所述热冲压参数包括允许冲压的最高模具初始温度、所述钢板的最佳初始冲压温度、最高允许开模的所述钢板温度、最佳冲压速度、冲压成形前所述第一模具块与所述钢板接触时冲压油缸的伸长量、完全合模时所述冲压油缸的伸长量、保压冷却阶段的冷却速率设定范围；

所述控制单元与所述存储单元、所述位移传感器和所述激光红外温度传感器连接；所述控制单元用于根据所述热冲压参数、所述伸长位移信号和所述温度信号控制所述冷却水控制电磁阀和所述冲压油缸控制电磁阀。

3.根据权利要求2所述的一种热冲压成形自动控制系统，其特征在于，还包括输入模块；

所述输入模块与所述存储单元连接，所述输入模块用于输入所述热冲压参数。

4.根据权利要求1所述的一种热冲压成形自动控制系统，其特征在于，还包括驱动电源模块；

所述驱动电源模块与所述控制器连接。

5.根据权利要求1所述的一种热冲压成形自动控制系统，其特征在于，还包括滑块；

所述滑块设置在所述冲压油缸和所述第一模具块之间。

6.根据权利要求1所述的一种热冲压成形自动控制系统，其特征在于，所述位移传感器为电阻式传感器。

7.一种热冲压成形自动控制方法，其特征在于，包括：

获取钢板的热冲压参数：所述热冲压参数包括允许冲压的最高模具初始温度、钢板的最佳初始冲压温度、最高允许开模的钢板温度、最佳冲压速度、冲压成形前第一模具块与钢板接触时冲压油缸的伸长量、完全合模时冲压油缸的伸长量、保压冷却阶段的冷却速率设定范围；

获取位移传感器和激光红外温度传感器采集的伸长位移信号和温度信号；

判断所述温度信号是否大于所述最高模具初始温度，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示所述温度信号大于所述最高模具初始温度，则调大冷却水控制电磁阀的开口，并返回所述判断所述温度信号是否大于所述最高模具初始温度，得到第一判断结果的的步骤；

若所述第一判断结果表示所述温度信号不大于所述最高模具初始温度，则将加热到设定温度的所述钢板运送到第二模具块；

计算所述钢板的设定温度下降到所述钢板的最佳初始冲压温度的第一时间；

根据所述最佳冲压速度和所述冲压成形前第一模具块与钢板接触时冲压油缸的伸长量确定第二时间；

判断所述第一时间是否小于所述第二时间，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果表示所述第一时间小于所述第二时间，则将所述第二模块上的钢板移除，并返回所述判断所述温度信号是否大于所述最高模具初始温度，得到第一判断结果的步骤；

若所述第二判断结果表示所述第一时间不小于所述第二时间，则当所述第一时间等于所述第二时间，开启冲压油缸控制电磁阀，并以所述最佳冲压速度进行冲压；

当所述伸长位移信号与所述完全合模时冲压油缸的伸长量相等时，关闭所述冲压油缸控制电磁阀，进入保压冷却阶段；

判断冷却速率是否在保压冷却阶段的冷却速率设定范围内，得到第三判断结果；

若所述第三判断结果表示所述冷却速率在保压冷却阶段的冷却速率设定范围内，则当所述温度信号不大于所述最高允许开模的钢板温度时，开模卸料；

若所述第三判断结果表示所述冷却速率不在保压冷却阶段的冷却速率设定范围内，则控制所述冷却水控制电磁阀的开口，调节所述冷却速率。

8.根据权利要求7所述的一种热冲压成形自动控制方法，其特征在于，所述若所述第三判断结果表示所述冷却速率不在保压冷却阶段的冷却速率设定范围内，则控制所述冷却水控制电磁阀的开口，调节所述冷却速率，具体包括：

若所述冷却速率小于所述冷却速率在保压冷却阶段的冷却速率设定范围内的最小值，则调大冷却水控制电磁阀的开口；

若所述冷却速率大于所述冷却速率在保压冷却阶段的冷却速率设定范围内的最大值，则调小冷却水控制电磁阀的开口。

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