SE535424C2 - Förfarande för uppvärmning av en komponent för en varmformning - Google Patents

Abstract

Kammarugn med övertemperatur Förfarande för uppvärmning av en komponent (13, 13a) för en varmformning,vid vilket komponenten (13, 13a) värms till en börtemperatur (Y) i en ugn (1,1a), kännetecknat av att ugnen är utförd som kammarugn och ugnens (1, 1a)innertemperatur (X) vid varje tidpunkt av uppvärmningen ligger över komponen-tens (13, 13a) börtemperatur (Y), varvid komponenten (13, 13a) vid uppnåendeav börtemperaturen (Y) tas ut ur ugnen (1, 1a), utan att anta ugnens (1, 1a) övertemperatur. Figur 3

Description

535 424 l synnerhet inom bilindustrin uppkommer av ekologiska och ekonomiska skäl ett tilltagande behov av så tillverkade höghållfasta karosskomponenter, vilka upp- visar ett mycket gynnsamt förhållande mellan hållfasthet och vikt.

För att kontinuerligt mata pressverktygen med uppvärmda stålplåtar används avlånga eller runda genomgångsungnar som exempelvis rotations- eller rull- härdugnar, vilka föregår omformnings- och härdningsprocessen. En i genom- gångsugnen inlagd stålplåt passerar genom denna med hjälp av en transport- enhet och värms därvid i ugnens atmosfär och hålls vid denna temperatur. Re- dan innan den tas ur genomgångsugnen har komponenten nått sin börtempera- tur för austenitisering.

DE 10 2005 057 742 B3 beskriver ett förfarande och en anordning för upphett- ning av stålkomponenter. Genom användning av flera transportenheter uppnås förutom en positionsexakt transport av komponenterna genom ugnen även re- ducerad värmeförlust, vilken uppkommer vid användning av annars konventio- nella produktbärare. Dessa löper genom och lämnar ugnen tillsammans med komponenterna anordnade därpå. Till följd av den efterföljande transporten utanför ugnen tillbaka till genomgångsingången kyls produktbärarna av och värms åter vid nästa passage genom ugnen. Undvikandet av den yttre åter- transporten inverkar energitekniskt positivt, eftersom ugnen därmed kontinuer- ligt behöver värma upp mindre massa. Genom det möjliga anordnandet av de- lar av transportsystemet utanför ugnen minskas även störkänsligheten hos de annars inuti ugnen belägna systemen.

Av princip kräver en genomgångsugn till följd av byggsättet mycket plats. De härvid använda transportsystemen utsätts oberoende av deras anordnande för en hög förslitning, eftersom de löper i varaktig drift och åtminstone delvis är i kontinuerlig kontakt med den varma ugnsatmosfären. Anläggningsuppbyggna- den är till följd av dess mått att betrakta som statisk samt oflexibel och kostsam vad gäller ombyggnad respektive förflyttning. Till följd av dimensioneringen ut- gör en sådan anläggning en stor investering, vilken dessutom tar en stor upp- ställningsyta i anspråk och endast svårligen kan integreras i befintlig struktur. 535 424 För underhàllsarbeten måste i överensstämmelse därmed stor upphettad mas- sa över lång tid kylas av och därefter åter helt uppvärmas. Ugnens till följd av den karakteristiska inre transporten erforderliga stora innervolym, vilken måste bringas till den nödvändiga temperaturen och hållas vid denna, leder till en stor energiförbrukning. Framför allt utsätts komponenterna som ska värmas för en lång genomgångstid i ugnsatmosfären vilket leder till ökad benägenhet vad gäller avflagning och ytavkolning.

Uppgiften som ligger till grund för uppfinningen, utgående från känd teknik, är följaktligen att förbättra ett förfarande för uppvärmning av en komponent för en anslutande varmformning, så att den långa uppvärmningstiden i ugnen kortas och ugnsanläggningens uppställningsyta minskas väsentligt. Dessutom består uppgiften i att tillhandahålla en anordning för ett förfarande för uppvärmning av en komponent, vilken anordning har en stor flexibilitet vad gäller förflyttning och ombyggnad av anläggningen och kräver en betydligt mindre energiinsats.

Lösningen på dessa uppgifter består enligt uppfinningen i ett förfarande för uppvärmning av en komponent enligt åtgärderna i krav 1.

Fördelaktiga vidareutvecklingar framgår av de osjälvständiga kraven 2 till 10.

Uppfinningen avser ett förfarande för uppvärmning av en komponent för en ef- terföljande varmformning, i vilket komponenten i en ugn värms till en tidigare definierad börtemperatur. Härvid ska det inte anses obligatoriskt att en efterföl- jande varmformning av komponenten måste äga rum, eftersom uppvärmningen även exempelvis kan tjäna till avslutning av en ytbehandling eller anlöpning av stålkomponenter för att minska inre spänningar.

Enligt uppfinningen ligger ugnens innertemperatur vid varje tidpunkt av upp- värmningen över komponentens i förväg definierade börtemperatur, varvid komponenten då börtemperaturen uppnåtts tas ut ur ugnen och inte uppvärms ända till innertemperaturen. De särskilda fördelarna ligger i komponentens öka- de uppvärmningshastighet och förkortade uppvärmningstid. 535 424 Till följd av differensen mellan ugnstemperaturen och temperaturen hos den inlagda komponenten strömmar värmen normalt in i komponenten till dess att temperaturema har harmoniserats. Komponentens uppvärmningshastighet av- tar härmed allt mer vartefter komponenttemperaturen närmar sig ugnstempera- turen. Härigenom förklaras den långa nödvändiga uppehållstiden för kompo- nenter i genomgångsugnar i vilka innertemperaturen är tydligt lägre och mot- svarar börtemperaturen hos de inlagda komponenterna. Genom den uppfin- ningsenliga övertemperaturen i ugnen avtar upphettningstemperaturen med avseende på börtemperaturen följaktligen först senare, så att komponenten snabbare når sin börtemperatur och redan efter tydligt kortare uppvärmningstid kan tas ut ur ugnsatmosfären. inom uppfinningens ram anses det särskilt fördelaktigt att ugnens förinställda innertemperatur ligger åtminstone 15 % över komponentens börtemperatur.

Genom detta förhållande erhålls en ekonomisk balans mellan den tillförda energin för ugnens övertemperatur och den därmed uppnådda förkortade upp- hettningshastigheten för komponenten. Genom den tydliga reduceringen av komponentens erforderliga uppehållstid i ugnsatmosfären minskas förutom löp- tiden även avflagningen och ytavkolningen avsevärt.

Utgående från en börtemperatur för komponenten på från 850 °C till 950 °C för austenitiseringen uppgår ugnens innertemperatur till 1,100 °C ti|l1,200 °C.

I syfte att uppnå den nödvändiga övertemperaturen i ugnens inre med endast ringa energiinsats är ugnen enligt en föredragen utformning av uppfinningen inte en genomgångsugn utan en kammarugn, i vilkens ugnskammare varje komponent värms enskilt. Till följd av de kompakta måtten resulterar ett synner- ligen fördelaktigt förhållande mellan ugnsyta och -volym relativt komponent att värma. I jämförelse med genomgångsugnen uppnås därigenom trots övertem- peraturen en tydlig sänkning av nödvändig energimängd. Allt efter behov kan även flera ugnskammare vara anordnade i en kammarugn ochleller flera kam- marugnar drivas parallellt. 535 424 Enligt ytterligare utformning av förfarandet ombesörjs i ugnskammaren en skyddsgasatmosfär som omger komponenten som ska värmas, för att i möjli- gaste mån förhindra komponentens avflagning och ytavkolning. Tack vare den i jämförelse med genomgångsugnar mindre ugnsvolymen krävs en tydligt mindre och följaktligen mer ekonomisk mängd skyddsgas.

För att inte anordna några element för en transport av komponenten inuti ug- nen, anses det fördelaktigt att komponenten står still under uppvärmningen. Det härigenom resulterande positionsexakta läget för komponenten under och framförallt efter uppvärmningen har till följd att en lägeskorrektions nödvändig- het faller bort. Särskilt i samband med en automatiserad i- och urlastning av ugnen resulterar härigenom stora fördelar i form av en enklare styrning samt tidsinsparning. Eftersom inga delar av en permanent i kontakt med ugnsatmo- sfären stående transportanordning är nödvändiga, koncentreras uppvärmning- en endast till den inlagda komponenten. Följaktligen uteblir en onödig upp- värmning av rörliga element vilket skyddar dessa från en ökad värmeförslitning.

Eftersom ugnens innertemperatur som övertemperatur ligger över komponen- tens börtemperatur, är enligt en vidare utformning organ för registrering av komponentens temperatur tillhandahållna. Då komponentens börtemperatur uppnåtts ombesörjer dessa att ugnen öppnas och komponenten som har en börtemperatur understigande innertemperaturen tas ut. Detta resulterar i en säkerställd repeterbarhet hos den så övervakade uppvärmningsprocessen med likadana egenskaper för den efterföljande formnings- och/eller behandlingspro- cessen.

I kombination med eller vid avstående från organ för temperaturregistrering fö- refinns möjligheten att ugnen efter ett fast förinställt intervall tidsstyrt öppnas och komponenten tas ut ur ugnskammaren. Även om i princip alla möjliga komponentformer och material som exempelvis förkonturerade tvärsnitt av plast kan värmas på detta sätt, anses inom uppfin- ningens ram som fördelaktigt, att komponenten uppvisar ett tunnväggigt tvär- snitt och är en stålplåt. I syfte att öka komponentens hållfasthetsegenskaper 535 424 ombesörjer förfarandet att stålplåten i ugnsatmosfären värms till en härdnings- temperatur > AC3 och austenitiseras.

För uppnående av ett ekonomiskt förhållande mellan innerutrymmet hos ugns- kammaren och den inlagda komponenten som ska värmas, anses det fördelak- tigt att innerytorna som begränsar ugnskammarens utrymme uppvisar ett störs- ta avstånd om 30 cm från den inlagda komponenten. Därmed undviks en onö- dig uppvärmning av innerutrymme som inte nyttjas av komponenten, samtidigt som tillräckligt avstånd för manövrering för en problemfri beskickning och ur- lastning av ugnskammaren återstår.

Det här beskrivna förfarandet samt den visade anordningen erbjuder relativt uppvärmningen i genomgångsugnar en rad fördelar. Förutom en tydlig reducer- ing av den för ugnsanläggningen nödvändiga uppställningsytan resulterar en minskning i uppvärmningstiden avhängigt den förhandenvarande ugnstempera- turen på ungefär 80 %. Eftersom komponenten värms snabbare och därmed uppehållstiden i ugnsatmosfären tydligt förkortas, minimeras även avflagningen och avkolningen väsentligt. Den förkortade uppvärmningstiden reducerar den nödvändiga ledtiden per komponent och ökar således den möjliga cykelföljden.

Användandet av mindre och därmed tydligt mer hanterbara kammarugnar möj- liggör dessutom en flexibel användning, vilket möjliggör en snabbare ombygg- nad av anläggningen.

Till följd av bortfallet av i ugnskammaren belägna transportelement reduceras underhållsåtgärderna till ett minimum. Samtidigt upphettas inga element i onö- dan. l kombination resulterar förkortad uppvärmningstid och väsentligt mindre innervolym hos ugnskammaren med endast få element i dess inre i en totalt väsentlig lägre energiförbrukning. Till följd av att möjligheten att ta ut kompo- nenten när som helst vid uppnådd börtemperatur undviks onödigt kvardröjande i ugnsatmosfären.

I kombination med organen för temperaturregistrering riktar sig förfarandet en- ligt rådande omständigheter mot den uppnådda komponenttemperaturen, utan att först slutet av en tidigare fastlagd transportprocess måste awaktas. Till och 535 424 med komponenter med olika begynnelsetemperatur kan på detta sätt utan pro- blem integreras itillverkningsprocessen.

Totalt sett reduceras därmed ledtiden samt den termiska belastningen på kom- ponenten och den därmed åtföljande avflagningen med efterföljande efterbear- betning till ett minimum.

Uppfinningen beskrivs nedan närmre med ledning av ett i ritningarna schema- tiskt framställt utföringsexempel samt ett diagram. Där visar: figur 1 i en första vy en uppfinningsenlig ugn i form av en kammarugn; figur2 ugnen enligt framställningen i figur 1 i kombination med en därintill anordnad robot; figur 3 ugnen och roboten enligt framställningen i figur 2 i kombination med en ytterligare ugn enligt framställningen i figur 1 med en inlagd kom- ponent och figur4 ett diagram över en släpmätning genom en genomgångsugn med i testsyfte inställd övertemperatur.

Figur 1 visar en uppfinningsenlig ugn 1 som kammarugn. Ugnen 1 består hu- vudsakligen av ett lådfomigt hus 2, vilket är slutet på fem sidor och framtill på en làngsida uppvisar en öppning 3 som lastningsställe. Öppningen 3 kan stängas av en här inte närmare åskâdliggjord lucka, så att en på alla sidor slu- ten ugnskammare 4 bildas.

Ugnens 1 hus 2 ligger tvärs över ett av ihåliga profiler bestående stativ 5 och är fast förbundet med detta. Precis som ugnen 1 har stativet 5 en rektangulär grundyta, varvid i varje hörn en uppställningsfot 6 är tillhandahållen, på vilka ugnen 1 ställs på golvet och exakt kan riktas upp genom justering av varje en- skild uppställningsfot 6. I ugnskammarens 4 innerutrymme befinner sig i det nedre området ett underlägg 7, och en brännare 8 är anordnad utanför på samma sida av huset 2 i området för stativet 5. På den relativt brännaren 8 motstàende yttersidan av huset 2 befinner sig en rekuperator 9, vilken följaktli- 535 424 gen är anordnad på ugnen 1 och vilken genom huset 2 och genom en inneryta 10 hos ugnskammaren 4 är förbunden med ugnskammaren 4. Öppningen 3 samt ugnskammaren 4 uppvisar en höjd A och itvärriktningen en bredd B.

Figur 2 visar ugnen enligt figur 1 i kombination med en därintill anordnad robot 11. Roboten 11 står vid sidan av ugnens 1 öppning 3. Vid robotens 11 ände, i närheten av robotarmens ände, uppvisar denna en kopplingsenhet 12, vilken tjänar till upplockande och nedläggande av en komponent 13.

Figur 3 åskådliggör den redan i figur 2 åskådliggjorda ugnen 1 och roboten 11 samt en därintill anordnad ugn 1a. Anordnandet motsvarar härvid den vanliga användningen, varvid ugnen 1 och ugnen 1a står på varsin sida intill roboten 11.

Figur 4 visar ett grafiskt uppritat mätresultat av en släpmätning genom en ge- nomgångsugn. l form av ett diagram är på en horisontell axel tiden och på en vertikal axel den uppmätta temperaturen vid tre olika mätpunkter på komponen- ten 13 uppförda. Komponentens 13 för genomgången nödvändiga tidsspann ligger kring 180 sekunder. Genom en framställning relativt tiden är tre kvalitativt liknande mätkurvor MP1, MP2 och MP3 visade, varvid mätpunkten MP1 liggeri en fördjupning (hål) och MP2 ligger i mitten av komponenten 13.

En innertemperatur X i genomgångsugnen är inställd på ungefär 1,150 °C och ligger följaktligen tydligt över en börtemperatur Y för komponenten 13 på om- kring 900 °C. Komponentens 13 temperatur ligger vid inläggandet i genom- gångsugnen vid omgivningstemperaturen på omkring 25 °C.

Av mätkurvorna MP1, MP2 och MP3 framgår att komponentens 13 uppvärm- ningshastighet i ugnsatmosfären nära nog löper linjärt från omkring 25 °C till ca 700 °C och i snitt uppgår till omkring 24 °C per sekund och kräver ca 28 sekun- der. l det fortsatta förloppet avtar uppvärmningshastigheten kontinuerligt, så att komponenten 13 efter totalt 50 sekunder antagit sin börtemperatur Y på 900 °C och först efter ytterligare 70 sekunder och därmed efter totalt ungefär 120 se- kunder antagit ugnens innertemperatur X på omkring 1,150 °C. 535 424 Före en varmformning läggs en komponent 13 i fonn av en stålplåt på ett un- derlägg 7 i en ugnskammare 4 hos en som kammarugn utförd ugn 1. Kompo- nentens 13 temperatur motsvarar först den yttre omgivningstemperaturen på omkring 25 °C. En höjd A samt en bredd B hos ugnskammaren 4 motsvarar måtten hos komponenten 13 med ett avstånd till varje inneryta 10 hos ugns- kammaren på 30 centimeter.

En brännare 8 alstrar härvid en innertemperatur X i ugnskammaren 4 på om- kring 1,150 °C, varvid en rekuperator 9 tjänar till förvärmning av en skyddsgas- atmosfär inuti ugnskammaren 4. Till följd av den stora temperaturdifferensen mellan ugnskammarens 4 innertemperatur X och komponenten 13 resulterar en kraftig och inledningsvis nära nog linjärt förlöpande upphettningshastighet på ca 24 °C per sekund.

Här inte närmare visade organ för temperaturregistrering övervakar därvid upp- värmningen av komponenten 13.

Efter det att komponenten 13 efter ca 28 sekunder redan antagit en temperatur på omkring 700 °C avtar upphettningshastigheten, så att efter 50 sekunder en börtemperatur Y hos komponenten 13 i storleksordningen 900 °C uppnås och komponenten 13 austenitiseras.

Vid uppnåendet av börtemperaturen Y åstadkommer de här inte närmare visa- de organen för temperaturregistrering öppnandet av en öppning 3 hos ugnen 1.

En robot 11 vilken är försedd med en kopplingsenhet 12 tar med denna den till börtemperaturen Y uppvärmda komponenten 13 genom öppningen 3 från un- derlägget 7 ut ur ugnskammaren 4 och transporterar denna till en här inte när- mare visad omformningsanläggning.

Så snart roboten 11 lagt komponenten 13 i omformningsanordningen, tar den nästa här inte närmare visade komponent från ett magasin och för denna till den nu tomma ugnen 1 för uppvärmning. l en intill stående ugn 1a befinner sig en ytterligare redan uppvärmd komponent 13a, vilken efter uppnående av bör- temperaturen Y likaså med hjälp av roboten 11 kan tas ut ur en ugnskammare 535 424 _10- 4a via en då öppen öppning 3a och tillföras den inte närmare visade omform- ningsanlâggningen.

Genom den ständiga omväxlingen mellan laddning och urladdning av varje en- skild ugn 1, 1a resulterar en kontinuerlig tillförsel av värmda komponenter 13, 13a till en här inte närmare visad omformningsanordning. 535 424 _11- Hänvisningsbeteckningar: 1- 1a- 2- 3- 3a- 4- 4a- 5- 5- 7- 3_ 9- 10- 11- 12- 13- 13a- A- B- X- Y- MP1 - MP2 - MP3 - ugn ugn hus öppning öppning ugnskammare ugnskammare stativ uppställningsfot underlägg brännare rekuperator inneryta robot kopplingsenhet komponent komponent höjd hos 3,3a och 4,4a bredd hos 3,3a och 4,4a innertemperatur börtemperatur mätpunkt hos 13,13a mätpunkt hos 13,13a mätpunkt hos 13,13a

Claims (10)

1. 535 424 _12- Patentkrav Förfarande för uppvärmning av en komponent (13, 13a) för en varmform- ning, vid vilket komponenten (13, 13a) värms till en börtemperatur (Y) i en ugn (1, 1a), kännetecknat av att ugnens (1, 1a) innertemperatur (X) vid varje tidpunkt av uppvärmningen ligger över komponentens (13, 13a) bör- temperatur (Y), varvid komponenten (13, 13a) vid uppnående av börtem- peraturen (Y) tas ut ur ugnen (1, 1a).

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att innertemperatur (X) ligger åtminstone 15 % över börtemperaturen (Y).

3. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att innertemperatur (X) uppgår till 1,100 °C till 1,200 °C, varvid komponentens (13, 13a) börtemperatur (Y) uppgår till 850 °C till 950 °C.

4. Förfarande enligt något av kraven 1 till 3, kännetecknat av att ugnen (1, 1a) är en kammarugn, i vilkens ugnskammare (4, 4a) varje komponent (13, 13a) värms enskilt.

5. Förfarande enligt något av kraven 1 till 4, kännetecknat av att en skydds- gasatmosfär ombesörjs i ugnskammaren (4, 4a).

6. Förfarande enligt något av kraven 1 till 5, kännetecknat av att komponen- ten (13, 13a) förblir stilla under uppvärmningen.

7. Förfarande enligt något av kraven 1 till 6, kännetecknat av att organ för temperaturregistrering av komponenten (13, 13a) är tillhandahàllna, varvid vid uppnående av börtemperaturen (Y) ugnen (1, 1a) öppnas och kompo- nenten (13, 13a) tas ut.

8. Förfarande enligt något av kraven 1 till 7, kännetecknat av att ugnen (1, 1a) öppnas tidsstyrt och komponenten (13, 13a) tas ut. 535 424 _13-

9. Förfarande enligt något av kraven 1 till 8, kännetecknat av att komponen- ten (13, 13a) är en stålplåt vilken värms till en temperatur > ACS.

10. Förfarande enligt något av kraven 1 till 9, kännetecknat av att innerytorna (10) som avgränsar ugnskammarens (4, 4a).utrymme uppvisar ett maxi- malt avstånd på 30 cm från den inlagda komponenten (13, 13a).