CN114789249A - 基于计算机视觉控制硬质合金烧结中成型剂脱除的方法及系统 - Google Patents

基于计算机视觉控制硬质合金烧结中成型剂脱除的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于计算机视觉控制硬质合金烧结中成型剂脱除的方法及系统，该方法包括：将烧结炉排出的携带有成型剂及其他可燃气体的氢气通过排氢口排出；通过彩色相机实时监控所述排氢口排出的火苗颜色，并将所述火苗颜色传递给控制电脑；控制电脑通过火苗颜色判断当前的成型剂脱除的阶段，实时控制烧结炉随所述阶段调整升温速率。本发明实现硬质合金成型剂的高效脱除，能提升成型剂脱除时的效率，降低设备能耗，减少碳排放。

Description

基于计算机视觉控制硬质合金烧结中成型剂脱除的方法及 系统
技术领域
本发明涉及硬质合金的制造领域，尤其涉及一种基于计算机视觉控制硬质合金烧结中成型剂脱除的方法及系统。
背景技术
硬质合金产品具有高硬度、高强度等特点，广泛应用于模具、切削工具、矿山工具及耐磨零件等领域，其生产过程采用粉末冶金方式生产。其生产过程中包含的烧结过程是采用高温使压坯或松装粉末体之间颗粒通过发生相互流动、扩散、熔解、再结晶等物理化学过程，消除粉末体的部分或全部孔隙，使粉末体致密，以提高强度及其他性能的一种处理工艺，是硬质合金生产的重要工序。
烧结过程中的成型剂脱除主要有两种类型：氢气脱蜡以及真空或负压脱蜡，其中以氢气脱蜡方式为主。成型剂脱除是否彻底对于最终产品质量控制具有重要的意义，目前烧结工艺的制定都是根据成型剂的种类、结合产品尺寸与形状、综合烧结设备的温场特点，结合经验来制定，改进与优化的依据都是通过后期的试验一点一点进行。
对于硬质合金生产过程中涉及高温、高能耗的烧结过程所要求生产效率、环保排放等的要求越来越高，根据经验缓步改进的开发方式与现行智能制造、快速迭代的市场要求也渐渐落后，而采用电脑控制设备自动化运行的方式也逐渐成熟。
因此，开发具有高敏感度、智能化的计算机控制成型剂脱除对硬质合金生产与质量控制具有重要的意义。
发明内容
本发明提供了一种基于计算机视觉控制硬质合金烧结中成型剂脱除的方法，用以解决现有的根据经验缓步改进的烧结过程中的成型剂脱除工艺的开发方式生产效率低，不能满足智能制造、快速迭代的市场要求的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种基于计算机视觉控制硬质合金烧结中成型剂脱除的方法，包括以下步骤：
将烧结炉排出的携带有成型剂及其他可燃气体的氢气通过排氢口排出；
通过彩色相机实时监控排氢口排出的火苗颜色，并将火苗颜色传递给控制电脑；
控制电脑通过火苗颜色判断当前的成型剂脱除的阶段，实时控制烧结炉随阶段调整升温速率。
优选地，成型剂脱除的阶段，包括成型剂脱除剧烈阶段、成型剂脱除稍剧烈阶段以及成型剂脱除平缓阶段。
优选地，实时监控排氢口排出的火苗颜色，包括：拍摄视频或者按周期采集多组彩色时序图像；
控制电脑通过火苗颜色判断当前的成型剂脱除的阶段，包括，根据视频或多组彩色时序图像中黄色可燃气体的亮度相关数据计算气体中成型剂的包含量；从而确定成型剂脱除的阶段。
优选地，确定成型剂脱除的阶段包括：
明黄色占比＞90％，判断为成型剂脱除剧烈阶段；
明黄色占比为30％～90％，判断为成型剂脱除稍剧烈阶段；
明黄色占比≤30％，判断为成型剂脱除平缓阶段。
优选地，实时控制烧结炉随阶段调整升温速率，包括按照以下大小顺序调整烧结炉的升温速率：成型剂脱除平缓阶段＞成型剂脱除稍剧烈阶段＞成型剂脱除剧烈阶段。
优选地，还包括按照以下表格控制烧结炉随阶段调整升温速率：
Figure BDA0003576462460000021
优选地，实时监控排氢口排出的火苗颜色，包括：拍摄视频或者按周期采集多组彩色时序图像；
控制电脑通过火苗颜色判断当前的成型剂脱除的阶段，包括：
当火苗颜色为明黄色，判断为成型剂脱除剧烈阶段，控制烧结炉降低升温速率；
当火苗颜色为紫黄色，判断为成型剂脱除平缓阶段，控制烧结炉提高升温速率。
本发明还提供一种采用上述方法的基于计算机视觉控制硬质合金烧结中成型剂脱除的系统，包括：
彩色相机，设置于排氢口处并用于实时监控排氢口排出的火苗颜色，并将火苗颜色传递给控制电脑；排氢口用于收集并排出烧结炉排出的携带有成型剂及其他可燃气体的氢气；
控制电脑，用于通过火苗颜色判断当前的成型剂脱除的阶段，实时控制烧结炉随阶段调整升温速率。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的基于计算机视觉控制硬质合金烧结中成型剂脱除的方法，采用计算机视觉系统监测排氢口火苗颜色变化，智能确认烧结设备成型剂脱除阶段(状态)；实现硬质合金成型剂的高效脱除，能提升成型剂脱除时的效率，降低设备能耗，减少碳排放。
2、在优选方案中，本发明的基于计算机视觉控制硬质合金烧结中成型剂脱除的方法，精确控制成型剂的脱除，减少氢气对产品冲刷导致碳量流失，有助控制烧结过程中合金碳量的稳定，提升产品质量控制能力，所生产的产品具有碳量控制精准，粘接相分布均匀等特点，具有良好的综合性能。
3、本发明的基于计算机视觉控制硬质合金烧结中成型剂脱除的系统，结构简单，成本低。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的基于计算机视觉控制硬质合金烧结中成型剂脱除的系统的结构示意图；
图2是本发明优选实施例3的脱蜡阶段数据。
图中各标号表示：
1、烧结炉；2、排氢口；3、彩色相机；4、控制电脑。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
本发明实施例采用如图1所示的基于计算机视觉控制硬质合金烧结中成型剂脱除的系统，包括彩色相机3，设置于排氢口2处并用于实时监控排氢口排出的火苗颜色，并将火苗颜色传递给控制电脑4；排氢口2用于收集并排出烧结炉1排出的携带有成型剂及其他可燃气体的氢气。
控制电脑，用于通过火苗颜色判断当前的成型剂脱除的阶段，实时控制烧结炉随阶段调整升温速率。
实施例1：
本实施例采用一种石蜡成型剂，用于辅助硬质合金拉拔模压制成型，采用该成型剂的合金的配方重量百分比：Co粉：6.5％，Fsss粒度1～3μm，Fsss粒度1～3μm的WC：93％，Cr3C2 粉0.5％，Fsss粒度1～3μm。
上述硬质合金拉拔模的制备方法：①按比例取上述原料，总重量560kg，放入600L可倾斜式球磨机内，采用酒精作为湿磨介质，球料比按4.2:1，液固比按280ml/kg，按原料总重的 2％加入石蜡成型剂，球磨时间选择40h，湿磨好的料浆经喷雾干燥，混合料鉴定；②混合料压制成型后用HIP压力烧结炉脱除成型剂。
将烧结炉排出的携带有成型剂及其他可燃气体的氢气通过排氢口排出；通过彩色相机实时监控排氢口排出的火苗颜色，并将火苗颜色传递给控制电脑；控制电脑通过火苗颜色判断当前的成型剂脱除的阶段，并通过表1的控制方式智能控制硬质合金烧结中成型剂脱除的升温过程：
表1脱蜡阶段数据
明黄色占比 升温速度℃/min
剧烈段 ＞90％ 0.018
稍剧烈段 30％～90％ 0.02～0.2
平缓段 ≤30％ ＞0.2
③在5.8MPa压力下过压烧结，烧结温度1410℃，保温50min，得到硬质合金拉拔模毛坯。
所得的合金拉拔模毛坯：合金平均晶粒度为1.0μm，经测试，产品密度为14.60g/cm3，硬度91HRA，抗弯强度3000MPa，组织结构均匀，WC颗粒结晶完整，使用寿命较普通YG类拉拔模提升30％以上。
实施例2：
本实施例采用一种PEG成型剂，用于辅助硬质合金刀片压制成型，采用该成型剂的合金的配方重量百分比：Co粉：9％，Fsss粒度1～3μm，Fsss粒度1～3μm的WC：86％，Ti 5％，Fsss粒度2～5μm。
上述硬质合金刀片的制备方法：①按比例取上述原料，总重量520kg，放入600L可倾斜式球磨机内，采用酒精作为湿磨介质，球料比按3.8:1，液固比按260ml/kg，按原料总重的2％加入PEG成型剂，球磨时间选择39h，湿磨好的料浆经喷雾干燥，混合料鉴定；②混合料压制成型后用HIP压力烧结炉智能化脱除成型剂。
将烧结炉排出的携带有成型剂及其他可燃气体的氢气通过排氢口排出；通过彩色相机实时监控排氢口排出的火苗颜色，并将火苗颜色传递给控制电脑；控制电脑通过火苗颜色判断当前的成型剂脱除的阶段，并通过表2的控制方式智能控制硬质合金烧结中成型剂脱除的升温过程：
表2脱蜡阶段数据
明黄色占比 升温速度℃/min
剧烈段 ＞90％ 0.015
稍剧烈段 30～90 0.02～0.2
平缓段 ≤30％ ＞0.2
③在5.8MPa压力下过压烧结，烧结温度1450℃，保温45min，得到硬质合金刀片毛坯。
所得硬质合金刀片毛坯：合金平均晶粒度为1.6μm，经测试，产品密度为13.00g/cm3，硬度90HRA，抗弯强度2600MPa，组织结构均匀，WC颗粒结晶完整，使用寿命较普通刀片提升20％以上。
实施例3：
本实施例采用一种石蜡成型剂，用于辅助硬质合金大板材(单重30kg以上)压制成型，采用该成型剂的合金的配方重量百分比：Co粉：15％，Fsss粒度1～3μm；WC：85％，Fsss粒度2～4μm。
上述硬质合金板材的制备方法：①按比例取上述原料，总重量480kg，放入600L可倾斜式球磨机内，采用酒精作为湿磨介质，球料比按3.5:1，液固比按280ml/kg，按原料总重的2％加入石蜡成型剂，球磨时间选择36h，湿磨好的料浆经喷雾干燥，混合料鉴定；②混合料压制成型后用多气氛脱蜡烧结一体炉智能化脱除成型剂并预烧至800℃降温后割型，判断如下：
将烧结炉排出的携带有成型剂及其他可燃气体的氢气通过排氢口排出；通过彩色相机实时监控排氢口排出的火苗颜色，并将火苗颜色传递给控制电脑；控制电脑通过火苗颜色判断当前的成型剂脱除的阶段，并通过图2的控制方式智能控制硬质合金烧结中成型剂脱除的升温过程：
③预烧出炉后割型加工成图纸要求形状，装入压力烧结炉在5.8MPa压力下过压烧结，烧结温度1410℃，保温60min，得到硬质合金板坯毛坯。
所得硬质合金板坯坯：合金平均晶粒度为1.6μm，经测试，产品密度为13.9g/cm3，硬度 87HRA，抗弯强度2800MPa，组织结构均匀，WC颗粒结晶完整，使用寿命较普通板材提升15％以上。
综上可知，本发明的基于计算机视觉控制硬质合金烧结中成型剂脱除的方法，采用计算机视觉系统监测排氢口火苗颜色变化，智能确认烧结设备成型剂脱除阶段(状态)；实现硬质合金成型剂的高效脱除，能提升成型剂脱除时的效率，降低设备能耗，减少碳排放。能精确控制成型剂的脱除，减少氢气对产品冲刷导致碳量流失，有助控制烧结过程中合金碳量的稳定，提升产品质量控制能力，所生产的产品具有碳量控制精准，粘接相分布均匀等特点，具有良好的综合性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于计算机视觉控制硬质合金烧结中成型剂脱除的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将烧结炉排出的携带有成型剂及其他可燃气体的氢气通过排氢口排出；
通过彩色相机实时监控所述排氢口排出的火苗颜色，并将所述火苗颜色传递给控制电脑；
控制电脑通过火苗颜色判断当前的成型剂脱除的阶段，实时控制烧结炉随所述阶段调整升温速率。
2.根据权利要求1所述的基于计算机视觉控制硬质合金烧结中成型剂脱除的方法，其特征在于，所述成型剂脱除的阶段，包括成型剂脱除剧烈阶段、成型剂脱除稍剧烈阶段以及成型剂脱除平缓阶段。
3.根据权利要求2所述的基于计算机视觉控制硬质合金烧结中成型剂脱除的方法，其特征在于，所述实时监控所述排氢口排出的火苗颜色，包括：拍摄视频或者按周期采集多组彩色时序图像；
所述控制电脑通过火苗颜色判断当前的成型剂脱除的阶段，包括，根据视频或多组彩色时序图像中黄色可燃气体的亮度相关数据计算气体中成型剂的包含量；从而确定成型剂脱除的阶段。
4.根据权利要求3所述的基于计算机视觉控制硬质合金烧结中成型剂脱除的方法，其特征在于，确定成型剂脱除的阶段包括：
所述明黄色占比＞90％，判断为成型剂脱除剧烈阶段；
所述明黄色占比为30％～90％，判断为成型剂脱除稍剧烈阶段；
所述明黄色占比≤30％，判断为成型剂脱除平缓阶段。
5.根据权利要求4所述的基于计算机视觉控制硬质合金烧结中成型剂脱除的方法，其特征在于，实时控制烧结炉随所述阶段调整升温速率，包括按照以下大小顺序调整烧结炉的升温速率：成型剂脱除平缓阶段＞成型剂脱除稍剧烈阶段＞成型剂脱除剧烈阶段。
6.根据权利要求4或5所述的基于计算机视觉控制硬质合金烧结中成型剂脱除的方法，其特征在于，还包括按照以下表格控制烧结炉随阶段调整升温速率：
Figure FDA0003576462450000011
Figure FDA0003576462450000021
7.根据权利要求2所述的基于计算机视觉控制硬质合金烧结中成型剂脱除的方法，其特征在于，所述实时监控所述排氢口排出的火苗颜色，包括：拍摄视频或者按周期采集多组彩色时序图像；
所述控制电脑通过火苗颜色判断当前的成型剂脱除的阶段，包括：
当火苗颜色为明黄色，判断为成型剂脱除剧烈阶段，控制烧结炉降低升温速率；
当火苗颜色为紫黄色，判断为成型剂脱除平缓阶段，控制烧结炉提高升温速率。
8.一种采用如权利要求1至7中任一项所述方法的基于计算机视觉控制硬质合金烧结中成型剂脱除的系统，其特征在于，包括：
彩色相机，设置于排氢口处并用于实时监控所述排氢口排出的火苗颜色，并将所述火苗颜色传递给控制电脑；所述排氢口用于收集并排出烧结炉排出的携带有成型剂及其他可燃气体的氢气；
控制电脑，用于通过火苗颜色判断当前的成型剂脱除的阶段，实时控制烧结炉随所述阶段调整升温速率。
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