本發(fā)明涉及一種可實(shí)現(xiàn)溫度閉環(huán)控制的金屬板料感應(yīng)加熱裝置，屬于金屬板料加熱領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

板料加熱過(guò)程中一方面其內(nèi)部發(fā)生成分及組織結(jié)構(gòu)的變化，同時(shí)其表面狀態(tài)、尺寸、形狀也將發(fā)生變化。在加熱過(guò)程中形成的缺陷不僅關(guān)系到整個(gè)熱處理工藝的成敗，而且還直接影響到工件的加工工藝性和使用性能。

傳統(tǒng)工藝的加熱工序是在各類熱處理爐中進(jìn)行的。在溫度場(chǎng)內(nèi)，加熱介質(zhì)與工件之間建立起溫度梯度，通過(guò)傳導(dǎo)、對(duì)流或輻射這三種基本物理過(guò)程而使工件升溫。工件在爐中的加熱，往往是這三種加熱方式同時(shí)進(jìn)行著，僅是在不同的加熱介質(zhì)中，不同的加熱溫度下起主導(dǎo)作用的傳熱方式有所不同。

本發(fā)明采用的是電磁-熱能量轉(zhuǎn)換的感應(yīng)加熱方式對(duì)金屬板料進(jìn)行掃描加熱，該加熱方式可實(shí)現(xiàn)工件溫度快速均勻上升，而且能夠獲得較高的溫度上限，相較于傳統(tǒng)的傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射加熱方式相比，其加熱速度與能源利用效率更高；同時(shí)，相較于等離子加熱、電子束加熱、激光加熱的各種加熱裝置而言，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)制造成本更為低廉。

金屬加熱過(guò)程中還存在嚴(yán)重的氧化現(xiàn)象，傳統(tǒng)工藝通常是在封閉的加熱空間內(nèi)填充氮?dú)獾缺Ｗo(hù)性氣體來(lái)防止或抑制金屬表面氧化，其帶來(lái)的結(jié)果就是裝置結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜化和應(yīng)用成本的提高。本發(fā)明通過(guò)兩塊夾板夾緊工件實(shí)現(xiàn)氧化保護(hù)，其效果更好，在簡(jiǎn)化裝置結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也降低了裝置的使用費(fèi)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所述一種可實(shí)現(xiàn)溫度閉環(huán)控制的金屬板料感應(yīng)加熱裝置，由感應(yīng)加熱電源及冷卻水系統(tǒng)組成，其特征在于，還有加熱爐體機(jī)臺(tái)；所述加熱爐體機(jī)臺(tái)由上部加熱區(qū)域和下部存儲(chǔ)區(qū)域組成，并通過(guò)中間隔板隔開(kāi)；所述加熱爐體機(jī)臺(tái)上部加熱區(qū)域包括：工件夾持部件、伺服電機(jī)、上導(dǎo)軌、下導(dǎo)軌、上滑塊、下滑塊、平板型感應(yīng)器、紅外探頭，其中工件夾持部件由工件上夾板、工件下夾板和壓緊氣缸組成；所述壓緊氣缸安裝于上滑塊下方，上滑塊可沿安裝于加熱爐體機(jī)臺(tái)頂部的上導(dǎo)軌進(jìn)行滑動(dòng)，所述工件上夾板與壓緊氣缸下端進(jìn)行連接；所述下導(dǎo)軌安裝于平板型感應(yīng)器上平面，下滑塊安裝于下導(dǎo)軌上，并可沿下導(dǎo)軌進(jìn)行滑動(dòng)，所述工件下夾板安裝于下滑塊上方；所述伺服電機(jī)及紅外探頭安裝于加熱爐體機(jī)臺(tái)上部加熱區(qū)域遠(yuǎn)離進(jìn)料口的一側(cè)，其中伺服電機(jī)的輸出端與下滑塊相連，從而推動(dòng)工件夾持部件在導(dǎo)軌上滑動(dòng)；紅外探頭的安裝位置位于伺服電機(jī)的上方，其發(fā)射的紅外光束與工件處于同一水平面上并與導(dǎo)軌安裝方向平行；所述加熱爐體機(jī)臺(tái)下部存儲(chǔ)區(qū)域包括：變壓器單元、氣泵、控制盒及電控箱，其中變壓器單元安裝于加熱爐體機(jī)臺(tái)下部存儲(chǔ)區(qū)域的一側(cè)并與感應(yīng)加熱電源通過(guò)柔性電纜進(jìn)行連接，氣泵安裝于加熱爐體機(jī)臺(tái)下部存儲(chǔ)區(qū)域的中間位置并與壓緊氣缸連接，加熱爐體機(jī)臺(tái)下部存儲(chǔ)區(qū)域的另一側(cè)安裝控制盒與電控箱，并且控制盒位于電控箱的上方；所述冷卻水系統(tǒng)由冷水機(jī)及冷卻水管道構(gòu)成，同時(shí)在平板型感應(yīng)器內(nèi)部設(shè)有供冷卻水流通的水道。

所述平板型感應(yīng)器安置于加熱爐體機(jī)臺(tái)中間隔板上，當(dāng)在感應(yīng)器線圈中通入電流后，可以讓感應(yīng)器上部的工件表面自身快速發(fā)熱。

所述工件放置在下夾板上后，工件上夾板在壓緊氣缸的作用下向下壓緊，然后開(kāi)始加熱；加熱過(guò)程中，上、下夾板和工件在伺服電機(jī)的作用下一起來(lái)回移動(dòng)，以減少工件的溫度差異；加熱完成后，上夾板在壓緊氣缸的帶動(dòng)下上移，然后通過(guò)伺服電機(jī)把工件前端推移出感應(yīng)平面一定距離，方便操作者用夾具取離。

所述冷卻水系統(tǒng)采用工業(yè)冷水機(jī)作為系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)組成單元，提供平板型感應(yīng)器的內(nèi)部通水冷卻，冷水機(jī)內(nèi)部有內(nèi)置水箱，水路內(nèi)部循環(huán)。

所述控制盒和電控箱通過(guò)電路連接組成一個(gè)整體，通過(guò)按鈕和PLC的組合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的連鎖、傳動(dòng)和啟停命令。

所述紅外探頭用于在線工件溫度測(cè)量，其采集的溫度信息將反饋給PID溫度控制模塊，實(shí)現(xiàn)板料加熱溫度的閉環(huán)控制。

本發(fā)明專利與現(xiàn)有金屬板料感應(yīng)加熱爐相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)通過(guò)感應(yīng)加熱方式對(duì)工件進(jìn)行掃描加熱，可使工件溫度快速均勻上升。

2)工件加熱溫度上限可預(yù)先設(shè)定，升溫達(dá)到目標(biāo)溫度后進(jìn)入恒溫保持階段。

3)本發(fā)明通過(guò)兩塊夾板夾緊工件實(shí)現(xiàn)氧化保護(hù)功能，無(wú)需在加熱過(guò)程中向加熱空間內(nèi)充氮，并且該夾持方式可以防止板料在加熱過(guò)程中發(fā)生翹曲。

4)在加熱結(jié)束后，工件能夠被伺服電機(jī)自動(dòng)推出爐體一段距離，可方便操作者取件。

5)因采用的是掃描加熱方式，測(cè)量的是一定區(qū)域內(nèi)的溫度，而不是單點(diǎn)溫度，所以所采集到的溫度數(shù)據(jù)更為有效、可靠。

附圖說(shuō)明

圖1：一種可實(shí)現(xiàn)溫度閉環(huán)控制的金屬板料感應(yīng)加熱裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖1中：感應(yīng)加熱電源1、柔性電纜2、變壓器單元3、平板型感應(yīng)器4、下導(dǎo)軌5、工件下夾板6、工件7、工件上夾板8、氣泵9、上導(dǎo)軌10、上滑塊11、壓緊氣缸12、下滑塊13、中間隔板14、紅外探頭15、伺服電機(jī)16、控制盒17、電控箱18、冷卻水管道19、冷水機(jī)20。

具體實(shí)施方案

下面通過(guò)實(shí)例并對(duì)照附圖，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)及其實(shí)施方式。

如圖1所示，本發(fā)明所述的一種可實(shí)現(xiàn)溫度閉環(huán)控制的金屬板料感應(yīng)加熱裝置由感應(yīng)加熱電源1、加熱爐體機(jī)臺(tái)及冷卻水系統(tǒng)三部分組成，其中加熱爐體機(jī)臺(tái)由上部加熱區(qū)域和下部存儲(chǔ)區(qū)域組成，并通過(guò)中間隔板14隔開(kāi)；所述加熱爐體機(jī)臺(tái)上部加熱區(qū)域包括：工件夾持部件、伺服電機(jī)16、上導(dǎo)軌10、下導(dǎo)軌5、上滑塊11、下滑塊13、平板型感應(yīng)器4、紅外探頭15，其中工件夾持部件由工件上夾板8、工件下夾板6和壓緊氣缸12組成；所述壓緊氣缸12安裝于上滑塊11下方，上滑塊11可沿安裝于加熱爐體機(jī)臺(tái)頂部的上導(dǎo)軌10進(jìn)行滑動(dòng)，所述工件上夾板8與壓緊氣缸12下端進(jìn)行連接；所述下導(dǎo)軌5安裝于平板型感應(yīng)器4上平面，下滑塊13安裝于下導(dǎo)軌5上，并可沿下導(dǎo)軌5進(jìn)行滑動(dòng)，所述工件下夾板6安裝于下滑塊13上方；所述伺服電機(jī)16及紅外探頭15安裝于加熱爐體機(jī)臺(tái)上部加熱區(qū)域遠(yuǎn)離進(jìn)料口的一側(cè)，其中伺服電機(jī)16的輸出端與下滑塊13相連，從而推動(dòng)工件夾持部件在導(dǎo)軌上滑動(dòng)；紅外探頭15的安裝位置位于伺服電機(jī)16的上方，其發(fā)射的紅外光束與工件7處于同一水平面上并與導(dǎo)軌安裝方向平行；所述加熱爐體機(jī)臺(tái)下部存儲(chǔ)區(qū)域包括：變壓器單元3、氣泵9、控制盒17及電控箱18，其中變壓器單元3安裝于加熱爐體機(jī)臺(tái)下部存儲(chǔ)區(qū)域的一側(cè)，并與感應(yīng)加熱電1通過(guò)柔性電纜2進(jìn)行連接，氣泵9安裝于加熱爐體機(jī)臺(tái)下部存儲(chǔ)區(qū)域的中間位置，并與壓緊氣缸12連接，加熱爐體機(jī)臺(tái)下部存儲(chǔ)區(qū)域的另一側(cè)安裝控制盒17與電控箱18，并且控制盒17位于電控箱18的上方；所述冷卻水系統(tǒng)由冷水機(jī)20及冷卻水管19道構(gòu)成，同時(shí)在平板型感應(yīng)器4內(nèi)部設(shè)有供冷卻水流通的水道。

如圖1所示，本發(fā)明所述平板型感應(yīng)器4安置于加熱爐體機(jī)臺(tái)中間隔板14上，當(dāng)在感應(yīng)器線圈中通入電流后，可以讓平板型感應(yīng)器4上部的工件7表面自身快速發(fā)熱。

如圖1所示，本發(fā)明所述的感應(yīng)加熱電源1通過(guò)柔性電纜2與放置于加熱爐體機(jī)臺(tái)下半部的變壓器單元3進(jìn)行連接，該感應(yīng)加熱電源1所有器件不通水，其底部加裝定位轉(zhuǎn)輪。

如圖1所示，本發(fā)明所述的工件下夾板6安置于平板型感應(yīng)器4上部的下滑塊13上方，工件7放置在工件下夾板6上后，工件上夾板8在壓緊氣缸12的作用下向下壓緊，然后開(kāi)始加熱，加熱過(guò)程中上、下夾板和工件在伺服電機(jī)16的作用下一起來(lái)回移動(dòng)，以減少工件的溫度分布差異，加熱完成后，工件上夾板8在壓緊氣缸12的帶動(dòng)下上移，然后通過(guò)伺服電機(jī)16把工件前端推移出感應(yīng)平面一定距離，方便操作者用夾具取離。

如圖1所示，本發(fā)明所述的冷卻水系統(tǒng)采用工業(yè)冷水機(jī)作為系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)組成單元，提供平板型感應(yīng)器4的內(nèi)部通水冷卻，冷水機(jī)20內(nèi)部有內(nèi)置水箱，水路內(nèi)部循環(huán)。

如圖1所示，本發(fā)明所述的變壓器單元3被固定放置于加熱爐工作平臺(tái)下部。

如圖1所示，本發(fā)明所述的控制盒17和電控箱18組成通過(guò)按鈕和PLC的組合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的連鎖、傳動(dòng)和啟停命令。

本發(fā)明所述的一種可實(shí)現(xiàn)溫度閉環(huán)控制的金屬板料感應(yīng)加熱裝置工作過(guò)程如下：

1)接通電源，觀察電源指示燈狀態(tài)，確保裝置供電正常。

2)開(kāi)啟加熱爐體機(jī)臺(tái)上部加熱區(qū)域進(jìn)料口，通過(guò)控制盒17上按鈕操作伺服電機(jī)16，使工件夾持部件整體移出感應(yīng)加熱平面一定距離，然后使工件上夾板8上行，以方便安放工件。

3)放置好工件后，通過(guò)控制盒17上按鈕操作壓緊氣缸12，使工件上夾板8下行夾緊工件，然后操作伺服電機(jī)16，使工件夾持部件復(fù)位。

4)關(guān)閉加熱爐體機(jī)臺(tái)上部加熱區(qū)域進(jìn)料口，啟動(dòng)冷卻水系統(tǒng)，設(shè)置板料加熱目標(biāo)溫度，啟動(dòng)感應(yīng)加熱電源1，工件將進(jìn)入加熱升溫狀態(tài)，此時(shí)可通過(guò)電控箱面板觀察板料溫度變化情況。

5)板料溫度上升到預(yù)設(shè)目標(biāo)溫度后將進(jìn)入溫度保持階段，電控箱面板所顯示板料溫度會(huì)存在小幅波動(dòng)，此為正?，F(xiàn)象，因?yàn)楸狙b置采用掃描加熱，板料的移動(dòng)會(huì)給PID恒溫控制帶來(lái)一些波動(dòng)。

6)當(dāng)保溫時(shí)間達(dá)到工藝要求后，打開(kāi)加熱爐體機(jī)臺(tái)上部加熱區(qū)域前門并操作伺服電機(jī)16，使工件夾持部件移出感應(yīng)平面一定距離，然后操作壓緊氣缸12，使工件上夾板8上行松開(kāi)工件，此時(shí)操作者可使用夾具取離工件，此過(guò)程中設(shè)備會(huì)自動(dòng)停止加熱。

7)取離工件后，若繼續(xù)板料加熱可放置下一塊板料并重復(fù)操作3、4、5、6，若無(wú)板料需要加熱，則斷開(kāi)感應(yīng)加熱電源1，操作伺服電機(jī)16，使工件夾持部件復(fù)位；

8)待設(shè)備冷卻后，關(guān)閉加熱爐體機(jī)臺(tái)上部加熱區(qū)域前門，停止冷卻水系統(tǒng)，切斷電源。