本發(fā)明涉及熱處理工藝控制。更具體地，本發(fā)明涉及基于大數(shù)據(jù)的模具鋼熱處理工藝參數(shù)優(yōu)化方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、高端模具鋼，如h13、dievar、ld等，作為工業(yè)生產(chǎn)中的重要材料，其性能直接決定了模具的使用壽命和加工質(zhì)量。真空熱處理是提升模具鋼性能的關(guān)鍵工序，通過精確控制加熱溫度、保溫時間及冷卻速率，使材料內(nèi)部組織發(fā)生理想的相變。目前，針對模具鋼的熱處理工藝參數(shù)設(shè)定，主要依據(jù)材料牌號對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)工藝曲線進(jìn)行操作，技術(shù)人員通常依賴個人經(jīng)驗，根據(jù)工件尺寸對工藝參數(shù)進(jìn)行簡單微調(diào)。
2、然而，現(xiàn)有的熱處理工藝控制方式存在顯著局限性。同一牌號的模具鋼在不同爐號的原材料中，碳、鉻、鉬、釩、錳、硅等關(guān)鍵合金元素的含量雖符合國家標(biāo)準(zhǔn)，但仍存在客觀的批次間波動；這些微小的成分偏差足以導(dǎo)致連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線發(fā)生左移或右移，而傳統(tǒng)固定參數(shù)工藝無法適應(yīng)這種波動，容易造成工件硬度不均或開裂。與此同時，真空爐內(nèi)的冷卻速率不僅受氣壓影響，還嚴(yán)重依賴于裝爐的物理狀態(tài)；現(xiàn)有技術(shù)缺乏對裝載質(zhì)量、堆疊密度及空隙率的定量計算模型，導(dǎo)致滿載與半載工件的芯部冷卻速率差異巨大，極易產(chǎn)生軟點或未淬透現(xiàn)象。
3、此外，傳統(tǒng)的殘余奧氏體控制主要依賴金相顯微鏡或x射線衍射，檢測周期長且屬于破壞性抽檢，無法在熱處理過程中實時獲取數(shù)據(jù)；由于缺乏基于物理量的快速無損檢測手段，現(xiàn)有技術(shù)難以根據(jù)實際的組織轉(zhuǎn)變情況反推回火的充分性，工藝參數(shù)無法形成閉環(huán)調(diào)整，進(jìn)而影響了模具鋼最終的尺寸穩(wěn)定性和使用性能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為解決原材料成分批次波動導(dǎo)致熱處理工藝適應(yīng)性差、裝爐熱慣性無法定量評估導(dǎo)致冷卻速率不可控以及缺乏無損檢測手段導(dǎo)致工藝無法實現(xiàn)閉環(huán)調(diào)整的技術(shù)問題，本發(fā)明在如下的多個方面中提供方案。
2、在第一方面中，本發(fā)明提供了基于大數(shù)據(jù)的模具鋼熱處理工藝參數(shù)優(yōu)化方法，包括：獲取模具鋼原材料中多種關(guān)鍵元素的實際百分比含量，并基于所述實際百分比含量與標(biāo)準(zhǔn)成分中心值的偏差，結(jié)合各元素的權(quán)重系數(shù)，計算得到材料淬火敏感度指數(shù)；
3、獲取當(dāng)前裝載工件的裝爐總質(zhì)量、工件總外表面積以及堆疊后的包絡(luò)體積，基于所述裝爐總質(zhì)量、工件總外表面積、堆疊后的包絡(luò)體積以及裝載空隙率，計算得到裝爐有效熱阻尼系數(shù)；
4、利用磁性分析設(shè)備檢測經(jīng)過冷卻或初次回火后的標(biāo)準(zhǔn)試樣的比飽和磁化強(qiáng)度實測值，并確定所述模具鋼原材料對應(yīng)的目標(biāo)比飽和磁化強(qiáng)度；
5、基于所述材料淬火敏感度指數(shù)、裝爐有效熱阻尼系數(shù)以及比飽和磁化強(qiáng)度實測值與目標(biāo)比飽和磁化強(qiáng)度的偏差比率，利用補(bǔ)償模型計算回火溫度的修正值，得到優(yōu)化后的回火設(shè)定溫度。
6、本發(fā)明通過構(gòu)建材料淬火敏感度指數(shù)、裝爐有效熱阻尼系數(shù)和基于磁性反饋的偏差比率三個相互獨立的定量表征參數(shù)，將原材料成分檢測數(shù)據(jù)、裝載物理狀態(tài)以及組織轉(zhuǎn)變程度同步納入回火溫度的補(bǔ)償計算，實現(xiàn)了多維工藝因素的耦合修正，確保了不同批次、不同裝爐狀態(tài)下熱處理質(zhì)量的一致性。
7、優(yōu)選地，所述材料淬火敏感度指數(shù)滿足關(guān)系式：
8、；
9、式中，表示材料淬火敏感度指數(shù)；表示參與計算的關(guān)鍵合金元素總數(shù)；表示第種元素的實際百分比含量；表示對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)成分中心值；表示第種元素的權(quán)重系數(shù)。
10、本發(fā)明通過對各關(guān)鍵合金元素實際含量與標(biāo)準(zhǔn)成分中心值偏差的加權(quán)疊加計算，使材料淬火敏感度指數(shù)能夠同時保留多種元素偏差的方向性和幅度信息，從而準(zhǔn)確反映當(dāng)前批次材料相對于標(biāo)準(zhǔn)材料淬透性的綜合變化，為回火溫度的針對性修正提供了材料層面的定量依據(jù)。
11、優(yōu)選地，所述權(quán)重系數(shù)為淬透性影響權(quán)重系數(shù)，所述淬透性影響權(quán)重系數(shù)通過如下方式確定：建立包含歷史批次材料的合金元素含量以及對應(yīng)的淬火冷卻速度與硬度梯度映射關(guān)系的歷史工藝數(shù)據(jù)庫；以各合金元素含量為自變量、以淬透性指標(biāo)為因變量進(jìn)行多元回歸分析，獲得各元素對淬透性的貢獻(xiàn)率，并根據(jù)所述貢獻(xiàn)率確定各元素的淬透性影響權(quán)重系數(shù)，其中提高淬透性的元素對應(yīng)的淬透性影響權(quán)重系數(shù)取正值，降低淬透性的元素對應(yīng)的淬透性影響權(quán)重系數(shù)取負(fù)值。
12、優(yōu)選地，所述裝爐有效熱阻尼系數(shù)滿足關(guān)系式：
13、；
14、式中，表示裝爐有效熱阻尼系數(shù)；表示裝爐總質(zhì)量；表示基準(zhǔn)滿載質(zhì)量；表示堆疊后的包絡(luò)體積；表示爐膛有效加熱區(qū)體積；表示工件總外表面積；表示基準(zhǔn)表面積常量；表示裝載空隙率；表示以自然常數(shù)為底的指數(shù)函數(shù)。
15、本發(fā)明通過將裝爐總質(zhì)量與基準(zhǔn)滿載質(zhì)量的比值、堆疊后的包絡(luò)體積與爐膛有效加熱區(qū)體積的比值，以及由工件總外表面積與裝載空隙率共同決定的指數(shù)項三者相乘，構(gòu)建了涵蓋質(zhì)量、空間占用和氣體對流通道三個維度的裝爐有效熱阻尼系數(shù)；其中指數(shù)項對空隙率的變化高度敏感，能夠準(zhǔn)確捕捉堆疊致密度對氣體對流換熱的阻礙效應(yīng)，解決了傳統(tǒng)方法無法定量表征復(fù)雜裝爐狀態(tài)下熱傳導(dǎo)影響的問題。
16、優(yōu)選地，所述裝載空隙率的計算方式為：通過堆疊后的包絡(luò)體積減去工件實體體積得到空隙體積，再將空隙體積除以堆疊后的包絡(luò)體積得到所述裝載空隙率，且所述裝載空隙率需滿足預(yù)設(shè)的最小風(fēng)道限值。
17、優(yōu)選地，所述優(yōu)化后的回火設(shè)定溫度滿足關(guān)系式：
18、；
19、式中，表示優(yōu)化后的回火設(shè)定溫度；表示基礎(chǔ)回火溫度；表示材料成分補(bǔ)償系數(shù)；表示自然對數(shù)函數(shù)；表示材料淬火敏感度指數(shù)；表示裝爐負(fù)載補(bǔ)償系數(shù)；表示裝爐有效熱阻尼系數(shù)；表示磁性反饋調(diào)節(jié)增益系數(shù)；表示目標(biāo)比飽和磁化強(qiáng)度；表示比飽和磁化強(qiáng)度實測值。
20、本發(fā)明通過將基礎(chǔ)回火溫度與三個相互獨立的補(bǔ)償項相加，分別對材料成分偏差、裝爐熱阻尼偏差和磁性反饋偏差進(jìn)行針對性修正；材料成分補(bǔ)償項通過對材料淬火敏感度指數(shù)取對數(shù)，使補(bǔ)償量隨材料淬透性的增減平滑變化；裝爐負(fù)載補(bǔ)償項以裝爐有效熱阻尼系數(shù)相對于基準(zhǔn)值的超出量為輸入，直接響應(yīng)裝載熱阻尼的絕對增量；磁性反饋補(bǔ)償項以比飽和磁化強(qiáng)度實測值與目標(biāo)比飽和磁化強(qiáng)度的偏差比率為輸入，將無損磁性檢測結(jié)果轉(zhuǎn)化為溫度修正量，形成對實際組織轉(zhuǎn)變程度的實時閉環(huán)反饋。
21、優(yōu)選地，還包括在計算得到所述優(yōu)化后的回火設(shè)定溫度后，將熱處理設(shè)備的回火溫度參數(shù)調(diào)整為所述優(yōu)化后的回火設(shè)定溫度；執(zhí)行回火工藝，并在回火結(jié)束后再次檢測比飽和磁化強(qiáng)度實測值，若所述比飽和磁化強(qiáng)度實測值仍未達(dá)到所述目標(biāo)比飽和磁化強(qiáng)度，則基于新的偏差比率再次迭代計算回火溫度的二次修正值。
22、優(yōu)選地，所述關(guān)鍵合金元素包括碳、鉻、鉬、釩、錳和硅，所述實際百分比含量是通過光電直讀光譜儀對當(dāng)前批次模具鋼原材料進(jìn)行多點火花激發(fā)檢測獲取的。
23、本發(fā)明通過采用光電直讀光譜儀進(jìn)行多點火花激發(fā)檢測，能夠快速獲取當(dāng)前批次原材料中碳、鉻、鉬、釩、錳和硅六種關(guān)鍵合金元素的精確含量，覆蓋了對模具鋼淬透性影響最為顯著的元素組合，保證了材料淬火敏感度指數(shù)計算結(jié)果的全面性和可靠性。
24、優(yōu)選地，所述目標(biāo)比飽和磁化強(qiáng)度根據(jù)所述模具鋼原材料的牌號對應(yīng)的殘余奧氏體含量低于預(yù)設(shè)上限值時的理論比飽和磁化強(qiáng)度確定；所述比飽和磁化強(qiáng)度實測值是通過磁性分析儀對隨爐標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行無損檢測獲得的。
25、本發(fā)明通過以殘余奧氏體含量低于預(yù)設(shè)上限值時的理論比飽和磁化強(qiáng)度作為目標(biāo)比飽和磁化強(qiáng)度，建立了磁性物理量與組織轉(zhuǎn)變指標(biāo)之間的嚴(yán)格定量對應(yīng)關(guān)系；采用隨爐標(biāo)準(zhǔn)試樣無損檢測的方式，實現(xiàn)了對馬氏體轉(zhuǎn)變程度的實時反演，替代了傳統(tǒng)破壞性金相檢測，為工藝參數(shù)的閉環(huán)迭代調(diào)整提供了及時、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。
26、第二方面，本發(fā)明提供基于大數(shù)據(jù)的模具鋼熱處理工藝參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)，包括處理器和存儲器，所述存儲器存儲有計算機(jī)程序指令，當(dāng)所述計算機(jī)程序指令被所述處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述基于大數(shù)據(jù)的模具鋼熱處理工藝參數(shù)優(yōu)化方法。
27、通過采用上述技術(shù)方案，將上述的基于大數(shù)據(jù)的模具鋼熱處理工藝參數(shù)優(yōu)化方法生成計算機(jī)程序，并存儲于存儲器中，以被處理器加載并執(zhí)行，從而根據(jù)存儲器及處理器制作終端設(shè)備，方便使用。
28、本發(fā)明的有益效果在于：
29、本發(fā)明通過將原材料成分檢測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為材料淬火敏感度指數(shù)、將裝載物理狀態(tài)表征為裝爐有效熱阻尼系數(shù)，并以磁性無損檢測反演的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變偏差作為實時反饋，使回火溫度補(bǔ)償模型能夠同步耦合材料、環(huán)境和組織轉(zhuǎn)變?nèi)齻€維度的擾動，從而在多源工藝波動條件下動態(tài)生成最優(yōu)溫度參數(shù)，實現(xiàn)了模具鋼熱處理工藝的精細(xì)化、智能化控制，確保了批次間硬度均勻性與組織穩(wěn)定性的持續(xù)達(dá)標(biāo)。