专利名称：中频透热炉中移动坯料的温控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种锻造领域中坯料预热过程的温控装置，具体讲是一种中频透
热炉中移动坯料的温控装置，换句话说，是一种对中频透热炉中移动坯料的透热过程进行 温控的装置。
背景技术：
中频透热炉以其热效率高、加热时间短，加热后的工件表面氧化脱碳少、工件畸变 小、可控性好、易于实现机械化和自动化等特点，在锻造领域得到广泛的应用。由于锻造的 坯料的温度值及内外温度是否均匀直接影响着锻件的组织和力学性能，故用中频透热炉透 热(即穿透加热)的坯料要求透热后的温度达到设计要求值且坯料内外温差最小(即温度 均匀化)。 而坯料透热后的温度值以及坯料的内外温度是否均匀是由坯料在炉体内的停留 时间、坯料的透热功率密度、中频透热炉的透热频率三个参数决定的。在中频透热炉透热 时，坯料在炉内停留时间过长，会造成其表面氧化层的增厚，甚至过烧，导致锻造部位的强 韧性恶化，从而縮短锻件使用寿命；坯料在炉内停留时间过短，则其温度过低，无法顺利锻 压，縮短锻压设备的使用寿命。坯料的透热功率密度是指单位面积的坯料的透热功率，它是 由中频透热炉的输出功率决定的，坯料的透热功率密度则决定坯料的熔化速度，如果透热 功率密度过大会导致工件表面过热甚至熔化；如果透热功率密度过小会使得工件加热时间 过长，最终导致生产效率低下。中频透热炉的透热频率则决定坯料的透热深度，透热频率过 高，会使得加热深度浅，最终导致坯料的内外温差过大；而透热频率过低，虽然能减小内外 温差，但会引起加热线圈总的电流及铜损增大，最终导致电效率降低，能耗增大。而中频透 热炉中移动坯料的温控，就是通过调节坯料在炉体内的停留时间、中频透热炉的输出功率、 中频透热炉的透热频率三个参数，使得透热后的坯料的温度达到设计要求值且温度均匀 化，进而保证坯料的组织和力学性能满足锻造要求。 但现有技术的温控装置很难对中频透热炉进行精确实时的温控，其具体原因如 下 现有技术的温控装置包括非接触式和接触式。非接触式温控装置通过测量坯料的 辐射能，根据热辐射能与温度之间的对应关系换算出温度值，然而炉体加热时，炉腔内产生 大量的烟雾和灰尘对测温装置接收辐射能的过程产生干扰，故非接触式温控装置测温效果 很差，温度采集精度低，而且，更关键的是，受到炉腔内狭窄空间的限制，测温装置无法随坯 料跟进，只能测出炉腔入口处和出口处的温度值，故温度的采集范围小。接触式温控装置如 保护管热电偶式是指在热电偶外设置一层陶瓷材料的保护套管，坯料与保护管接触，通过 保护管将热量传递给热电偶进行测温，但由于保护管存在时间上的滞后性，故温度的采集 精度低，而且，由于炉腔内空间狭窄，炉壁与坯料之间缝隙很小，故很难将热电偶设在炉腔 内部，只能在炉腔出口处设置一个热电偶，故温度的采集范围小，同样无法满足温控的精度 要求。[0006] 由于上述温控装置存在各种局限，故以上述装置做设备基础的中频透热炉中移动 坯料的温控方法也只能是根据炉腔出口处坯料的温度值依据经验来调节坯料在炉体内的 停留时间、中频透热炉的输出功率和透热频率这三个参数。但中频透热炉加热是将坯料置 于交变磁场中，利用坯料内部产生的感应电流将坯料加热，坯料温度升高会使得坯料的导 电性能、导磁性能均发生变化，也就是说，炉内的电磁场和温度场之间是相互影响、相互耦 合的。因此，在确定坯料透热参数时，仅靠炉腔出口处坯料的温度值以及经验来判定，无法 保证坯料的透热温度值达到设计要求且温度均匀化。即使经过反复多次的调试，得出的三 个参数也不理想。 所以，目前，人们一般采用的是留有相当大的加热余量以弥补加热参数不准确造 成的缺陷，但这样势必造成能源的浪费，而且，对于具有较高质量要求的锻件，这种不精确 的温控无法满足锻件的需要。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是，提供一种能在坯料透热的全过程中精确、连续
测量同一个坯料同一位置的温度值的中频透热炉中移动坯料的温控装置。 本实用新型的技术解决方案是，提供一种中频透热炉中移动坯料的温控装置，它
包括温控仪表、两根由两种不同成分的材质导体构成的热电偶丝、两根补偿导线、中频控制
柜、PLC控制面板、一根导轨和一块移动板，两根热电偶丝的同一端通过两根补偿导线与温
控仪表的触点连接，两根热电偶丝的另一端相互熔接成测温节点，所述的温控仪表与中频
控制柜电连接，所述的中频控制柜与PLC控制面板电连接，所述的导轨固定在中频透热炉
的炉腔上部，所述的移动板滑配合于导轨内，所述的移动板的前端固定有一挡板，每根热电
偶丝弯折成横向部分和竖直向部分，所述的横向部分固定在移动板上，所述的竖直向部分
向下延伸，所述的测温节点位于两根竖直向部分的下端，所述的测温节点与移动板之间设
有能将测温节点压紧在坯料上表面的压紧装置。 本实用新型中频透热炉中移动坯料的温控装置与现有技术相比，具有以下显著优 点和有益效果 由于本实用新型中频透热炉中移动坯料的温控装置的热电偶丝与移动板固定，而 移动板前端设有挡板，且所述的测温节点与移动板之间设有能将测温节点压紧在坯料上表 面的压紧装置，故将被测坯料的前端与挡板抵紧且通过压紧装置将测温节点压紧在坯料上 表面后，随着坯料在炉腔内移动透热，移动的坯料会前推挡板，进而带动移动板及热电偶 丝，使得热电偶丝竖直向部分下端的测温节点也始终随着坯料移动，且由于测温节点被压 紧装置压紧在坯料上表面，这样，该温控装置能在坯料透热的全过程中连续测量同一个坯 料的同一位置的温度值，实现了对移动坯料的实时跟踪测温；又由于测温节点与被测坯料 直接接触，本实用新型的温控装置克服了非接触式温控装置受炉腔内烟雾和粉尘干扰产生 的测温误差的缺点，测量精度高；同样由于测温节点与被测坯料直接接触，本实用新型温控 装置克服了保护管式温控装置时间上存在滞后性的缺点，故测量精度高；还由于所述的测 温节点与移动板之间设有能将测温节点压紧在坯料上表面的压紧装置，故本实用新型温控 装置能适用于不同尺寸的坯料。 作为改进，所述的测温节点为半球状，所述的测温节点的下端面与坯料的上表面
4形状吻合，这样，增大了测温节点与坯料的接触面积，提高了测量的精确性；而且，所述的测 温节点的下端面与坯料的上表面形状吻合，使得测温节点被压紧装置更牢固地压紧在坯料 上表面，避免了测温节点与坯料的相对移动，保证了对同一坯料的同一位置的测温，提高了 测量的准确性和稳定性。 作为再改进，所述的导轨、移动板、挡板、弹簧都为不导磁材料如不导磁不锈钢构 成，这样，避免了上述部件在中频磁场的感应作用下发热，提高了上述部件的使用寿命。 利用本实用新型的温控装置对中频透热炉中移动坯料的透热过程进行温控的方 法，其步骤如下 a、确定理想曲线，根据坯料的尺寸和材料，利用计算机仿真软件模拟出最优化的
坯料均匀透热的温度与时间曲线，即理想曲线，并将该理想曲线输入温控仪表； b、从该曲线上找出设计要求的坯料透热后的温度值所对应的时间，该时间就是坯
料在炉体内的停留时间的最佳值； c、将坯料在炉体内开始透热的时刻作为起始时刻，通过权利要求1所述的测温装 置测出该时刻坯料的温度值； d、温控仪表将上一步骤中测出的温度值与步骤a中的理想曲线上同一时刻的温 度值进行比较，得到差值； e、温控仪表将上一步骤中得到的差值反馈给中频控制柜； f、中频控制柜根据上一步骤中反馈的差值换算出合适的电压值、电流值和频率 值，并将上述电压值、电流值和频率值施加到中频透热炉的感应线圈两端，使得中频透热炉 产生新的输出功率值和透热频率值，此刻产生的新的输出功率值和透热频率值，能使得坯 料的温度值向理想曲线上此刻的温度值逼近； g、用PLC控制面板记录此刻中频透热炉的输出功率和透热频率； h、在权利要求1所述的温控装置的上一次测温过程结束后，经历一个温度值采集
时间间隔，再用权利要求1所述的温控装置测出该时刻坯料的温度值； i、重复步骤d g; j、多次重复步骤h i，直至坯料透热完成离开炉体； k、将PLC控制面板记录的坯料透热全过程中各个时刻的中频透热炉的输出功率 和透热频率导入计算机，通过计算机数值拟合的方法得出中频透热炉的输出功率和透热频 率的拟合值，上述两个拟合值就是中频透热炉的输出功率、中频透热炉的透热频率两个参 数的最佳值。 相对于仅靠炉腔出口处坯料的温度值以及经验经过反复多次的调试得出的三个 参数的传统方法，由于有了本实用新型温控装置，所以可采用以上的中频透热炉中移动坯 料的温控方法，而该方法仅仅经过一次调节，就能准确的得到坯料在炉体内的停留时间、中 频透热炉的输出功率和透热频率这三个参数，使得透热后的坯料的温度达到设计要求值且 温度均匀化，进而保证坯料的组织和力学性能满足锻造要求，故更快速、更精确；相对于留 有相当大的加热余量的传统方法，以本实用新型温控装置为设备基础的温控方法能耗浪费 小、控制精度高、透热坯料更符合锻造要求。
图1是本实用新型中频透热炉中移动坯料的温控装置的局部正视剖视结构示意 图。
图2是图1的局部放大结构示意图。 图3是本实用新型中频透热炉中移动坯料的温控装置的侧视结构示意图。 图4是图2的局部放大结构示意图。 图5是以本实用新型温控装置为设备基础的中频透热炉中移动坯料的温控方法 中的最优化的坯料均匀透热的温度与时间曲线及坯料实际透热的温度与时间的曲线。 图6是以本实用新型温控装置为设备基础的中频透热炉中移动坯料的温控方法 中对中频透热炉的透热频率进行拟合时的示意图。 图7是以本实用新型温控装置为设备基础的中频透热炉中移动坯料的温控方法 中对中频透热炉的输出功率进行拟合时的示意图。 图中所示1、温控仪表，2、热电偶丝，3、补偿导线，4、测温节点，5、导轨，6、移动板， 7、挡板，8、陶瓷垫片1，9、陶瓷垫片n，10、压簧，ll、坯料，12、炉腔。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。 如图1、图2、图3、图4所示，本实用新型中频透热炉中移动坯料的温控装置，它包 括温控仪表1、两根由两种不同成分的材质导体构成的热电偶丝2、两根补偿导线3、中频控 制柜(图中未标示)、PLC控制面板(图中未标示)、一根导轨5和一块移动板6。两根热电 偶丝2的同一端通过两根补偿导线3与温控仪表1的触点连接，即一根热电偶丝2的一端 通过一根补偿导线3与温控仪表1的一个触点连接，另一根热电偶丝2的同一端通过另一 根补偿导线3与温控仪表1的另一个触点连接。两根热电偶丝2的另一端相互熔接成测温 节点4。所述的温控仪表1与中频控制柜电连接，所述的中频控制柜与PLC控制面板电连 接。所述的温控仪表1为市售的智能型温控仪表，其型号为XMTA-808，该型号的温控仪表1 内设有集成放大器，能显示数据和比较数据；所述的中频控制柜为市售，其型号为GW-J，该 型号的中频控制柜内含有模拟电路，能够根据收到的信息发出指令来调控某些参数；所述 的PLC控制面板为市售，其型号为西门子S7-200。 所述的导轨5固定在中频透热炉的炉腔12上部，所述的移动板6滑配合于导轨5 内，所述的移动板6的前端固定有一挡板7。每根热电偶丝2弯折成横向部分和竖直向部分。 所述的横向部分固定在移动板6上，即所述的移动板6为中空结构，所述的两根热电偶丝2 外包裹有一层耐高温绝缘绝热的玻璃丝布，每根热电偶丝2的横向部分位于移动板6的中 空部且横向部分的玻璃丝布与移动板6之间填充有耐火泥。所述的竖直向部分向下延伸。 所述的测温节点4位于两根竖直向部分的下端，所述的测温节点4为半球状，所述的测温节 点4的下端面与坯料11的上表面形状吻合(图中未画出)。所述的测温节点4与移动板6 之间设有能将测温节点4压紧在坯料11上表面的压紧装置，即所述的测温节点4的上部固 定有陶瓷垫圈I 8，所述的热电偶丝2的竖直向部分的上部设有与移动板6固定的陶瓷垫圈 119，所述的陶瓷垫圈I 8与陶瓷垫圈119之间设有压簧10，所述的热电偶丝2的竖直向部 分从上往下依次贯穿陶瓷垫圈II 9、压簧10和陶瓷垫圈I 8。所述的导轨5、移动板6、挡
6板7、压簧10都为不导磁材料如不导磁不锈钢构成。 如图5、图6、图7所示，利用本实用新型的温控装置对中频透热炉中移动坯料的透 热过程进行温控的方法，其步骤如下 a、确定理想曲线，根据坯料11的尺寸和材料，利用计算机仿真软件如Ansys仿真 软件模拟出最优化的坯料11均匀透热的温度与时间曲线，即理想曲线，并将该理想曲线输 入温控仪表1 ;如果在坯料的透热过程中坯料温度值随时间的变化与该曲线吻合，则透热 后的坯料满足温度均匀化； b、从该曲线上找出设计要求的坯料11透热后的温度值所对应的时间，该时间就 是坯料11在炉体内的停留时间的最佳值； c、将坯料11在炉体内开始透热的时刻作为起始时刻，通过权利要求1所述的测温 装置测出该时刻坯料11的温度值； d、温控仪表1将上一步骤中测出的温度值与步骤a中的理想曲线上同一时刻的温 度值进行比较，得到差值； e、温控仪表1将上一步骤中得到的差值反馈给中频控制柜； f、中频控制柜根据上一步骤中反馈的差值换算出合适的电压值、电流值和频率 值，并将上述电压值、电流值和频率值施加到中频透热炉的感应线圈两端，使得中频透热炉 产生新的输出功率值和透热频率值，此刻产生的新的输出功率值和透热频率值，能使得坯 料11的温度值向理想曲线上此刻的温度值逼近； g、用PLC控制面板记录此刻中频透热炉的输出功率和透热频率； h、在权利要求1所述的温控装置的上一次测温过程结束后，经历一个温度值采集
时间间隔，再用权利要求1所述的温控装置测出该时刻坯料11的温度值，所述的温度采集
时间间隔是指前后两次采集温度的过程所间隔的时间，它是由人们根据需要在温控仪表1
上设定的，如0. Ols ; i、重复步骤d g; j、多次重复步骤h i，直至坯料11透热完成离开炉体； k、将PLC控制面板记录的坯料11透热全过程中各个时刻的中频透热炉的输出功 率和透热频率导入计算机，通过计算机数值拟合的方法如线性拟合法得出中频透热炉的输 出功率和透热频率的拟合值，上述两个拟合值就是中频透热炉的输出功率、炉体的透热频 率两个参数的最佳值。
权利要求一种中频透热炉中移动坯料的温控装置，它包括温控仪表(1)、两根由两种不同成分的材质导体构成的热电偶丝(2)、两根补偿导线(3)、中频控制柜和PLC控制面板，两根热电偶丝(2)的同一端通过两根补偿导线(3)与温控仪表(1)的触点连接，两根热电偶丝(2)的另一端相互熔接成测温节点(4)，所述的温控仪表(1)与中频控制柜电连接，所述的中频控制柜与PLC控制面板电连接，其特征在于它还包括一根导轨(5)和一块移动板(6)，所述的导轨(5)固定在中频透热炉的炉腔(12)上部，所述的移动板(6)滑配合于导轨(5)内，所述的移动板(6)的前端固定有一挡板(7)，每根热电偶丝(2)弯折成横向部分和竖直向部分，所述的横向部分固定在移动板(6)上，所述的竖直向部分向下延伸，所述的测温节点(4)位于两根竖直向部分的下端，所述的测温节点(4)与移动板(6)之间设有能将测温节点(4)压紧在坯料(11)上表面的压紧装置。
2. 根据权利要求1所述的中频透热炉中移动坯料的温控装置，其特征在于所述的压 紧装置是指，所述的测温节点(4)的上部固定有陶瓷垫圈I(8)，所述的热电偶丝(2)的竖直 向部分的上部设有与移动板(6)固定的陶瓷垫圈11(9)，所述的陶瓷垫圈1(8)与陶瓷垫圈 11(9)之间设有压簧(IO)，所述的热电偶丝(2)的竖直向部分从上往下依次贯穿陶瓷垫圈 I工(9)、压簧(10)和陶瓷垫圈1(8)。
3. 根据权利要求1所述的中频透热炉中移动坯料的温控装置，其特征在于所述的测 温节点(4)为半球状，所述的测温节点(4)的下端面与坯料(11)的上表面形状吻合。
4. 根据权利要求1所述的中频透热炉中移动坯料的温控装置，其特征在于所述的横 向部分固定在移动板(6)上是指，所述的移动板(6)为中空结构，所述的两根热电偶丝(2) 外包裹有一层耐高温绝缘绝热的玻璃丝布，每根热电偶丝(2)的横向部分位于移动板(6) 的中空部且横向部分的玻璃丝布与移动板(6)之间填充有耐火泥。
5. 根据权利要求1 4中任何一项所述的中频透热炉中移动坯料的温控装置，其特征 在于所述的导轨(5)、移动板(6)、挡板(7)、压簧(10)都为不导磁材料构成。
6. 根据权利要求5所述的中频透热炉中移动坯料的温控装置，其特征在于所述的不 导磁材料为不导磁不锈钢。
专利摘要本实用新型公开了一种中频透热炉中移动坯料的温控装置，它包括温控仪表、两根热电偶丝(2)、一根导轨和一块移动板(6)，两根热电偶丝(2)的同一端与温控仪表的触点连接，另一端相互熔接成测温节点(4)，导轨固定在炉腔(12)上部，移动板(6)滑配合于导轨内，移动板(6)的前端固定有一挡板(7)，每根热电偶丝(2)弯折成横向部分和竖直向部分，横向部分固定在移动板(6)上，竖直向部分向下延伸，测温节点(4)位于两根竖直向部分的下端，测温节点(4)与移动板(6)之间设有压紧装置。该温控装置能在坯料透热的全过程中精确、连续测量同一个坯料同一位置的温度值。
文档编号G05D23/22GK201482890SQ200920192560
公开日2010年5月26日 申请日期2009年8月26日 优先权日2009年8月26日
发明者刘 文, 刘立君, 吴红兵, 张学昌, 张旭, 李继强, 贾志欣 申请人:浙江大学宁波理工学院