CN104707954A - 一种半固态二次加热设备辅助测温系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半固态坯料二次加热设备的辅助测温系统和方法。该系统包括气缸、热电偶和温差电偶温度计，热电偶固定连接在气缸活塞杆上，热电偶在气缸活塞杆的带动下进行往返运动，热电偶与测温仪之间通过电路连接；该系统还包括电阻丝线圈和温度控制器，电阻丝线圈安装在热电偶外部，与温度控制器通过电路连接。该系统和方法能有效解决半固态坯料二次加热后快速测温的问题，能够满足快速、准确测温的要求，避免了因温度不准确或温度降低导致的二次加热后半固态坯料无法在合适半固态温度区间或合适的固相分数下成形。

Description

一种半固态二次加热设备辅助测温系统和方法

技术领域

本发明涉及一种半固态二次加热设备辅助测温系统和方法，是应用在金属半固态坯料二次加热后辅助快速测温的一种系统和方法。

背景技术

半固态成形技术是介于固态成形与液体成形之间的一种新的金属成形技术，其半固态金属坯料经过二次加热后，温度位于固液两相区时，半固态金属坯料根据其固相分数的不同导致其流动粘度的变化，从而具有一定的触变性。在对经过二次加热后的半固态金属坯料进行测温时，需要通过热电偶插入到半固态金属坯料内部进行测温，确定二次加热是否达到要求的固液两相区间的温度。

由于采用中频电磁感应线圈对柱状半固态坯料进行加热，电磁感应的集肤效应导致柱状半固态坯料直径方向上，外圆温度要高于心部温度，采用红外线表面测温技术难以测量要求的心部准确温度，必须通过铠装热电偶插入到柱状坯料心部位置进行测量。半固态坯料在经过二次加热后，处于半固态区间内，其固相分数降低，半固态坯料中的液相开始有一定的流动性，同时固相仍对坯料有支撑作用。因此，处于固液两相区间的半固态坯料具有一定的黏度，可以轻松的通过类似于热电偶之类的尖锐物品插入到坯料中，从而可以测量内部温度。

半固态坯料通过二次加热再次达到固液两相区，固液两相区的温度范围较为狭窄，固相分数的大小与温度高低成一定的线性关系，因此，需要通过精确的控制温度来控制半固态坯料的固相分数，从而使半固态坯料在恰当的黏度范围内充填成形。因此需要对二次加热结束后的半固态坯料进行精确测温。

半固态坯料经过连续十个电磁感应加热线圈加热后，通过圆形转盘转至出料口，此时需快速检测半固态坯料是否达到预定的加热温度，通过自动辅助测温设备将热电偶插入半固态的坯料预定位置中，从而能快速地测温，进而快速的转移到成形设备中成形，使半固态坯料在成形中精确的控制成形温度。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种半固态坯料二次加热设备的辅助测温系统，本发明通过前期调研和系统设计，对二次加热后温度处于半固态区间的半固态坯料的测温方式进行了优化设计，实现了通过人工控制下，进行半固态坯料芯部温度的半自动测量，解决了二次加热结束后半固态坯料仍需人工手持热电偶测温的问题，减少了人员配置；同时，定向定量的测温位置，保证了连续坯料温度测量的一致性和准确性。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案:：

一种半固态坯料二次加热设备的辅助测温系统，包括气缸、热电偶和温差电偶温度计，所述的热电偶固定连接在气缸的活塞杆上，所述的热电偶在气缸活塞杆的带动下可进行往返运动，热电偶与温差电偶温度计之间通过电路连接。

所述的辅助测温系统还包括电阻丝线圈和温度控制器，所述的电阻丝线圈以环绕方式安装在热电偶外部，与温度控制器通过电路连接。可对热电偶在等待测温状态下进行预热及保温，通过温度控制器来调节电阻丝的加热功率，使热电偶处于一个低于待测温度约一二十摄氏度的温度范围内，当热电偶开始测温时，能够达到快速到温的目的，减少因测温而产生的等待时间，保证半固态坯料在理想的温度范围内快速进行半固态成形。

温度控制由附带的温度控制器进行调节，温度控制器会在温度达到预定后，关闭加热电源，电阻丝线圈停止加热，温度停止上升，确保温度始终处于预设范围内。对加热电阻丝线圈进行控温的温度控制器，其温度信号的输入是由半固态坯料测温用热电偶在等待测温状态时提供。

所述的气缸上设置气动控制开关，进一步地，所述的气动控制开关为脚踩式开关，气缸的往返运动是通过脚踏式气动开关对其进行控制，有效的解放了双手进行坯料夹持等其他工作。

气缸活塞杆的运动是由压缩空气驱动，压缩空气的压力能够推动气缸活塞杆往返运动，并且压力需大于热电偶插入半固态坯料时的阻力。所述的气缸的行程范围与半固态坯料的直径大小有关，约为半固态坯料直径的0.7～1.2倍，驱动气缸的压缩空气压强约为0.5～1MPa。

所述的热电偶通过紧固装置与气缸活塞杆进行连接，能够快捷的在气缸上安装和拆卸热电偶，便于清理或更换热电偶。同时，气缸活塞杆上带有位置刻度，便于调节热电偶长度。

所述的热电偶为铠装热电偶，在其前方设有环形状不锈钢刮板，可以快速去除测温结束后留在热电偶表面的半固态坯料，防止残余的半固态坯料粘附在铠装热电偶上，影响测温的速度与准确性。

该辅助测温系统还包括用于安装的支架，通过支架将以气缸为支点的测温系统安装在半固态二次加热设备的坯料出口处，可通过气缸在支架上的安装位置来调节半固态坯料的上下测温位置。

本发明的另一个目的是提供一种半固态坯料二次加热设备的辅助测温方法。

一种半固态坯料二次加热设备的辅助测温方法，包括如下步骤：

1）根据半固态坯料的直径大小调节热电偶的伸出长度，然后将热电偶与气缸活塞杆连接；

2）开启温度控制器及电阻丝线圈，对热电偶进行预热和保温，气缸活塞杆收回气缸内，与气缸活塞杆连接的热电偶处于等待测温位置，等待半固态坯料二次加热结束；

3）当半固态坯料二次加热结束后，采用托架带动半固态坯料运转到出料口处，启动气体控制开关，气体进入气缸缸体，推动气缸活塞杆推出，将与其连接的热电偶插入到等待测温的半固态坯料芯部指定位置，开启温差电偶温度计，进行测温，并记录所测温度；

4）测温结束后，关闭气体控制开关，气缸活塞杆收回，带动热电偶从半固态坯料中推出，经过环形刮板将热电偶表面粘附的坯料残余去除，热电偶进入到由温度控制器及电阻丝线圈组成的预热保温装置内，等待下次的测温。

将半固态坯料迅速转移至半固态成形设备中进行成形，整个半固态坯料二次加热测温结束。本发明的优点是：

1、与传统的人工手持测温相比，本发明通过在人工控制下进行半自动测温工作，减少了在该生产岗位上的人员配置，降低了生产成本。

2、本发明采用热电偶与气缸定距安装，有效地保证了热电偶插入半固态坯料内的位置与深度，达到了连续坯料相同位置连续测温的目的，保证了测温的连续性与一致性。

3、本发明中热电偶等待位置处安装了预热保温装置，在热电偶等待测温状态转到测温状态时，提高了起始测温温度，缩短了温度上升范围，能够使热电偶快速测量出半固态坯料的实际温度，减少了测温所耗时间，使得半固态坯料在最佳的温度范围内进行半固态成形。

4、本发明采用气压缸推动热电偶往返运动，结构简单紧凑，可在狭小空间内安装操作，并具有操作安全、运行稳定等优点。

附图说明

图1是本发明半固态坯料二次加热设备的辅助测温系统装置示意图。

主要附图标记：

1   气缸                  2   热电偶

3   温差电偶温度计        4   电阻丝线圈

5   温度控制器（温控器）       6   半固态坯料及托架

具体实施方式

如图1所示为半固态坯料二次加热设备的辅助测温系统，主要由一组气缸1、脚踏式气动开关、热电偶2、温差电偶温度计3、电阻丝线圈4、电源及温度控制器5等部分组成，热电偶2与气缸1活塞杆之间进行固定连接，热电偶2在气缸1活塞杆的带动下可进行往返运动，热电偶2与温度电偶温度计3之间通过电路连接。

该系统还包括电阻丝线圈4和温度控制器5，电阻丝线圈4安装在热电偶2外部，与温度控制器5通过电路连接。通过在热电偶2外部安装缠绕式电阻丝线圈，对等待测温前的热电偶2进行预热并保温，使热电偶2的起始反应温度接近并低于半固态坯料温度。当热电偶开始测温时，能够达到快速到温的目的，减少因测温而产生的等待时间，保证半固态坯料在理想的温度范围内快速进行半固态成形。

温度控制由附带的温度控制器5进行调节，温度控制器5会在温度达到预定后，关闭加热电源，电阻丝线圈4停止加热，温度停止上升，确保温度始终处于预设范围内。对加热电阻丝线圈4进行控温的温度控制器5，其温度信号的输入是由半固态坯料测温用热电偶2在等待测温状态时提供。

气缸1是一种气压传动中将压缩气体的压力能转换为机械能的气动执行元件，气缸1内的活塞及活塞杆做往复直线运动。气缸1通过人工脚踏式气动控制开关来完成气缸1活塞杆往返运动，气缸1活塞杆伸出状态时，与其连接的热电偶2端部达到半固态坯料的芯部位置，进行测温工作；气缸1活塞杆回收状态时，与其连接的热电偶2端部从半固态坯料中推出，结束测温工作。通过气缸1活塞杆的定向、定量往返运动，使与气缸1活塞杆相连接的测温热电偶2端头达到半固态坯料芯部预定测温点，保证测温的准确性。进一步地，气动控制开关为脚踩式开关，气缸1的往返运动是通过脚踩式气动开关对其进行控制，有效的解放了双手进行坯料夹持等其他工作。

热电偶2是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过温差电偶温度计（测温仪）3转换成被测介质的温度。温差电偶温度计3是一种工业上广泛应用的测温仪器。利用温差电现象制成。两种不同的金属丝焊接在一起形成工作端，另两端与测量仪表连接，形成电路。把工作端放在被测温度处，工作端与自由端温度不同时，就会出现电动势，因而有电流通过回路。通过电学量的测量，利用已知处的温度，就可以测定另一处的温度。

热电偶2通过与气缸1活塞杆进行连接，能够快捷的在气缸1上安装和拆卸热电偶2，便于清理或更换热电偶2。同时，气缸1的活塞杆带有位置刻度，便于调节热电偶长度2。依靠气缸1活塞杆的运动使得热电偶2插入到处于固液两相区的半固态坯料芯部，热电偶2与气缸1活塞杆的固定位置是通过测量计算得出，进而能使热电偶2端头准确的插入到要求的半固态坯料芯部位置。气缸1活塞杆的运动是由压缩空气驱动，压缩空气的压力能够推动气缸活塞杆往返运动，并且压力需大于热电偶2插入半固态坯料时的阻力。气缸1的行程范围与半固态坯料的直径大小有关，约为半固态坯料直径的0.7～1.2倍，驱动气缸1的压缩空气压强大小约为0.5～1MPa。

热电偶2为铠装热电偶，在其前端设有环形状不锈钢刮板，热电偶2每次往返运动时，均穿过环形刮板，可以快速去除测温结束后留在热电偶表面的半固态坯料，防止残余的半固态坯料粘附在铠装热电偶上，影响测温的速度与准确性。热电偶2测温工作是通过经气动开关控制的气缸1伸缩，在一定行程范围内往返运动，所测温度由温差电偶温度计3显示。在测温结束后，热电偶2从半固态坯料中推出，因为半固态坯料具有一定黏度导致热电偶2上粘接一层残余坯料。在热电偶2退出过程中通过一个环形刮板，将仍处于高温粘稠状的半固态坯料从热电偶2上刮掉，保障了下次热电偶2能够正常测温。

该套测温系统的辅助配件有支架，气管及电源接口。通过支架将以气缸1为支点的测温系统安装在半固态二次加热设备的坯料出口处，可通过气缸1在支架上的安装位置来调节半固态坯料的上下测温位置。通过气管输入压缩空气为气缸1的往返运动提供动力，保证气缸1反应准确和迅速。电源接口为电阻丝线圈4保温装置及其温控提供用电。

采用上述系统进行半固态坯料二次加热设备的辅助测温的方法，包括如下步骤：

1）根据半固态坯料的直径大小调节热电偶2伸出长度，调节后将热电偶2与气缸1活塞杆连接；

2）开启温度控制器5及电阻丝线圈4，对热电偶2进行预热和保温，气缸1活塞杆收回气缸1内，与气缸1活塞杆连接的热电偶2处于等待测温位置，等待半固态坯料二次加热结束；

3）当半固态坯料二次加热结束后，采用托架带动半固态坯料运转到出料口处，启动气体控制开关，气体进入气缸1缸体，推动气缸1活塞杆推出，将与其连接的热电偶2插入到等待测温的半固态坯料芯部指定位置，开启温差电偶温度计3，进行测温，并记录所测温度；

4）测温结束后，关闭气体控制开关，气缸1活塞杆收回，带动热电偶2从半固态坯料中推出，经过环形刮板将热电偶2表面粘附的坯料残余去除，热电偶2进入到由温度控制器5及电阻丝线圈4组成的预热保温装置内，等待下次的测温。

下面结合实例对本发明的结构及实施方法做进一步的说明，本实施案例采用测温对象为319铝合金半固态坯料。

具体过程如下：

1）根据319铝合金半固态坯料6的直径大小调节热电偶伸出长度，调节结束后将热电偶2与气缸1活塞杆连接。

2）开启温控器5及电阻丝线圈4预热保温装置，将温控器5预热温度调节为500℃，对测温热电偶2进行预热保温，气缸活塞杆收回气缸1内，与气缸活塞杆连接的热电偶2处于等待测温位置，等待319铝合金半固态坯料二次加热结束。

3）当319铝合金半固态坯料二次加热结束后，有托架带动半固态坯料运转到出料口处，启动气控开关，气体进入气缸1缸体，推动气缸1活塞杆推出，将与其连接的热电偶2插入到等待测温的半固态坯料芯部指定位置，开启温差电偶温度计3，进行快速测温，并记录所测温度。

4）测温结束后，关闭脚踏式气动开关，气缸1活塞杆收回，带动热电偶2从半固态坯料中推出，经过环形刮板将热电偶2表面粘附的319铝合金残余去除，热电偶2进入到由温差电偶温度计3及电阻丝线圈4组成的预热保温装置内，等待下次的测温。将319铝合金半固态坯料迅速转移至半固态成形设备中进行成形，整个半固态坯料二次加热测温结束。

本发明的系统和方法能有效解决半固态坯料二次加热后快速测温的问题，能够满足快速、准确测温的要求，避免了因温度不准确或温度降低导致的二次加热后半固态坯料无法在合适半固态温度区间或合适的固相分数下成形。

尽管这里已经详细列出并说明了优选实施案例，但是本领域技术人员可知，可在不脱离本发明精髓的情况下进行各种结构调整和器件更换，这些内容都被认为处于权利要求所限定的本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种半固态坯料二次加热设备的辅助测温系统，其特征在于：包括气缸、热电偶和温差电偶温度计，所述的热电偶固定连接在气缸活塞杆上，所述的热电偶在气缸活塞杆的带动下进行往返运动，热电偶与温差电偶温度计之间通过电路连接。

2.根据权利要求1所述的半固态坯料二次加热设备的辅助测温系统，其特征在于：所述的辅助测温系统还包括电阻丝线圈和温度控制器，所述的电阻丝线圈安装在热电偶外部，与温度控制器通过电路连接。

3.根据权利要求2所述的半固态坯料二次加热设备的辅助测温系统，其特征在于：所述的电阻丝线圈为缠绕式电阻丝。

4.根据权利要求1所述的半固态坯料二次加热设备的辅助测温系统，其特征在于：所述的气缸上设置气动控制开关。

5.根据权利要求4所述的半固态坯料二次加热设备的辅助测温系统，其特征在于：所述的气动控制开关为脚踏式气动开关。

6.根据权利要求1所述的半固态坯料二次加热设备的辅助测温系统，其特征在于：所述的气缸的行程范围为半固态坯料直径的0.7～1.2倍，驱动气缸的压缩空气压强为0.5～1MPa。

7.根据权利要求1所述的半固态坯料二次加热设备的辅助测温系统，其特征在于：所述的热电偶通过紧固装置与气缸活塞杆进行连接，所述的气缸活塞杆设有位置刻度。

8.根据权利要求7所述的半固态坯料二次加热设备的辅助测温系统，其特征在于：所述的热电偶为铠装热电偶，所述的热电偶的前方设有环形刮板。

9.根据权利要求8所述的半固态坯料二次加热设备的辅助测温系统，其特征在于：还包括用于安装的支架。

10.一种半固态坯料二次加热设备的辅助测温方法，包括如下步骤：

1）根据半固态坯料的直径大小调节热电偶的伸出长度，然后将热电偶与气缸活塞杆连接；

2）开启温度控制器及电阻丝线圈，对热电偶进行预热和保温，气缸活塞杆收回气缸内；

3）当半固态坯料二次加热结束后，采用托架带动半固态坯料运转到出料口处，启动气体控制开关，气体进入气缸缸体，推动气缸活塞杆推出，将与其连接的热电偶插入到等待测温的半固态坯料芯部指定位置，开启温差电偶温度计，进行测温，并记录所测温度；

4）测温结束后，关闭气体控制开关，气缸活塞杆收回，带动热电偶从半固态坯料中推出，经过环形刮板将热电偶表面粘附的坯料残余去除，热电偶进入到由温度控制器及电阻丝线圈组成的预热保温装置内，等待下次的测温。