技術(shù)小課堂丨計(jì)算機(jī)技術(shù)在淬火爐設(shè)計(jì)上的應(yīng)用
淬火爐是工件淬火前加熱工件的爐子。淬火是把工件放入爐內(nèi)加熱到臨界點(diǎn)以上的溫度并保持一段時(shí)同，然后把工件迅速?gòu)臓t內(nèi)取出投入到淬液(油或水)內(nèi)快速冷卻的熱處理工藝。爐子的熱源可以用電及燃料,溫度可用熱電偶測(cè)量。用電及氣體、液體燃料的爐子，可以用儀表自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)溫度。
淬火爐在機(jī)械制造業(yè)應(yīng)用廣泛，機(jī)械零件，尤其是汽車、飛機(jī)、船舶等制造中的鋼件幾乎都要經(jīng)過(guò)淬火熱處理。淬火加熱爐可用于汽車零部件、飛機(jī)零部件、軸類、齒輪、鏈輪、螺栓和各種鋼制零件的淬火加熱，淬火槽可用于對(duì)加熱后的工件進(jìn)行迅速淬火冷卻，配合攪拌、水冷循環(huán)等系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的淬火。
中機(jī)試驗(yàn)裝備股份有限公司研制生產(chǎn)的淬火爐具有如下特點(diǎn)：以計(jì)算機(jī)為控制核心，溫度自動(dòng)控制，預(yù)熱時(shí)間、淬火溫度值、保溫時(shí)間、等待時(shí)間等參數(shù)可自主定義;定義好工作流程與參數(shù)值，裝夾好金屬籠后，可開(kāi)始自動(dòng)工作;軟件可顯示試樣信息、工作溫度、工作時(shí)間、溫度曲線(上、中、下三段溫度)、熱處理工作次數(shù),可繪制打印工作報(bào)告等。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，證明設(shè)備安全可靠、自動(dòng)化程度較高。
淬火爐主要由淬火爐主機(jī)單元、高溫大氣爐單元、高溫金屬籠單元、淬火爐主機(jī)電氣單元、溫度控制系統(tǒng)單元、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等部分組成，圖1為淬火爐結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖1 淬火爐結(jié)構(gòu)原理示意圖
1、淬火爐主機(jī)單元
主機(jī)框架采取型鋼框架結(jié)構(gòu)，爐子下方放置水桶，水桶放置在移動(dòng)小車上。夾持裝置采用手指氣缸夾持，加熱爐下?lián)醢逖b置采用旋轉(zhuǎn)氣缸。
2、高溫大氣爐單元
大氣爐前端開(kāi)口，高溫大氣爐采用一體式爐膛，多晶纖維半裸露包裹爐絲。發(fā)熱體(分上中下三段)采用 HRE材料，半裸露式加熱，提高爐絲的抗氧化性及使用壽命。大氣爐整體結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，保溫效果好。其中，爐殼采用耐高溫的不銹鋼材料加工而成，避免了水蒸氣等對(duì)爐絲壽命的影響，內(nèi)套石英玻璃管，并采用三段側(cè)插口控溫，提高爐絲抗氧化性及使用壽命。
3、高溫金屬籠單元
高溫金屬籠單元主要包括鎳鉻吊絲與試樣金屬籠。金屬籠采用K465合金制造，耐高溫性能好。金屬籠由鎳鉻吊絲吊起，與主機(jī)上夾具夾持連接，簡(jiǎn)單方便。
4、淬火爐主機(jī)電氣單元
主機(jī)電氣由 IO 卡和手控盒組成，負(fù)責(zé)夾緊、松開(kāi)等手動(dòng)操作動(dòng)作。
5、溫度控制系統(tǒng)單元
溫度控制系統(tǒng)由溫控儀表、熱電偶和固態(tài)繼電器等組成。由熱電偶測(cè)量的溫度值送入溫控儀表，溫控儀表進(jìn)行比較、PID運(yùn)算，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果輸出一系列觸發(fā)電流信號(hào)加到進(jìn)口固態(tài)繼電器上，以控制固態(tài)繼電器導(dǎo)通角。導(dǎo)通角的大小決定電阻絲所加電壓的高低，也就是可調(diào)節(jié)高溫爐的加熱功率，最終使?fàn)t內(nèi)的溫度穩(wěn)定在目標(biāo)值上。
1、結(jié)構(gòu)組成
軟件由參數(shù)設(shè)置、詳細(xì)控制、數(shù)據(jù)處理等 3 個(gè)部分組成。
(1)參數(shù)設(shè)置。在參數(shù)設(shè)置窗口(如圖2所示)中，設(shè)置試樣的基本參數(shù)，以及試驗(yàn)溫度、保溫時(shí)間等參數(shù)。
圖2 參數(shù)設(shè)置窗口
(2)詳細(xì)控制。詳細(xì)控制窗口如圖3所示，窗體的上方為設(shè)備試驗(yàn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示區(qū)域，顯示試驗(yàn)溫度和運(yùn)行時(shí)間等數(shù)據(jù)。窗體左中部為圖形顯示區(qū)域，單擊按鈕條的相應(yīng)按鈕可以顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)曲線。窗體右中部為功能鍵區(qū)域，包括參數(shù)設(shè)置、溫控調(diào)節(jié)、瀏覽數(shù)據(jù)、退出 & 返回、啟動(dòng)試驗(yàn)、停止試驗(yàn)等功能。
圖3 詳細(xì)控制窗口
(3)數(shù)據(jù)處理。在數(shù)據(jù)處理窗口(如圖4所示)中，可以查看曲線、導(dǎo)出數(shù)據(jù)、打印報(bào)告等。
圖4 數(shù)據(jù)處理窗口
2、采集溫度
溫度儀表為歐陸表，通信協(xié)議是modbus協(xié)議。
(1)初始化并打開(kāi)串口。
With GCommData(Comi)
. BaudRate = GBaudTable(12)
. Parity = GParityTable(0)
. ByteSize = GByteSizeTable(3)
. StopBits = GStopBitsTable(0)
(2)在計(jì)時(shí)器中接收溫度。
首先發(fā)送讀取溫度命令。
然后就可以在接收的字符串中解析溫度值了。
3、采集 IO卡數(shù)據(jù)
首先創(chuàng)建 IO 卡設(shè)備對(duì)象。
成功創(chuàng)建IO卡對(duì)象后，就可以接收IO卡數(shù)據(jù)了。
IO卡中的狀態(tài)包括夾緊、松開(kāi)、爐子下面擋板的移除和復(fù)位等。
4、試驗(yàn)流程
(1)設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)。
(2)在詳細(xì)控制窗口中單擊“試驗(yàn)啟動(dòng)”按鈕，軟件會(huì)把試驗(yàn)溫度的目標(biāo)值傳送到溫控表中。
(3)打開(kāi)加熱開(kāi)關(guān)，開(kāi)始升溫，升溫到目標(biāo)溫度值。
(4)把裝好試樣的金屬籠通過(guò)吊絲安裝在主機(jī)夾具上，保證金屬籠位置正確后，啟動(dòng)夾緊開(kāi)關(guān)，使夾具夾持住鎳鉻吊絲，蓋上加熱爐上保溫蓋。開(kāi)始對(duì)試樣進(jìn)行加熱，在軟件上單擊“完成試樣安裝”按鈕，軟件開(kāi)始保溫計(jì)時(shí)，進(jìn)入加熱計(jì)時(shí)時(shí)間。
(5)當(dāng)軟件參數(shù)設(shè)置的“保溫時(shí)間”計(jì)時(shí)時(shí)間結(jié)束后，加熱爐下方電機(jī)帶動(dòng)下?lián)醢逍D(zhuǎn)，保證下?tīng)t口暢通。參數(shù)設(shè)置的“打開(kāi)擋板后計(jì)時(shí)時(shí)間”開(kāi)始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間結(jié)束后主機(jī)上夾具啟動(dòng)，松開(kāi)鎳鉻吊絲，金屬籠靠自重掉入水中。參數(shù)設(shè)置的“松開(kāi)吊絲后計(jì)時(shí)時(shí)間”開(kāi)始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間結(jié)束后加熱爐下方電機(jī)啟動(dòng)，關(guān)閉爐下?lián)醢逋瑫r(shí)執(zhí)行夾緊動(dòng)作，并且打開(kāi)蜂鳴器提醒完成一次淬火。
(6)如果想繼續(xù)進(jìn)行淬火，則需重復(fù)步驟(4)與步驟(5);如果想停止淬火,在軟件的監(jiān)控界面上單擊“停止試驗(yàn)”按鈕，然后關(guān)閉加熱開(kāi)關(guān)，進(jìn)行加熱爐降溫，關(guān)閉主機(jī)電源，同時(shí)拉出水桶移動(dòng)小車，將水桶抽出，撈取金屬籠。
(7)工作結(jié)束后，將主機(jī)與金屬籠擦拭干凈，保證主機(jī)與金屬籠無(wú)水殘留。
在淬火爐的設(shè)計(jì)中，通過(guò)硬件與軟件的良好配合，實(shí)現(xiàn)了淬火流程自動(dòng)化、采集數(shù)據(jù)自動(dòng)化、處理數(shù)據(jù)自動(dòng)化。實(shí)踐證明，淬火爐性能穩(wěn)定可靠，具有較高的性價(jià)比。
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