[发明专利]电阻加热的金属成形装置及工艺

说明书

相关申请

本申请要求2004年9月17日申请的、序列号60/610720、名称为“电阻加热的金属成形工艺”的美国临时专利申请的优先权。

发明领域

本发明一般涉及用于成形金属件的装置和工艺。更具体地说，本发明涉及一种用于成形金属件的装置和工艺，其中，采用电阻加热将金属件加热。最特别地，本发明涉及一种用于成形金属件的装置和工艺，其中，金属件可在单个处理站中成形、热处理和/或淬火。

背景技术

许多金属成形工艺包括的步骤有加热工件并对其施加成形力，以改变或维持所需的形状轮廓。温度控制在这些工艺中通常十分重要，以达到或者维持所需的冶金状态和/或执行如渗氮、渗碳等之类的热处理步骤。使电流流过工件从而生热的电阻加热优选用在许多金属成形工艺中，这是由于电阻加热非常快且非常可控，因此，可获得精确的温度和/或可对工件选定区域加热。

现有技术已经实现了许多金属成形工艺，其中，电阻加热与各种成形步骤如弯曲、模锻、拉伸等结合。一些这种系统例如在美国专利US5737954、US6463779、US6384388、US5515705、US3933020、US6868709、以及US5744773中示出。

在各种金属加工工艺中，在成形和处理工艺期间，需要使工件与液体或者气态流体接触。这种流体可包括用于控制工件温度的淬火流体，或者其可包括处理流体，如与工件的金属化学反应的种类(species)；这种处理流体可包括渗氮流体、渗碳流体等。

本发明涉及一种把加热、成形以及流体输送功能集成到单个工件支撑站的系统。本发明的系统可制成模块化形式，并易于快速地重新组合，以便容许制造不同轮廓和/或不同冶金性能的各种工件。就此而言，本发明的系统易于适合于大批量制造工艺。本发明的这些和其他优点将参考下文的附图、论述和描述进行说明。

发明概述

披露了一种用于成形金属件的装置。该装置包括接收并支撑工件的站、电流源、流体源、以及第一和第二电极夹。每个电极夹与电流源电连通，并与流体源流体连通。电极夹构造用来接合工件，并向其输送电流和流体。在一些实施例中，该系统还包括与至少一个夹机械相连的致动器。该致动器可与至少一个夹协同操作，从而对工件施加机械力。

该装置还可包括控制器，其控制电流源和流体源中的至少一个。该装置还可包括用来检测工件温度的温度传感器。在一些具体实施例中，该温度传感器与控制器通信，并与该控制器协同操作，从而控制工件温度。这种控制可与预选的外形相符，从而优化用来改变至少一部分工件的冶金状态或者以其他方式对至少一部分工件进行热处理。

在本发明的一些具体实施例中也披露了包括模块化装置，该模块化装置包括基站和与其接合的一个或多个成形模块。基站包括电流源、用于控制电流的控制器、流体源、用于控制流体源的控制器、以及用于向致动器装置供给动力的动力源。成形模块包括第一和第二电极夹，电极夹构造用来接合工件并向该工件输送电流和流体。成形模块还包括致动器，该致动器与至少一个夹机械相连，并与之协同操作，从而对工件施加机械力。成形模块还包括连接器，以将该模块连接到基站。该连接器可操作用来把来自电流源的电流和来自流体源的流体输送给夹，并且还可操作用来输送动力给致动器。

还披露了使用本发明的装置成形金属件的方法。

附图说明

图1A-1F示出由本发明执行的基本金属加工工艺；

图2A示意性地示出本发明的一个具体装置；

图2B示意性地示出本发明的另一个具体装置；

图3是本发明中所用的温度控制电路图；

图4A和4B示出特殊的时间/温度分布图，其可通过使用本发明的系统获得；

图5是本发明的另一个实施例的示意图；

图6是本发明的又一个实施例的示意图；

图7是本发明的再一个实施例的示意图；以及

图8是依照本发明构造的模块化系统的示意图。

具体实施方式

本发明涉及一种金属成形系统，其采用电流的流动来加热工件。具体地说，该系统可用来在这样一个工艺过程生产成形的金属部件，在该工艺过程中也容许对该部件热处理和/或淬火，从而可选择地控制物理特性如硬度、韧度等。本发明在工件的整个加工过程中控制工件的温度曲线，以便提供具有优选的冶金特性的成品；且在这点而言，本发明可根据预定的曲线图来检测并调节工件温度。