專利名稱：使用有源反饋的熱處理系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及一種熱處理系統(tǒng)和方法，更具體地涉及使用有源 反饋的熱處理系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
通過材料硬化提高金屬物體(例如曲軸、齒輪等等)的磨損和疲
勞特性是眾所周知的。材料硬化包括至少兩個步驟加熱和淬火。 加熱包括將物體的溫度升高到臨界溫度以上。術(shù)語"臨界溫度"可 被定義成足以在接著進(jìn)行淬火時確保材料硬化的溫度值(例如對于 普通碳鋼，870攝氏度的奧氏體化溫度)。在物體超過臨界溫度后， 在淬火工序中將物體快速冷卻，以使物體發(fā)生材料硬化。 一種用于 對物體進(jìn)行加熱的已知方法是使用燃料爐。燃料爐熱處理已被證明 在將大的物體加熱到臨界溫度以上時通常是有效的。感應(yīng)加熱和電 阻加熱是替代的熱處理工序的例子，在這些熱處理工序中基于電的 加熱元件(例如感應(yīng)線圏)纟皮定位在物體的選定部分附近，以產(chǎn)生 局部加熱。基于電的加熱被實(shí)施為選擇性地對物體通常受到磨損的 指定部分進(jìn)行熱處理，以便使表面強(qiáng)化。燃料爐加熱和基于電的加 熱都需要在物體超過臨界溫度之后進(jìn)行淬火。
爐加熱具有一些缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)包括排放不期望的污染物(例如
二氧化碳或一氧化碳)和對物體的選定部分的不同熱處理。例如， 單獨(dú)的爐加熱可能無法在避免對相同物體的非指定部分進(jìn)行加熱的 同時進(jìn)行物體的指定部分的精確且選擇性的熱處理。而且，爐熱處 理通常需要成批加熱大量物體。當(dāng)需要對定制的物體或有限數(shù)量的 類似物體進(jìn)行熱處理時，成批加熱可能是低效的。基于電的熱處理 可能適合于選擇性的熱處理，但是基于電的熱處理可能無法提供足
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夠的熱傳遞使大或厚的部件發(fā)生材料硬化。另外，基于電的熱處理 可能消耗大量的人力來設(shè)置和準(zhǔn)備物體以便進(jìn)行熱處理和/或淬火。
在Grever的美國專利No. 4,447,690 ( ，690專利)中描述了用于 加熱不規(guī)則形狀物體的基于電的加熱系統(tǒng)的一個例子。，690專利披 露了 一種感應(yīng)加熱系統(tǒng)，該感應(yīng)加熱系統(tǒng)包括具有發(fā)電源的感應(yīng)預(yù) 加熱爐和用于定位不規(guī)則形狀物體的裝置。不規(guī)則形狀物體可以包 括需要預(yù)熱的較大部分以及不需要預(yù)熱的相對小的部分。為了預(yù)熱 較大的部分，，690專利公開了使用定位在較大部分附近的線圏選擇 性地施加感應(yīng)熱。在對較大部分進(jìn)行預(yù)熱后，整個物體的最終熱處 理在第二爐中進(jìn)行。因此，在，690專利中，通過使用感應(yīng)加熱對物 體的較大部分選擇性地預(yù)加熱并且然后在主爐中將整個物體加熱到 最終的均勻溫度，允許均勻地加熱不規(guī)則形狀的物體。
雖然，690專利的預(yù)熱方法可以改進(jìn)對不規(guī)則形狀物體的均勻加 熱，但是該預(yù)熱方法可能是低效的并且應(yīng)用性有限。因?yàn)椋?90專利 無法精確地控制每個部分的加熱，所以，690專利可能是低效的。在 缺少對加熱速度的精確控制的情況下，，690專利在感應(yīng)預(yù)熱工序中 對物體的一個部分加熱可能要快于對另 一部分的加熱，由此導(dǎo)致為 了確保這兩個部分在運(yùn)動進(jìn)入最終加熱工序之前 一皮充分地加熱而消 耗過多的能量，否則可能引起物體由于不均勻的加熱而過分變形。 因?yàn)椋?90專利公開了在主爐中將整個物體加熱至均勻溫度，所以，690 專利的應(yīng)用性可能是有限的。然而，可能需要選擇性地僅僅使物體 的特定部分發(fā)生材料硬化。通過將物體的特定部分保持在臨界硬化
實(shí)現(xiàn)選擇性的材料硬化。例如，在材料硬化的熱處理過程中，可能 不期望加對物體隨后可能需要被機(jī)加工的指定部分進(jìn)行熱處理。因 此，，690專利無法防止物體的指定部分超過臨界溫度或者受到能夠 使材料硬化的材料淬火。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)和方法能夠克服上述問題的 一 個或多個。 一方面，本發(fā)明涉及一種對部件進(jìn)4于加熱的方法。所述方法包 括對部件的第 一 特征部進(jìn)行加熱并且以不同于加熱第 一 特征部的方 式對部件的第二特征部進(jìn)行加熱。該方法還可以包括測量第一特征 部和第二特征部的溫度值。該方法還可以包括將測量出的溫度值與 溫度閾值比較。該方法還可包括根據(jù)所述比較修正對第 一 特征部和 第二特征部中的至少 一 個的加熱。
另一方面，本發(fā)明涉及一種熱處理系統(tǒng)。該熱處理系統(tǒng)可包括 電源和加熱器，該加熱器用于4^收來自電源的能量以加熱部件。熱 處理系統(tǒng)還可包括至少一個傳感器，該傳感器用于測量部件的第一 特征部的溫度值和部件的第二特征部的溫度值。熱處理系統(tǒng)還可以 包括控制器，該控制器用于接收來自所述至少 一 個傳感器的指示出 第 一 特征部和第二特征部的測量溫度值的信號，并修正對第 一特征 部和第二特征部中的至少 一 個的加熱。


圖1是本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)的示例的示意圖；以及
圖2是示出了用于操作圖1的熱處理系統(tǒng)的示例性方法的控制
流程圖。
具體實(shí)施例方式
參照圖1,熱處理系統(tǒng)IO可以加熱被支承結(jié)構(gòu)20保持就位的機(jī) 械部件16。為此，熱處理系統(tǒng)IO可以包括電源12以將能量供應(yīng)給 加熱器14來加熱機(jī)械部件16。熱處理系統(tǒng)10還可包括控制器18 以控制電源12和加熱器14的運(yùn)行。
機(jī)械部件16可以是可以被熱處理(例如為了材料硬化)的任何 類型的部件。在一種示例中，機(jī)械部件16可以具有不規(guī)則形狀(也 就是不均勻的物理結(jié)構(gòu)或變化的材料特性)。在一種示例性的實(shí)施
6方式中，機(jī)械部件16可以是具有縱向軸線24的曲軸22。雖然曲軸 22將在具體的描述中作為示例性的實(shí)施方式使用，但是其它類型的 機(jī)械部件16 (例如齒輪)可從本熱處理系統(tǒng)和方法中受益。曲軸22 可包括限定沿著縱向軸線24延伸的不規(guī)則形狀的多個特征部。這些 特征部可以包括一個和多個主軸頸26、多個銷軸頸28、多塊腹板30、 一個和多個端部凸緣32、以及與每個銷軸頸28相關(guān)聯(lián)的至少一個配 重34。在所示的示例中，曲軸22可包括七個主軸頸26、六個銷軸 頸28、十二塊腹板30、兩個端部凸緣32、以及十二個配重34。可 能期望對曲軸22的特征部26-34中的至少一個進(jìn)行熱處理和材料硬 化，以便改善曲軸22的性能(例如耐磨性)。例如，可能期望對主 軸頸26、銷軸頸28和腹板30進(jìn)行材料硬化。相反，可能不期望對 曲軸22的特征部26-34中的至少一個進(jìn)行材料硬化。例如，可能不 期望對端部凸緣32和配重34進(jìn)行材料硬化。因此，曲軸22可以包 括可能被指定進(jìn)行熱處理的一組主要特征部和可能被指定不受熱處 理的一組次要特征部。為了解釋的目的，主軸頸26、銷軸頸28和腹 板30被指定為主要特征部，端部凸緣32和配重34被指定為次要特 征部。特征部可以被指定不受熱處理的理由可能有^艮多。例如，端 部凸緣32和配重34可能需要另外的機(jī)加工，如果這些特征部發(fā)生 了材料硬化，那么機(jī)加工就更難進(jìn)行。因此，特征部26-34在熱處理 工序前可以被指定為主要特征部或被指定為次要特征部。
支承結(jié)構(gòu)20可以是足以保持加熱器14和曲軸22之間的預(yù)定空 間關(guān)系的任何類型的結(jié)構(gòu)。在一種示例性的實(shí)施方式中，支承結(jié)構(gòu) 20可以將加熱器14和曲軸22相對于^_此保持在固定位置中。例如， 加熱器14可以被夾緊在曲軸22的主要特征部26-30上或者其附近。 相反，可能期望使加熱器14和曲軸22之間能夠運(yùn)動，以便給曲軸 22的主要特征部26-30提供均勻的熱傳遞?？深A(yù)見到的是，加熱器 14和曲軸22中的一個可被固定，同時另一個可運(yùn)動。為了提供在加 熱器14和曲軸2 2之間的相對運(yùn)動，支承結(jié)構(gòu)2 0可以包括致動器3 6, 該致動器36用于將運(yùn)動傳遞給曲軸22 (未示出)或加熱器14 (未
7示出)。致動器36可以經(jīng)由通信線路40接收來自控制器18的控制指令。
電源12可以包括將電能輸出到加熱器14的電源(例如交流電 源)。雖然僅僅示出了單個電源12,但是在需要時可以實(shí)施多個電 源12。電源12的控制可以通過經(jīng)由通信線路40從控制器18接收到 的指令進(jìn)行。任何已知形式的基于電的加熱可以用于加熱曲軸22。 可想到，電加熱可以是感應(yīng)加熱和/或電阻加熱。纟奐句話i兌，電源12 可單獨(dú)地執(zhí)行感應(yīng)加熱，單獨(dú)地執(zhí)行電阻加熱，或者以感應(yīng)加熱和 電阻加熱組合的方式對單個部件執(zhí)行加熱。為了解釋的目的，僅僅 if纟田々苗述感應(yīng)力口熱。
在一種示例性的實(shí)施方式中，電源12可以允許選擇性地控制^皮 指向加熱器14的電能輸出(例如電壓、電流和頻率)以加熱曲軸22。 使用感應(yīng)加熱，電源12可以產(chǎn)生渦流，并且電阻可以導(dǎo)致對曲軸22 的加熱。能夠想到，電源12可以提供足夠的能量將主要特征部26-30 中的每一個加熱超過臨界硬化溫度，使得材料硬化能夠基本上遍及 主要特征部26-30的每一個并且不僅僅是在外表面上。
加熱器14可以包括用于將熱傳遞到曲軸22上的至少一個加熱 元件。加熱器14可以是基于電的加熱器，例如感應(yīng)加熱器或電阻加 熱器。在圖1所示的示例性的感應(yīng)加熱器中，感應(yīng)器可以用作加熱 元件。因此，加熱器14可以包括第一感應(yīng)器44,該第一感應(yīng)器44 被定位成靠近曲軸22的指定的主要部件26-30，以接收來自電源12 的電能并且加熱曲軸22的指定的主要部件26-30。第一感應(yīng)器44可 以被定位在曲軸22上需要熱處理的任何地方。例如，第一感應(yīng)器44 可以定位在其中一個銷軸頸28附近。能夠想到，加熱器14可以包 括多個感應(yīng)器。例如，加熱器14還可以包括定位在其中一個主軸頸 26附近的第二感應(yīng)器46。雖然僅僅示出了兩個感應(yīng)器44、 46,但是 在需要時加熱器14可以包括任何數(shù)量的感應(yīng)器來加熱曲軸22。能夠 想到，感應(yīng)器可以被定位在曲軸22的主要特征部26-30中的每一個 附近。第一感應(yīng)器44和第二感應(yīng)器46可以被形成為線圏的形狀并且 分別經(jīng)由電源線48、 50接收來自電源12的能量。例如，第一感應(yīng) 器44和第二感應(yīng)器46可以包括液冷的銅線圈。第一感應(yīng)器44和第 二感應(yīng)器46可以定制，以根據(jù)它們的直徑、形狀、匝數(shù)以及相對靠 近曲軸22的主要特征部26-30的每一個的程度來影響期望的熱處理 策略。
除了與電源12的通信外，控制器18也可以與監(jiān)控裝置52、存 儲裝置54和操作者接口裝置56通信。例如，控制器18可以根據(jù)存 儲在存儲裝置54內(nèi)的熱處理策略經(jīng)由通信線路58啟動熱處理。在 熱處理過程中，監(jiān)控裝置52可以感測曲軸22的主要特征部26-30 的溫度并且將指示它們的溫度的信號發(fā)送給控制器18。在接收到溫 度信號后，當(dāng)實(shí)際溫度偏離期望的溫度時，控制器18可以修正熱控 制策略。另外，控制器18可以經(jīng)由通信線路60與操作者接口裝置 56通信。操作者接口裝置56可包括促進(jìn)熱處理工序的手動控制的操 作者輸出裝置62 (例如鍵盤、鼠標(biāo)等)和顯示裝置64。
存儲裝置54可以存儲與曲軸22相關(guān)的熱處理策略值。更具體 地，存儲裝置54可以包括存儲在第一數(shù)據(jù)存儲表66中的均勻熱處 理策略和存儲在第二數(shù)據(jù)存儲表68中的溫度閾值策略。均勻熱處理 策略可以包括限定了曲軸22的主要特征部26-30中的每一個可接受 的均勻加熱程度的值的期望的溫度范圍。溫度閾值策略可以限定曲 軸22的特征部26-34的每一個的閾值。例如，每個主要特征部26-30 可以包括限定了在熱處理工序中待超過的臨界溫度值的閾值。相反， 次要特征部32、 34的每一個可以包括限定了在熱處理工序中不應(yīng)超 過的保護(hù)溫度值的閾值。
另夕卜，存儲裝置54可以存儲曲軸22的特征部26-34的每一個專 用的熱處理策略值。這些熱處理策略值可以基于影響熱處理工序的 變量(例如感應(yīng)交互作用時間、感應(yīng)器和特征部之間的間隙距離、 電壓、電流和頻率)。個別的熱處理策略值可以來源于對相似部件 的研究和測試。例如，示例性的曲軸22的每個主軸頸36可包括存
9儲在第三數(shù)據(jù)存儲表70中的熱處理策略值。用于第三數(shù)據(jù)存儲表70 的示例值可以包括在大約10kHz頻率下大約8 5秒的感應(yīng)交互作用時 間。相反， 一個在結(jié)構(gòu)或材料上不同的主要特征部26-30可包括不同 的熱處理策略值。例如，銷軸頸28可包括存儲在第四數(shù)據(jù)存儲表72 中的熱處理策略值。用于第四數(shù)據(jù)存儲表72的示例值可以包括在大 約20kHz頻率下大約65秒的感應(yīng)交互作用時間。次要特征部32、 34可以不被指定熱處理并且可以僅僅接收從主要特征部26-30附近 傳遞來的余熱。因此，次要特征部32、 34的熱處理策略可以包括避 免將熱引向次要特征部32、 34。因此，存儲裝置54可以不包括用于 次要特征部32、 34的熱處理策略值。能夠想到，控制器18可以使 用存儲在存儲裝置54中的熱處理策略值來啟動曲軸22的熱處理。 如果從監(jiān)控裝置52產(chǎn)生的反饋確定熱處理是必須的，那么控制器18 可以通過調(diào)節(jié)存儲在存儲裝置54中的變量(例如感應(yīng)交互作用時間、 感應(yīng)器和特征部之間的間隙距離、電壓、電流和頻率)的值來修正 最初存儲的熱處理策略值。
能夠想到，在存儲裝置54中，運(yùn)動控制數(shù)據(jù)也可以存儲在第五 數(shù)據(jù)存儲表74中。例如，運(yùn)動控制策略可以包括運(yùn)動持續(xù)時間的值 (例如起始時間和停止時間)和運(yùn)動速度值(例如每60秒轉(zhuǎn)4轉(zhuǎn))。 運(yùn)動控制值可以根據(jù)機(jī)械部件16的具體特性預(yù)先確定。運(yùn)動控制策 略可以在對相似機(jī)械部件的研究和測試過程中確定?？刂破?8可以 訪問存儲裝置54以經(jīng)由通信線路40向致動器36發(fā)送指令信號，從 而根據(jù)存儲的運(yùn)動控制策略影響曲軸22和加熱器14之間的相對運(yùn) 動。
監(jiān)控裝置52可以感測曲軸22的特征部26-34的溫度值并且將指 示出特征部溫度的信號傳送給控制器18。為了確保主要特征部26-30 超過允許材料硬化的臨界溫度并且確保次要特征部32、 34保持在臨 界溫度以下，監(jiān)控裝置52可以感測所有特征部26-34的溫度值，包 括主要特征部26-30和次要特征部32、 34的溫度值。為了解釋的目 的，示例性的監(jiān)控裝置52可以包括第一溫度傳感器76和第二溫度傳感器78，第一溫度傳感器76和第二溫度傳感器78分別經(jīng)由通信 線路82、 84與控制器18通信。第一溫度傳感器76可以被定位在其 中一個銷軸頸28附近，并且第二溫度傳感器78可以被定位在其中 一個主軸頸26附近。另外，第三溫度傳感器80可以被定位在其中 一個次要特征部(例如配重34)附近并且在需要時經(jīng)由通信線路86 將溫度數(shù)據(jù)傳送至控制器18。雖然僅僅示出了三個溫度傳感器 76-80，但是監(jiān)控裝置52可以包括任何數(shù)量的溫度傳感器來監(jiān)控特征 部26-34的溫度。例如，監(jiān)控裝置52可以依靠單個溫度傳感器，以 根據(jù)單個銷軸頸28的測量溫度提供每個銷軸頸28的典型溫度值。
溫度傳感器76-80可以是能夠測量或估計(jì)曲軸22的實(shí)際溫度的 任何類型的裝置。例如，溫度傳感器76-80可以是接觸式傳感器或非 接觸式傳感器。更具體地，溫度傳感器76-80可以是熱電偶傳感器或 紅外傳感器。能夠想到，諸如紅外傳感器的非接觸式傳感器可以具 有同時感測多個特征部26-34的溫度值的能力。從監(jiān)控裝置52傳送 到控制器18的溫度值信號可以用于更新和優(yōu)化存儲在存儲裝置54 中的熱處理策略值。另外，從監(jiān)控裝置52傳送到控制器18的溫度 值信號可被轉(zhuǎn)發(fā)到操作者接口裝置56并且顯示在顯示裝置64上， 以便手動檢查和控制。
監(jiān)控裝置52也可以包括運(yùn)動傳感器88。運(yùn)動傳感器88可以監(jiān) 控曲軸22和加熱器14之間的相對運(yùn)動。例如，運(yùn)動傳感器88可以 是位置傳感器或速度傳感器。受運(yùn)動傳感器88監(jiān)控的運(yùn)動控制值信 號可以經(jīng)由通信線路90傳送到控制器18。能夠想到，運(yùn)動傳感器 88可以是能夠檢測兩個元件之間的相對位置或速度的任何類型的已 知傳感器。控制器18可以接收來自傳感器88的位置數(shù)據(jù)以確定曲 軸22和加熱器14之間的速度或相對運(yùn)動是否需要修正。
圖2示出了執(zhí)行熱處理策略的控制流程圖，該熱處理策略用于 在使指定的次要特征部的硬化最小的同時影響指定的主要特征部的 材料硬化。圖2將在以下內(nèi)容中詳細(xì)描述。工業(yè)實(shí)用性
本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)可以用于加熱機(jī)械部件(例如出于使材料 硬化的目的)。更具體地，本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)可以用于4吏用電加 熱來加熱不規(guī)則形狀的部件。通過使用有源溫度監(jiān)測和控制，本發(fā) 明的熱處理系統(tǒng)可以將機(jī)械部件的指定部分均勻地加熱到臨界硬化 溫度以上并且避免直接將機(jī)械部件的非指定部分加熱到臨界硬化溫 度以上?，F(xiàn)在描述熱處理系統(tǒng)10的操作。
在具體的機(jī)械部件16 (例如曲軸22)被選出要進(jìn)行熱處理后，
可以確定哪些特征部26-34可以被指定進(jìn)行熱處理。例如，主要特征 部26-30可以被指定進(jìn)行材料硬化并且次要特征部32、 34可以不被 指定進(jìn)行材料硬化。操作者可以使用操作者接口裝置56手動地設(shè)置 曲軸22的初始熱處理策略或者可以依靠控制器18自動地執(zhí)行存儲 在存儲裝置54中的初始熱處理策略。
在熱處理工序開始之前，曲軸22可以相對于加熱器14定位在 支承結(jié)構(gòu)20中。 一旦曲軸22一皮適當(dāng)?shù)囟ㄎ?，熱處理工序就可以開 始。例如，控制器18可以根據(jù)存儲在存儲裝置54中的熱處理策略 數(shù)據(jù)將指示出初始熱處理策略的信號傳送給電源12 (步驟92)。另
外，如果在曲軸22和加熱器14之間需要相對運(yùn)動，那么控制器18 也可以命令致動器36執(zhí)行存儲在存儲裝置54的第五數(shù)據(jù)存儲表74 中的運(yùn)動控制策略。
在整個熱處理工序中，監(jiān)控裝置52可以有源地使用溫度傳感器 76-80測量曲軸22的特征部26-34中的至少一個的溫度(步驟94)。 來自傳感器76-80的溫度數(shù)據(jù)可以被傳送到控制器18以供熱處理策 略的分析和/或一交正。
控制器18可以根據(jù)兩個確定值的至少 一個確定是否需要校正熱 處理策略(步驟96)。首先，根據(jù)在給定時刻對主要特征部26-30 的溫度差異的比較，控制器18可以確定曲軸22的主要特征部26-30 是否以與存儲在第 一數(shù)據(jù)存儲表66中的均勻熱處理策略相一致的方 式正在被均勻地加熱。可能需要相對于所需的溫度范圍對每個主要
12特征部26-30進(jìn)行均勻加熱。例如，第一數(shù)據(jù)存儲表66可以包括所 需的溫度范圍，所述所需溫度范圍使得在加熱過程中所有的主要特 征部26-30之間的彼此溫度差別保持在大約50攝氏度內(nèi)。如果需要 校正，那么修正初始熱處理策略(步驟98)。例如，如果根據(jù)來自 第一溫度傳感器76和第二溫度傳感器78的測量溫度值確定其中一 個銷軸頸28是570攝氏度，并且其中一個主軸頸26是490攝氏度， 那么就可以修正初始熱處理策略，因?yàn)?0才聶氏度的測量溫度差超過 了 50攝氏度的期望溫度范圍。均勻熱處理校正可以包括增加至主軸 頸26的熱傳遞和/或減少至銷軸頸28的熱傳遞，以使主要特征部 26-30的測量溫度差值符合50攝氏度的期望溫度范圍。能夠想到， 期望的溫度范圍可以大于或小于50攝氏度。例如，期望的溫度范圍 可以是IO攝氏度，以便為主要特征部26-30提供更加精確的加熱控 制。
其次，控制器18也可以確定對曲軸22的加熱是否符合存儲在 第二數(shù)據(jù)存儲表68中的溫度閾值策略。更具體地，控制器18可以 確定主要特征部26-30是否已經(jīng)超過臨界溫度值以及次要特征部32、 34是否已經(jīng)超過保護(hù)溫度值。例如，主要特征部26-30的臨界溫度 值可以是能夠使材料硬化的溫度(例如對于普通碳鋼大約為870攝 氏度)。因此，可能期望對每個主要特征部26-30進(jìn)行監(jiān)控，以確保 每個主要特征部26-30都超過臨界溫度值。另外，次要特征部32、 34的保護(hù)溫度值(例如大約700攝氏度)可以是不能使材料硬化的 溫度。因此，可能期望對每個次要特征部32、 34進(jìn)行監(jiān)控，以確保 次要特征部32、 34的測量溫度保持在保護(hù)溫度以下。能夠想到，保 護(hù)溫度值可以包括在臨界溫度值以下的緩沖范圍(例如大約170攝 氏度)，以便幫助抵抗次要特征部32、 34的硬化。換句話說，保護(hù) 溫度值可以少于臨界溫度值。為了校正次要特征部32、 34超出保護(hù) 溫度值的過高溫度，對主要特征部26-30的熱處理策略可能需要修 正，以便限制次要特征部32、 34從鄰近的主要特征部26-30接收到 的余熱。例如，控制器18可以指令電源12給加熱器14提供較少的
13能量，直到次要特征部32、 34的溫度降到保護(hù)溫度以下(步驟98)。
利用基于電的加熱的方式對主要特征部26-30進(jìn)行熱處理可以 連續(xù)進(jìn)行，直到每個主要特征部26-30 一皮均勻地加熱到臨界溫度以上 并且每個次要特征部32、 34被測出在保護(hù)溫度以下(步驟100)。 監(jiān)控裝置52可以在熱處理工序中連續(xù)地監(jiān)控特征部26-34的溫度。
能夠想到，基于電的加熱單獨(dú)可能有時足以實(shí)現(xiàn)主要特征部 26-30的臨界溫度。在這種情況下，感應(yīng)加熱或電阻加熱可以用于將 曲軸22預(yù)加熱至預(yù)熱溫度(例如大約750攝氏度)。因此，熱處理 工序可能需要補(bǔ)充熱處理來完全實(shí)現(xiàn)臨界溫度(步驟102 )。最終熱 處理可以-使用不同類型的加熱器完成。例如，最終熱處理可以在燃 料爐(未示出)中完成，以將主要特征部26-30的溫度從預(yù)熱溫度升 高到臨界溫度(步驟104)。 一旦主要特征部26-30達(dá)到臨界溫度， 熱處理工序就可以結(jié)束(步驟106)。
在主要特征部26-30超過臨界溫度值并且次要特征部32、 34沒 有超過臨界溫度值后，材料硬化可能需要對主要特征部26-30進(jìn)行淬 火、快速冷卻(步驟108)。如果主要特征部26-30的溫度在淬火時 刻超過臨界溫度值，淬火工序可以導(dǎo)致主要特征部26-30的材料硬 化。如果次要特征部32， 34的溫度在淬火時刻保持在臨界溫度值以 下，淬火工序可以導(dǎo)致次要特征部32、 34的最少材料硬化。能夠想 到，如果次要特征部32、 34例如在燃料爐中正被加熱時超過臨界溫 度值，可以執(zhí)行選擇性地淬火以防止次要特征部32、 34發(fā)生材料硬 化。例如，選擇性的淬火可以通過在淬火工序中遮蓋次要特征部32、 34來進(jìn)行，或者通過將淬火材料僅僅集中在主要特征部26-30處使 得次要特征部32、 34不暴露于淬火材料來進(jìn)行。因此，即使次要特 征部32、 34超過了臨界硬化溫度，如果它們在淬火過程中不暴露于 淬火材料，它們就不會發(fā)生材料硬化。
熱處理系統(tǒng)10可以減少在傳統(tǒng)燃料爐加熱中出現(xiàn)的污染物的湘— 放。當(dāng)感應(yīng)熱處理或電阻熱處理單獨(dú)不足以加熱大或厚的部件時， 爐熱處理可以用于補(bǔ)充熱處理工序。此外，對部件的選定部分的熱處理可以被有源地監(jiān)控，以便在避免對部件的非指定部分進(jìn)行熱處
理的同時對指定部分進(jìn)行有效熱處理。另外，監(jiān)控裝置52可以提供
反饋，這允許使用各種熱處理策略對不規(guī)貝'J形狀的特征部均勻地加 熱，基本上同時可以用于減少與熱處理設(shè)置相關(guān)聯(lián)的工時和費(fèi)用。 在淬火時將次要特征部保持在臨界溫度以下可以減少涉及淬火工序 的工時和費(fèi)用，因?yàn)檎麄€曲軸可以暴露于淬火工序下。因此，可以 不需要額外的勞動工具和設(shè)備來保護(hù)次要特征部免受淬火工序影 響，因?yàn)榇我卣鞑康臏囟瓤梢员槐O(jiān)測和控制以保持在臨界溫度值 以下。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以 對本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)和熱處理方法進(jìn)行修改和改型。通過對說明 書的思考以及對本文公開的熱處理系統(tǒng)的實(shí)踐，本領(lǐng)域技術(shù)人員可 以想到熱處理系統(tǒng)和方法的其他實(shí)施方式。i兌明書和示例應(yīng)當(dāng) 一皮4又 僅當(dāng)作示例性的，本發(fā)明的實(shí)際保護(hù)范圍通過后面的權(quán)利要求及其 等同物指出。
權(quán)利要求
1. 一種用于對部件進(jìn)行熱處理的方法，包括對部件的第一特征部進(jìn)行加熱；以不同于加熱所述第一特征部的方式對所述部件的第二特征部進(jìn)行加熱；測量所述第一特征部和所述第二特征部的溫度值；將測得的溫度值與溫度閾值進(jìn)行比較；以及根據(jù)所述比較修正對所述第一特征部和所述第二特征部中的至少一個的加熱。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對所述第一特征部進(jìn)行加熱包括將熱直接施加到所述第一特征部上，對所述第二特征部進(jìn)行力口熱包括通過所述第 一特征部間接地施加熱。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，將測得的溫度值與溫度閾值進(jìn)行比較包括確定所述第一特征部是否在臨界溫度值以上以及所述第二特征部是否在保護(hù)溫度值以下。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，修正對所述第一特征部和所述第二特征部的至少 一個的加熱包括當(dāng)所述第二特征部在所述保護(hù)溫度值以上時減少施加到所述第 一 特征部上的熱。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括當(dāng)所述第一特征部在所述臨界溫度值以上并且所述第二特征部在所述保護(hù)溫度值以下時快速地冷卻所述第一特征部和所述第二特征部，其中所述保護(hù)溫度值小于所述臨界溫度值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述臨界溫度值足以使所述第 一 特征部能夠發(fā)生材料硬化。
7. —種熱處理系統(tǒng)，包括電源；加熱器，用于接收來自所述電源的能量以加熱部件；至少 一個傳感器，用于測量所述部件的第 一特征部的溫度值和所2述部件的第二特征部的溫度值；以及控制器，用于接收來自所述至少一個傳感器、指示出所述第一特征部和所述第二特征部的測得的溫度值的信號并且根據(jù)所述信號修正對所述第 一 特征部和所述第二特征部中的至少 一 個的加熱。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱處理系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個傳感器包括用于測量所述第一特征部的溫度值的第一溫度傳感器和用于測量所述第二特征部的溫度值的第二溫度傳感器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的熱處理系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱器包括用于加熱所述第一特征部的第一加熱元件和用于加熱所述第二特征部的第二加熱元件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的熱處理系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱器用于直接地加熱所述第 一特征部以及間接地加熱所述第二特征部。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用有源反饋的熱處理系統(tǒng)和方法。所述方法可以對部件的第一特征部進(jìn)行加熱并且以不同于加熱所述第一特征部的方式對部件的第二特征部進(jìn)行加熱。該方法可以測量所述第一特征部和所述第二特征部的溫度值。該方法還可以將測得的溫度值與溫度閾值進(jìn)行比較。該方法可以根據(jù)所述比較修正對所述第一特征部和所述第二特征部中的至少一個的加熱。
文檔編號C21D1/42GK101497938SQ20091000326
公開日2009年8月5日 申請日期2009年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月29日
發(fā)明者J·P·麥克唐奈 申請人:卡特彼勒公司