CN103557749B - 采用电涡流加热的烟花外筒模压成型方法及模压装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用电涡流加热的烟花外筒模压成型方法及模压装置，所述的方法为：花炮外筒模压装置的金属模具包括多个模腔和多组模棒，每个模腔对应一组模棒，每一组模棒包括多根模棒，通过模棒在模腔内的挤压作用将原材料模压成烟花外筒湿坯；其特征在于，通过电涡流加热装置直接或间接地对金属模具加热，最终使得模腔内的湿坯受热而脱水烘干；所述的电涡流加热装置为充入电流的线圈，且在线圈中充入交变电流。该基于电涡流加热方法的花炮外筒模压装置采用独创的涡流加热方式，易于实施，易于控制，能耗低，环保、加热效果好。

Description

采用电涡流加热的烟花外筒模压成型方法及模压装置

技术领域

本发明涉及一种采用电涡流加热的烟花外筒模压成型方法及模压装置，属于花炮外筒的制造技术领域。

背景技术

燃放烟花爆竹是人们在各种节日庆典活动中增添气氛的主要传统方式之一，尤其在我国，民间燃放花炮已经有一千多年的历史。随着花炮产业的不断发展，我国的烟花爆竹、礼炮礼花的年产值已高达数百亿元。

然而，烟花爆竹、礼炮礼花的生产方式大多使用传统工艺方法并采用传统的材料制备。以普通礼炮生产工艺为例，根据传统工艺方法，具有多个炮孔的花炮外筒是由多个纸筒捆扎组成的，其工艺过程包括：裁纸、上胶、卷筒、腰筒、捆扎、晒筒、收筒(或烘干捆扎)、打泥底、单发组筒、上胶钻孔、单排组合成型等繁杂的工艺步骤。除了工艺复杂，纸质炮筒还会由于其材质强度和韧度的局限，在发射时因火药发射瞬间所产生的膨胀力过大出现杂筒、散筒和倒筒等现象，从而存在安全隐患。另外，纸质炮筒易被雨水浸湿，引起炮筒和引线受潮，导致礼炮无法使用或其中的火药燃烧不充分而产生有害气体，既不安全，也不环保。

在花炮生产制造行业中，近几年出现了一种利用新型工艺和材质的花炮外筒生产设备，并申请了专利(见《一种用于制作礼花外筒的压模装置及其工艺方法》、专利号为201210227935.4；《模压成型的花炮外筒、礼花弹球壳及其制作方法》、专利号为200810143136)。新型的花炮外筒制作工艺大大简化了原有工艺，相比传统纸质外筒工艺，新工艺和装置大大提高了外筒的强度，并且所生产花炮外筒不易被水浸湿，大大提高了礼炮使用的安全性和环保性。

该新型花炮外筒模压成型装置采用高温油作为传热介质进行热量传输、实现模压成型之后的湿坯的快速烘干定型。常用的作法是设置一个大型锅炉加热传热油介质，将高温油通过泵和管道输入到模具的模腔侧壁内部，模腔受热后快速烘干其中的湿坯。一个大型锅炉同时给多台模压成型设备供热。这种生产制造方法存在许多不足之处，主要有(1)污染环境(主要有锅炉燃烧以及介质油的遇热蒸发过程中的排放物等)、漏油、低生产率与高能耗的问题；(2)设备一旦出现漏油现象，需要停机检查并清洁模具以避免污染产品，影响生产进度；(3)在花炮销售淡季，只会有一小部分设备进行生产，然而集中供油的方式要求大锅炉必须长时间开启，降低了能源利用效率；(4)热传输过程中存在大量的热耗损和浪费等。

为了克服上述模压设备存在的问题和缺陷，对花炮筒的制作工艺及加工设备进行改造和创新是非常必要的，尤其是对其加热烘干方式进行节能设计非常重要。因此，有必要设计一种新型的烟花外筒模压成型方法及模压装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种采用电涡流加热的烟花外筒模压成型方法及模压装置，该基于电涡流加热方法的花炮外筒模压装置采用独创的涡流加热方式，易于实施，易于控制，能耗低，环保、加热效果好。

发明的技术解决方案如下：

一种采用电涡流加热的烟花外筒模压成型方法，花炮外筒模压装置的金属模具包括多个模腔和多组模棒，每个模腔对应一组模棒，每一组模棒包括多根模棒，通过模棒在模腔内的挤压作用将原材料模压成烟花外筒湿坯【湿坯的形状由模腔的形状决定】；通过电涡流加热装置直接或间接地对金属模具加热，最终使得模腔内的湿坯受热而脱水烘干；所述的电涡流加热装置为充入电流的线圈，且在线圈中充入交变电流。

直接对金属模具加热的方法是：线圈直接设置在模腔的金属壁四周以及模腔底部。

间接对金属模具加热的方法是：模腔的金属壁四周以及模腔底部均设有多条用于热介质流通的通道(或管道)；在箱体的四周设置线圈，在所述线圈中充入交变电流，通过电涡流效应将箱体内存储的热介质加热，在液泵的作用下使得热介质循环流过所述的通道，从而加热金属模具，所述的箱体为油箱或水箱。【与箱体相连的进液管和出液管上也缠绕有线圈，线圈中通入交变电流，同样也起到加热热介质的作用】

在线圈中通入频率为0.1K到20K、大小为0.1A到200A的交变电流。

单个模腔四周与底部设置有线圈，线圈紧贴模腔外壁，线圈与模腔之间放有隔热绝缘材料，所述的隔热绝缘材料包括云母、石棉中的至少一种。【用于实现模具的节能与安全保护。即隔热的作用有2个，一是防止线圈被过高的温度融化，二是防止热量散失，节约能耗。】

【模腔的内壁形状尺寸、外部形状尺寸以及底部形状尺寸由客户要求或者市场需求而定，无特定形状和尺寸。】

模腔四周线圈由电线缠绕而成(如图5示)，或由多块线圈板紧贴模腔外围构成；

模腔底部由一块线圈板紧贴模腔组成。【模腔外线圈的结构形式视模腔的外形而定，线圈板的形状随模腔形状尺寸而定。】

所述的线圈和线圈板为多个，多个线圈采用并联或串联连接。

当模腔内模棒与模腔内壁各处最大温度差ΔT≥20℃时，模棒采用空心圆柱体，空心圆柱体内设辅助加热装置；

当模腔内模棒与模腔内壁各处最大温度差ΔT＜20℃时，模棒为实心圆柱体。

辅助加热装置为电热丝或充有热介质的管道；在辅助加热装置和模腔内均设有温度传感器；温度传感器与控制器相连，控制器根据温度传感器采集到的温度数据，控制线圈内通入电流的大小和频率，以实时控制模腔与模棒的温度。

一种花炮外筒模压装置，花炮外筒模压装置的金属模具包括多个模腔和多组模棒，每个模腔对应一组模棒，每一组模棒包括多根模棒；采用前述的烟花外筒模压成型方法实现烟花外筒模压成型。

辅助加热装置可采用模棒内设置电热丝或高温油介质管道：当采用电热丝时，电热丝与管道之间填充有导热绝缘材料，在电热丝两端加电压使电热丝发热，热量经模棒传递到模腔内，以平衡模腔内的温度；当在模棒内通入循环的油作为传热介质时，高温油介质从模棒管道入口进入模棒、温度下降后的油介质由出口回流到油箱中。

当模棒的导热管道中通入高温油作为热介质时，需要为高温油提供热源以填补被模腔内湿坯不断吸走的热量；热源的结构形式采用电涡流加热：油箱和油管的外围缠绕有导电线圈，然后在在线圈中通入中高频的交变电流，交变电流在金属油箱和油管中产生交变磁场，使得包围在线圈内的金属油箱和油管因电涡流效应而快速发热，加热其内部的油介质。

采用间接加热的方式时，模腔外围与底部不设置线圈，改为在模腔金属壁内开孔，孔内通往高温油或者高温水作为热介质，对模腔内部湿坯进行加热。

当模棒的导热管道中通入高温油或者水作为热介质时，需要为高温油或者水提供热源以填补被模腔内湿坯不断吸走的热量。热源的结构形式采用电涡流加热：油箱(或水箱)和油管(或水管)的外围缠绕有导电线圈，线圈与金属管道之间放有云母、石棉等隔热绝缘材料，然后在在线圈中通入中高频的交变电流，交变电流在金属油箱(或水箱)和油管(或水管)中产生交变磁场，使得包围在线圈内的金属油箱(或水箱)和管道因电涡流效应而快速发热，加热其内部的油或者水。

模腔与模腔之间留有间隙用于通风与散热。

一套模具中模腔的数量不限定，可以由九个模腔组成，也可以由四个模腔组成。

有益效果：

本发明的采用电涡流加热的烟花外筒模压成型方法及模压装置，其核心的方案有两种，一种是直接加热方案：

在模压装置中，将模腔(或者金属导热油管)周围缠绕线圈，线圈中通入中高频交变电流，线圈中的中高频交变电流产生交变磁场，使得包围在线圈内的金属模具(或者金属导热油管)因电涡流效应而快速发热，进而加热、烘干模压成型之后的花炮外筒。该模压装置的上模具管内选择性加装电加热管，作为辅助加热装置，当模具加热腔体积较大或者内部温度不均的情况下通电加热以平衡加热腔体中心温度。相比传统的锅炉加热、电阻丝加热，本发明所公开技术具有无污染、高效率、低能耗、产业化程度高、加热速度快等优点，具有很好工业应用价值。

或采用间接加热模腔的方式实现金属模具的加热，即在模腔的金属壁四周以及模腔底部均设有多条用于热介质流通的通道(或管道)；在箱体的四周设置线圈，在所述线圈中充入交变电流，通过电涡流效应将箱体内存储的热介质加热，在液泵的作用下使得热介质循环流过所述的通道，从而加热金属模具。

本发明提供的技术方案可以用来制作一种优良性能特点的花炮外筒。本发明的制作装置与制作工艺与传统方法相比，具有自动化程度高、无污染、低能耗、高生产率、维护简便产品质量稳定可靠等多方面的优点。

采用电涡流加热方式的花炮外筒模压装置以及装置加热方式具有如下优点：

(1)本发明采用电涡流加热方式，加热速度快、加热能耗低、对生产环境无污染；

(2)本发明采用辅助电阻丝加热管可以在原料加热过程中均匀模具中的加热温度以适应大尺寸花炮外筒的加热作业，提高了设备应用的广泛性；

(3)本发明涉及的自动化工艺过程控制器借助适量的传感器与工艺程序能够实现自动化花炮外筒生产，节约了人力资本；

该基于电涡流加热方法的花炮外筒模压装置采用独创的涡流加热方式，易于实施，易于控制，能耗低，环保、加热效果好。

附图说明

图1为花炮外筒模压装置的整体结构图；

图2为单个方形模腔的结构示意图之一；

图3为单个方形模腔的结构示意图之二；

图4为方形模腔外壁设置的外围线圈的示意图；

图5为方形模腔外壁设置的外围线圈以及底部设置线圈的示意图；

图6为圆柱形模腔结构图之一；

图7为圆柱形模腔结构图之二；

图8为圆形底部线圈示意图；

图9为方形底部线圈示意图；

图10为圆弧形外围线圈示意图；

图11为方形外围线圈示意图；

图12为带有辅助加热装置(电热丝)的模板的结构示意图；

图13为热介质(高温油或高温水)的热量补充箱体的结构示意图之一；

图14为热介质(高温油或高温水)的热量补充箱体的结构示意图之二；

图15为单个模腔内含有两个空腔示意图；

图16为采用间接加热模式的模腔结构示意图(主视图)；

图17为采用间接加热模式的模腔结构示意图(立体图)；

标号说明：1-模棒，2-模腔；3-隔热绝缘层，4-导线，5-管道上的线圈，6-进液管，7-箱体，8-出液管。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1：

如图1-17，一种采用电涡流加热的烟花外筒模压成型方法，花炮外筒模压装置的金属模具包括多个模腔和多组模棒，每个模腔对应一组模棒，每一组模棒包括多根模棒，通过模棒在模腔内的挤压作用将原材料模压成烟花外筒湿坯【湿坯的形状由模腔的形状决定】；通过电涡流加热装置直接或间接地对金属模具加热，最终使得模腔内的湿坯受热而脱水烘干；所述的电涡流加热装置为充入电流的线圈，且在线圈中充入交变电流。

所述的电涡流加热线圈缠绕于模腔周围，使金属模具置于线圈所形成的交变磁场中，交变磁场使得包围在线圈内的金属模具因电涡流效应而快速发热，快速烘干模腔内的湿坯。

所述线圈的布置形式根据模腔的大小不同而不同：金属模具尺寸较小、金属模具内模腔数量较少时，仅金属模具外部缠绕线圈，当金属模具尺寸较大，金属模具内包含的模腔数量较多时，不仅金属模具外部要缠绕线圈，金属模具内部模腔与模腔之间也要缠绕线圈；线圈缠绕的设计原则为保证各模腔内壁温度均匀。金属模具内部设有9个模腔的情况如图1所述。

所述的金属模具与模腔形状不定，根据不同的市场需求和生产需要，金属模具与模腔形状(圆柱体型或方柱形)与数量(一个或多个，如9个)可能有所不同，但本加热方式均适应。

模棒内部选择性设计有导热管道，可在加热空腔较大时进行辅助加热，以保证湿坯在烘干脱水过程中模腔内的温度均衡分布。热量的引入方式可以有多种，比如：(1)在管道中加入发热电阻丝，电阻丝与管道之间填充导热绝缘材料，在电阻丝两端加电压使电阻丝发热，热量经模棒传递到模腔内，以平衡模腔内的温度，模棒结构如图12所示，电流从一条导线流入电阻丝，产生热量，电流由另一导线流出；(2)在管道中通入循环的高温油或者高温水作为传热介质，热介质从模棒管道入口进入模棒、温度下降后的热介质由出口回流到如图14所示箱体中。

当模棒的导热管道中通入高温油作为热介质时，需要为高温油提供热源以填补被模腔不断吸走的热量。热源的结构形式采用电涡流加热：油箱和油管的外围缠绕有导电线圈，然后在在线圈中通入中高频的交变电流，交变电流在金属油箱和油管中产生交变磁场，使得包围在线圈内的金属油箱和油管因电涡流效应而快速发热，加热其内部的油介质。

加热装置内部都安装有温度传感器，实时检测模具、模腔、介质油的温度，将温度值反馈至控制器，通过实时调整加热功率大小实现对温度的实时控制。

在金属模具中的用于放置原材料湿坯的空腔(简称为模腔)周围缠绕导电线圈，导电线圈中通入中/高频率的电流，所施加电流的频率从0.1K到20K不等，所选频率的大小与金属模具的厚度尺寸成反比，线圈中的中高频交变电流产生交变磁场，使得包围在线圈内的金属模具因电涡流效应而快速发热，进而加热、烘干放置于模腔中经模压成型的花炮外筒湿坯。

由于不同大小的模腔在烘干过程中所需的热量不同，不同尺寸模腔的外壁所缠绕线圈的情况也会有所不同。包含有以下几种情况：(1)当金属模具2中单个模腔尺寸较大(大于100mm)时，每个模腔周围都应该缠绕线圈以增大电涡流发热的热量；(2)当金属模具2中单个模腔尺寸较小(小于100mm)时，不一定每个模腔周围都要缠绕线圈，可能在两个或者三个邻近的模腔外壁缠绕线圈；(3)同一金属模具中的模腔所缠绕的线圈之间可以是串联的形式，也可以是并联方式。

模棒具有不同的结构形式：(1)当模腔尺寸较小，模腔内部的模棒数量较少时，模棒为实心的圆柱体；(2)当模腔尺寸较小，模腔内部模棒数量较多且尺寸较大时，为了平衡电涡流发热使模具各部分(模腔与模棒)温度均匀，在模棒内部加装辅助加热装置，模棒内部的辅助加热装置有电阻丝加热管和油加热管两种形式。【或者采用以下判据：当模腔内模棒与模腔内壁各处最大温度差ΔT≥20℃时，模棒采用空心圆柱体，空心圆柱体内设辅助加热装置】

模棒内部的辅助加热装置有电阻加热和油加热两种形式：(1)当采用电阻加热，模棒内部放置电阻发热丝，电阻丝两引出线接电源的正负极，通过温度控制器控制电源开关的通断来实现电阻丝的发热量的调节；(2)当采用高温油作为传热介质，模棒内部放置金属油管，油泵将高温油从热油箱抽出，经细油管入口进入模棒内部，高温油通过模棒内的油管将热量带到金属模具各处烘干湿坯，同时自身油温大幅降低，温度降低后的介质油从管的出口回流到热油箱。热油箱采用两种加热方式：电阻式、电涡流式。

金属模具底部有圆形线圈，加热底部，如图1-2，8-9。

另一方面，本发明提供的采用电涡流加热方式的花炮外筒模压装置，其包括：

所述电涡流加热线圈与所述电涡流加热线圈槽的布置能够满足不同的模具尺寸需要，并能满足两个及两个以上模具组合的尺寸需要。

电阻丝加热管，其可在加热空腔较大时进行辅助加热，以保证模具在加热过程中温度均衡；若电涡流加热功率与加热均衡程度都满足生产要求，则不使用电阻丝加热管；大尺寸模具加热作业中，若电涡流加热功率与加热均衡程度不满足生产要求，则使用电阻丝加热管；电阻丝温度可通过内部热电偶反馈至控制器进行电阻丝加热量控制；其安装于所述上模柱体模具中空部位。

自动化工艺过程控制器，其包括具有花炮外筒压模工艺过程与安全保护程序的可编程控制器，与可检测设备位置、加热温度的多个传感器；所述控制器能够通过控制面板调整工艺时间、加热功率强度与局部加热设置。

在对本发明作进一步描述之前，应当理解本发明并不局限于下述有关发明的具体实施方式。同时也应当理解，本文所使用的术语只是用于针对特定的实施方式进行描述，而不是用来对本发明进行限制。

间接加热的方案参见图13-14，以及如图16-17，金属模具上设置有高温热介质管道(共12个通孔)，通过高温油或者高温水替代电涡流加热湿坯。

在上述的说明中针对一些优选实施方式进行了描述，并且为了本发明的技术方案进行解释和说明提供了许多细节情况，然而本领域的技术人员应该能够理解到本发明可以有各种各样的变化和更多不同的实施方式，而且本文所描述的细节可以有相当的变化而不会偏离本发明的精神和范围。

Claims (5)

1.一种采用电涡流加热的烟花外筒模压成型方法，花炮外筒模压装置的金属模具包括多个模腔和多组模棒，每个模腔对应一组模棒，每一组模棒包括多根模棒，通过模棒在模腔内的挤压作用将原材料模压成烟花外筒湿坯；其特征在于，通过电涡流加热装置直接或间接地对金属模具加热，最终使得模腔内的湿坯受热而脱水烘干；所述的电涡流加热装置为充入电流的线圈，且在线圈中充入交变电流；

直接对金属模具加热的方法是：线圈直接设置在模腔的金属壁四周以及模腔底部；

间接对金属模具加热的方法是：模腔的金属壁四周以及模腔底部均设有多条用于热介质流通的通道；在箱体的四周设置线圈，在所述线圈中充入交变电流，通过电涡流效应将箱体内存储的热介质加热，在液泵的作用下使得热介质循环流过所述的通道，从而加热金属模具，所述的箱体为油箱或水箱；

在线圈中通入频率为0.1kHz到20kHz、大小为0.1A到200A的交变电流；

当模腔内模棒与模腔内壁各处最大温度差△T≥20℃时，模棒采用空心圆柱体，空心圆柱体内设辅助加热装置；

当模腔内模棒与模腔内壁各处最大温度差△T<20℃时，模棒为实心圆柱体；

辅助加热装置为电热丝或充有热介质的管道；在辅助加热装置和模腔内均设有温度传感器；温度传感器与控制器相连，控制器根据温度传感器采集到的温度数据，控制线圈内通入电流的大小和频率，以实时控制模腔与模棒的温度。

2.根据权利要求1所述的烟花外筒模压成型方法，其特征在于，单个模腔四周与底部设置有线圈，线圈紧贴模腔外壁，线圈与模腔之间放有隔热绝缘材料，所述的隔热绝缘材料包括云母、石棉中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的烟花外筒模压成型方法，其特征在于，模腔四周线圈由电线缠绕而成，或由多块线圈板紧贴模腔外围构成；

模腔底部由一块线圈板紧贴模腔组成。

4.根据权利要求3所述的烟花外筒模压成型方法，其特征在于，所述的线圈和线圈板为多个，多个线圈采用并联或串联连接。

5.一种花炮外筒模压装置，花炮外筒模压装置的金属模具包括多个模腔和多组模棒，每个模腔对应一组模棒，每一组模棒包括多根模棒；其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的烟花外筒模压成型方法实现烟花外筒模压成型。