JP2011501781A - 工業炉において金属加工品を熱処理するための技術的手順を自動的に作成する方法及びコンピュータプログラム、並びに上記方法及びコンピュータプログラムを実行するための装置 - Google Patents

工業炉において金属加工品を熱処理するための技術的手順を自動的に作成する方法及びコンピュータプログラム、並びに上記方法及びコンピュータプログラムを実行するための装置 Download PDF

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Abstract

【課題】金属加工品の熱処理の実行を、各工業炉における熱処理の開始前に計画し、その後、自律的に実行する。
【解決手段】本発明は、熱処理のための技術的手順を自動的に作成するための方法及びコンピュータプログラム、並びに装置を提供する。前記装置はコンピュータを有する。最初に、選択された金属加工品の材料のパラメータを材料データバンクからロードすると共に、選択された処理方法の手順の枠組みの雛形をロードし、ユーザインターフェースからのデータを提供すると共に、手順の枠組みを作成する。その後、金属加工品のパラメータ、作成された手順の枠組み、及びユーザインターフェースからのデータを、部分手順に関する値として確定することによって、最終的に熱処理を行うための技術的手順(後から修正可能であり、プログラムデータバンク内に保存可能であり、工業炉における金属加工品の熱処理のために呼び出し可能な手順)が作成される。
【選択図】図1

Description

本発明は、工業炉において金属加工品を熱処理するための技術的手順を自動的に作成する方法及びコンピュータプログラムに関する。この技術的手順は、必要なパラメータを、操作者側が初期設定及び調節することに応じて、コンピュータプログラムによって作成される。この技術的手順はまた、任意で再生可能、例えば記憶可能及び表示可能であり、工業炉内の熱処理を自律的に行うために呼び出し可能である。本発明はさらに、プログラム可能な各熱処理のための方法及びコンピュータプログラムを、工業炉の自律的な進行において、自動的に実行するための装置に関する。
冒頭に記載した技術分野は、工業炉において後に行われる加工品または装入物の熱処理の最適な技術的準備であるという点に関して、今までも多く研究されてきた分野である。
それによれば、進行が合理化された工業炉において金属加工品を熱処理する方法及び装置が知られている。しかしながら、この技術的準備の領域はさらに、高い水準の熱処理方法及び炉技術を効率よく利用する可能性、及びこれに関連する工業炉の利用可能性を高める可能性を提供する。
特許文献1は、ある材料の熱処理の程度を決定する方法を教示している。この方法では、熱処理温度を示す信号を、1つの公式を用いて、熱処理ユニットの数、時間、定数、温度、及び軟化/硬化工程の相対速度に、時間について積分する。熱処理の程度を決定するために、熱処理ユニットの数は、方法を実行している間に加算される。ここで、上記信号は連続的に積分され、上記信号のサンプルは、選択された間隔をおいて積分される。熱処理ユニットの数の設定は、最低温度に応じて行うことが可能である。燃料供給の制御は、様々な温度を平均させた後に行うことが可能である。
関連する装置は、実質的に、信号を積分するための装置と、上述の方法ステップを実行する熱処理ユニットの数を加算するための装置とを有する。
ここで欠点となるのは、まず、積分値では、熱処理工程の多くの変形、例えば金属の硬化工程などを、十分に総合的に算出することができない点である。他の欠点は、熱処理の開始時または熱処理を実行中に、目標値を訂正しなければならない場合が多い点である。
他の、特許文献2に記載の金属加工品を熱処理するための公知の装置は、測定装置を備える制御装置を有している。該制御装置は、処理雰囲気用の基準パラメータと、信号を発信するための実測値とを算出し、基準値と実測値とに差異が生じている熱処理工程を、制御ユニットを用いて中止させることが可能である。
この装置は、課題によっては、方法を実行するわずかに1つの進行工程しか制御することができない。
また、既に特許文献3/特許文献4は、熱処理方法における加工品処理工程を計画するための特別な制御システムを開示している。部品の熱処理は、連結された複数のチャンバによって行われる。このうちの2つのチャンバは、炭素と化合させる処理または浸炭処理のための、回転式チャンバである。多数の部品の位置は、高温度において、反応性炭素ガスに曝される。部品は、その機能とは無関係に、回転しているチャンバの中に投入または放出される。処理チャンバは、独自の処理時間で、少なくとも2つの部品を一斉にまたは同時に処理する。
この制御システムは、次のこと、すなわち、部品毎に独自の処理時間、処理チャンバの順番を付した基準処理路、各チャンバ内に配置された部品の位置の数及び場所、及び、様々な手順及び/または指示の初期設定及びその計算、時間窓表示、更新するためのステータス手段、データバンク、硬化最低値を記録する記憶手段を有している。ここでは、予熱チャンバ、ゆっくりと冷却するチャンバ、プレスクェンチ及び装入物を急冷するチャンバ、及び回転式硬化チャンバに入ることが制御される。この方法は、制御システムの機能を記憶/記録するためのステップによって、部品を連続的な炉構造の中に入れるタイミング及び/または割当てを教示している。
この制御システム及び方法は、多数のチャンバが連結された連続炉構造において部品を熱処理するための制御システムの使用以外には、熱処理を自律的に進行させる方法も、この種の工業炉における熱処理の技術的準備も教示していない。この制御システムは、単に、連続炉構造に使用することができるだけである。
類似の種類の公知の方法及び装置は、初期設定される個々の方法パラメータが、操作者またはユーザの熱技術的ノウハウに大幅に依存している点で共通している。従って、常に、到達すべき特性を有する加工品に、求められる熱技術的に特定された処理が行われるとはいえない。
金属加工品を熱処理する特定の熱処理方法を規定通りに実行するには、上記方法を実行するための対応する方法パラメータを、操作者側で初期設定する必要がある。このような方法パラメータは、例えば、温度、圧力、処理時間、及び/または同様のものであってよい。この、操作者側で初期設定される方法パラメータが、方法の結果を決定する。このため、到達すべき所望の方法の結果を得るには、対応する方法パラメータを、可能な限り正確に、かつ、客観的な基準に基づいて初期設定することが極めて重要である。
経験に基づいた値が、特定の熱処理方法を実行するための方法パラメータの初期設定に完全に適したものとして利用可能である場合でも、欠点がないとはいえない。
このようにして、特に、操作者側の誤推定が絶えず生じ、その結果、方法パラメータに関して誤入力が生じる。この誤入力によって、加工品が誤って処理され、棄却率が不必要に増大する。
特に、工業炉の操作者は、金属加工品を熱処理する熱処理方法を実行するための方法パラメータを、信頼性を有して初期設定し、その後の工業炉における加工品の熱処理が、できる限り誤入力の無いように、自律的に進行可能であることが望まれる。
DT 26 30 818 A1 独国実用新案第20 2006 018 879 U1号明細書 欧州特許第0 556 176 B2号明細書 独国特許発明第91 04 377 T3号明細書
本発明の課題は、工業炉において金属加工品を熱処理するための技術的手順を自動的に作成する方法及びコンピュータプログラムを実現すること、及び、プログラム制御されて行われる決定工程によって、工業炉における金属加工品の熱処理の実行を、各工業炉における熱処理の開始前に計画することが可能になり、その後、上記熱処理を、一装置によって自律的に進行させて実行することが可能になるという条件を満たすことにある。
どの材料をどのように処理するかという方針を確実にプログラムすると共に初期設定して、熱処理が、炉内の熱処理プロセスの客観に基づく技術的初期設定に従って、進行可能になる必要がある。
この後、本発明に従ってプログラムされると共に作成された、加工品/装入物が入れられた炉における処理のための手順を始動させることが可能である。これによって、最終的には、プログラムに従った自律的な熱処理の進行が確保される。
従って、全ての方法パラメータは、工業炉内の熱処理の開始から終了まで、できる限り、操作者またはユーザの主観に左右される影響または知識(ノウハウ)とは無関係に、保持される必要がある。
上記課題は、本発明の方法及びコンピュータプログラムに従って解決される。本発明の方法及びコンピュータプログラムは、
・各加工品の材料のための値、熱処理方法の情報、及び各工業炉の技術仕様の情報と、
・加工品を熱処理するための事前計算可能なパラメータの、段階的な初期設定または作成と、
・熱処理プログラムを作成するコンピュータであって、データバンクと、作成された熱処理プログラムを規定どおりに記憶する機能と、工業炉において熱処理を始動するために上記熱処理プログラムを呼び出す機能とを備える該コンピュータとを用いて、
a)第1のプログラムステップにおいて、材料群及び材料を選択し、選択された材料に応じて、熱処理方法を決定するステップと、
b)第2のプログラムステップにおいて、加工品/装入物のデータについて、例えば、肉厚を入力し、参照形状を選択し、装入物の重量を入力し、装入物の構成を選択し、これによって、自動的に仮想肉厚を計算するステップと、
c)第3のプログラムステップにおいて、上記仮想肉厚、装入物のデータ、及び工業炉の利用可能なパラメータから、場合によっては手動で変更可能であるような、材料に応じた加熱特性及び急冷特性を積分するステップと、
d)第4のプログラムステップにおいて、まず、選択された材料のデータを、処理パラメータにロードすると共に、選択された熱処理方法のデータを、手順の枠組みの雛形にロードするステップと、手順の枠組みの雛形より、ユーザインターフェースからのデータ、例えば、加熱特性、急冷特性、及び場合によっては基準硬度を用いることによって、1つの手順の枠組みを作成するステップと、これによって、部分手順に関する値、例えば、部分手順の持続時間、温度、勾配上昇値及び/または温度勾配、及び圧力を確定するステップと、
その後、第4のプログラムステップの結果を受けて、技術的熱処理手順を自動的に作成するステップとを含む。上記技術的熱処理手順は、後から修正可能であり、プログラムデータバンク(12)内に保存可能であり、金属加工品を熱処理するために工業炉に呼び出し可能である。
第3のプログラムステップの後、第1の作業ステップにおいて、1つの値領域から、材料に応じた到達可能な作業硬度に従って、所望の基準値を、作業硬度の標準値として選択及び入力することが可能である。
少なくとも第3のプログラムステップの後は、第2の作業ステップにおいて、加工品/装入物の、時間が最適化された処理または遅延の少ない処理のための最適化設定を確定及び設定する。
第3の作業ステップにおいて、作成された熱処理手順の手動による修正及び保存を、プログラムデータバンクにおいて行う。
上記方法及びコンピュータプログラムは、第5のプログラムステップにおいて熱処理手順の炉への伝送が行われることで、さらに充実され得る。ここでは、工業炉において自律的に進行する加工品/装入物の熱処理のために、熱処理プログラムが、プログラムデータバンクから呼び出され、工業炉における熱処理のために運ばれる。
既に第1のプログラムステップにおいて、処理方法は、材料群のデータ及び材料のデータから、材料データバンク10の第1のデータ、第2のデータ、及び第3のデータに従って決定される。
第2のプログラムステップにおける仮想肉厚の算出は、アルゴリズムに従って、関係f=fCG *CA *G1に従って関数=f *として行われる。
プログラムでは、制御設備が用いられる。この制御設備は、参照形状用の第4のデータと、装入物の構成用の第5のデータと、加熱特性用の第6のデータと、急冷特性用の第7のデータとを有している。
制御設備内の第4のデータは、参照形状の情報用のデータを含む。参照形状の例には、球体、円筒平板、中空円筒状の輪、円筒状の波、平面四角形、角棒、四面体が挙げられる。
制御設備内の第5のデータは、装入物の構成を含む。装入物の構成の例には、1つの層から成る横方向の構成、1つの層から成る縦方向の構成、多層から成る横方向の構成、多層から成る縦方向の構成、積層構造が挙げられる。
第3のプログラムステップでは、加熱特性を、制御設備内の第6のデータに基づき、予熱ステップの数の大きさにおいて、℃/分の上昇値が変化度として入力し、急冷特性を、制御設備内の第7のデータに基づき、バール(Bar)の単位で入力する。
操作者にとっては、既に第1のプログラムステップの後に、コンピュータ内に保存された時間−温度変化グラフ、及び保存された焼戻し曲線が示されていることが都合がよい。
さらに、所望の作業硬度が、材料データバンクから、第8のデータに基づいて入力されることが好ましい。
所定の技術の熱処理のパラメータから作成及び保存された、工業炉において進行する総合的な熱処理の手順は、測定ユニットを用いて実測値によって測定され、比較回路によって上記所定の技術のパラメータと比較され、差異が生じている場合は、制御ユニットによって容易に再調整することが可能である。
上記方法を実行するための装置は、コンピュータを含み、上記コンピュータは、データバンクと、作成された各熱処理プログラムを規定どおりに記憶する機能と、工業炉において熱処理を始動するために上記熱処理プログラムを呼び出す機能とを備える。ここで、本発明によれば、上記コンピュータにはユーザインターフェースが割当てられている。このユーザインターフェースは、
・材料群、材料、及び方法
・肉厚、参照形状、装入物の重量、装入物の構成、仮想肉厚
・加熱特性、急冷特性
・作業硬度/基準硬度
・時間が最適化されていること及び遅延が少ないこと
・プログラム名
を表示するためのフィールドを有している。
上記ユーザインターフェースはさらに、操作者によって選択可能かつ変更可能な参照形状用の第1の仮想スライダと、操作者によって選択可能かつ変更可能な装入物の構成用の第2の仮想スライダと、操作者によって選択可能かつ変更可能な仮想肉厚用の第3の仮想スライダと、操作者によって選択可能かつ変更可能な加熱特性用の第4の仮想スライダと、操作者によって選択可能かつ変更可能な急冷特性用の第5の仮想スライダとを有している。
これらの構成要素によって、上記ユーザインターフェースは、課題の解決を独創的に支援する技術的決定手段を形成する。
最終的にこの装置は、実用的には、工業炉において測定された実測値のための測定ユニットと、作成された熱処理プログラムに従って初期設定された技術のパラメータと比較するための比較回路と、パラメータに差異が生じている場合に再調整するための制御ユニットとを有している場合に、より完全なものになる。
工業炉において自律的に進行する、加工品/装入物の熱処理は、総合的に作成された手順を保存した後、ユーザインターフェース上のボタンを介して、プログラムデータバンクから呼び出され、工業炉における熱処理のために運ばれる。
作成された各熱処理プログラムは、ユーザインターフェースにおいて、象徴的なスライダで表され、該スライダにおいて手動で操作され、さらなるボタンによって保存され得る。
本方法によれば、ある熱処理方法の実際の方法パラメータが実測値として測定可能であることが都合がよい。
その後、実測値として測定された方法パラメータを、基準値として初期設定された方法パラメータと比較し、測定された実測値と初期設定された基準値との間に差異が生じている場合、方法パラメータの再調整を行うことが可能である。
本方法は、概して、第1の選択値に応じて、第2の選択値を選択するためのリストを決定、生成、または作成すること、及び、初期設定値を、熱処理される加工品、または熱処理される多数の加工品から形成される装入物に応じて、初期設定することを教示している。
典型的には、選択値及び/または初期設定値は、まず、操作者側によって、選択または初期設定されるが、その後は、これらの値に基づいて、対応する、1つの機能を実行する算術演算装置の方法パラメータが、自動的に作成される。こうして決定された方法パラメータは、ここで、事前計算可能なパラメータとして表示される。これらの方法パラメータは、操作者側において、客観的に必要な範囲においてのみ操作可能である。
基本的に、操作者側における操作が行われなかった場合、こうして事前計算されたパラメータは、方法側で保持される基準値、従ってこの技術的手順のためのパラメータとして受け入れられる。熱処理は、作成されたこの技術手順に従って、つまり工業炉における自律的な進行において実行されることが可能である。
場合によっては、操作者側は、計算によって決定されたパラメータだけを操作することが求められる。従って、本発明に係る方法では、計算によって決定されたパラメータの変更が可能であることも想定可能である。これは、例えば時間を最適化する必要がある場合、または遅延を少なくさせる必要がある場合に、操作者側が行う最適化設定に関連している。
この最適化設定は、システムが前もって入力された選択値及び/または初期設定値を用いて決定した一定の範囲においてのみ可能であり、この最適化設定に応じて、作成された熱処理方法を実行するための方法パラメータをさらに最適化することが可能である。
場合によっては、求められる熱処理の結果を得るために、多数の選択値及び/または初期設定値、並びに多数の最適化設定を行ってもよい。
上記方法及びコンピュータプログラムを実行するために、本発明に係る装置は、
・熱処理プログラムを作成するコンピュータと、
・材料データバンク及び制御設備から保存された、上述のデータと、
・作成された熱処理プログラムを規定どおりに記憶する機能と、
・工業炉において熱処理プログラムを始動するために呼び出す機能
との集合体から構成される。
本発明は、特定の熱処理方法をオートメーション化して実行するための方法パラメータを決定しかつ確定するように構成されていることが有効である。こうすることによって、金属加工品を熱処理する熱処理方法を実行するための方法パラメータを、操作者側の経験に基づいた値とは無関係に決定しかつ確定することが、極めて効率よく行われる。
従って、本発明によって、金属加工品を熱処理する熱処理方法を実行するための方法パラメータを、信頼性を有して、かつ、再現可能に、初期設定することが可能である。従って、所望の処理の結果を、操作者とは無関係に、すなわち操作者側のまたは主観的な、経験及び方法に基づいた値とは無関係に、得ることができる。
本発明は、所定のデータを有するリストからの一定の選択値を利用するものである。上記所定のデータには、処理される加工品の材料が挙げられる。従って、例えば、材料を選択するためにリストが設けられている。上記リストには、高速度工具鋼、冷間工具鋼、熱間工具鋼、ステンレス鋼といった関連する材料群が記載されている。操作者側は、このリストから、第1の選択値を確定するために選択する。
さらなる選択値のために、所望の処理方法の選択が行われる。リストには、これに関しても、想定可能な処理方法、例えば、硬化法、硬化及び焼戻し法、硬化及び熱浴法、硬化及び熱浴及び焼戻し法、焼戻し法、軟化焼戻し法、溶体化処理、加圧処理、及び/または同様のものが保存されている。操作者側は、このリストから、実行される所望の処理方法を選択する。
状況によっては、先になされた材料の選択が、選択可能なある処理方法を最初から排除する場合もある。このため、本発明の卓越した特徴によれば、いくつかの値が作成され、これらの値によって、第1の選択値に応じたさらなる選択値が作成可能である。このため、操作者側の誤入力または誤った経験に基づいた値の入力は、基本的に最初から最小化または回避され得る。
従って、操作者側が材料データバンクから選択する選択値は、所定の熱処理方法を既述の技術的手順の範囲において実行するための方法パラメータを作成することに寄与する。
選択値に加えて、初期設定値も、この方法パラメータを確定することに寄与する。本発明は、このような初期設定値とは、熱処理される加工品に応じて、または熱処理される多数の加工品から形成される装入物に応じて初期設定される値であると理解されることを意図するものである。
処理される加工品の肉厚、参照形状、加工品または装入物の重量、及び装入物の構成も、これに属している。ここでは、「処理される加工品の肉厚」とは、処理される加工品または処理される加工品を構成する部材の材料の厚さであると理解される。
参照形状としては、例えば、球体、円筒平板、中空円筒状の輪、円筒状の波、平面四角形、角棒、四面体などが挙げられ得る。
この、装入物データとも呼ぶことが可能な初期設定値に基づいて、操作者側が前もって選択した制御設備の選択値を考慮しながら、所定の熱処理を実行するための方法パラメータが、自動的に決定され得る。ここでは、制御設備の方法パラメータとは、加熱特性及び急冷圧力並びに基準値及び最適化設定を指す。
加熱特性とは、硬化プロセスの加熱工程の強度及び形態を説明するものである。加熱特性は、予熱ステップの数(例えば0〜4である)を初期設定する。この数は、温度基準値の上昇値と同じであり、すなわち個々の予熱ステップ間、及び最後の予熱ステップと到達すべき温度基準値との間の、温度基準値の上昇値と同じである。この上昇値は、例えば5℃/分から30℃/分の範囲にあり、場合によっては温度ジャンプが初期設定されてもよい。
急冷圧力は、用いる急冷ガスに応じて、例えば2バールから12バールの範囲内である。
本発明を用いて決定可能な、加熱特性及び急冷圧力といった方法パラメータは、最初に計算される方法パラメータとして機能する。この最初に計算される方法パラメータは、操作者側が、一定の範囲内すなわち上限値及び下限値を、操作すなわち後設定することが可能である。
このため、上述の装入物データを用いて、「仮想」、すなわち想定可能なまたは外見上の肉厚が、中間値として計算され、作成されて、出力されるようになっている。
操作者は、この中間値を、一定の範囲内でのみ操作、すなわち後設定することが可能である。このような後の設定に応じて、本発明に係る装置及び算術演算装置を用いて自動的に決定可能な方法パラメータが作成される。従って、本発明に係る装置は、自動的に決定された方法パラメータを操作、すなわち後設定するという可能性を提供する。しかしながら、方法パラメータを後設定することは、決して任意の値を設定するということではない。
この、操作者が方法パラメータを一定の範囲において後設定可能であるという、本発明によって提供される可能性のために、算出された選択値及び/または初期設定値に基づいて決定された方法パラメータを、計算による方法パラメータと呼ぶ。
本発明の構成では、実際に基準値として初期設定された方法パラメータ、すなわちある熱処理方法を所望の通りに実行するために基準値として初期設定された方法パラメータは、当該熱処理を実行時に、測定され、比較され、かつ場合によっては再調整される。
計算による方法パラメータは、定期的に手順を決定する。上述のように、計算による方法パラメータを後設定し、後設定された方法パラメータが、方法の実行時に保持される基準値を保証するようにしてもよい。
本発明は、最終的に、操作者側に、手順として作成された熱処理を、時間が最適化された状態で、または、処理される加工品に関して遅延が少ないように最適化された状態で、ミスデータ無しに実行させることが可能である。これ以外にも、所望の基準硬度に関する強制的な情報を事前に設定することも可能である。
最適化設定などの、操作者側が行う全ての設定は、到達すべき熱処理の結果に関して事前に決定された方法パラメータを、後に自律的に進行する熱処理に最適化させて、準備することに寄与する。
ここでは、熱処理を実行する際に用いられる、測定装置を備える制御装置は、実際の実測値を測定した後に、比較回路を用いて、事前に計算された技術の手順と比較して、その後、一方の実測値と他方の基準値との間に差異が確認された場合には、実測値の後設定を行うことが可能であり、つまり、本来の熱処理方法を行っている間に後設定を行うことが可能である。
このようにして、有利にも、方法の結果に大きく影響を与える方法パラメータの後調整が必要である場合の、該方法パラメータの絶え間ない、すなわち連続的な後調整が可能である。
実測値を決定するために、測定装置に、対応するセンサ、例えば、温度センサ及び/または圧力センサが設けられていることが、当業者の取り扱いには都合がよい。
本発明は、その全範囲において、所定の熱処理の結果を得るために必要な、事前設定される方法パラメータを、本方法及びコンピュータプログラムに従って、本発明に係る装置を用いて、自動的に行うことを可能にする。ここで、示される選択値及び/または初期設定値は、常に、何らかの主観的または操作者側の経験に基づいた値ではなく、客観的に算出された値である。
結果的に、本発明によれば、有利にも、作成された金属加工品を熱処理するための手順を、プログラム技術的に、処理及び準備して、さらに、上記熱処理を自律的に進行させることが可能である。
熱処理を実行するための方法パラメータを自動的に決定しかつ確定することが可能であるため、操作者側が、初期設定される方法パラメータに関して誤入力をすることは、全体的に、不可能になるという利点がある。そのため、加工品の誤処理は、事実上回避され得る。
本発明に係るプログラム及び装置を概略的に示す図である。 本発明に係る、ユーザインターフェース内のプログラムステップの構造を示す、フロー図である。 プログラム作成の要素を示すフロー図である。 プログラムを操作するためにコンピュータに割当てられたユーザインターフェースを、象徴的に示される時間−温度変化図のグラフと共に示す図である。 図3aと同様であるが、象徴的に示される焼戻しグラフと共に示されている。
最初に、本発明を図1に係る概要によって説明する。
コンピュータ1には、材料群用の第1のデータ、材料用の第2のデータ、方法用の第3のデータ及び作業硬度用の第8のデータを有する材料データバンク10と、参照形状用の第4のデータ、装入物の構成用の第5のデータ、加熱特性用の第6のデータ及び急冷特性用の第7のデータを有する制御設備11とが格納されている。
材料データバンク10及び制御設備11は、熱処理のために決定可能かつ事前計算可能なパラメータを含む。これによって、範囲内で算出されたパラメータの選択及び/または表示を容易な操作でかつ客観に基づいて行うことが可能である。
2つのブロック「材料データの保全」及び「ユーザインターフェースI−IV」によって、材料データバンク10及び制御設備11、並びにプログラムデータバンク12への、プログラムの機能的な関係が示されている。プログラムデータバンク12には、本発明に従って作成された熱処理技術的手順が記憶されている。この手順は、加工品を熱処理するために、工業炉5に伝送され得る。工業炉5には、測定ユニット7、制御ユニット6、及び、相互接続された比較回路8が関連付けられている。
図2a及び図2bに係るフロー図は、本発明に係るプログラムの順番を簡素化して示すものである。プログラムの方法は、
1.第1のプログラムステップIにおいて、材料群及び材料を選択し、選択された材料に応じて、熱処理方法を決定するステップと、
2.第2のプログラムステップIIにおいて、加工品/装入物のデータについて、例えば、肉厚を入力し、参照形状を選択し、装入物の重量を入力し、装入物の構成を選択し、これによって、自動的に仮想肉厚を計算するステップと、
3.第3のプログラムステップIIIにおいて、上記仮想肉厚、装入物のデータ、及び工業炉の利用可能なパラメータから、場合によっては手動で変更可能であるような、材料に応じた加熱特性及び急冷特性を積分するステップと、
4.第4のプログラムステップVにおいて、まず、選択された材料のデータが処理パラメータにロードされると共に、選択された熱処理方法のデータが手順構造の雛形にロードされ、手順構造の雛形より、ユーザインターフェースからのデータ、例えば、加熱特性、急冷特性、及び場合によっては基準硬度を用いることによって、1つの手順構造が作成され、これによって、部分手順に関する値、例えば、部分手順毎の持続時間、温度、勾配上昇値及び/または温度勾配、及び圧力が確定され、その後、第4のプログラムステップVの結果を受けて、技術的熱処理手順が自動的に作成されるステップとを含む。上記技術的熱処理手順は、後から修正可能であり、プログラムデータバンク(12)内に保存可能であり、金属加工品を熱処理するために工業炉に呼び出し可能である。
本発明の当業者が意味するところでは、特に、上述の部分手順に関する値から選択された概念は、次の様に定義される。「部分手順の持続時間」は、各処理区域における加工品を熱処理するための時間として定義され、「温度勾配」は、1つの部分手順が開始される初期温度値から該部分手順が終了する目標温度値までの直線状の温度経過として定義され、「勾配上昇値」は、温度勾配の上昇値として定義され、この上昇値は、プラスであってもマイナスであってもよく、1つの単位(℃/分)で入力される。
図2aによれば、第3のプログラムステップIIIの後、第1の作業ステップIVにおいて、1つの値領域から、材料に応じた到達可能な作業硬度に従って、所望の基準値を作業硬度の標準値として選択及び入力する。
少なくとも第3のプログラムステップIIIの後は、第2の作業ステップVIにおいて、加工品/装入物の、時間が最適化された処理または遅延の少ない処理を確定及び設定する。
図2bによれば、第3の作業ステップVIIにおいて、作成された熱処理手順の手動による修正及び保存を、プログラムデータバンクにおいて行う。
第5のプログラムステップVIII(図1)において、熱処理手順の工業炉5への伝送が行われる。ここで、工業炉5において自律的に進行する加工品/装入物の熱処理のために、熱処理プログラムが、プログラムデータバンク12から呼び出され、熱処理のために運ばれる。
第1のプログラムステップIにおいて、処理方法は、材料群及び材料のデータから、材料データバンク10の第1のデータ、第2のデータ、及び第3のデータに従って決定される。
第2のプログラムステップIIにおいて、仮想肉厚は、アルゴリズムに従って、関係f=fCG *CA *G1に従って関数=f *として作成される。
制御設備11は、参照形状用の第4のデータ、装入物の構成用の第5のデータ、加熱特性用の第6のデータ、及び急冷特性用の第7のデータを有している。
制御設備11内の第4のデータは、参照形状を描写するデータを含む。参照形状の例には、球体、円筒平板、中空円筒状の輪、円筒状の波、平面四角形、角棒、四面体が挙げられる。
制御設備11内の第5のデータは、装入物の構成を含む。装入物の構成の例には、1つの層から成る横方向の構成、1つの層から成る縦方向の構成、多層から成る横方向の構成、多層から成る縦方向の構成、積層構造が挙げられる。
第3のプログラムステップIIIでは、加熱特性は、制御設備11内の第6のデータに基づいて、予熱ステップの数の大きさにおいて、℃/分の上昇値が変化度として入力され、急冷特性は、制御設備内の第7のデータに基づいてバールを単位として入力される。
第1のプログラムステップIの後、コンピュータ1(図1)では、保存された時間−温度変化図20.2(図3a)、及び保存された焼戻し曲線20.1(図3b)が、グラフ20としてユーザインターフェース30上に示される。
所望の作業硬度が、材料データバンク10から第8のデータに基づいて入力される。
図1によれば、工業炉5において進行する、所定の技術の熱処理のパラメータから作成及び保存された総合的な熱技術的手順は、測定ユニット7を用いて実測値によって測定され、比較回路8によって上記所定の技術のパラメータと比較され、差異が生じている場合は、制御ユニット6によって再調整される。
熱処理技術的手順を規定どおりに設定するために、図3a及び図3bのユーザインターフェース30が役立っている。このユーザインターフェース30は、5つの仮想スライダを有している。これらの仮想スライダは、第1の仮想スライダII.2.1、第2の仮想スライダII.4.1、第3の仮想スライダII.5.1、第4の仮想スライダIII.1、及び第5の仮想スライダIII.2.1である。これら5つの仮想スライダは、対応するデータ内に保存された入力データの、範囲内で算出された値の選択及び/または表示を、容易な操作でかつ客観に基づいて行うことを支援するものである。
このユーザインターフェース30は、有効な技術的及び形式論理的な補助手段であり、プログラムの実行時に、客観的に求められる熱処理の技術的手順を決定するように操作者を導くものである。
図2a及び図2bに概略的に示したように、事前計算可能なパラメータ2の段階的な作成または初期設定をもって、加工品の熱処理は、次の方法ステップに従って確定される。これに従って、コンピュータ1(図1)は、最終的な工業炉5(図1)用の熱処理プログラムを作成する。
本発明を、例として選択したデータを記載したプログラムステップにおいて、より詳細に説明する。
第1のプログラムステップIにおいて、材料群(例えば高速度工具鋼など)及び材料(例えばHS6−5−2Cなど)のデータから、選択された材料に応じた処理方法(ここでは、硬度+3×焼戻し法など)が決定される。
第2のプログラムステップIIにおいて、装入物の加工品のデータによって、
・肉厚10mm、
・平面四角形などの参照形状(第1の仮想スライダII.2.1を有する)、
・装入物の全重量100kg、
・積層構造などの装入物の構成(第2の仮想スライダII.4.1を有する)
が入力され、これから自動的に13mmの仮想肉厚が作成される。この仮想肉厚は、第3の仮想スライダII.5.1によって変更可能であり、図3a及び図3bではフィールドII.5内に表示され得る。
作成されたこの13mmの肉厚は、次表のような因数fCG、fCA及びfG1、並びにプログラムにおいてまとめられた表を用いて、本発明に従ってプログラム内に保存された関数f=fCG *CA *G1から計算可能である。
Figure 2011501781
第3のプログラムステップIIIにおいて、上記仮想肉厚、装入物のデータ、及び工業炉の利用可能なパラメータから、材料に応じた、2VW/15℃である加熱特性及び2バールである急冷特性が積分される。これらの特性は、(図3a及び図3bに明示したように)、第4の仮想スライダIII.1.1及び第5の仮想スライダIII.2.1によって選択及び変更可能である。
仮想肉厚と、材料と、選択された方法とに応じた加熱特性の段階は、次の通りである。
Figure 2011501781
Figure 2011501781
ここに提案する、仮想肉厚に応じた加熱特性の段階は、次表で表される。
Figure 2011501781
予熱段階の数は、選択された方法及び用いられる材料に応じて決定される。
さらに、これらのデータは、材料データバンク10及び制御設備11(図1)内に保存される。
取り得る加熱特性のためのスライダの段階の範囲は、次表により、予熱段階の数によって決定される。
Figure 2011501781
仮想肉厚、材料、及び選択された方法に応じた急冷特性は、次のように算出される。
材料−処理データバンクには、材料毎に、1つの表が保存されている。この表は、仮想肉厚に応じた急冷圧力を示している。ここで、仮想肉厚は、それぞれ、4つの領域に分類されている。
Figure 2011501781
第1の作業ステップIVにおいて、1つの値領域から、材料に応じた到達可能な基準値66HRCを有する焼戻し曲線20.1(図3b)に従って、所望の基準値を標準値として選択及び入力する。
第2の作業ステップVIにおいて、作成された熱処理プログラムを、加工品/装入物の、時間が最適化された処理または遅延の少ない処理に設定することが可能である。
第4のプログラムステップVにおいて、プログラム名VW(850,1080)H(1210)A540,540,510)を有する総合的な熱技術的手順が、自動的に作成される。この手順は、再生可能であり、工業炉5への入力を呼び出すために、プログラムデータバンク内に記憶可能であり、図3a及び図3bの参照番号V.1のように表示可能である。
第3の作業ステップVII(図2b)では、熱技術的手順を、後から、手動によって修正可能である。
第5のプログラムステップVIII(図1)において、工業炉5において自律的に進行する、加工品/装入物の熱処理のために、熱処理プログラムが、プログラムデータバンクから呼び出され、工業炉5における熱処理のために運ばれる。
図3a及び図3bを参照すると、プログラムの進行させるために、材料データバンク10(図1)には、
a)第1のデータ(材料群の情報、ここではフィールドI.1において選択された高速度工具鋼)と、
b)第2のデータ(材料の定義、ここではフィールドI.2において選択されたHS−6−5C)と、
c)第3のデータ(処理方法、ここではフィールドI.3において選択された硬度+3×焼戻し法)と、
d)第8のデータ(フィールドIV.1において入力された所望の作業硬度である66HRC)とが含まれ、
制御設備11(図1)には、
e)第4のデータ(参照形状の情報、ここではフィールドII.2に表示された平面四角形)と、
f)第5のデータ(第2の仮想スライダII.4.1によって入力可能な装入物の構成、ここではフィールドII.4における積層構造が当てはまる)と、
g)第6のデータ(加熱特性、このデータから、15℃/分上昇させる2つの予熱段階の数が、フィールドIII.1に表示される)と、
h)第7のデータ(急冷特性、このデータから、フィールドIII.2に2バールと表示される)とが含まれる。
フィールドII.1には肉厚のデータである10mmが入力され、フィールドII.3には装入物の重量である100kgが、コンピュータに保存されたデータ無しに入力される。
最適化設定は、フィールドV.1(図3a及び図3b)において、時間を最適化させた状態で行われ、フィールドV.2において、遅延が少ない状態で行われる。
最後に、フィールドVI.1(図3a及び図3b)では、熱技術的手順の名称が表示される。ここでは「VW(850,1080)H(1210)A540,540,510)」と作成される。
プログラム名VW(850,1080)H(1210)A540,540,510)を有する、工業炉5において進行する、所定の技術の熱処理のパラメータから作成及び保存された総合的な熱技術的手順は、図1によれば、測定ユニット7を用いて実測値によって測定され、比較回路8によって上記所定の技術のパラメータと比較され、差異が生じている場合は制御ユニット6によって再調整される。
図1ではさらに、方法を実行するための装置は、プログラムデータバンク12を備えるコンピュータ1を有している。このプログラムデータバンク12は、作成された上述の熱処理プログラムを規定どおりに記憶するためのものであり、かつ工業炉5において熱処理を始動させるために上記熱処理プログラムを呼び出すためのものである。さらに、工業炉5において測定された実測値用の測定ユニット7と、所定の技術のパラメータと比較するための比較回路8と、差異が生じている場合に再調整するための制御ユニット6とが設けられている。
図3a及び図3bによれば、コンピュータ1に割当てられたユーザインターフェース30は、上述のフィールドに、
・材料群(フィールドI.1)、材料(フィールドI.2)、及び方法(フィールドI.3)と、
・肉厚(フィールドII.1)、参照形状(フィールドII.2)、装入物の重量(フィールドII.3)、装入物の構成(フィールドII.4)、仮想肉厚(フィールドII.5)と、
・加熱特性(フィールドIII.1)、急冷特性(フィールドIII.2)と、
・作業硬度/基準硬度(フィールドIV.1)と、
・時間が最適化された設定(フィールドVI.1)または遅延が少ない設定(フィールドVI.2)と、
・プログラム名(フィールドV.1)とを表示する。
第8のプログラムステップVIIIにおいて、この作成されたプログラム「VW(850,1080)H(1210)A540,540,510)」は、総合的に作成された手順に応じた、工業炉5において自律的に実行される装入物の熱処理の所望の時点で、ユーザインターフェース30の図示していないボタンを介してプログラムデータバンクから呼び出され、工業炉5における熱処理のために運ばれることが可能である。
図3a及び図3bによれば、段階的に作動する熱処理プログラムは、ユーザインターフェース30において全体的かつ象徴的に再実行可能であり、詳細には示していない、例えばスライダまたはボタンによって、手動でかつミス無しに処理可能である。
図2a及び図2bは、フロー図として、対応する値に係る熱技術的手順を規定どおりに設定する工程から、作成された熱処理プログラムを規定どおりに保存する工程までの関係を概略的に示すと共に、工業炉5において熱処理を始動するためにプログラムデータバンク12からの呼び出し工程を概略的に示している。これらの図から、本発明に係る基本的なプログラムの順番が明らかである。
図2a及び図2bの個々のブロック内に図示すると共に説明した関係は、本発明の開示内容に属するものであり、本発明に従ったプログラムの実行を可能にするものである。このプログラムの実行は、ここに記載した内容と同一または同等のものであり得る。プログラム(ここでは例えば「VW(850,1080)H(1210)A540,540,510)」)は、最終的には、図2a及び図2b並びに図3a及び図3bと同様に、実行されるパラメータから自動的に作成されるという点が重要である。
内部検査及び目標とされる結果に応じて、次のことが保証される。金属加工品を熱処理するための工業炉の潜在的なユーザは、本発明に係る、対応する技術的手順を作成するための方法及びコンピュータプログラム並びに装置によって、加工品装入物の熱処理時に自律的な作業プロセスを行うという構想を、効率よくかつ可能な限り操作者個人の特別な知識とは無関係に、解決することが可能である。
1 コンピュータ
5 工業炉
6 制御ユニット
7 測定ユニット
8 比較回路
10 材料データバンク(材料群用の第1のデータ、材料用の第2のデータ、方法用の第3のデータ、及び作業硬度用の第8のデータを有する)
11 制御設備(参照形状用の第4のデータ、装入物の構成用の第5のデータ、加熱特性用の第6のデータ、及び急冷特性用の第7のデータを有する)
12 プログラムデータバンク
20 グラフ
20.1 焼戻し曲線(焼戻し図)
20.2 時間−温度変化グラフ(図)
30 ユーザインターフェース
I 第1のプログラムステップ
I.1 フィールド:材料群
I.2 フィールド:材料
I.3 フィールド:方法
II 第2のプログラムステップ
II.1 フィールド:肉厚
II.2 フィールド:参照形状
II.2.1 第1の仮想スライダ
II.3 フィールド:装入物の重量
II.4 フィールド:装入物の構成
II.4.1 第2の仮想スライダ
II.5 フィールド:仮想肉厚
II.5.1 第3の仮想スライダ
III 第3のプログラムステップ
III.1 フィールド:加熱特性
III.1.1 第4の仮想スライダ
III.2 フィールド:急冷特性
III.2.1 第5の仮想スライダ
IV 第1の作業ステップ
IV.1 フィールド:作業硬度(基準硬度)
V 第4のプログラムステップ
V.1 作成された熱技術的手順の名称/プログラム名
VI. 第2の作業ステップ
VI.1 フィールド:時間が最適化された
VI.2 フィールド:遅延が少ない
VII 第3の作業ステップ
VIII 第5のプログラムステップ

Claims (21)

  1. 工業炉(5)において金属加工品を熱処理するための技術的手順を自動的に作成するための方法及びコンピュータプログラムであって、
    各加工品の材料のための値、熱処理方法の情報、及び各工業炉(5)の技術仕様の情報と、
    加工品を熱処理するための事前計算可能なパラメータの、段階的な初期設定または作成と、
    熱処理プログラム作成コンピュータ(1)であって、データバンクと、作成された熱処理プログラムを規定どおりに記憶する機能と、工業炉(5)において熱処理を始動するために前記熱処理プログラムを呼び出す機能とを備えた、該コンピュータとを用いて、
    a)第1のプログラムステップ(I)において、材料群及び材料を選択し、選択された材料に応じて、熱処理方法を決定するステップと、
    b)第2のプログラムステップ(II)において、加工品/装入物のデータについて、例えば肉厚を入力し、参照形状を選択し、装入物の重量を入力し、装入物の構成を選択し、これによって、自動的に仮想肉厚を計算するステップと、
    c)第3のプログラムステップ(III)において、前記仮想肉厚、装入物のデータ、及び工業炉の利用可能なパラメータから、場合によっては手動で変更可能であるような、材料に応じた加熱特性及び急冷特性を積分するステップと、
    d) 第4のプログラムステップ(V)において、まず、
    選択された材料のデータを、処理パラメータにロードすると共に、選択された熱処理方法のデータを、手順の枠組みの雛形にロードするステップと、
    前記手順の枠組みの雛形より、ユーザインターフェースからのデータ、例えば、加熱特性、及び急冷特性、及び場合によっては基準硬度を用いることによって、1つの手順の枠組みを作成するステップと、これによって、
    部分手順に関する値、例えば、部分手順の持続時間、温度、勾配上昇値及び/または温度勾配、並びに圧力を確定するステップと、
    その後、第4のプログラムステップ(V)の結果を受けて、技術的熱処理手順を自動的に作成するステップとを含み、前記技術的熱処理手順は、後から修正可能であり、プログラムデータバンク(12)内に保存可能であり、金属加工品を熱処理するために工業炉(5)に呼び出し可能であることを特徴とする方法。
  2. 前記第3のプログラムステップ(III)の後、第1の作業ステップ(IV)において、1つの値領域から、材料に応じた到達可能な作業硬度に従って、所望の基準値を作業硬度の標準値として選択及び入力することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 少なくとも前記第3のプログラムステップ(III)の後に、第2の作業ステップ(VI)において、加工品/装入物の、時間が最適化された処理または遅延の少ない処理を確定及び設定することを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
  4. 第3の作業ステップ(VII)において、作成された熱処理手順の手動による修正及び保存をプログラムデータバンクにおいて行うことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の方法。
  5. 第5のプログラムステップ(VIII)において、前記熱処理手順の炉への伝送が行われ、工業炉(5)において自律的に進行する加工品/装入物の熱処理のために、熱処理プログラムが、プログラムデータバンク(12)から呼び出され、工業炉(5)における前記熱処理のために運ばれることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の方法。
  6. 前記第1のプログラムステップ(I)において、前記熱処理方法は、材料群及び材料のデータから、材料データバンク(10)の第1のデータ、第2のデータ、及び第3のデータに従って決定されることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 前記第2のプログラムステップ(II)において、前記仮想肉厚は、アルゴリズムに従って、関係f=fCG *CA *G1に従って関数=f *として作成されることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の方法。
  8. 制御設備(11)が用いられ、該制御設備(11)は、参照形状用の第4のデータ、装入物の構成用の第5のデータ、加熱特性用の第6のデータ、及び急冷特性用の第7のデータを有していることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の方法。
  9. 前記制御設備(11)内の前記第4のデータは、球体、円筒平板、中空円筒状の輪、円筒状の波、平面四角形、角棒、四面体などの参照形状を入力するためのデータを含むことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の方法。
  10. 前記制御設備(11)内の前記第5のデータは、1つの層から成る横方向の構成、1つの層から成る縦方向の構成、多層から成る横方向の構成、多層から成る縦方向の構成、積層構造などの装入物の構成を含むことを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載の方法。
  11. 前記第3のプログラムステップ(III)において、前記加熱特性は、前記制御設備(11)内の前記第6のデータに基づき、予熱ステップの数の大きさにおいて、℃/分の上昇値が変化度として入力され、前記急冷特性は、前記制御設備(11)内の前記第7のデータ(2.9)に基づいてバールを単位として入力されることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載の方法。
  12. 前記第1のプログラムステップ(I)の後に、前記コンピュータ(1)内に保存された時間−温度変化グラフ(20.2)及び保存された焼戻し曲線(20.1)が示されることを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1項に記載の方法。
  13. 所望の作業硬度が、前記材料データバンク(10)から第8のデータに基づいて入力されることを特徴とする請求項1ないし12のいずれか1項に記載の方法。
  14. 前記工業炉(5)において進行する、所定の技術の熱処理のパラメータから作成及び保存された総合的な熱技術的手順は、測定ユニット(7)を用いて実測値によって測定され、比較回路(8)によって前記所定の技術のパラメータと比較され、差異が生じている場合は制御ユニット(6)によって再調整されることを特徴とする請求項1ないし13のいずれか1項に記載の方法。
  15. 前記方法を実行するための装置であって、
    前記装置はコンピュータ(1)を備え、前記コンピュータ(1)は、
    データバンクと、
    作成された各熱処理プログラムを規定どおりに記憶する機能と、
    工業炉(5)において熱処理を始動するために前記熱処理プログラムを呼び出す機能とを備えており、
    前記コンピュータ(1)にユーザインターフェース(30)が割当てられており、前記ユーザインターフェース(30)は、
    材料群を表示するためのフィールド(フィールドI.1)と、
    材料を表示するためのフィールド(フィールドI.2)と、
    方法を表示するためのフィールド(フィールドI.3)と、
    肉厚を表示するためのフィールド(フィールドII.1)と、
    参照形状を表示するためのフィールド(フィールドII.2)と、
    装入物の重量を表示するためのフィールド(フィールドII.3)と、
    装入物の構成を表示するためのフィールド(フィールドII.4)と、
    仮想肉厚を表示するためのフィールド(フィールドII.5)と、
    加熱特性を表示するためのフィールド(フィールドIII.1)と、
    急冷特性を表示するためのフィールド(フィールドIII.2)と、
    作業硬度/基準硬度を表示するためのフィールド(フィールドIV.1)と、
    時間が最適化されていることを表示するためのフィールド(フィールドVI.1)と、
    遅延が少ないことを表示するためのフィールド(フィールドVI.2)と、
    プログラム名を表示するためのフィールド(フィールドV.1)とを有していることを特徴とする装置。
  16. 前記ユーザインターフェース(30)は、操作者によって選択可能かつ変更可能な参照形状用の第1の仮想スライダ(II.2.1)を有していることを特徴とする請求項15に記載の装置。
  17. 前記ユーザインターフェース(30)は、操作者によって選択可能かつ変更可能な装入物の構成用の第2の仮想スライダ(II.4.1)を有していることを特徴とする請求項15または16に記載の装置。
  18. 前記ユーザインターフェース(30)は、操作者によって選択可能かつ変更可能な仮想肉厚物用の第3の仮想スライダ(II.5.1)を有していることを特徴とする請求項15ないし17のいずれか1項に記載の記載の装置。
  19. 前記ユーザインターフェース(30)は、操作者によって選択可能かつ変更可能な加熱特性用の第4の仮想スライダ(III.1.1)を有していることを特徴とする、請求項15ないし18のいずれか1項に記載の記載の装置。
  20. 前記ユーザインターフェース(30)は、操作者によって選択可能かつ変更可能な急冷特性用の第5の仮想スライダ(III.2.1)を有していることを特徴とする、請求項15ないし19のいずれか1項に記載の記載の装置。
  21. 工業炉(5)において測定された実測値のための測定ユニット(6)と、
    作成された熱処理プログラムに従って初期設定された技術のパラメータと比較するための比較回路(8)と、
    パラメータに差異が生じている場合に再調整するための制御ユニット(7)とを有していることを特徴とする請求項15ないし20のいずれか1項に記載の記載の装置。
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