CN106319168A - 一种可实现温度闭环控制的金属板料感应加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可实现温度闭环控制的金属板料感应加热装置，属于金属板料加热领域。本发明由感应加热电源、加热炉体机台及冷却水***三部分组成。本发明通过感应加热方式对工件进行扫描加热，可使工件温度快速均匀上升；工件加热温度上限可预先设定，升温达到目标温度后进入恒温保持阶段；本发明通过两块夹板夹紧工件实现氧化保护功能，无需在加热过程中向加热空间内充氮，并且该夹持方式可以防止板料在加热过程中发生翘曲；因采用的是扫描加热方式，测量的是一定区域内的温度，而不是单点温度，所以所采集到的温度数据更为有效、可靠；在加热结束后，工件夹持部件能够通过伺服电机驱动被推出炉体一段距离，该结构可方便操作者取离工件。

Description

一种可实现温度闭环控制的金属板料感应加热装置

技术领域

本发明涉及一种可实现温度闭环控制的金属板料感应加热装置，属于金属板料加热领域。

背景技术

板料加热过程中一方面其内部发生成分及组织结构的变化，同时其表面状态、尺寸、形状也将发生变化。在加热过程中形成的缺陷不仅关系到整个热处理工艺的成败，而且还直接影响到工件的加工工艺性和使用性能。

传统工艺的加热工序是在各类热处理炉中进行的。在温度场内，加热介质与工件之间建立起温度梯度，通过传导、对流或辐射这三种基本物理过程而使工件升温。工件在炉中的加热，往往是这三种加热方式同时进行着，仅是在不同的加热介质中，不同的加热温度下起主导作用的传热方式有所不同。

本发明采用的是电磁-热能量转换的感应加热方式对金属板料进行扫描加热，该加热方式可实现工件温度快速均匀上升，而且能够获得较高的温度上限，相较于传统的传导、对流和辐射加热方式相比，其加热速度与能源利用效率更高；同时，相较于等离子加热、电子束加热、激光加热的各种加热装置而言，其结构简单，生产制造成本更为低廉。

金属加热过程中还存在严重的氧化现象，传统工艺通常是在封闭的加热空间内填充氮气等保护性气体来防止或抑制金属表面氧化，其带来的结果就是装置结构上的复杂化和应用成本的提高。本发明通过两块夹板夹紧工件实现氧化保护，其效果更好，在简化装置结构的同时，也降低了装置的使用费用。

发明内容

本发明所述一种可实现温度闭环控制的金属板料感应加热装置，由感应加热电源及冷却水***组成，其特征在于，还有加热炉体机台；所述加热炉体机台由上部加热区域和下部存储区域组成，并通过中间隔板隔开；所述加热炉体机台上部加热区域包括：工件夹持部件、伺服电机、上导轨、下导轨、上滑块、下滑块、平板型感应器、红外探头，其中工件夹持部件由工件上夹板、工件下夹板和压紧气缸组成；所述压紧气缸安装于上滑块下方，上滑块可沿安装于加热炉体机台顶部的上导轨进行滑动，所述工件上夹板与压紧气缸下端进行连接；所述下导轨安装于平板型感应器上平面，下滑块安装于下导轨上，并可沿下导轨进行滑动，所述工件下夹板安装于下滑块上方；所述伺服电机及红外探头安装于加热炉体机台上部加热区域远离进料口的一侧，其中伺服电机的输出端与下滑块相连，从而推动工件夹持部件在导轨上滑动；红外探头的安装位置位于伺服电机的上方，其发射的红外光束与工件处于同一水平面上并与导轨安装方向平行；所述加热炉体机台下部存储区域包括：变压器单元、气泵、控制盒及电控箱，其中变压器单元安装于加热炉体机台下部存储区域的一侧并与感应加热电源通过柔性电缆进行连接，气泵安装于加热炉体机台下部存储区域的中间位置并与压紧气缸连接，加热炉体机台下部存储区域的另一侧安装控制盒与电控箱，并且控制盒位于电控箱的上方；所述冷却水***由冷水机及冷却水管道构成，同时在平板型感应器内部设有供冷却水流通的水道。

所述平板型感应器安置于加热炉体机台中间隔板上，当在感应器线圈中通入电流后，可以让感应器上部的工件表面自身快速发热。

所述工件放置在下夹板上后，工件上夹板在压紧气缸的作用下向下压紧，然后开始加热；加热过程中，上、下夹板和工件在伺服电机的作用下一起来回移动，以减少工件的温度差异；加热完成后，上夹板在压紧气缸的带动下上移，然后通过伺服电机把工件前端推移出感应平面一定距离，方便操作者用夹具取离。

所述冷却水***采用工业冷水机作为***的冷却***组成单元，提供平板型感应器的内部通水冷却，冷水机内部有内置水箱，水路内部循环。

所述控制盒和电控箱通过电路连接组成一个整体，通过按钮和PLC的组合，实现***的连锁、传动和启停命令。

所述红外探头用于在线工件温度测量，其采集的温度信息将反馈给PID温度控制模块，实现板料加热温度的闭环控制。

本发明专利与现有金属板料感应加热炉相比，有如下优点：

1)通过感应加热方式对工件进行扫描加热，可使工件温度快速均匀上升。

2)工件加热温度上限可预先设定，升温达到目标温度后进入恒温保持阶段。

3)本发明通过两块夹板夹紧工件实现氧化保护功能，无需在加热过程中向加热空间内充氮，并且该夹持方式可以防止板料在加热过程中发生翘曲。

4)在加热结束后，工件能够被伺服电机自动推出炉体一段距离，可方便操作者取件。

5)因采用的是扫描加热方式，测量的是一定区域内的温度，而不是单点温度，所以所采集到的温度数据更为有效、可靠。

附图说明

图1：一种可实现温度闭环控制的金属板料感应加热装置结构图。

图1中：感应加热电源1、柔性电缆2、变压器单元3、平板型感应器4、下导轨5、工件下夹板6、工件7、工件上夹板8、气泵9、上导轨10、上滑块11、压紧气缸12、下滑块13、中间隔板14、红外探头15、伺服电机16、控制盒17、电控箱18、冷却水管道19、冷水机20。

具体实施方案

下面通过实例并对照附图，进一步说明本发明的具体结构及其实施方式。

如图1所示，本发明所述的一种可实现温度闭环控制的金属板料感应加热装置由感应加热电源1、加热炉体机台及冷却水***三部分组成，其中加热炉体机台由上部加热区域和下部存储区域组成，并通过中间隔板14隔开；所述加热炉体机台上部加热区域包括：工件夹持部件、伺服电机16、上导轨10、下导轨5、上滑块11、下滑块13、平板型感应器4、红外探头15，其中工件夹持部件由工件上夹板8、工件下夹板6和压紧气缸12组成；所述压紧气缸12安装于上滑块11下方，上滑块11可沿安装于加热炉体机台顶部的上导轨10进行滑动，所述工件上夹板8与压紧气缸12下端进行连接；所述下导轨5安装于平板型感应器4上平面，下滑块13安装于下导轨5上，并可沿下导轨5进行滑动，所述工件下夹板6安装于下滑块13上方；所述伺服电机16及红外探头15安装于加热炉体机台上部加热区域远离进料口的一侧，其中伺服电机16的输出端与下滑块13相连，从而推动工件夹持部件在导轨上滑动；红外探头15的安装位置位于伺服电机16的上方，其发射的红外光束与工件7处于同一水平面上并与导轨安装方向平行；所述加热炉体机台下部存储区域包括：变压器单元3、气泵9、控制盒17及电控箱18，其中变压器单元3安装于加热炉体机台下部存储区域的一侧，并与感应加热电1通过柔性电缆2进行连接，气泵9安装于加热炉体机台下部存储区域的中间位置，并与压紧气缸12连接，加热炉体机台下部存储区域的另一侧安装控制盒17与电控箱18，并且控制盒17位于电控箱18的上方；所述冷却水***由冷水机20及冷却水管19道构成，同时在平板型感应器4内部设有供冷却水流通的水道。

如图1所示，本发明所述平板型感应器4安置于加热炉体机台中间隔板14上，当在感应器线圈中通入电流后，可以让平板型感应器4上部的工件7表面自身快速发热。

如图1所示，本发明所述的感应加热电源1通过柔性电缆2与放置于加热炉体机台下半部的变压器单元3进行连接，该感应加热电源1所有器件不通水，其底部加装定位转轮。

如图1所示，本发明所述的工件下夹板6安置于平板型感应器4上部的下滑块13上方，工件7放置在工件下夹板6上后，工件上夹板8在压紧气缸12的作用下向下压紧，然后开始加热，加热过程中上、下夹板和工件在伺服电机16的作用下一起来回移动，以减少工件的温度分布差异，加热完成后，工件上夹板8在压紧气缸12的带动下上移，然后通过伺服电机16把工件前端推移出感应平面一定距离，方便操作者用夹具取离。

如图1所示，本发明所述的冷却水***采用工业冷水机作为***的冷却***组成单元，提供平板型感应器4的内部通水冷却，冷水机20内部有内置水箱，水路内部循环。

如图1所示，本发明所述的变压器单元3被固定放置于加热炉工作平台下部。

如图1所示，本发明所述的控制盒17和电控箱18组成通过按钮和PLC的组合，实现***的连锁、传动和启停命令。

本发明所述的一种可实现温度闭环控制的金属板料感应加热装置工作过程如下：

1)接通电源，观察电源指示灯状态，确保装置供电正常。

2)开启加热炉体机台上部加热区域进料口，通过控制盒17上按钮操作伺服电机16，使工件夹持部件整体移出感应加热平面一定距离，然后使工件上夹板8上行，以方便安放工件。

3)放置好工件后，通过控制盒17上按钮操作压紧气缸12，使工件上夹板8下行夹紧工件，然后操作伺服电机16，使工件夹持部件复位。

4)关闭加热炉体机台上部加热区域进料口，启动冷却水***，设置板料加热目标温度，启动感应加热电源1，工件将进入加热升温状态，此时可通过电控箱面板观察板料温度变化情况。

5)板料温度上升到预设目标温度后将进入温度保持阶段，电控箱面板所显示板料温度会存在小幅波动，此为正常现象，因为本装置采用扫描加热，板料的移动会给PID恒温控制带来一些波动。

6)当保温时间达到工艺要求后，打开加热炉体机台上部加热区域前门并操作伺服电机16，使工件夹持部件移出感应平面一定距离，然后操作压紧气缸12，使工件上夹板8上行松开工件，此时操作者可使用夹具取离工件，此过程中设备会自动停止加热。

7)取离工件后，若继续板料加热可放置下一块板料并重复操作3、4、5、6，若无板料需要加热，则断开感应加热电源1，操作伺服电机16，使工件夹持部件复位；

8)待设备冷却后，关闭加热炉体机台上部加热区域前门，停止冷却水***，切断电源。

Claims (5)

1.一种可实现温度闭环控制的金属板料感应加热装置，由感应加热电源及冷却水***组成，其特征在于，还有加热炉体机台；所述加热炉体机台由上部加热区域和下部存储区域组成，并通过中间隔板隔开；所述加热炉体机台上部加热区域包括：工件夹持部件、伺服电机、上导轨、下导轨、上滑块、下滑块、平板型感应器、红外探头，其中工件夹持部件由工件上夹板、工件下夹板和压紧气缸组成；所述压紧气缸安装于上滑块下方，上滑块可沿安装于加热炉体机台顶部的上导轨进行滑动，所述工件上夹板与压紧气缸下端进行连接；所述下导轨安装于平板型感应器上平面，下滑块安装于下导轨上，并可沿下导轨进行滑动，所述工件下夹板安装于下滑块上方；所述伺服电机及红外探头安装于加热炉体机台上部加热区域远离进料口的一侧，其中伺服电机的输出端与下滑块相连，从而推动工件夹持部件在导轨上滑动；红外探头的安装位置位于伺服电机的上方，其发射的红外光束与工件处于同一水平面上并与导轨安装方向平行；所述加热炉体机台下部存储区域包括：变压器单元、气泵、控制盒及电控箱，其中变压器单元安装于加热炉体机台下部存储区域的一侧并与感应加热电源通过柔性电缆进行连接，气泵安装于加热炉体机台下部存储区域的中间位置并与压紧气缸连接，加热炉体机台下部存储区域的另一侧安装控制盒与电控箱，并且控制盒位于电控箱的上方；所述冷却水***由冷水机及冷却水管道构成，同时在平板型感应器内部设有供冷却水流通的水道。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述平板型感应器安置于加热炉体机台中间隔板上，当在感应器线圈中通入电流后，可以让感应器上部的工件表面自身快速发热。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征是，工件放置在下夹板上后，工件上夹板在压紧气缸的作用下向下压紧，然后开始加热；加热过程中，上、下夹板和工件在伺服电机的作用下一起来回移动，以减少工件的温度差异；加热完成后，上夹板在压紧气缸的带动下上移，然后通过伺服电机把工件前端推移出感应平面一定距离，方便操作者用夹具取离。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述冷却水***采用工业冷水机作为***的冷却***组成单元，提供平板型感应器的内部通水冷却，冷水机内部有内置水箱，水路内部循环。

5.根据权利要求1所述的装置的使用方法，其特征是，

1)接通电源，观察电源指示灯状态，确保装置供电正常；

2)开启加热炉体机台上部加热区域进料口，通过控制盒上按钮操作伺服电机，使工件夹持部件整体移出感应加热平面一定距离，然后使工件上夹板上行，以方便安放工件；

3)放置好工件后，通过控制盒上按钮操作压紧气缸，使工件上夹板下行夹紧工件，然后操作伺服电机，使工件夹持部件复位；

4)关闭加热炉体机台上部加热区域进料口，启动冷却水***，设置板料加热目标温度，启动感应加热电源，工件将进入加热升温状态，此时可通过电控箱面板观察板料温度变化情况；

5)板料温度上升到预设目标温度后将进入温度保持阶段；

6)当保温时间达到工艺要求后，打开加热炉体机台上部加热区域前门并操作伺服电机，使工件夹持部件移出感应平面一定距离，然后操作压紧气缸，使工件上夹板上行松开工件，此时操作者可使用夹具取离工件，此过程中设备会自动停止加热；

7)取离工件后，若继续板料加热可放置下一块板料并重复操作3、4、5、6，若无板料需要加热，则断开感应加热电源，操作伺服电机，使工件夹持部件复位；

8)待设备冷却后，关闭加热炉体机台上部加热区域前门，停止冷却水***，切断电源。