專利名稱：滴注式稀土滲碳微機(jī)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于滲碳爐溫度和滲碳劑，催滲劑滴速和滴量的自動(dòng)控制裝置。
目前我國(guó)各類機(jī)械制造廠廣泛采用滴注式井式爐氣體滲碳，處理各種機(jī)器零件，其工藝參數(shù)如滲碳溫度，滲劑滴量，以及不同工藝階段如升溫排氣，碳勢(shì)調(diào)整、強(qiáng)滲、擴(kuò)散、降溫及保持、出爐淬火等工藝溫度及滲劑滴量的調(diào)整，完全靠人工操作，頻繁而準(zhǔn)確度極差，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量的進(jìn)一步提高。
對(duì)于滴注式氣體滲碳而言，滲碳過程的微機(jī)控制可分為兩大類，一類為開環(huán)控制，另一類為閉環(huán)控制。國(guó)內(nèi)外幾乎都采用閉環(huán)調(diào)節(jié)，它由爐氣碳勢(shì)傳感器(氧探頭，CO、CO2、CH4分析儀等)、計(jì)算機(jī)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)(滴閥、泵等)組成，可對(duì)爐氣碳勢(shì)進(jìn)行精確控制(精度可達(dá)±0.05％)。計(jì)算機(jī)還可對(duì)滲層碳濃度分布、滲層深度進(jìn)行予報(bào)和控制。但此類裝置復(fù)雜程度高造價(jià)昂貴，適用性較差。開環(huán)控制由于精度差，幾乎沒有應(yīng)用的。國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)過開環(huán)控制技術(shù)，如滴量程序器，光電滴量控制器等，均因技術(shù)不成熟生產(chǎn)上未推廣應(yīng)用。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種滴注式滲劑和催滲劑的微機(jī)控制裝置，該裝置應(yīng)具有溫度和滲劑滴速與滴量的半自動(dòng)化控制能力，并可以針對(duì)不同的滲碳要求和條件選擇不同的滲碳工藝方案實(shí)時(shí)控制。
本實(shí)用新型滴注式稀土滲碳微機(jī)控制裝置，包括一個(gè)具有多種稀土滲碳工藝程序的數(shù)據(jù)庫(kù)5和一個(gè)與之相連接的微機(jī)控制器6，其特征在于本裝置是由一個(gè)帶有溫度反饋的閉環(huán)溫控回路和一個(gè)可以控制滲碳劑和稀土催滲劑的滴速和滴量的開環(huán)控制系統(tǒng)組成，閉環(huán)溫控回路是由微機(jī)控制器6，溫度數(shù)顯控制器8，溫度傳感器9、可控硅10和滲碳爐13組成的回路，滴速和滴量開環(huán)控制系統(tǒng)是由微機(jī)控制器6、滲劑數(shù)顯控制器7、步進(jìn)電機(jī)2、催滲劑儲(chǔ)液箱11、滲碳劑儲(chǔ)液箱12、絲杠傳動(dòng)裝置1、泵3、截止閥4和滲碳爐13構(gòu)成的開環(huán)系統(tǒng)，其中，微機(jī)控制器6通過滲劑數(shù)顯控制器7分別與兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)2連接，步進(jìn)電機(jī)2通過絲杠傳動(dòng)裝置1控制泵3的活塞，泵3的油缸通過四個(gè)截止閥4分別與催滲劑儲(chǔ)液箱11滲碳劑儲(chǔ)液箱12和滲碳爐13連通。
滴注式稀土滲碳微機(jī)控制裝置性能優(yōu)良，操作控制簡(jiǎn)單易行，從工件入爐開始，升溫排氣、碳勢(shì)調(diào)整、強(qiáng)滲、擴(kuò)散、降溫及出爐淬火，整個(gè)滲碳工藝過程的溫度和滲劑滴量均可實(shí)行自動(dòng)控制。其主要性能如下①滲碳溫度的程序控制適應(yīng)周期作業(yè)特點(diǎn)，爐子分程序控溫，精度±2℃。
②滲碳劑程序控制一般采用煤油、丙酮等作滲碳劑，它在工件入爐后的升溫、排氣、滲強(qiáng)、擴(kuò)散等不同工藝階段的滴量，可以精確控制。滴注精度±2％。
③稀土催滲劑程序控制稀土催滲劑同時(shí)也是滲碳?xì)夥盏南♂寗恼{(diào)節(jié)狀況與滲碳劑相同。
④工藝階段顯示與提示升溫排氣、滲碳、擴(kuò)散、降溫、出爐等不同工藝階段均設(shè)有顯示報(bào)警提示，及時(shí)提醒操作者。
⑤故障報(bào)警電偶、爐絲斷了，滲劑堵塞等故障，均設(shè)有報(bào)警裝置。
⑥滲劑滴量校正滲碳劑和稀土催滲劑滴量是否準(zhǔn)確，設(shè)有校正系統(tǒng)，每爐執(zhí)行滲碳工藝前，如有必要均可進(jìn)行校正。
⑦可內(nèi)存18種稀土滲碳標(biāo)準(zhǔn)工藝，設(shè)有修正系數(shù)按鈕可演化成數(shù)百種稀土滲碳工藝?？涩F(xiàn)場(chǎng)更改或臨時(shí)輸入工藝。
⑧滲碳件變形大幅度下降，性能如耐磨性，變曲疲勞，接觸疲勞壽命大幅度增加，節(jié)電20％以上。


圖1為本實(shí)用新型滴注稀土滲碳微機(jī)控制裝置的原理圖。
實(shí)施例本裝置的邏輯結(jié)構(gòu)原理如
圖1所示?？刂茖?duì)象①滲碳爐溫度；②滲劑滴量(滲碳劑及稀土催滲劑微機(jī)控制系統(tǒng)是由抗干擾能力強(qiáng)的單片機(jī)Inter8031、8051或8098以及必須的外部接口電路設(shè)計(jì)組成。采取了必要的抗干擾措施和掉電保護(hù)。稀土滲碳的工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)(理論上可內(nèi)存99種工藝)均儲(chǔ)存在微機(jī)的Eprom中，工作時(shí)從中取出一種送入微機(jī)系統(tǒng)，對(duì)溫度和滲劑滴量按時(shí)間程序進(jìn)行控制。
滲碳爐的溫度顯示與程序控制滲碳爐的加熱元件為電爐絲，電功率的大小由可控硅調(diào)節(jié)。(見
圖1)滲碳爐的溫度由熱電偶檢測(cè)并送入微機(jī)與滲碳工藝的設(shè)定溫度進(jìn)行比較，在顯示的同時(shí)按偏差ΔT對(duì)可控硅的導(dǎo)通功率進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，從而構(gòu)成滲碳爐溫度的閉環(huán)控制。只要在Eprom中取出一條滲碳的溫度一時(shí)間程序曲線，通過微機(jī)系統(tǒng)的閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)就可在滲碳過程中得到精確發(fā)現(xiàn)，從而保證了滲碳工藝過程溫度程序的準(zhǔn)確執(zhí)行。
滲劑的顯示與程序控制滲碳工藝參數(shù)除溫度外就是滲劑，它由滲碳劑(煤油、丙酮或異丙醇)及稀土滲劑兩種分別按一定比例及流量滴入滲碳爐內(nèi)(見
圖1)。滲劑的滴量控制由步進(jìn)電機(jī)及絲杠傳動(dòng)裝置、泵和截止閥組成。兩套獨(dú)立的系統(tǒng)，一套控制滲碳劑滴量另一套則控制稀土催滲劑。它的控制過程如下自Eprom儲(chǔ)存的稀土滲碳工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)中取一種所需稀土滲碳工藝，工藝中編制有不同工藝階段(如排氣、碳勢(shì)調(diào)整、強(qiáng)滲和擴(kuò)散)滲碳劑和稀土滲劑滴量的程序，這種予定程序向微機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出指令，控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)通過絲杠傳動(dòng)裝置，泵的活塞向前移動(dòng)速度，從而達(dá)到控制滲劑滴量的目的，由于泵的容積是有限的，當(dāng)活塞移動(dòng)到滲劑出口時(shí)，由傳感器發(fā)出信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)以最快旋轉(zhuǎn)速度反轉(zhuǎn)，使?jié)B劑箱中儲(chǔ)存的滲劑迅速容入泵，當(dāng)活塞達(dá)到極限位置時(shí)傳感器發(fā)出信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)又按原來予定程序旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)活塞使?jié)B劑繼續(xù)滴入爐內(nèi)。為了實(shí)現(xiàn)滲劑的補(bǔ)充，管路中設(shè)置了一對(duì)截止閥，即閥A及閥B。兩閥不能同時(shí)截止，亦不能同時(shí)打開，即閥A打開時(shí)閥B關(guān)閉，反之閥B打開時(shí)閥A關(guān)閉。閥B打開時(shí)向爐內(nèi)注入滲劑，閥A打開時(shí)由滲劑儲(chǔ)存箱向泵注入滲劑。
由上述滲劑向滲碳爐注入過程可知，滲劑滴量的控制屬于開環(huán)控制。滲碳爐內(nèi)沒有設(shè)置爐氣碳勢(shì)傳感器及反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因而這種開環(huán)控制的精度、滲碳工藝的可靠性和合理性，完全決定于Eprom中儲(chǔ)存的工藝軟件是否可靠。微機(jī)控制系統(tǒng)只不過將儲(chǔ)存軟件如實(shí)復(fù)現(xiàn)而已。而這種儲(chǔ)存的稀土滲碳工藝軟件則是根據(jù)大量工藝實(shí)踐，并考慮到一些重要影響因素(如滲碳爐容積及工件表面積等)編制而成，以保證在不同滲碳設(shè)備，不同工件及不同裝截量時(shí)能獲得優(yōu)異金相組織及高的滲碳速度。
滲劑的滴注系統(tǒng)在本實(shí)用新型中所采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為柱塞泵，也可采用微型齒輪泵或葉片泵或電磁閥作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由直流電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，亦可達(dá)到與柱塞泵相同的控制效果，但其控制精度不及柱塞泵。
曾將微機(jī)控制裝置用于某齒輪廠熱處理車間，產(chǎn)生了巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果①滲碳小組人員由5人減至3人，看管的設(shè)備由3臺(tái)增至5臺(tái)；②金相組織的優(yōu)質(zhì)品率由原來30％增至95％以上；③平均節(jié)電率25％；④齒輪變形減少，合格率由40％增至85％以上；⑤滲碳爐平均維修周期由2個(gè)月延長(zhǎng)至6個(gè)月；⑥齒輪吊具壽命由3個(gè)月延長(zhǎng)至半年。
本微機(jī)控制裝置，也曾用于現(xiàn)行滴注式可控常規(guī)滲碳作過運(yùn)行試驗(yàn)，滲碳溫度930℃，滲碳劑為煤油，稀釋劑為甲醇，現(xiàn)場(chǎng)輸入臨時(shí)編制的工藝，試驗(yàn)結(jié)果取得了令人滿意的結(jié)果。
權(quán)利要求1.滴注式稀土滲碳微機(jī)控制裝置，包括一個(gè)具有多種稀土滲碳工藝程序的數(shù)據(jù)庫(kù)[5]和一個(gè)與之相連接的微機(jī)控制器[6]，其特征在于本裝置是由一個(gè)帶有溫度反饋的閉環(huán)溫控回路和一個(gè)可以控制滲碳劑和稀土催滲劑的滴速和滴量的開環(huán)控制系統(tǒng)組成，閉環(huán)溫控回路是由微機(jī)控制器[6]，溫度數(shù)顯控制器[8]，溫度傳感器[9]、可控硅[10]和滲碳爐[13]組成的回路，滴速和滴量開環(huán)控制系統(tǒng)是由微機(jī)控制器[6]、滲劑數(shù)顯控制器[7]、步進(jìn)電機(jī)[2]、催滲劑儲(chǔ)液箱[11]、滲碳劑儲(chǔ)液箱[12]、絲杠傳動(dòng)裝置[1]、泵[3]、截止閥[4]和滲碳爐[13]構(gòu)成的開環(huán)系統(tǒng)，其中，微機(jī)控制器[6]通過滲劑數(shù)顯控制器[7]分別與兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)[2]連接，步進(jìn)電機(jī)[2]通過絲杠傳動(dòng)裝置[1]控制泵[3]的活塞，泵[3]的油缸通過四個(gè)截止閥[4]分別與催滲劑儲(chǔ)液箱[11]、滲碳劑儲(chǔ)液箱[12]和滲碳爐[13]連通。
2.按照權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征是所述的泵［3］是柱塞泵或者齒輪泵或者葉片泵或者是電磁閥。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于滲碳溫度和滲劑滴量控制的自動(dòng)控制裝置，其特征是由一個(gè)帶有溫度反饋的閉環(huán)溫控回路和一個(gè)可以控制滲碳劑和稀土催滲劑滴速與滴量的開環(huán)控制系統(tǒng)組成，閉環(huán)溫控回路由微機(jī)控制器，溫度數(shù)量控制器，可控硅和溫度傳感器構(gòu)成閉環(huán)回路，開環(huán)控制系統(tǒng)是由微機(jī)控制器、滲劑數(shù)顯、步進(jìn)電機(jī)、絲杠傳動(dòng)裝置、泵、截止閥以及催滲劑和滲碳劑儲(chǔ)液箱構(gòu)成，本控制裝置適用于井式爐氣體滲碳。
文檔編號(hào)C23C8/08GK2212014SQ9420583
公開日1995年11月8日 申請(qǐng)日期1994年3月30日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月30日
發(fā)明者劉志儒, 孫躍, 閻牧夫 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)