CN103769510B - 大直径复相材料冷镦前置处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大直径复相材料冷镦前置处理装置，包括断料刀、定位座、中频感应加热装置、数字计数导轮组、数控直线移送装置、盘园校直装置，盘园经过所述盘园校直装置校直后成为棒料，然后由所述数控直线移送装置将棒料直线移送，棒料经过所述数字计数导轮组进行移距计数控制，棒料穿过中频感应加热装置中的感应圈进行感应加热，经过加热后的棒料通过定位座进入冷镦切断工艺环节由断料刀切断取料；所述中频感应加热装置使得棒料表面迅速加热至再结晶温度，产生无应变的新晶粒。本发明能合理地在冷镦前的在线状态下进行材料表面弱化处理，以求得最佳的整个作业流程的变形控制及尺寸精确控制来确保制品成形的质量。

Description

大直径复相材料冷镦前置处理装置

技术领域

本发明涉及冷镦前置处理技术领域，特别是涉及一种大直径复相材料冷镦前置处理装置，用于攻克对大尺寸及高强度复相材料的冷镦作业中。

背景技术

对于大尺寸的复相合金冷镦件在风电、船舶、军工行业是一种特需的零件，随着航空、航天、汽车、能源等领域的快速发展，工业过程中对产品零部件材料提出了各种各样的新的或特殊的要求。随之，现代工程材料中出现了如高强度与超高强度钢、高锰钢、淬火钢、高温合金、钛合金、冷硬铸铁、合金耐磨铸铁及淬硬钢等许多高强度复相合金加工材料，其应用领域越来越广泛。因此，国内外对于此类材料的加工矛盾更加突出。

冷镦工艺是金属在常温下塑性成型的一种少无切削加工工艺，多工位自动冷镦机是应用材料塑性变形特性，进行连续镦制的高效装备。在此工艺过程中对被镦材料的塑性变形控制是冷镦工艺的关键技术。通常，冷镦的被加工对象是以盘圆形式进入作业流程，然后流程起始端有一校直工艺环节。因为被镦金属材料经过热轧、盘圆、冷却及物流过程，材料不可避免产生材料多向、多弧度弯曲的物理效应，所以当材料进入冷镦取长切断工艺环节前必须先进行校直。在这种工况条件下的冷镦机镦前校直工艺一般均采用传统压力模态反弯方法，即材料多个带凹形园弧滚轮交叉布点强制过枉约束连续行走校直。

然而，由于金属材料在冷态镦制时会产生加工硬化特性，尤其是复相材料（即一般称为合金材料）其加工硬化表现更为突出，因为复相材料的其中某一相为起强化作用的硬化相，故其加工硬化率高。由于金属冷塑性变形条件下的硬化效应会造成材料屈服强度σs增高（即变形抗力增强），塑性指标δ和Ψ降低。也就是说经过强约束，过枉校直的材料表面起到了强化作用，硬度增加，将对后续整个冷镦作业流程的变形控制及尺寸精确控制存在阻碍。

为此需要一套新颖装置来优化镦前材料表面弱化处理，即对材料表面进行在线再结晶回复处理，以求得最佳的整个作业流程的变形控制及尺寸精确控制来确保制品成形的质量。

经查，目前国内所有生产的冷镦机均无此类对材料表面进行弱化辅助工艺环节的处理装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种大直径复相材料冷镦前置处理装置，能合理地在冷镦前的在线状态下进行材料表面弱化处理。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种大直径复相材料冷镦前置处理装置，包括断料刀、定位座、中频感应加热装置、数字计数导轮组、数控直线移送装置、盘园校直装置，盘园经过所述盘园校直装置校直后成为棒料，然后由所述数控直线移送装置将棒料直线移送，棒料经过所述数字计数导轮组进行移距计数控制，棒料穿过中频感应加热装置中的感应圈进行感应加热，经过加热后的棒料通过定位座进入冷镦切断工艺环节由断料刀切断取料；所述中频感应加热装置使得棒料表面迅速加热至再结晶温度，产生无应变的新晶粒。

所述中频感应加热装置包括感应圈和电源箱；所述棒料穿过感应圈时位于感应圈的中心并与感应圈周边等距；所述电源箱用于向所述感应圈输入中频交流电，使得感应圈产生交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流，其中，感应电流作用于棒料的分布是不均匀的，在表面强，在内部很弱，心部接近于0。

所述感应圈为空心矩型紫铜管緾绕成螺旋状结构。

所述感应圈通过进水口和出水口与开式水循环冷却系统相连，注入阻垢净化冷却水对感应圈进行冷却。

所述开式水循环冷却系统包括反冲式前置处理器、水泵、压水管、阻垢水形成机、进水管路、电源箱冷却器、出水管路、出水口滤清器、循环水箱、管网进水截止阀；管网自来水通过所述反冲式前置处理器将管网中杂物滤清以清洁净化水进入循环水箱回水侧，然后循环水箱中的冷却水经过水泵抽吸由所述压水管进入阻垢水形成机，冷却水经过阻垢水形成机流出改变了水中钙、镁离子化合物结构形成不会在管壁上结垢的冷却水，最后分别流入感应圈的进水口和电源箱冷却器，随后经过热交换的冷却水由出水管路回流经过出水口滤清器流入循环水箱回水侧,循环水箱将经过热交换的冷却水进行降温。

所述循环水箱通过溢水法使位于回水侧的水溢流，并通过二道隔仓，最后溢进取水侧。

所述水泵的进口设置有进水滤清器。

所述循环水箱上方设置有用于将经过热交换的冷却水进行降温的冷却风扇。

所述开式水循环冷却系统中的冷却水压力保持在0.15-0.20Mpa，水温保持在进水温度为20-35℃，出水温度低于55℃。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1.加热温度高，而且是非接触式加热；

2.加热效率高、加热速度快且连续、节能，被加热物的表面氧化少；

3.材料加热均匀，有利于实现温度自动控制，确保产品质量稳定；

4.作业环境环保，无噪声和尘埃，对环境温度无影响；

5.应用无盐、非电操作的阻垢水循环冷却系统，能延长电子元器件及感应圈使用寿命，同时节能环保安全；

6.对来自管网的自来水首先进行净化，以洁净水进入工作循环。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中中频感应加热装置的结构示意图；

图3是本发明中开式软水循环冷却系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种大直径复相材料冷镦前置处理装置，如图1所示，由断料刀1、定位座2、中频感应加热装置10、数字计数导轮组5、数控直线移送装置6、盘园校直装置7等组成。当盘园8经过有动力的校直装置7校直后成为棒料形式，然后由液压数控直线移送装置6将棒料直线移送，棒料经过数字计数导轮组5进行精准移距计数控制，棒料穿过中频感应加热装置10中的感应圈15进行感应加热，使得棒料表面迅速加热至再结晶温度，产生无应变的新晶粒，经过加热后的棒料通过定位座2进入冷镦切断工艺环节由断料刀1切断取料。

如图2所示，中频感应加热装置由感应圈15、电源箱14及感应圈冷却水进口13和出口12等组成。

感应加热装置安置在被镦材料11进入切断工艺环节前，并穿过感应圈15，被镦材料11置于感应圈15的中心并与其周边等距，间隙控制在2-6mm，这样被镦材料11圆周的温度相同，而且加热效果好。感应圈15可以由空心矩型紫铜管緾绕成螺旋状，电源箱14输入中频10kHz交流电，产生交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流，这种感应电流作用于工件的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，利用这个集肤效应，可使被镦材料11表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到800℃左右，而心部温度升高很小。被镦材料11表面迅速加热至再结晶温度,产生无应变的新晶粒──再结晶核心。新晶粒不断长大，直至原来的变形组织完全消失,金属的性能也恢复到变形前的情况,达到回复目的，即校直后被镦材料表面强化现象消失，这样有利于后续冷镦作业中的塑性变形控制，尤其对于加工硬化表现明显的复相材料更有效。其中，在线再结晶回复过程可实现与后续冷镦作业节拍同步进行，该再结晶回复即表面弱化，故本系统也可称为在线表面弱化系统。

本实施方式设置纯铜矩形空心管感应圈，将材料圆柱体放在线圈中心，那么圆柱体周边的温度是一样的，在圆柱体加热时不会产生有害气体、强光污染环境。材料的加热效果不仅取决于感应圈的工作电流大小，更与感应圈的形状、圈数相关，也与工件材料、形状等因素直接相关。

感应圈15与电源箱14相接，电源箱14经过对网电交-直-交变频，输入感应圈15前针对被镦材料特性进行频率及电流的适当调节。本实施方式中感应加热电源为恒功率输出，加热速度快、节电效果更明显。保护措施全面，在保证加热速度前提下，设备运行可靠。

感应圈15通过进水口13及出水口12注入阻垢净化冷却水对感应圈15进行冷却,注入阻垢冷却水的关键是防止在管壁形结坧因而影响加热效率及感应圈15失效破坏。

经过强约束过枉校直的材料产生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒产生剪切、滑移，晶粒被拉长，这些都会使表面层金属的硬度增加，从而降低了表面层金属变形的塑性。金属在冷态镦制塑形变形中，会使金属的强化指标，如屈服点、硬度等提高，塑形指标如伸长率降低。根据金属材料热处理特征，对金属材料进行加热，使得材料表面温度至再结晶温度时（T再≈0.4T熔）材料组织会回复到原始状态，表面硬度降低，塑性指标回复。

本发明采用中频感应加热技术实行对复相材料的变性。感应加热是一种将三相工频交流电整流后变成直流电，再把直流电变为可调节的电流，供给由电容和感应线圈里流过的交变电流，在感应圈中产生高密度的磁力线，并切割感应圈里穿越的金属材料，在金属材料中产生很大的涡流。这种涡流同样具有高频电流的一些性质，即金属自身的自由电子在有电阻的金属体里流动要产生热量。由于这种感应电流在金属材料中的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，利用这个集肤效应，可使金属材料表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到800-1000℃，而心部温度升高很小。实验证明，较高温短时感应加热与低温下长时间传统加热可取得同样效果。

如图3所示，开式水循环冷却系统由反冲式前置处理器16、水泵17、压水管18、阻垢水形成机19、压力表20、进水管路21、电源箱冷却器22、出水管路23、冷却风扇24、出水口滤清器25、不锈钢水箱26、进水滤清器27、管网进水截止阀28等组成。

冷却系统采用开式水循环系统冷却。管网自来水通过水净化反冲式前置处理器16将管网中杂物滤清以清洁净化水进入不锈钢循环水箱26回水侧，然后通过溢水法水慢慢地溢流，通过二道隔仓，最后溢进取水侧，这样剩余杂质沉淀到箱底不进入取水侧使水更清洁。取水侧上方置水泵17，水泵17进口设置有进水滤清器27，冷却水经过水泵17抽吸进入阻垢水形成机19，水流压力由压力表20显示及控制，冷却水经过阻垢水形成机19流出改变了水中钙、镁离子化合物结构形式的不会在管壁上结垢的冷却水。最后分别流入感应圈15内孔及电源箱冷却器22。隨后经过热交换的冷却水回流经过出水口滤清器25流入不锈钢循环水箱26回水侧,不锈钢循环水箱26上方又置冷却风扇24将经过热交换的冷却水降温至35℃以下，接着下一循环。其中，所述反冲式前置水处理器（16）可采用自清洗式的水质净化器实现。

开式水循环系统中的冷却水压力保持在0.15-0.20Mpa，水温保持在进水温度为20-35℃，出水温度低于55℃。冷却水温过低会出现结露现象，水温超过55℃则失去冷却能力。采用水循环回用冷却系统可以节约用水。阻垢水形成机应用物理方法TAC技术且非电操作，使得水中的钙、镁离子化合物结构发生了改变，防止沉淀于水中，也就不会在管壁出现水垢，所以很环保安全且可靠，即通过物理方法使水中的钙镁离子打碎成纳米级大小的晶体不能沉淀于水中,就此解决了管壁结垢的问题。电源箱冷却用水同样应用具有阻垢功能的净化冷却水且压力应稳定地保持在0.15Mpa。为了保证中频感应设备的使用安全，冷却水系统实行集中供水和回水，水路设置水压报警装置和停水警示器，以防止因水压不足或断水所造成的设备事故发生。

本实施方式的开式水循环冷却系统对感应圈及电源控制系统连续进行冷却，控制冷却水温在35℃以下，同时冷却介质应用阻垢洁净水，可使感应圈（管）及电源箱冷却管壁不积坧，一则提高冷却效果，二则保证元器件性能及寿命。

Claims (7)

1.一种大直径复相材料冷镦前置处理装置，包括断料刀(1)、定位座(2)、中频感应加热装置(10)、数字计数导轮组(5)、数控直线移送装置(6)、盘园校直装置(7)，其特征在于，盘园(8)经过所述盘园校直装置(7)校直后成为棒料，然后由所述数控直线移送装置(6)将棒料直线移送，棒料经过所述数字计数导轮组(5)进行移距计数控制，棒料穿过中频感应加热装置(10)中的感应圈(15)进行感应加热，经过加热后的棒料通过定位座(2)进入冷镦切断工艺环节由断料刀(1)切断取料；所述中频感应加热装置使得棒料(11)表面迅速加热至再结晶温度,产生无应变的新晶粒；所述中频感应加热装置(10)包括感应圈(15)和电源箱(14)；所述棒料穿过感应圈(15)时位于感应圈(15)的中心并与感应圈(15)周边等距；所述电源箱(14)用于向所述感应圈(15)输入中频交流电，使得感应圈(15)产生交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流，其中，感应电流作用于棒料的分布是不均匀的，在表面强，在内部很弱，心部接近于0；所述感应圈为空心矩型紫铜管缠绕成螺旋状结构。

2.根据权利要求1所述的大直径复相材料冷镦前置处理装置，其特征在于，所述感应圈(15)通过进水口(13)和出水口(12)与开式水循环冷却系统相连，注入阻垢净化冷却水对感应圈(15)进行冷却。

3.根据权利要求2所述的大直径复相材料冷镦前置处理装置，其特征在于，所述开式水循环冷却系统包括反冲式前置处理器(16)、水泵(17)、压水管(18)、阻垢水形成机(19)、进水管路(21)、电源箱冷却器(22)、出水管路(23)、出水口滤清器(25)、循环水箱(26)、管网进水截止阀(28)；管网自来水通过所述反冲式前置处理器(16)将管网中杂物滤清以清洁净化水进入循环水箱(26)回水侧，然后循环水箱中的冷却水经过水泵(17)抽吸由所述压水管(18)进入阻垢水形成机(19)，冷却水经过阻垢水形成机(19)流出改变了水中钙、镁离子化合物结构形成不会在管壁上结垢的冷却水，最后分别流入感应圈(15)的进水口(13)和电源箱冷却器(22)，随后经过热交换的冷却水由出水管路(23)回流经过出水口滤清器(25)流入循环水箱(26)回水侧,循环水箱(26)将经过热交换的冷却水进行降温。

4.根据权利要求3所述的大直径复相材料冷镦前置处理装置，其特征在于，所述循环水箱(26)通过溢水法使位于回水侧的水溢流，并通过二道隔仓，最后溢进取水侧。

5.根据权利要求3所述的大直径复相材料冷镦前置处理装置，其特征在于，所述水泵(17)的进口设置有进水滤清器(27)。

6.根据权利要求3所述的大直径复相材料冷镦前置处理装置，其特征在于，所述循环水箱(26)上方设置有用于将经过热交换的冷却水进行降温的冷却风扇(24)。

7.根据权利要求2所述的大直径复相材料冷镦前置处理装置，其特征在于，所述开式水循环冷却系统中的冷却水压力保持在0.15-0.20Mpa，水温保持在进水温度为20-35℃，出水温度低于55℃。