CN115418453A - 用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理系统及方法 - Google Patents
用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115418453A CN115418453A CN202211045764.3A CN202211045764A CN115418453A CN 115418453 A CN115418453 A CN 115418453A CN 202211045764 A CN202211045764 A CN 202211045764A CN 115418453 A CN115418453 A CN 115418453A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- strengthening
- induction coil
- magnetic field
- area
- energy absorption
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 title claims abstract description 127
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 title claims abstract description 79
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 title claims abstract description 56
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 76
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 66
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 17
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 18
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 claims description 12
- 238000003672 processing method Methods 0.000 claims description 10
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 4
- 238000010147 laser engraving Methods 0.000 claims description 4
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 8
- 206010040954 Skin wrinkling Diseases 0.000 description 6
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/34—Methods of heating
- C21D1/42—Induction heating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/362—Laser etching
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/04—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering with simultaneous application of supersonic waves, magnetic or electric fields
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/68—Temporary coatings or embedding materials applied before or during heat treatment
- C21D1/70—Temporary coatings or embedding materials applied before or during heat treatment while heating or quenching
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D11/00—Process control or regulation for heat treatments
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/0068—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for particular articles not mentioned below
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2221/00—Treating localised areas of an article
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2261/00—Machining or cutting being involved
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
本发明提供一种用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理系统及方法，该系统包括：吸能结构划分模块、感应线圈加热模块、磁场调控模块、控制模块。吸能结构划分模块用于将吸能结构按照预设的变形破坏模式和定制化的结构屈曲路径划分为若干个强化区和弱化区；感应线圈加热模块用于对所述强化区通过感应线圈对其进行反复加热；磁场调控模块用于对加热所述强化区产生的热变形进行抑制，以使所述吸能结构的外观形状和尺寸保持不变；控制模块用于控制所述吸能结构划分模块、感应线圈加热模块、磁场调控模块按照预设的模式进行工作。本发明提供的处理系统，能够使吸能结构获得理想的吸能效果。
Description
技术领域
本发明涉及热处理技术领域，尤其涉及一种用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理系统及方法。
背景技术
当前，汽车安全设计中，保险杠系统被用于吸收和减缓外界冲击力，以达到降低乘员损伤的目的。碰撞吸能盒是汽车保险杠系统的主要吸能组件。获得高能量吸收的吸能盒成为当前亟待解决的关键问题。
而现有提高吸能盒吸能效果并降低最大冲击载荷主要是从改变吸能盒吸能结构的截面形状、破坏结构表面、附加结构、预制压痕折痕以及改变结构所用材料来实现。而近年来也涌现了一种基于表面纳米技术处理的吸能盒结构设计的新模式，其通过预设的破坏形式来设计新型碰撞吸能盒，以同时满足较低的压缩力效率及较高的比吸能，从而全面提升汽车的防撞性能。
但是，该表面纳米技术形成的吸能盒由于是通过外表面或者内表面进行处理，存在外表面至中心至内表面的强度差异，将对预设的变形破坏模式和定制化的结构屈曲路径存在一定的影响，导致吸能效果难以达到理想值，且其表面处理深度有限，仅适用于较薄的薄壁件。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理系统及方法。
用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理系统，包括：吸能结构划分模块、感应线圈加热模块、磁场调控模块、控制模块；
所述吸能结构划分模块用于将吸能结构按照预设的变形破坏模式和定制化的结构屈曲路径划分为若干个强化区和若干弱化区；所述强化区用于对其进行加热；所述弱化区不加热，并且包裹有相变材料；所述强化区与弱化区间隔分布；
所述感应线圈加热模块用于对所述强化区通过感应线圈对其进行反复加热，从而实现在一定的温度范围内对强化区进行热处理；
所述磁场调控模块用于对因加热所述强化区而产生的热变形进行抑制，以使所述吸能结构的外观形状和尺寸保持不变；
所述控制模块用于控制所述吸能结构划分模块、感应线圈加热模块、磁场调控模块按照预设的模式进行工作。
进一步地，如上所述的用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理系统，所述磁场调控模块包括：应变片、超声波接收器、超声波发生器、4个磁场发生器；
所述应变片贴于所述强化区的内壁上，所述超声波接收器置于所述强化区的内侧，所述超声波发生器置于所述强化区的外侧；
所述感应线圈加热模块包括：感应线圈；所述感应线圈用于对所述强化区进行加热；所述感应线圈能够包裹住所述强化区；
所述控制模块与分别与所述应变片、超声波接收器、超声波发生器、4个磁场发生器、感应线圈电连接；
所述4个磁场发生器分别置于所述强化区的不同侧面。
进一步地，如上所述的用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理系统，所述磁场调控模块还包括磁场控制器，所述磁场控制器与所述磁场发生器电连接，所述磁场控制器与控制单元电连接。
进一步地，如上所述的用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理系统，所述感应线圈加热模块还包括：感应线圈控制器，所述感应线圈控制器与所述感应线圈连接，所述感应线圈控制器与所述控制单元电连接。
进一步地，如上所述的用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理系统，还包括升降平台，所述升降平台用于驱动所述感应线圈随着所述强化区的改变而移动。
进一步地，如上所述的用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理系统，所述升降平台包括：电机、丝杠螺母、电机控制器；
所述电机的输出轴与所述丝杠螺母的一端连接，所述丝杠螺母的另一端与所述感应线圈连接；
所述电机控制器与所述电机连接，所述电机控制器与所述控制单元电连接。
用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理方法，包括：
步骤1)：将吸能结构按照预设的变形破坏模式和定制化的结构屈曲路径划分为若干个强化区和弱化区；所述强化区用于对其进行加热，所述弱化区不加热，并且包裹有相变材料；
步骤2)：在所述强化区的内壁上贴应变片；在所述强化区的内侧布置超声波接收器，在所述强化区的外侧布置超声波发生器；
步骤3)：控制单元通过电机控制器控制电机，使感应线圈移动至目标强化区，并使感应线圈正好能包裹住所述目标强化区；
步骤4)：控制单元通过感应线圈控制器控制感应线圈，使目标强化区开始加热；同时控制单元实时检测所述超声波发生器声强、超声波接收器声强、应变片的变形；
步骤5)：在应变片的变形量大于最小阈值的情况下，控制单元通过磁场控制器控制磁场发生器开始工作；在应变片的变形量小于所述最小阈值的情况下，控制单元控制所述磁场发生器停止工作；
步骤6)：在所述超声波发生器的声强C1与超声波接收器的声强C2之差的绝对值大于声强阈值A1的情况下，控制单元控制所述感应线圈停止对目标强化区继续进行加热，同时控制单元开始对保温时间计时；
步骤7)：在所述超声波发生器的声强C1与超声波接收器的声强C2之差的绝对值小于声强阈值A2的情况下，控制单元计时结束；
步骤8)：计算总保温时间t＝t1+t2…+tn；其中，tn为第n次重复步骤4)～7)时的保温时间；若总保温时间t小于目标强化区所需的保温时间，则重复步骤4)至7)；当总保温时间大于目标强化区所需的保温时间，强化结束，等待下一个目标强化区的控制指令。
进一步地，如上所述的用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理方法，在强化结束后，还包括：
对强化区进行刻蚀或者激光雕刻，以使其表面形成凹凸形状和深度，从而诱导吸能结构产生稳定的更多的褶皱，以增大吸能效果。
进一步地，如上所述的用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理方法，所述凹凸形状的总面积不大于所述强化区面积的20％，凹凸深度不大于吸能结构壁厚的15％。
有益效果：
本发明提供的用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理系统及方法，通过将吸能结构按照预设的变形破坏模式和定制化的结构屈曲路径划分为若干个强化区和弱化区，在强化区利用感应线圈对其进行快速加热，同时结合磁场以抑制热变形，并基于超声波穿过吸能结构的声强差对其进行温度补偿，以保证强化区的厚度方向能够得到均匀的强化，并在不做热处理的弱化区包裹相变材料，来将弱化区靠近强化区的区域所产生的高温热源得以在弱化区均匀化，从而减少强化区因快速加热引起的该区域的巨大温升，从而使得吸能结构具备稳定的梯度强度，进而诱导吸能结构优先在不做热处理强化区域的中间部位发生预设的褶皱变形。
本发明在此基础上，再对强化区进行刻蚀或者激光雕刻，在其表面形成凹凸形状和深度，形成强化区的二次梯度强度，当不做热处理的弱化区被整体压溃后，其以诱导强化区出现二次褶皱，从而进一步提高吸能结构的吸能效果。
本发明提供的处理系统及方法，结构简单、成本低下，通过升降平台、感应线圈加热模块、磁场调控模块、控制模块联合对强化区进行加热、抑制热变形和温度补偿控制，从而可以最大化降低吸能结构外表面至中心至内表面的强度差异，以形成最稳定的结构屈曲路径和变形破坏模式，并结合刻蚀或者激光雕刻，在强化区形成二次梯度强度，从而使吸能结构的吸能效果达到最佳，该处理系统不仅适用于较薄的薄壁件吸能结构，还适用于较厚的吸能结构。
附图说明
图1为本发明用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理系统原理结构示意图；
图2为强化区上分布有应变片、感应线圈、超声波接收器、超声波发生器的位置示意图；
图3为吸能结构示意图；
图4为将吸能结构划分为若干个强化区和弱化区后的状态图。
a-强化区；b-弱化区；1-超声波发生器；2-应变片；3-超声波接收器；4-磁场发生器；5-磁场控制器；6-电机；7-丝杠螺母；8-感应线圈；9-感应线圈控制器；10-控制模块；11-电机控制器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
图3为吸能结构示意图，图4为将吸能结构划分为若干个强化区和弱化区后的状态图，如图3、图4所示，本发明将吸能结构按照预设的变形破坏模式和定制化的结构屈曲路径划分为若干个强化区a和若干个弱化区b。所述强化区a用于对其进行加热；所述弱化区b不加热，并且包裹有相变材料。图4所示的整体为吸能结构，它的强化区a和弱化区b隔布置，即两个强化区a之间为一个弱化区b，如图4所示，每一个小块可为强化区a或者弱化区b，组合起来的整体为吸能结构。本发明提供的处理系统，用于分别对每一个强化区按照预定的方式进行加热。
具体地，吸能结构如果采用整体强化，其初始峰值力过大，且不利于其按照预设变形破坏模式和定制化结构屈曲路径进行变形，尤其在吸能结构较长时，吸能结构表现为整体弯曲变形，无吸能效果。因此，本发明将吸能结构划分为若干个强化区和弱化区，将弱化区用相变材料包裹，对所述若干个强化区按需一一分别进行强化(加热)，即采用局部强化与弱化的方式对吸能结构按照预设的变形破坏模式是否进行热处理，可以使吸能结构在碰撞时，按照人为设计的最为理想的吸能效果进行变形吸能，从而产生更好的吸能效果，实现最优的防撞性能。
本发明提供的用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理系统，包括：吸能结构划分模块、感应线圈加热模块、磁场调控模块、控制模块；
所述吸能结构划分模块用于将吸能结构按照预设的变形破坏模式和定制化的结构屈曲路径划分为若干个强化区和弱化区；所述强化区用于对其进行加热，所述弱化区不加热，并且包裹有相变材料；所述强化区与弱化区间隔分布。
所述感应线圈加热模块用于对所述强化区通过感应线圈对其进行反复加热，从而实现在一定的温度范围内对强化区进行热处理；
所述磁场调控模块用于对因加热所述强化区而产生的热变形进行抑制，以使所述吸能结构的外观形状和尺寸保持不变；
所述控制模块用于控制所述吸能结构划分模块、感应线圈加热模块、磁场调控模块按照预设的模式进行工作。
本发明提供的处理系统，通过磁场调控模块辅助感应线圈加热模块对吸能结构进行加热，并抑制热变形，再基于超声检测技术对温度进行补偿，从而使得被热处理的强化区能够具备稳定的梯度强度，从而提高了吸能结构的吸能效果，实现了最优的防撞性能。
进一步地，图1为本发明用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理系统原理结构示意图；图2为强化区上分布有应变片、感应线圈、超声波接收器、超声波发生器的位置示意图。如图1、图2所示，所述磁场调控模块包括：应变片2、超声波接收器3、超声波发生器1、磁场发生器4；所述应变片2贴于所述强化区a的内壁上，所述超声波接收器3置于所述强化区的内侧，所述超声波发生器1置于所述强化区的外侧；
所述感应线圈加热模块包括：感应线圈8；所述感应线圈8用于对所述强化区进行加热；所述感应线圈8能够包裹住所述强化区；
所述控制模块10与分别与所述应变片2、超声波接收器3、超声波发生器1、磁场发生器4、感应线圈8电连接；
所述磁场发生器4共4个，分别置于所述强化区的不同侧面。
所述磁场调控模块还包括磁场控制器5，所述磁场控制器5与所述磁场发生器4电连接，所述磁场控制器5与控制单元12电连接。
所述感应线圈加热模块还包括：感应线圈控制器9，所述感应线圈控制器9与所述感应线圈8连接，所述感应线圈控制器9与所述控制单元12电连接。
还包括升降平台，所述升降平台用于驱动所述感应线圈8随着所述强化区的改变而移动。
具体地，本发明将所述吸能结构划分为若干个强化区和弱化区，通过感应线圈对需要加热的吸能结构强化区a进行加热，当一个吸能结构强化区a完成热处理强化后，再通过升降平台对下一个目标吸能结构强化区进行加热。
进一步地，所述升降平台包括：电机6、丝杠螺母7、电机控制器11；
所述电机6的输出轴与所述丝杠螺母7的一端连接，所述丝杠螺母7的另一端与所述感应线圈8连接；所述电机控制器11与所述电机6连接，所述电机控制器11与所述控制单元12电连接。
由于现有的利用表面纳米技术处理的提高吸能结构吸能效果的方法，存在外表面至中心至内表面的强度差异，且处理厚度有限，因此将对预设的变形破坏模式和定制化的结构屈曲路径存在一定的影响，并导致吸能效果难以达到理想值。为此，本发明通过控制模块控制感应线圈加热模块对强化区其进行快速加热，同时结合磁场调控模块抑制热变形，并基于超声波穿过吸能结构的声强差对其进行温度补偿，以保证在热处理的强化区的厚度方向能够得到均匀的强化，从而使得强化区经过热处理后使其强度增加，而不做热处理的弱化区的强度相对较低，就可以实现吸能结构在轴向上的强度梯度化和局部化(褶皱总是从强度较弱的区域开始)。
而且，本发明通过在不做热处理的弱化区包裹相变材料，通过相变材料来均匀化弱化区的温度，从而减少了经过热处理的强化区在快速加热时引起的过渡区域(位于弱化区，但靠近强化区)的快速温升，从而使得吸能结构具备稳定的梯度强度，而稳定的梯度强度可以降低将对预设的变形破坏模式和定制化的结构屈曲路径的影响，使吸能结构的吸能效果达到理想值。而且本发明提供的方法，通过感应线圈加热模块、磁场调控模块对吸能结构进行加热、抑制热变形和温度补偿控制，可以提高其表面强度的处理深度，以适用于较厚薄的厚壁件，满足其他大型设备的吸能结构要求。
本发明还提供一种用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理方法，包括：
步骤1)：将吸能结构按照预设的变形破坏模式和定制化的结构屈曲路径划分为若干个强化区和弱化区；所述强化区用于对其进行加热，所述弱化区包裹有相变材料；
步骤2)：在所述强化区的内壁上贴应变片；在所述强化区的内侧布置超声波接收器，在所述强化区的外侧布置超声波发生器；
步骤3)：控制单元12通过电机控制器11控制电机6，使感应线圈8移动至目标强化区，并使感应线圈8正好能包裹住所述目标强化区；
步骤4)：控制单元通过感应线圈控制器控制感应线圈，使目标强化区开始加热；同时控制单元实时检测所述超声波发生器声强、超声波接收器声强、应变片的变形；
步骤5)：在应变片的变形量大于最小阈值的情况下，控制单元通过磁场控制器控制磁场发生器开始工作；在应变片的变形量小于所述最小阈值的情况下，控制单元控制所述磁场发生器停止工作；
具体地，控制单元根据应变片的变形量大小，若变形量大于最小阈值，控制单元发送给相应大小的磁场强度信号给磁场控制器以控制磁场发生器。即利用磁场所产生的方向作用力，以降低加热和冷却过程中所产生的热变形，磁场强度大小与应变量大小有关，应变量越大，磁场强度越大。若变形量小于最小阈值，磁场发生器不工作。
步骤6)：在所述超声波发生器的声强C1与超声波接收器的声强C2之差的绝对值大于声强阈值A1的情况下，控制单元控制所述感应线圈停止对目标强化区继续进行加热，同时控制单元12开始对保温时间计时；
步骤7)：在所述超声波发生器的声强C1与超声波接收器的声强C2之差的绝对值小于声强阈值A2的情况下，控制单元计时结束；其中A1大于A2。
步骤8)：计算总保温时间t＝t1+t2…+tn；其中，tn为第n次重复步骤4)～7)时的保温时间；若总保温时间t小于目标强化区所需的保温时间，则重复步骤4)至7)；当总保温时间大于目标强化区所需的保温时间，强化结束，等待下一个目标强化区的控制指令。
进一步地，如上所述的用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理方法，在强化结束后，还包括：对强化区进行刻蚀或者激光雕刻，以使其表面形成凹凸形状和深度，从而诱导吸能结构产生稳定的更多的褶皱，以增大吸能效果。所述凹凸形状的总面积不大于所述强化区面积的20％，凹凸深度不大于吸能结构壁厚的15％。
本发明提供的处理方法，对热处理强化区进行刻蚀或者激光雕刻，进而在吸能结构的表面形成凹凸形状和深度，使经过热处理的强化区产生二次梯度强度，从而当不做热处理的弱化区被整体压溃后，其以诱导热处理强化区出现二次褶皱，实现在进一步提高吸能结构的吸能效果的同时获得最为理想的吸能效果。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理系统，其特征在于，包括：吸能结构划分模块、感应线圈加热模块、磁场调控模块、控制模块；
所述吸能结构划分模块用于将吸能结构按照预设的变形破坏模式和定制化的结构屈曲路径划分为若干个强化区(a)和若干个弱化区(b)；所述强化区(a)用于对其进行加热；所述弱化区(b)不加热，并且包裹有相变材料；所述强化区(a)与弱化区间隔分布；
所述感应线圈加热模块用于对所述强化区(a)通过感应线圈对其进行反复加热，从而实现在一定的温度范围内对强化区(a)进行热处理；
所述磁场调控模块用于对因加热所述强化区(a)而产生的热变形进行抑制，以使所述吸能结构的外观形状和尺寸保持不变；
所述控制模块用于控制所述吸能结构划分模块、感应线圈加热模块、磁场调控模块按照预设的模式进行工作。
2.根据权利要求1所述的用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理系统，其特征在于，所述磁场调控模块包括：应变片(2)、超声波接收器(3)、超声波发生器(1)、4个磁场发生器(4)；
所述应变片(2)贴于所述强化区(a)的内壁上，所述超声波接收器(3)置于所述强化区(a)的内侧，所述超声波发生器(1)置于所述强化区(a)的外侧；
所述感应线圈加热模块包括：感应线圈(8)；所述感应线圈(8)用于对所述强化区(a)进行加热；所述感应线圈(8)能够包裹住所述强化区(a)；
所述控制模块(10)与分别与所述应变片(2)、超声波接收器(3)、超声波发生器(1)、4个磁场发生器(4)、感应线圈(8)电连接；
所述4个磁场发生器(4)分别置于所述强化区的不同侧面。
3.根据权利要求2所述的用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理系统，其特征在于，所述磁场调控模块还包括磁场控制器(5)，所述磁场控制器(5)与所述磁场发生器(4)电连接，所述磁场控制器(5)与控制单元(12)电连接。
4.根据权利要求2所述的用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理系统，其特征在于，所述感应线圈加热模块还包括：感应线圈控制器(9)，所述感应线圈控制器(9)与所述感应线圈(8)连接，所述感应线圈控制器(9)与所述控制单元(12)电连接。
5.根据权利要求2所述的用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理系统，其特征在于，还包括升降平台，所述升降平台用于驱动所述感应线圈(8)随着所述强化区(a)的改变而移动。
6.根据权利要求5所述的用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理系统，其特征在于，所述升降平台包括：电机(6)、丝杠螺母(7)、电机控制器(11)；
所述电机(6)的输出轴与所述丝杠螺母(7)的一端连接，所述丝杠螺母(7)的另一端与所述感应线圈(8)连接；
所述电机控制器(11)与所述电机(6)连接，所述电机控制器(11)与所述控制单元(12)电连接。
7.用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理方法，其特征在于，包括：
步骤1)：将吸能结构按照预设的变形破坏模式和定制化的结构屈曲路径划分为若干个强化区(a)和若干个弱化区(b)；所述强化区(a)用于对其进行加热，所述弱化区(b)不加热，并且包裹有相变材料；
步骤2)：在所述强化区(a)的内壁上贴应变片(2)；在所述强化区(a)的内侧布置超声波接收器(3)，在所述强化区(a)的外侧布置超声波发生器(1)；
步骤3)：控制单元(12)通过电机控制器(11)控制电机(6)，使感应线圈(8)移动至目标强化区，并使感应线圈(8)正好能包裹住所述目标强化区；
步骤4)：控制单元(12)通过感应线圈控制器(9)控制感应线圈(8)，使目标强化区开始加热；同时控制单元(12)实时检测所述超声波发生器(1)声强、超声波接收器(3)声强、应变片(2)的变形；
步骤5)：在应变片(2)的变形量大于最小阈值的情况下，控制单元(12)通过磁场控制器(5)控制磁场发生器(4)开始工作；在应变片(2)的变形量小于所述最小阈值的情况下，控制单元(12)控制所述磁场发生器(4)停止工作；
步骤6)：在所述超声波发生器(1)的声强C1与超声波接收器(3)的声强C2之差的绝对值大于声强阈值A1的情况下，控制单元(12)控制所述感应线圈(8)停止对目标强化区继续进行加热，同时控制单元(12)开始对保温时间计时；
步骤7)：在所述超声波发生器(1)的声强C1与超声波接收器(3)的声强C2之差的绝对值小于声强阈值A2的情况下，控制单元(12)计时结束；
步骤8)：计算总保温时间t＝t1+t2…+tn；其中，tn为第n次重复步骤4)～7)时的保温时间；若总保温时间t小于目标强化区所需的保温时间，则重复步骤4)至7)；当总保温时间大于目标强化区所需的保温时间，强化结束，等待下一个目标强化区的控制指令。
8.根据权利要求7所述的用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理方法，其特征在于，在强化结束后，还包括：
对强化区进行刻蚀或者激光雕刻，以使其表面形成凹凸形状和深度，从而诱导吸能结构产生稳定的更多的褶皱，以增大吸能效果。
9.根据权利要求8所述的用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理方法，其特征在于，所述凹凸形状的总面积不大于所述强化区面积的20％，凹凸深度不大于吸能结构壁厚的15％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211045764.3A CN115418453B (zh) | 2022-08-30 | 2022-08-30 | 用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211045764.3A CN115418453B (zh) | 2022-08-30 | 2022-08-30 | 用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理系统及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115418453A true CN115418453A (zh) | 2022-12-02 |
| CN115418453B CN115418453B (zh) | 2023-11-24 |
Family
ID=84200443
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211045764.3A Active CN115418453B (zh) | 2022-08-30 | 2022-08-30 | 用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115418453B (zh) |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030189027A1 (en) * | 2002-03-22 | 2003-10-09 | Benteler Automobiltechnik Gmbh | Method of making a metallic component |
| US20050145305A1 (en) * | 2002-02-08 | 2005-07-07 | Borge Bjorneklett | Method of determing a heat treatment and member so treated |
| DE102012021032A1 (de) * | 2012-10-26 | 2013-05-02 | Daimler Ag | Vorrichtung zur induktiven Erwärmung metallischer Werkstücke, Umformeinrichtung, und Verfahren zum Umformen |
| CN104862454A (zh) * | 2015-05-22 | 2015-08-26 | 华中科技大学 | 一种高硬度材料表面处理方法及装置 |
| US20150367796A1 (en) * | 2014-06-23 | 2015-12-24 | Ford Global Technologies, Llc | Energy absorbing member for a bumper assembly of a vehicle |
| KR20170027212A (ko) * | 2015-09-01 | 2017-03-09 | 주식회사 성우하이텍 | 차량용 범퍼 빔 유닛 |
| CN106521108A (zh) * | 2015-09-15 | 2017-03-22 | 现代自动车株式会社 | 使用高频信号对车辆碰撞部件进行局部热处理的方法 |
| EP3324703A1 (de) * | 2016-11-18 | 2018-05-23 | Kendrion Kuhnke Automotive GmbH | Induktionsheizeinrichtung für industrielle zwecke |
| CN108284146A (zh) * | 2018-02-12 | 2018-07-17 | 华中科技大学 | 铝合金曲面零件局部感应加热的电磁渐进成形系统及方法 |
| CN109773099A (zh) * | 2019-02-20 | 2019-05-21 | 华中科技大学 | 基于梯度感应加热的热变形工件坯料加热方法及加工方法 |
| CN110935802A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-03-31 | 上海交通大学 | 用于金属管材无模热成形或热处理的装置 |
-
2022
- 2022-08-30 CN CN202211045764.3A patent/CN115418453B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050145305A1 (en) * | 2002-02-08 | 2005-07-07 | Borge Bjorneklett | Method of determing a heat treatment and member so treated |
| US20030189027A1 (en) * | 2002-03-22 | 2003-10-09 | Benteler Automobiltechnik Gmbh | Method of making a metallic component |
| DE102012021032A1 (de) * | 2012-10-26 | 2013-05-02 | Daimler Ag | Vorrichtung zur induktiven Erwärmung metallischer Werkstücke, Umformeinrichtung, und Verfahren zum Umformen |
| US20150367796A1 (en) * | 2014-06-23 | 2015-12-24 | Ford Global Technologies, Llc | Energy absorbing member for a bumper assembly of a vehicle |
| CN104862454A (zh) * | 2015-05-22 | 2015-08-26 | 华中科技大学 | 一种高硬度材料表面处理方法及装置 |
| KR20170027212A (ko) * | 2015-09-01 | 2017-03-09 | 주식회사 성우하이텍 | 차량용 범퍼 빔 유닛 |
| CN106521108A (zh) * | 2015-09-15 | 2017-03-22 | 现代自动车株式会社 | 使用高频信号对车辆碰撞部件进行局部热处理的方法 |
| EP3324703A1 (de) * | 2016-11-18 | 2018-05-23 | Kendrion Kuhnke Automotive GmbH | Induktionsheizeinrichtung für industrielle zwecke |
| CN108284146A (zh) * | 2018-02-12 | 2018-07-17 | 华中科技大学 | 铝合金曲面零件局部感应加热的电磁渐进成形系统及方法 |
| CN109773099A (zh) * | 2019-02-20 | 2019-05-21 | 华中科技大学 | 基于梯度感应加热的热变形工件坯料加热方法及加工方法 |
| CN110935802A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-03-31 | 上海交通大学 | 用于金属管材无模热成形或热处理的装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 郑玉卿;朱西产;胡强;刘觐;: "薄壁结构棱边强化效果", 交通运输工程学报, no. 05, pages 61 - 69 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115418453B (zh) | 2023-11-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9211913B2 (en) | Structure for front side frames of automobile | |
| US20110291431A1 (en) | Crash box, and method of making a crash box | |
| EP2366591A1 (en) | Shock absorbing device for vehicle with multiple shock absorbing stages | |
| US20170292169A1 (en) | Controlled deformations in metallic pieces | |
| KR20100066532A (ko) | 프로파일을 경화하는 방법 및 장치 | |
| PT2143621E (pt) | Elemento de reforço de carroçaria, elemento lateral frontal, e estrutura lateral de carroçaria | |
| CN103069019B (zh) | 型材件和用于制造型材件的方法 | |
| CN103861931B (zh) | 一种复合吸能管的加工装置及加工方法 | |
| CN102625736A (zh) | 弯曲构件、弯曲构件的制造装置及制造方法 | |
| Guo et al. | Electromagnetic incremental forming of integral panel under different discharge conditions | |
| US20130192727A1 (en) | Control of structural performances in load-bearing components by means of strength-altering, friction stir processed pattern | |
| CN108723164B (zh) | 一种传热板成形装置和成形方法 | |
| CN105346489A (zh) | 一种形状记忆合金汽车智能吸能结构及其控制方法 | |
| CN115418453A (zh) | 用于吸能结构局部均匀强化与弱化的处理系统及方法 | |
| US11299117B2 (en) | Energy absorbing device | |
| BR102017026289B1 (pt) | Método para fabricação de peças de corpo de veículo | |
| EP1472115B1 (en) | Method of determining a heat treatment and member so treated | |
| Xu et al. | Effects of temperature and driver sheet for magnesium alloy sheet in magnetic pulse forming | |
| Zhao et al. | Designing and manufacturing a super excellent and ultra-cheap energy absorber by origami engineering | |
| CN112642930B (zh) | 一种斜凸缘盒形件电磁复合成形方法 | |
| US20110233968A1 (en) | Transmission tunnel | |
| SE540366C2 (en) | Method for improving formability of a sheet metal material and/or component properties of a sheet metal material by selective heat treatment | |
| JPWO2015198867A1 (ja) | 自動車車体用構造部材 | |
| CN220904710U (zh) | 一种电池包系统和车辆 | |
| CN113722831B (zh) | 一种两端固支z向肋板多胞薄壁的梁弯曲吸能分析方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231205 Address after: 410082 No. 1, lushanmen, Lushan South Road, Yuelu District, Changsha City, Hunan Province Patentee after: HUNAN University Patentee after: Suzhou Research Institute of Hunan University Address before: 410082 No. 1, lushanmen, Lushan South Road, Yuelu District, Changsha City, Hunan Province Patentee before: HUNAN University |
|
| TR01 | Transfer of patent right |