CN111020133A - 冷却过程曲线可调的工件数字化退火装置和退火方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷却过程曲线可调的工件数字化退火装置和退火方法，退火装置包括：多个退火室，退火室之间通过温度隔离壁进行分隔设置，每个退火室均设有温度传感器和风机；输送机构，包括传送带和用于驱动传送带的变频驱动器，传送带将工件依次输送至多个退火室中进行退火；PLC，与温度传感器、风机和变频驱动器通讯连接。本发明可以对各个退火室的温度进行自动监测和反馈，从而自动调节风速和送料速度。

Description

冷却过程曲线可调的工件数字化退火装置和退火方法

技术领域

本发明涉及一种退火装置和退火方法，尤其是指一种冷却过程曲线可调的工件数字化退火装置和退火方法。

背景技术

随着增压发动机普及和发动机热效率不断提升，与之适配的发动机连杆也要不断提高钢性和韧性，同时为适应日益提高的环保要求，发动机日渐趋向轻量化，因此对发动机连杆的体积和重量的要求也更加苛刻，以满足发动机工作过程中功传导所产生的各种应力的要求。这就为发动机连杆在锻造中的退火过程提出新的技术挑战。

目前国内大部分连杆制造企业的退火设备还停留在老旧的人工操控时代，无自动分选、风冷不均匀、冷却风量不可控、无法独立风室、无自动调节、循环时间不可调，完全依靠操作人员经验控制，对操作人员技能要求严苛、劳动强度大、产品质量一致性无法保证。也有一部分外资和合资企业引进进口设备，但是设备造价昂贵，操作人员掌握困难，使用过程维护成本高昂，难以普及。造成国内相关企业发动机连杆锻造后热处理产品品质不稳定，直接导致后工序废品增多，甚至整个模号产品报废处理，生产成本居高不下，以致企业盈利水平低下，甚至难以盈利。

现有技术存在的缺点如下：

(1)连杆坯料经锻打后无任何自动温度检测、分选环节，直接进入退火装置，导致温度不合格产品直接流入退火设备，造成大量不合格产品流入下工序；

(2)退火设备冷却风量不可调、冷却风道布局不合理，造成连杆退火过程成分偏析、局部偏析、内外偏析，造成后工序废品率偏高；

(3)退火设备无独立分区自动调节，退火过程失控风险高，产生大量隐性缺陷产品流入下工序；

(4)退火设备循环时间不可调，国内大部分设备还是采用普通电机和定速比减速箱的动力组合，传动节拍固定，无法根据不同产品作出快速调整，难以达成产品宽适应性、差异性的要求；

(5)退火工艺对操作人员技能要求苛刻、劳动强度大、可靠性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种冷却过程曲线可调的工件数字化退火装置，可以对各个退火室的温度进行自动监测和反馈，从而自动调节风速和送料速度。

本发明的另一个目的是提供一种冷却过程曲线可调的工件数字化退火方法。

针对上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种冷却过程曲线可调的工件数字化退火装置，包括：

多个退火室，所述退火室之间通过温度隔离壁进行分隔设置，每个所述退火室均设有温度传感器和风机；

输送机构，包括传送带和用于驱动所述传送带的变频驱动器，所述传送带将工件依次输送至多个所述退火室中进行退火；

PLC，与所述温度传感器、所述风机和所述变频驱动器通讯连接。

作为优选的技术方案，还包括入料自动分选***，所述入料自动分选***与所述输送机构的进料端衔接，所述入料自动分选***包括与所述PLC通讯连接的入料温度传感器和用于分选工件的入料分选机构，所述入料分选机构包括用于排除异常品的第一排除机构，所述第一排除机构与所述PLC通讯连接。

作为优选的技术方案，所述温度隔离壁为隔断板箱，所述隔断板箱为底部密封顶部开口的中空结构，所述隔断板箱的中空结构形成有容纳槽，所述容纳槽内填充有隔热材料以阻隔室壁导热。

作为优选的技术方案，所述退火室的风道为弧形曲道结构以实现涡流送风。

作为优选的技术方案，所述变频驱动器包括变频器和连接所述变频器的变频电机。

作为优选的技术方案，还包括出料自动分选***，所述出料自动分选***与所述输送机构的出料端衔接，所述出料自动***包括与所述PLC通讯连接的出料温度传感器和用于分选工件的出料分选机构，所述出料分选机构包括用于排除异常品的第二排除机构，所述第二排除机构与所述PLC通讯连接。

作为优选的技术方案，还包括分别与多个所述退火室一一对应的多个温度显示器，所述温度显示器与所述温度传感器通讯连接。

为了实现上述目的，本发明还提供以下技术方案：

一种基于冷却过程曲线可调的工件数字化退火装置进行的退火方法，包括以下步骤：

通过所述输送机构将工件依次输送至多个所述退火室中进行退火；

在工件输送过程中，所述温度传感器分别对所述退火室进行温度采集，并将温度数据传给所述PLC；

所述PLC根据温度数据进行参数确认，发出指令对所述风机进行风速调节和/或对所述变频驱动器进行速度调节。

作为优选的技术方案，还包括以下步骤：

工件被送至所述输送机构之前，所述入料温度传感器对工件的温度进行遥感测温，并将温度数据传给所述PLC，所述PLC根据温度数据进行参数确认；

若工件温度符合***温度设定要求，则工件被直接送至所述输送机构；

否则，所述PLC发出指令使所述第一排除机构启动，将异常品导入指定收集桶内报废处理。

作为优选的技术方案，还包括以下步骤：

工件被所述输送机构送出之前，所述出料温度传感器对工件的温度进行遥感测温，并将温度数据传给所述PLC，所述PLC根据温度数据进行参数确认；

若工件温度符合***温度设定要求，则工件被直接送至指定位置；

否则，所述PLC发出指令使所述第二排除机构启动，将异常品导入指定收集桶内报废处理。

本发明的有益效果包括：

(1)设置有多个退火室且退火室之间通过温度隔离壁进行分隔设置，使得各个退火室是相对独立设置的，可以对每一个退火室进行独立控制，使得整个退火过程可控。

(2)每个退火室均设有温度传感器和风机，温度传感器和风机与PLC通讯连接，温度传感器可以将温度数据传给PLC，PLC可以根据各个退火室的温度数据进行参数确认，从而发出指令对风机进行风速调节，从而更好地控制退火过程。

(3)输送机构包括传送带和变频驱动器，变频驱动器与PLC通讯连接，可根据反馈信号实现自动变频调节输送速度，可根据产品差异调节循环节拍，实现退火设备宽适应性，杜绝不合格品流出。

(4)能实现不同工件快速、可靠切换。

(5)操作工人劳动强度显著降低。

(6)优秀的节能降耗表现和低廉快捷的维护。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的退火装置的结构示意图；

图2为本发明较佳实施例的退火装置的工艺流程图；

图3为本发明较佳实施例的退火装置的控制原理图。

具体实施方式

为便于更好的理解本发明的目的、结构、特征以及功效等，现结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明较佳实施例的一种冷却过程曲线可调的工件数字化退火装置，包括多个退火室、输送机构和PLC(可编程逻辑控制器)。本实施例中，退火的工件为汽车用发动机连杆。例如，C70S6高碳钢和36MnVS4中碳钢汽车用发动机连杆可以应用本退火装置进行退火。本退火装置经验证无论在大、中、小型连杆应用，均表现优秀。但是，在其他实施例中，可以退火的工件并不限于连杆，可以是其他需要退火的零件，以改善或消除这些工件在铸造、锻压、轧制或焊接过程中所造成的各种组织缺陷以及残余应力，防止工件变形、开裂。

退火室用于对工件进行退火。退火室之间通过温度隔离壁6进行分隔设置，使得各个退火室是相对独立设置的，可以对每一个退火室进行独立温度控制，使得整个退火过程可控。退火室的数量可以根据需求进行选择。本实施例中，退火室设有四个，分别为退火室1、退火室2、退火室3和退火室4。相对独立且密封的退火室，有利于提高产品合格率，尤其有利于提高中碳钢产品合格率。

每个退火室均设有温度传感器和风机M1。本实施例中温度传感器为红外温度传感器5，用于对退火室的温度进行红外遥感测温。风机M1用于输送冷却风，本实施例中的风机M1为风幕机。

输送机构包括传送带10和用于驱动传送带10的变频驱动器，传送带10将工件依次输送至多个退火室中进行退火。本实施例中，传送带10为链条传送带，并且通过支撑辊7对其进行支撑。在其他实施例中，传送带可以是皮带或其他合适的输送结构。

PLC与温度传感器、风机M1和变频驱动器通讯连接。温度传感器可以将温度数据传给PLC，PLC可以根据各个退火室的温度数据进行参数确认，从而发出指令对风机M1进行风速调节，从而更好地控制退火过程。因此，各退火室通过红外遥感监测与反馈，实现独立自动风速调节。此外，PLC可对变频驱动器进行速度调节，使得本退火装置可根据反馈信号实现自动变频调节输送速度，可根据产品差异调节循环节拍，实现退火设备宽适应性，杜绝不合格品流出。

冷却过程曲线是指表示温度与时间关系的曲线图。本实施例由于可以通过PLC自动控制风机M1的冷却风量和传送带10的输送速度，因此工件的冷却过程曲线实现自动可调。

本实施例还可以包括入料自动分选***8，入料自动分选***8用于进行入料检测和自动分选。入料自动分选***8与输送机构的进料端衔接，入料自动分选***8包括与PLC通讯连接的入料温度传感器和用于分选工件的入料分选机构，入料分选机构包括用于排除异常品的第一排除机构，第一排除机构与PLC通讯连接。本实施例中，入料温度传感器为红外温度传感器5。

本实施例中，第一排除机构为气动机构，通过气动执行单元开启和关闭，关闭时工件可以正常被送至输送机构，开启时异常品被导入指定收集桶内报废处理。在其他实施例中，第一排除机构可以是其他合适的结构，例如抓取机械手或推料气缸等等。由于第一排除机构与PLC通讯连接，因此PLC可以根据工件温度情况选择是否使第一排除机构启动以排除异常品。因此，通过入料自动分选***8可以避免温度不合格工件进入退火设备，从源头杜绝不合格产品。

温度隔离壁6为隔断板箱，隔断板箱为底部密封顶部开口的中空结构，隔断板箱的中空结构形成有容纳槽，容纳槽内填充有隔热材料以阻隔室壁导热。隔热材料可以根据需要进行选择，例如玻璃纤维、石棉、岩棉、硅酸盐等等。为了达到良好的隔热效果，本实施例选用的隔热材料为高效隔热材料。由此，可以使得各个退火室相对独立，防止热量相互影响。

退火室的风道为弧形曲道结构以实现涡流送风。风道形成于退火室的内壁。通过对风道优化设计，可以实现涡流送风，这样可以使产品受风面均匀，杜绝产品成分偏析、局部偏析和内外偏析，从而显著提高产品合格率。

变频驱动器包括变频器13和连接变频器13的变频电机M2。变频驱动电机的原理为公知常识，在此不再赘述。

本实施例还可以包括出料自动分选***9，出料自动分选***9与输送机构的出料端衔接，出料自动***包括与PLC通讯连接的出料温度传感器和用于分选工件的出料分选机构，出料分选机构包括用于排除异常品的第二排除机构，第二排除机构与PLC通讯连接。本实施例中，出料温度传感器为红外温度传感器5。

本实施例中，出料分选机构还包括缓降下料机构。缓降下料机构通过弹簧缓冲、杠杆原理，实现工件小弧度抛落，避免碰伤。第二排除机构为气动机构，通过气动执行单元进行开启和关闭，关闭时工件可以被输送机构送出，开启时异常品被导入指定收集桶内报废处理。在其他实施例中，第二排除机构可以是其他合适的结构，例如抓取机械手或推料气缸等等。由于第二排除机构与PLC通讯连接，因此PLC可以根据工件温度情况选择是否使第二排除机构启动以排除异常品。因此，通过出料自动分选***9可以避免温度不合格工件流入下工序。

本实施例通过退火前、后自动识别分选，退火过程自动调节，产品合格率显著提高。

本实施例还可以包括分别与多个退火室一一对应的多个温度显示器11，温度显示器11与温度传感器通讯连接，即温度显示器11可以基于温度传感器采集的数据将各个退火室的温度进行瞬时的显示，以方便工作人员直接观察。

本实施例还可以包括报警***14，报警***14与PLC通讯连接。通过报警***14，实现故障即时预警、即时终止流程、即时故障解除，方便生产过程监控和及时参数修正，保证工件经退火装置后均为合格品。

PLC可以预置经验证程序，根据不同产品可以选择执行不同的程序。程序预置可保证不同产品的快速切换。

如图3所示，本实施例总共有六个温度传感器、四个温度显示器11、四个风机M1接入控制电路，并与PLC通讯连接。变频电机M2与变频器13连接并接入PLC。报警***14直接接入PLC。气动控制***12直接接入PLC。气动控制***12包括了第一排除机构和第二排除机构的气动执行单元，且两个气动执行单元是分别独立控制的。

如图2所示，工件进入退火室1前，先通过红外遥感测温反馈，满足***温度设定要求，正常推送进入退火室1，否则通过第一排除机构导入指定收集桶内报废处理；工件进入退火室后，退火室会根据各自红外遥感信号不间断循环反馈，执行程序设定温控标准，独立自适应输送冷却风；直至最后退火室4出口测温反馈，若工件温度符合***温度设定，正常进入缓降下料机构，落入料斗，否则第二排除机构启动，工件导入指定收集桶内报废处理。

本退火装置在PLC中预置经验证程序，根据不同产品选择执行，通过红外遥感测温反馈，PLC进行参数确认，发出指令执行动作或输送速度、冷却风速调节；通过不间断循环的温度采集、信号反馈、指令发出、动作执行，同时***配置瞬时显示功能，退火曲线实现自动可调；通过报警***14，实现故障即时预警、即时终止流程、即时故障解除，方便生产过程监控和及时参数修正，保证锻件经退火装置后均为合格品。

如图1、图2和图3所示，本发明还提供了一种基于上述冷却过程曲线可调的工件数字化退火装置进行的退火方法，包括以下步骤：

工件被送至输送机构之前，入料温度传感器对工件的温度进行遥感测温，并将温度数据传给PLC，PLC根据温度数据进行参数确认；

若工件温度符合***温度设定要求，则工件被直接送至输送机构，通过输送机构将工件依次输送至多个退火室中进行退火；

否则，PLC发出指令使第一排除机构启动，将异常品导入指定收集桶内报废处理；

在工件输送过程中，温度传感器分别对退火室进行温度采集，并将温度数据传给PLC；

PLC根据温度数据进行参数确认，发出指令对风机M1进行风速调节和/或对变频驱动器进行速度调节；

工件被输送机构送出之前，出料温度传感器对工件的温度进行遥感测温，并将温度数据传给PLC，PLC根据温度数据进行参数确认；

若工件温度符合***温度设定要求，则工件被直接送至指定位置，本实施例该指定位置为料斗；

否则，PLC发出指令使第二排除机构启动，将异常品导入指定收集桶内报废处理。

以上详细说明仅为本发明之较佳实施例的说明，非因此局限本发明之专利范围，所以，凡运用本创作说明书及图示内容所为之等效技术变化，均包含于本创作之专利范围内。

Claims (10)

1.一种冷却过程曲线可调的工件数字化退火装置，其特征在于，包括：

多个退火室，所述退火室之间通过温度隔离壁进行分隔设置，每个所述退火室均设有温度传感器和风机；

输送机构，包括传送带和用于驱动所述传送带的变频驱动器，所述传送带将工件依次输送至多个所述退火室中进行退火；

PLC，与所述温度传感器、所述风机和所述变频驱动器通讯连接。

2.根据权利要求1所述的冷却过程曲线可调的工件数字化退火装置，其特征在于：还包括入料自动分选***，所述入料自动分选***与所述输送机构的进料端衔接，所述入料自动分选***包括与所述PLC通讯连接的入料温度传感器和用于分选工件的入料分选机构，所述入料分选机构包括用于排除异常品的第一排除机构，所述第一排除机构与所述PLC通讯连接。

3.根据权利要求1所述的冷却过程曲线可调的工件数字化退火装置，其特征在于：所述温度隔离壁为隔断板箱，所述隔断板箱为底部密封顶部开口的中空结构，所述隔断板箱的中空结构形成有容纳槽，所述容纳槽内填充有隔热材料以阻隔室壁导热。

4.根据权利要求1所述的冷却过程曲线可调的工件数字化退火装置，其特征在于：所述退火室的风道为弧形曲道结构以实现涡流送风。

5.根据权利要求1所述的冷却过程曲线可调的工件数字化退火装置，其特征在于：所述变频驱动器包括变频器和连接所述变频器的变频电机。

6.根据权利要求2所述的冷却过程曲线可调的工件数字化退火装置，其特征在于：还包括出料自动分选***，所述出料自动分选***与所述输送机构的出料端衔接，所述出料自动***包括与所述PLC通讯连接的出料温度传感器和用于分选工件的出料分选机构，所述出料分选机构包括用于排除异常品的第二排除机构，所述第二排除机构与所述PLC通讯连接。

7.根据权利要求1所述的冷却过程曲线可调的工件数字化退火装置，其特征在于：还包括分别与多个所述退火室一一对应的多个温度显示器，所述温度显示器与所述温度传感器通讯连接。

8.一种基于权利要求1～7任意一项所述的冷却过程曲线可调的工件数字化退火装置进行的退火方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过所述输送机构将工件依次输送至多个所述退火室中进行退火；

在工件输送过程中，所述温度传感器分别对所述退火室进行温度采集，并将温度数据传给所述PLC；

所述PLC根据温度数据进行参数确认，发出指令对所述风机进行风速调节和/或对所述变频驱动器进行速度调节。

9.根据权利要求8所述的退火方法，其特征在于，还包括以下步骤：

工件被送至所述输送机构之前，所述入料温度传感器对工件的温度进行遥感测温，并将温度数据传给所述PLC，所述PLC根据温度数据进行参数确认；

若工件温度符合***温度设定要求，则工件被直接送至所述输送机构；

否则，所述PLC发出指令使所述第一排除机构启动，将异常品导入指定收集桶内报废处理。

10.根据权利要求8所述的退火方法，其特征在于，还包括以下步骤：

工件被所述输送机构送出之前，所述出料温度传感器对工件的温度进行遥感测温，并将温度数据传给所述PLC，所述PLC根据温度数据进行参数确认；

若工件温度符合***温度设定要求，则工件被直接送至指定位置；

否则，所述PLC发出指令使所述第二排除机构启动，将异常品导入指定收集桶内报废处理。

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