CN102719634B - 一体化控温冷却设备及其冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一体化控温冷却设备及其冷却方法，属于非调质钢的冷却技术领域。本发明的冷却设备，包括上下料区、快冷区、缓冷区和空冷区，其中上下料区、快冷区、缓冷区与空冷区顺次连接，且空冷区连接到上下料区上形成封闭循环的结构。本发明的冷却设备，结构简单，自动化程度高，操作简便，适合推广应用。本发明的冷却方法，其步骤为:１，挂接锻件；2，锻件在快冷区内，温度快速冷却至630℃-670℃；3，在缓冷区内，温度降至280℃-320℃；4，在空冷区内空冷至100℃以下，并回至上下料区，将锻件取下即可。本发明的冷却方法，简便适用，生产效率高，能大大的降低生产成本，并且能确保锻件冷却后的内部和外在质量。

Description

一体化控温冷却设备及其冷却方法

技术领域

本发明涉及一种非调质钢冷却技术，尤其是一种用于非调质钢锻件的锻后冷却技术。

背景技术

非调质钢被广泛用于汽车零件，特别是曲轴、连杆等零件，为了保证曲轴、连杆等零件的表面高频淬火后获得足够的硬度，其淬硬区无铁素体存在，钢中必须保证足够高的碳含量，并在锻造工艺上采取措施，以防止毛坯表面出现大块铁素体。常规的锻后冷却方式有两种：保温箱内缓冷和自然空冷。即将锻后高温曲轴毛坯经校正后放入保温箱内缓冷或者直接放置于空气中自然冷却，常规的方法需要多级保温箱经过多次缓冷才能保证其要求，同时常规的方法还存在使得锻件直线度偏差较大，即变形较大，不仅不能满足锻件的尺寸要求，也增加了大量的校正及回火的工作量。

中国发明专利申请，申请号为200310111656.2，申请日为2003年12月26日，名称为非调质钢发动机曲轴锻造后冷却方法，公开了一种非调质钢的锻造冷却方法，在一定程度上能够提高锻件的机械性能，但是该方法在使用的过程中，需要锻件先在自然空冷区自然冷却到600℃，再进入保温缓冷区缓冷，锻件在自然空冷区的降温过程，冷却速度无法控制，冬天气温低时，降温快，夏天气温高时，降温慢，由于自然空冷区受到外部温度影响较大，可能造成锻件内的金相变化不规则，无法控制其金相组织变化达到预定要求，且锻件内部的晶体结构细化不够和细化不均匀，从而影响了锻件的机械性能。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种结构简单，操作方便的一体化控温冷却设备及其冷却方法，通过该一体化控温冷却设备，能够准确地控制锻件在冷却过程的冷却速度及其时间，从而确保在冷却过程中，得以控制锻件内部的相变产物铁素体和珠光体的组织形态和相对量，达到细化晶粒，改善金属内部组织的作用，同时能够避免冷却过程中受到外部自然条件的影响，确保锻件经过冷却后综合机械性能达到要求;通过该设备的冷却方法，使得非调质钢锻件的冷却操作极为方便，自动化程度高，容易实现流水化作业，提高了生产效率，生产成本大大地降低，并且能确保锻件冷却后的质量。

本发明采用的技术方案如下：

本发明的一体化控温冷却设备，包括上下料区、快冷区、缓冷区和空冷区，其中上下料区、快冷区、缓冷区与空冷区顺次连接，且空冷区再连接到上下料区上形成封闭循环的结构。

由于采用了上述结构，其中上下料区、快冷区与缓冷区顺次连接，使得锻件能够从上下料区置于该设备内，并且经过快冷区将锻件进行快冷，使得锻件内部按需要的金相组织转变，且晶粒同时得到细化，快冷区通过设定控制锻件的冷却速度以及冷却时间，避免其受到外界温度变化对锻件冷却的影响，再将锻件运入缓冷区内进行缓冷，从而确保细化后的晶粒能够在缓冷区内稳定，从而确保锻件的各项机械性能指标合符要求。在缓冷区上还连接有空冷区，使得经过缓冷区缓冷后的锻件，能够再次进入空冷区，并在空冷区内进行自然冷去，直至锻件的温度降至能手持的温度，再将锻件进行转移进行堆放。且整个一体化控温冷却设备为一个封闭循环的结构体，循环的速度与锻造的节拍相匹配，在上下料区反复的进行上料、下料，这样获得了很高的生产效率。

本发明的一体化控温冷却设备，在空冷区、上下料区、快冷区与缓冷区之间贯串有传输机构，所述传输机构在各区内循环运行，所述传输机构由传输电机带动，且所述传输机构上设置有挂接锻件的挂钩。

由于采用了上述结构，在冷却设备内设置有传输机构，并贯串几个区域内形成连续的传输机构，主要用于锻件在几个区域内传输运转，形成循环的结构，实现流水化作业，保证了生产效率，节约能耗；传输机构由传输电机控制带动，且提供动力，传输机构上设置有挂钩，用于挂接锻件，便于将锻件在几个区域内传输，传输机构的速度根据要求可调，从而达到锻件的冷却效果。

本发明的一体化控温冷却设备，所述快冷区内设置有快冷风机，在快冷区与缓冷区的连接处设置有快冷测温点，在该快冷测温点设置有红外线测温仪。

   由于采用了上述结构，在快冷区内设置快冷风机，通过调整风机进风量来控制锻件冷却速度，使锻件按照规定的冷却速度，均匀的冷却，从而得到需要的金相组织，细化了晶粒度，获得了需要的锻件塑性和韧性，以及增强了锻件的其它机械性能，使其达到预定要求。

本发明的一体化控温冷却设备，所述快冷风机为四个，且分两组位于快冷区内的传输机构两侧，两组快冷风机之间相互交错。

由于要求控制锻件在快冷区内的冷却速度，因此就需要控制其冷却风的供风量大小，因此在传输机构两侧分别设置快冷风机，且相互交错，通过快冷风机之间的相互配合，使得锻件在快冷区内迅速冷却，且冷却均匀，避免锻件受冷风部位不均导致金相变化不均匀等现象，设置快冷风机为四个，根据快冷区的长度以及冷却时间进行合理的选择，保证锻件在快冷区内的快冷效果，减少冷却过程中所需能量，节约了资源。

本发明的一体化控温冷却设备，所述缓冷区呈“U”形结构，在缓冷区的进口端设置有缓冷风机和缓冷测温仪，在缓冷区的中点与缓冷区的尾端均设置有缓冷测温仪，在缓冷区的中部拐角处设置有缓冷风机。

由于采用了上述结构，缩短了设备长度，减少设备所占的场地，便于其推广。在缓冷区的进口端设置有缓冷风机和缓冷测温仪，缓冷测温仪检测进入到缓冷区的锻件的温度作为初始数据，缓冷风机的出风口从进口端对准缓冷区的中部，对进口端至缓冷区之间的锻件进行冷却，确保该段内的锻件进行缓冷均匀；缓冷区的中点设置有缓冷测温仪，能够对缓冷区中段的锻件进行温度测量作为中段数据，同时在缓冷区的尾端设置缓冷测温仪，能够对缓冷区出口的锻件温度进行测量，作为出口数据，以上三个数据值的对比，能够检测到整个缓冷区内的温度变化情况，从而可以进行调整，便于整个缓冷区的温度控制，以确保锻件内的金相稳定，避免锻件内的金相进一步细化或者增大而发生改变。在缓冷区的中部拐角处设置有缓冷风机，该缓冷风机的出风口从缓冷区的中部指向缓冷区的尾部，从而对缓冷区的中部至缓冷区的尾部出口之间的锻件进行缓冷，从而确保整个缓冷区内的冷却温度均匀，确保锻件在该缓冷区内的金相结构稳定，确保其机械性能。

本发明的一体化控温冷却设备，缓冷区的进口端处的缓冷风机指向缓冷区的中部，所述缓冷区的中部拐角处的缓冷风机指向缓冷区的出口端。

由于采用了上述结构，缓冷区呈“U”字型结构，缓冷区内设置有两个缓冷风机，其中一个缓冷风机设置于缓冷区的进口端，并且该缓冷风机的风口从进口端指向缓冷区的中部，对该段内的锻件进行冷却，确保该段内的锻件均匀地缓慢冷却；另外一个缓冷风机设置于缓冷区 “U”字型结构的拐角处，即缓冷区的中部拐角处，该缓冷风机的出风口从该拐角处指向出口端，对该段内的锻件进行均匀冷却，分两段分别对锻件进行冷却，确保缓冷区体积最小的情况下，该区域内的锻件能够均匀地冷却，保证锻件在快冷后，能够确保锻件内的金相稳定，从而使得锻件满足生产需要。

本发明的一体化控温冷却设备，所述快冷风机、传输电机、红外线测温仪、缓冷风机以及缓冷测风仪均连接于PLC控制系统上，并由其控制，其中传输电机采用变频调速。

由于采用了上述结构，冷却设备内的各个电控设备和检测设备均连接到PLC控制系统上，通过红外线测温仪和缓冷测风仪检测冷却设备内的各个监测点的温度值，并将该温度值传递至PLC控制系统上，PLC控制系统再根据各个温度值的数据，控制各处的风机的风量大小以及传输机构的传输速度，从而自动化控制锻件的冷却，减少工人的操作强度，降低生产成本。其中传输电机采用变频调速。

本发明的一体化控温冷却设备的冷却方法，采用以下步骤完成:步骤1，将温度在900℃以上的锻件挂于上下料区内的传输机构上；步骤2，锻件传输至快冷区后，快冷风机对锻件进行快冷降温，通过红外线测温仪将锻件温度反馈至PLC上，由PLC控制系统控制快冷风机的风量大小以及传输电机的转速，使锻件在3-6.5分钟内经过快冷区，且锻件温度降至630℃-670℃；步骤3，锻件进入缓冷区后，由两级缓冷风机对其进行缓冷降温，且通过起点-中点-末点的缓冷测温仪将信号反馈至PLC控制系统上，由其控制两级缓冷风机的风量大小以及传输电机的转速，使锻件在30分钟左右通过缓冷区，并且温度降至280℃-320℃；步骤4，锻件进入空冷区，锻件在空冷区内空冷至100℃以下，并回至上下料区，将锻件取下即可。

由于采用了上述方法，锻件锻后温度在900℃及其以上，可以通过机械操作将其挂于上下料区内的传输机构上，以便于后续的冷却操作，锻件被传输机构传输至快冷区后，PLC控制系统控制快冷风机加强风量，对锻件进行快冷降温，同时采用红外线测温仪将锻件温度进行在线检测，并且反馈至PLC控制系统上， PLC控制系统根据反馈的温度情况，控制快冷风机的风量大小以及传输电机的转速，需确保锻件在快冷区内的时间为3-6.5分钟，并且需要保证锻件经过快冷区后，锻件的温度从900℃以上降到630℃-670℃之间，锻件在短时间内温度迅速均匀地降低，从而锻件内的金相组织进行转变，进而使得晶粒细化，但需要控制其细化时间，避免金相进一步细化，而不能达到预定要求，因此控制快冷区内的冷却时间以及快冷的速度就极为重要，只有在预设的温度和时间内才能够保证金相达到要求，从而提高锻件的塑性和韧性，以提高综合机械性能；锻件经过快冷后，金相发生变化，需要进一步的处理以使其金相达到稳定，避免其进一步发生变化，因此就需要将锻件送入缓冷区进行缓冷，在该缓冷区内设置有两级缓冷风机，缓冷风机对缓冷区内进行通风，对锻件进行缓慢冷却降温，在缓冷区内的进口端-中部-出口端处均设置有缓冷测温仪，几个缓冷测温仪可以将锻件进行温度检测，并且将信号反馈至PLC控制系统上，由其控制两级缓冷风机的风量大小以及传输电机的转速，从而控制锻件在缓冷区内的温度变化，需要控制锻件在30分钟左右通过缓冷区，保证其晶粒稳定。PLC控制系统需控制锻件的温度降至280℃-320℃之间，即可保证锻件的金相稳定，使得锻件的韧性和塑性得到提高。锻件经过缓冷区后即可进入到空冷区，空冷区的大小可以根据实际情况进行设计，以确保锻件在空冷区内空冷至100℃以下，能够手持为宜，避免对操作工人的伤害，待锻件空冷后，回至上下料区，可以通过机械的方式或者手工的方式将锻件取下即可，上述介绍的锻件冷却方法，能够自动化地将锻件进行冷却，使得操作极为简便，得到的产品性能稳定可靠，降低了生产成本，适合推广应用。

本发明的一体化控温冷却设备的冷却方法，PLC控制系统根据快冷区内的红外线测温仪和缓冷区内的缓冷测温仪的信号，统一控制快冷风机、缓冷风机以及传输电机。

由于采用了上述方法，根据预设的PLC控制系统，根据快冷区以及缓冷区内的锻件的情况变化，接受其信号，并且根据该信号，PLC控制系统能够自动化地控制快冷风机、缓冷风机以及传输电机的转速等，从而使得整个设备内的循环速度与锻造节拍相匹配，保证各个区域内之间相互配合，从而达到均衡，获得了更高的生产效率，使得锻件的冷却效果更好。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、    本发明的一体化控温冷却设备，结构简单，操作方便，适合推广应用；

2、    本发明的一体化控温冷却设备，能够准确控制锻件在整个冷却过程中的温度及其时间，从而确保在冷却过程中，使锻件内能够形成所需的金相组织和细化的晶粒，确保锻件经过冷却后综合机械性能达到要求;

3、    本发明的一体化控温冷却设备的冷却方法，使得非调质钢锻件的冷却操作极为方便，自动化程度高，容易实现流水化作业，提高了生产效率，生产成本大大地降低，并且能确保锻件冷却后的质量。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的一体化控温冷却设备的结构示意图。

图中标记：1-传输机构、2-快冷风机、3-传输电机、4-快冷测温点、5-缓冷风机、6-缓冷测温仪、A-空冷区、B-上下料区、C-快冷区、D-缓冷区。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1，如图1所示，本发明的一体化控温冷却设备，包括上下料区B、快冷区C和缓冷区D，其中上下料区B、快冷区C与缓冷区D顺次连接，在缓冷区D上连接有空冷区A，所述空冷区A连接到上下料区B上，使空冷区A、上下料区B、快冷区C与缓冷区D形成循环的结构，从而节约了空间，形成循环的冷控系统，达到了节能效果。

空冷区A主要用于缓冷后的锻件进行空冷，在图1中，空冷区A内的传输机构设置于支架上，支撑起整个传输机构以及其上的锻件，空冷区A的长度根据实际需要可以进行任意选择，只要满足将锻件最后冷却至可手持即可；上下料区B主要是便于将锻造过后的锻件挂接于传输机构以及便于将经过冷却过后的锻件取下，该区域主要是便于人为操作；快冷区C主要是使得温度较高的锻件在该区域内经过强冷风进行快冷，从而使得锻件内的晶粒细化，改变锻件内的金相组织，使得锻件的各种机械性能满足要求；缓冷区D，主要是将快冷后的锻件进行缓慢冷却，使得细化后的晶粒在该区域内能稳定，避免晶粒进一步细化或者变大，保证缓冷后的锻件的性能满足要求。

在空冷区A、上下料区B、快冷区C与缓冷区D内均设置有连续的传输机构1，该传输机构1在空冷区A内设置于支架上，传输机构1贯串整个空冷设备，并且形成循环的结构，该传输机构1由传输电机3带动，且所述传输机构1上设置有挂接挂钩，用于挂接锻件，便于传输机构1能够将锻件依次经上下料区B、快冷区C、缓冷区D进入空冷区A，再进入上下料区B。

在该实施例中，快冷区C内设置有快冷风机2，具体为4个（当然可以根据快冷区C的长度具体设置为6个或多个），分两组位于快冷区C内的传输机构1两侧，两组快冷风机2之间相互交错，在该快冷风机2的作用下，能够将锻件快速均匀地降温，从而改变锻件的金相组织；在快冷区C与缓冷区D的连接处设置有快冷测温点4，在该快冷测温点4设置有红外线测温仪，用于检测快冷区C内的锻件的温度；其中缓冷区D为呈“U”形结构的缓冷通道，在缓冷区D的进口端设置有缓冷风机5和缓冷测温仪6，进口端的缓冷风机5的出风口从进口端指向“U”形结构的中部，并对该段内的锻件进行冷却，该缓冷测温仪6用来记录锻件进入缓冷区D的初始温度值，在缓冷区D的中点与缓冷区D的尾端均设置有缓冷测温仪6，分别用于记录锻件在缓冷区D中部和出口端的温度值，初始温度值与中部温度值、末端温度值三个值为缓冷区D内的缓冷情况提供依据，确保该缓冷区内的锻件冷却达到平均， 在缓冷区D的中部拐角处设置有缓冷风机5，该缓冷风机5的风口从缓冷区D的中部指向出口端，对该段内的锻件进行冷却，从而确保该段内的冷却温度达到平均，在缓冷区D的中端，即图1中的缓冷区D的“U”形结构底部，由进口端处的缓冷风机5提供的冷却风进行冷却，使得整个缓冷区内的锻件冷却风均匀，从而保证该区域内的冷却效果，使得锻件在快冷区C内快冷后，晶粒细化，继而能够在缓冷区D内保持稳定，避免金相进一步发生改变；

在整个冷却设备中，所有的电器元件均连接到PLC控制系统上，并由其控制，其中包括所述快冷风机2、传输电机3、红外线测温仪、缓冷风机5以及缓冷测温仪6，其中传输电机3采用变频调速，便于PLC控制系统控制其转速，从而控制传输结构的运转速度，保证锻件的冷却效果，实现了锻件的冷却自动化过程。

实施例2，在实施例1的基础上，减少了空冷区A，即本发明的一体化控温冷却设备，包括上下料区B、快冷区C和缓冷区D，其中上下料区B、快冷区C与缓冷区D顺次连接，在缓冷区D之后可以为直接是储存区，锻件经下料区B、快冷区C与缓冷区D冷却后，可以直接进入到储存区保存，使得该冷却设备的体积最小化。

本发明的一体化控温冷却设备的冷却方法，采用以下步骤完成：

步骤1，锻件锻后温度保持在900℃以上，将该锻件挂于上下料区B内的传输机构1上；

步骤2，锻件传输至快冷区C后，PLC控制系统控制快冷风机2对锻件进行快冷降温，通过红外线测温仪将锻件温度反馈至PLC控制系统上，由PLC控制快冷风机2的风量大小以及传输电机3的转速，从而确保锻件在3-6.5分钟内经过快冷区C，该时间最短为3分钟，最长为6.5分钟，也可以3分钟-6.5分钟中的任一值，需要的时间根据锻件的具体情况和环境温度进行选择，并且锻件在离开快冷区C时，需要确保锻件温度降至630℃-670℃，一般情况是650℃，并且允许正负20℃的温度偏差，也即630℃或者670℃或者630℃至670℃之间任一值；

步骤3，锻件进入缓冷区D后，由两级缓冷风机5对其进行缓冷降温，且通过起点-中点-末点的缓冷测温仪6将信号反馈至PLC控制系统上，由其控制两级缓冷风机5的风量大小以及传输电机3的转速，使锻件在30分钟左右通过缓冷区D，保证锻件内的晶粒细化和稳定。温度降至280℃-320℃，一般为300℃，但是允许20℃的温度偏差，即280℃或320℃或280℃至320℃中的任一值；

步骤4，锻件进入空冷区A，锻件在空冷区A内空冷至100℃以下，能够手持即可，并回至上下料区B，将锻件取下即可。

该冷却方法中，PLC控制系统根据快冷区C内的红外线测温仪和缓冷区D内的缓冷测温仪6的信号，统一控制快冷风机2、缓冷风机5以及传输电机3。预设的PLC控制系统，根据快冷区以及缓冷区内的锻件的情况变化，接受其信号，并且根据该信号，PLC控制系统能够自动化地控制快冷风机、缓冷风机以及传输电机的转速等，从而使得整个设备内的循环速度与锻造节拍相匹配，保证各个区域内之间相互配合，从而达到均衡，获得了更高的生产效率，使得锻件的冷却效果更好。

本发明的一体化控温冷却设备及其冷却方法，锻件经过冷却过后，其检验结果如下表：

试验类型	额定值/规范	测 量 结 果
			抗拉强度	大于780	914
冲击值	大于30	35
			延伸率	大于8%	14%
硬度	HB241-300	HB253
			金相组织		铁素体+珠光体，晶粒均匀

本发明的一体化控温冷却设备，结构简单，操作方便，且能够准确地控制锻件在冷却过程的冷却速度及其时间，从而确保在冷却过程中，得以控制锻件内部的相变产物铁素体和珠光体的组织形态和相对量，达到细化晶粒，改善金属内部组织的作用，同时能够避免冷却过程中受到外部自然条件的影响，确保锻件经过冷却后综合机械性能达到要求; 本发明的一体化控温冷却设备的冷却方法，使得非调质钢锻件的冷却操作极为方便，自动化程度高，容易实现流水化作业，提高了生产效率，生产成本大大地降低，并且能确保锻件冷却后的质量。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。 

Claims (3)

1.一体化控温冷却设备，其特征在于：包括上下料区（B）、快冷区（C）、缓冷区（D）和空冷区（A），其中上下料区（B）、快冷区（C）、缓冷区（D）与空冷区（A）顺次连接，且空冷区（A）再连接到上下料区（B）上形成封闭循环的结构；在空冷区（A）、上下料区（B）、快冷区（C）与缓冷区（D）之间贯串有传输机构（1），所述传输机构（1）在各区内循环运行，所述传输机构（1）由传输电机（3）带动，且所述传输机构（1）上设置有挂接锻件的挂钩；所述快冷区（C）内设置有快冷风机（2），在快冷区（C）与缓冷区（D）的连接处设置有快冷测温点，在该快冷测温点（4）设置有红外线测温仪；所述快冷风机（2）为四个，且分两组位于快冷区（C）内的传输机构（1）两侧，两组快冷风机（2）之间相互交错；所述缓冷区（D）呈“U”形结构，在缓冷区（D）的进口端以及缓冷区（D）的中部后侧拐角处分别设置有缓冷风机（5），缓冷区（D）的进口端处的缓冷风机（5）指向缓冷区（D）的中部，所述缓冷区（D）的中部后侧拐角处的缓冷风机（5）指向缓冷区的出口端；在缓冷区（D）的进口端、缓冷区（D）的中点与缓冷区（D）的尾端分别设置有缓冷测温仪（6）；所述快冷风机（2）、传输电机（3）、红外线测温仪、缓冷风机（5）以及缓冷测温仪（6）均连接于PLC控制系统上，并由其控制，其中传输电机（3）采用变频调速电机。

2.如权利要求1所述的一体化控温冷却设备的冷却方法，其特征在于：采用以下步骤完成:步骤1，将锻后温度在900℃以上的锻件挂于上下料区（B）内的传输机构（1）上；步骤2，锻件传输至快冷区（C）后，快冷风机（2）对锻件进行快速冷却降温，通过红外线测温仪将锻件温度反馈至PLC控制系统上，由PLC控制系统控制快冷风机（2）的风量大小以及传输电机（3）的转速，使锻件在3-6.5分钟内经过快冷区（C），且锻件温度降至630℃-670℃；步骤3，锻件进入缓冷区（D）后，由缓冷风机（5）对其进行缓冷降温，且通过进口端-中部-出口端的缓冷测温仪（6）将信号反馈至PLC控制系统上，由其控制缓冷风机（5）的风量大小以及传输电机（3）的转速，使锻件在30分钟内通过缓冷区（D），并且温度降至280℃-320℃；步骤4，锻件进入空冷区（A），锻件在空冷区（A）内空冷至100℃以下，并回至上下料区（B），将锻件取下即可。

3.如权利要求2所述的一体化控温冷却设备的冷却方法，其特征在于：PLC控制系统根据快冷区（C）内的红外线测温仪和缓冷区（D）内的缓冷测温仪（6）的信号，统一控制快冷风机（2）、缓冷风机（5）以及传输电机（3）。

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