CN205821415U - 用于Ti‑6Al‑4V合金丝材快速热处理的机械控制设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于Ti‑6Al‑4V合金丝材快速热处理的机械控制设备，包括在动力控制箱的上端面安装有四个立柱，四个立柱的顶端共同安装有上横梁，四个立柱的下部共同套装有滑块，在动力控制箱中设有拉力加载机构，滑块与拉力加载机构传动连接；滑块与上横梁之间的四个立柱上套装有滑架；在上横梁下端面与滑块上端面对应安装有多组夹具，每组上下对应的夹具之间连接有一根丝材；丝材一边设有激光测温仪，激光测温仪与温度控制器连接，从温度控制器引出的导线与丝材两端对应连接；每个滑架上配置多个光栅传感器或光栅计数卡，所有光栅传感器或光栅计数卡的输出信号接入温度控制器中。本实用新型的装置，功能可靠，高效节能。

Description

用于Ti-6Al-4V合金丝材快速热处理的机械控制设备

技术领域

本实用新型属于热处理设备技术领域，涉及一种用于Ti-6Al-4V合金丝材快速热处理的机械控制设备。

背景技术

热处理加热设备在材料制造中具有广泛的应用，其主要功能是将金属加热到一定温度，以利于材料的后续加工变形或材料内部相变，使产品达到具有满足后续加工或使用性能的目的。

目前材料热处理加热设备种类较多，主要有箱式电阻加热设备及管式电阻加热设备两种形式，均采用电阻加热的形式在炉腔内形成温度场，从而对工件进行间接加热。

如图1，现有箱式电阻炉的结构是，包括位于温度控制箱热电偶、炉门等。其工作原理是，通过电热原件加热炉腔内Ti-6Al-4V合金丝材，使丝材的温度提高到所需要的温度，加热的介质为空气，电阻丝发热，通过对流或辐射原理来加热工件。持续加热一段时间，通过温度控制箱的温度显示窗口来实现温度的控制。由于整个加热腔内是封闭的，容积较小，无法实现较大长度丝材的热矫直或盘卷丝材的矫直，加热速率缓慢。

如图2，现有管式电阻炉的结构及工作原理同箱式电阻炉加热原理类似。这种管式加热炉的炉腔长度大，能够对大长度的丝材进行热处理，但是，两端施加拉力困难，不适合机械热处理的连续操作，不便于进行大规模生产。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于Ti-6Al-4V合金丝材快速热处理的机械控制设备，解决了现有技术中无法实现较大长度丝材的热矫直或盘卷丝材的矫直，不适合机械热处理连续操作的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种用于Ti-6Al-4V合金丝材快速热处理的机械控制设备，包括动力控制箱，在动力控制箱的上端面安装有四个立柱，四个立柱的顶端共同固定安装有上横梁，四个立柱的下部共同套装有滑块，在动力控制箱中设置有拉力加载机构，滑块与拉力加载机构传动连接；滑块与上横梁之间的四个立柱上套装有滑架；在上横梁下端面与滑块上端面对应安装有多组夹具，每组上下对应的夹具之间连接有一根丝材；

丝材一边设置有激光测温仪，激光测温仪的探测头对向丝材，激光测温仪信号输出端与温度控制器输入端连接，从温度控制器输出端引出的导线与丝材两端对应连接；

每个滑架上配置多个光栅传感器或光栅计数卡，所有光栅传感器或光栅计数卡的输出信号接入温度控制器中。

本实用新型的用于Ti-6Al-4V合金丝材快速热处理的机械控制设备，其特征还在于：

立柱的表面涂有高温绝缘层。

夹具与上横梁之间、夹具与滑块之间均垫有电绝缘垫板。

温度控制器与激光测温仪之间的信号传输采用光纤连接。

本实用新型的有益效果是，利用Ti-6Al-4V合金丝材电阻热效应，通过精确调控电流的大小、频率等参数控制其热处理温度，从而达到精确控温的目的；同时，在丝材的两端定量施加拉应力，在温度和拉应力的定量控制下，实现Ti-6Al-4V合金丝材的机械热处理，获得高精度加热温度，施加拉应力可控，使用方便，节能效果明显。

与已有技术相比，本实用新型的创新点体现在：1)采用Ti-6Al-4V合金自身电阻大特点进行自加热，加热速率快，效率高，能耗少，流程短。与其它普通的热处理工艺相比，在1-30秒钟范围内完成电阻加热至800-1000℃，短时间快速高能量输入来控制晶粒细化程度；同时两端施加拉力控制冷却过程中相的析出形貌和取向，从而获得比原材料更高的强度和延展性。2)通过具有特色的编程程序，实时接收温度变化的反馈数字信号，并快速调控电流的相关参数，实现加热温度和速率的高精度控制，这也是本实用新型的独特优点。3)采用光栅滑块对加热冷却后的丝材进行直线度测量，确保Ti-6Al-4V合金丝材的直线度达到0.5mm/m。

附图说明

图1为现有技术中箱式加热炉设备的结构示意图；

图2为现有技术中管式加热炉设备的结构示意图；

图3为本实用新型的结构主视图；

图4为本实用新型的结构侧视图；

图5为本实用新型温度精确调控的温度控制示意图；

图6为本实用新型的直线度测量滑架结构示意图。

图中，1.丝材，2.立柱，3.夹具，4.滑块，5.动力控制箱，6.滑架，7.激光测温仪，8.温度控制器，9.上横梁，11.温度控制箱，12.箱式炉腔，13.电阻丝，14.管式炉腔，15.拉力加载机构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

参照图1，现有技术的箱式加热炉设备的结构是，包括设置在箱式炉腔12中的电阻丝13，电阻丝13与箱式炉腔12之外的温度控制箱11控制连接。

参照图2，现有技术的管式加热炉设备的结构是，包括设置在管式炉腔14圆壁上的电阻丝13，电阻丝13与管式炉腔14之外的温度控制箱11控制连接。

参照图3、图4，本实用新型的结构是，包括动力控制箱5，在动力控制箱5的上端面安装有四个立柱2，四个立柱2的顶端共同固定安装有上横梁9，四个立柱2的下部共同套装有滑块4，在动力控制箱5中设置有拉力加载机构15，滑块4与拉力加载机构15传动连接；滑块4与上横梁9之间的四个立柱2上套装有滑架6；在上横梁9下端面与滑块4上端面对应安装有多组耐高温的夹具3，每组上下对应的夹具3之间连接有一根丝材1，丝材1即为本实用新型加工对象的Ti-6Al-4V合金丝材。

参照图5，丝材1一边设置有激光测温仪7，激光测温仪7的探测头对向丝材1，激光测温仪7信号输出端与温度控制器8输入端连接，从温度控制器8输出端引出的导线与丝材1两端对应连接。

参照图6，滑架6在滑块4与上横梁9之间的四个立柱2上滑动，每个滑架6上配置多个光栅传感器或光栅计数卡，用来测量丝材1卸载后的直线度，所有光栅传感器或光栅计数卡的输出信号接入温度控制器8中。

立柱2的表面涂有高温绝缘层。

夹具3与上横梁9之间、夹具3与滑块4之间均垫有电绝缘垫板。

拉力加载机构15采用无级调速和齿轮传动方式进行控制，实现滑块4与滑架6之间的移动智能控制。

温度控制器8的内部结构包括A/D采样数据、89C52芯片、功率放大电路和开关控制电路。

夹具3采用耐高温合金制作，动力控制箱5和温度控制器8外壳均采用具有结构坚固、外形美观、散热性能好的铝合金型材制作。

温度控制器8与激光测温仪7之间的信号传输采用光纤连接，激光测温仪7对丝材1测温后，当温度有升降时，激光测温仪7会有数字信号形成，温度控制器8接受信号后确保改变电流参数实现温度的升温及降温速率和保温。

按常规的热处理设置，Ti-6Al-4V合金材料要通过其它发热体的对流或辐射来进行加热升温。本实用新型装置改变传统热处理的加热方式，丝材1基于电阻热效应进行加热，利用焦耳效应将电能转变成热能直接加热丝材1，丝材1本身发热，由于热量产生于丝材1本身，属于内部加热，热效率很高。

本实用新型的工作原理是，

温度控制器8内预置有(温度-电流)反馈***(这是编程软件)，在反馈***的输入端连接有激光测温仪7，通过激光测温仪7将检测丝材1的温度参数送入温度控制器8内的反馈***，在反馈***的输出端连接有温度控制机构(这是硬件，比如电源加热机构)。通过激光测温仪7将丝材1的测试温度不断回馈到反馈***，反馈***自动调节温度控制机构的电流参数，实现加热温度值的精确控制；同时，通过拉力加载机构15对滑块4的定量加载使得夹具3对(弯曲的)丝材1施加拉力，这样一来，在机械力和电阻热效应的双重作用下，实现丝材1的热处理和矫直的双重目的，整个过程效率高、流程短、节能明显。

本实用新型的工作过程是，

运行前，在室温条件下把弯曲的丝材1两端卡装入夹具3，利用滑块4对丝材1施加预定的拉力拉直，通过温度控制器8对丝材1施加电流，当电流通过丝材1后，在电阻热效应的作用下，丝材1的温度升高。在温度控制器8和激光测温仪7作用下，实现丝材1升降温速率和保温温度的定量控制，完成丝材1的机械热处理的智能控制。达到预定保温时间后对丝材1断电，自然冷却到室温，卸载施加的拉力并采用滑架6上的光栅传感器或光栅计数卡对丝材1的直线度进行测量。如果丝材的直线度小于0.5mm/m，产品合格；否则，再次进行加热处理和矫直处理。

实施例

对Ф2mm-Ф10mm微螺钉用Ti-6Al-4V合金盘卷丝材进行机械热处理，对定尺长度小于2.0m的弯曲拉拔丝材通过耐高温钼夹头施加拉应力，同时采用Ti-6Al-4V合金电阻大的特点在丝材两端施加低电压大电流。通过电流大小、频率及加热时间的控制，实现微螺钉Ti-6Al-4V合金的快速和精准的保温及升降温的热处理参数控制，达到调控Ti-6Al-4V合金高强-高塑-高韧综合性能的目的，同时采用滑块对冷却后丝材直线度进行光学测量。

Claims (4)

1.一种用于Ti-6Al-4V合金丝材快速热处理的机械控制设备，其特征在于：包括动力控制箱(5)，在动力控制箱(5)的上端面安装有四个立柱(2)，四个立柱(2)的顶端共同固定安装有上横梁(9)，四个立柱(2)的下部共同套装有滑块(4)，在动力控制箱(5)中设置有拉力加载机构(15)，滑块(4)与拉力加载机构(15)传动连接；滑块(4)与上横梁(9)之间的四个立柱(2)上套装有滑架(6)；在上横梁(9)下端面与滑块(4)上端面对应安装有多组夹具(3)，每组上下对应的夹具(3)之间连接有一根丝材(1)；

丝材(1)一边设置有激光测温仪(7)，激光测温仪(7)的探测头对向丝材(1)，激光测温仪(7)信号输出端与温度控制器(8)输入端连接，从温度控制器(8)输出端引出的导线与丝材(1)两端对应连接；

每个滑架(6)上配置多个光栅传感器或光栅计数卡，所有光栅传感器或光栅计数卡的输出信号接入温度控制器(8)中。

2.根据权利要求1所述的用于Ti-6Al-4V合金丝材快速热处理的机械控制设备，其特征在于：所述的立柱(2)的表面涂有高温绝缘层。

3.根据权利要求1所述的用于Ti-6Al-4V合金丝材快速热处理的机械控制设备，其特征在于：所述的夹具(3)与上横梁(9)之间、夹具(3)与滑块(4)之间均垫有电绝缘垫板。

4.根据权利要求1所述的用于Ti-6Al-4V合金丝材快速热处理的机械控制设备，其特征在于：所述的温度控制器(8)与激光测温仪(7)之间的信号传输采用光纤连接。