CN107904551A - 电磁感应真空快速渗碳自动化设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁感应真空快速渗碳自动化设备，该真空管及法兰密封装置（6）、淬火工艺辅助装置（3）设于设备平台（1）上，其特征在于：所述真空管及法兰密封装置（6）与真空装置（2）、洗气装置（11）以及混合气体配送装置（10）相连，真空管及法兰密封装置（6）上还设有高频感应加热装置（7）；混合气体配送装置（10）一端与真空管及法兰密封装置（6）相连，另一端与供气装置（9）相连；温度监测装置（8）位于真空管及法兰密封装置（6）一侧；压力监测装置（5）安装于真空管及法兰密封装置（6）上；控制系统（4）与各装置相连。总之，本发明能实现对渗碳介质脉冲的配送、渗碳温度和压力脉冲进行监测及自动控制。

Description

电磁感应真空快速渗碳自动化设备

技术领域

本发明属于金属材料热处理技术领域，具体来说涉及一种电磁感应真空快速渗碳自动化设备。

背景技术

渗碳是一种表面强化领域普遍采用的表面化学热处理技术，渗碳工艺和淬火工艺相结合使金属表层一定深度内形成高硬度和耐磨性的渗碳层，同时心部没有渗碳的区域则保持足够的强韧性。在生产过程中通常的渗碳处理方法有：气体渗碳、固体渗碳、液体渗碳等。其中固体渗碳劳动条件差，渗碳质量不容易控制；液体渗碳大部分采用氰盐或原料无氰盐但反应后产生氰盐及氰化物，这些都有剧毒，因此现在很少采用这两种方法。气体渗碳应用最广泛，但是目前工业中常用的气体渗碳所需时间长，生产效率低且对环境有污染，所以传统的气体渗碳和气体渗氮技术的局限性已愈益明显。

随着科技发展，出现了一种新的渗碳工艺方法：真空感应快速渗碳工艺。真空感应快速渗碳工艺是将感应加热技术与真空脉冲渗碳工艺结合起来的一种新型渗碳方法。即在真空环境下，采用高效的感应加热方式实现对工件快速加热升温到预定温度后，再通入渗碳介质形成负压和抽气形成真空压力脉冲循环下对工件进行表面渗碳强化，实现工件表面的净化和洁化,达到碳原子的快速吸收和较小的变形，再结合淬火工艺，使工件达到快速提高材料的硬度、耐磨性和耐蚀性的目的。真空感应快速渗碳工艺已被证实具有高效、节能等优势，因而受到广泛的关注和应用。

高频感应加热与传统渗碳设备加热方式有所不同，传统渗碳设备通常采用电阻丝加热的方式，其特征为在渗碳过程对工件加热速度和降温速度缓慢，又因渗碳时间长，导致能耗消耗过多以及省、生产效率低。感应加热是由高频机和感应线圈相结合实现，高频交流电流通过感应线圈产生交变磁场导致工件产生感应电动势，从而在工件内部形成涡流，根据焦耳定律使工件达到加热效果。感应加热具有加热效率高、速度快、可以对形状复杂零部件进行加热，可控制加热深度，可实现局部加热，生产效率高等优点，因此应用广泛。

然而，现有的真空感应渗碳装置不能对不同种类、不同比例的混合气体即渗碳介质脉冲进行精确的配送及自动控制。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种在真空感应快速渗碳工艺过程中实现对渗碳介质（按比例的混合气体）脉冲的配送、渗碳温度和压力脉冲进行监测及自动控制的电磁感应真空快速渗碳自动化设备。

本发明的目的及解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的：

一种电磁感应真空快速渗碳自动化设备，包括设备平台、真空装置、淬火工艺辅助装置、控制系统、真空管及法兰密封装置、高频感应加热装置，真空管及法兰密封装置、淬火工艺辅助装置设于设备平台上，其中：所述真空管及法兰密封装置与真空装置、洗气装置以及混合气体配送装置相连，真空管及法兰密封装置上还设有高频感应加热装置；混合气体配送装置一端与真空管及法兰密封装置相连，另一端与供气装置相连；温度监测装置位于真空管及法兰密封装置一侧，通过其中的高透玻璃测温口和红外线测温仪实现对工件表面温度非接触监测；压力监测装置安装于真空管及法兰密封装置上；控制系统与真空装置、压力监测装置、真空管及法兰密封装置、高频感应加热装置、温度监测装置、供气装置、混合气体配送装置、洗气装置相连。

上述电磁感应真空快速渗碳自动化设备，其中：所述真空管及法兰密封装置包括法兰盘、真空管、电磁阀，法兰盘、电磁阀位于真空管两端，真空装置、洗气装置以及混合气体配送装置与电磁阀相连。

上述电磁感应真空快速渗碳自动化设备，其中：所述高频感应加热装置包括感应线圈、高频机，高频机位于设备平台上，感应线圈位于真空管中部的外圆周面上。

上述电磁感应真空快速渗碳自动化设备，其中：所述温度监测装置包括高透玻璃测温口、红外线测温仪、定位微调支架，高透玻璃测温口位于真空管端部，红外线测温仪位于高透玻璃测温口处并固定于定位微调支架上，定位微调支架固定于设备平台上。

上述电磁感应真空快速渗碳自动化设备，其中：还包括真空管支架及导轨微调装置，该装置包括不锈钢支架、直线导轨、底板，底板固定于设备平台上，直线导轨固定于底板上，不锈钢支架位于直线导轨上、真空管及法兰密封装置位于不锈钢支架上；还包括对高频感应加热装置进行冷却的冷却循环水系统。

本发明与现有技术相比，具有明显有益效果，从以上技术方案可知，真空管及法兰密封装置与真空装置、洗气装置以及混合气体配送装置相连，真空管及法兰密封装置上还设有高频感应加热装置；混合气体配送装置一端与真空管及法兰密封装置相连，另一端与供气装置相连；温度监测装置位于真空管及法兰密封装置一侧，通过其中的高透玻璃测温口和红外线测温仪实现对工件表面温度非接触监测；压力监测装置安装于真空管及法兰密封装置上；控制系统与真空装置、压力监测装置、真空管及法兰密封装置、高频感应加热装置、温度监测装置、供气装置、混合气体配送装置、洗气装置相连。通过对混合渗碳气体介质（甲烷、乙炔等）的自动控制实现不同种类、不同比例的混合气体进行精确配送；实现真空度、不同渗碳压力以及洗气压力的实时监测和自动控制；还可对自动控制高频感应加热装置的频率大小实现不同温度渗碳、不同温度保温以及不同温度淬火。总之，本发明通过控制系统、混合气体配送装置、温度监测装置、压力监测装置等实现在电磁感应真空快速渗碳过程中对渗碳介质脉冲、渗碳温度脉冲、渗碳压力脉冲进行实时监测和自动控制；可以实现对工件进行快速渗碳处理时不同脉冲种类及不同脉冲参数的自动控制。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为图1的后视图；

图3为图1设备平台处的结构示意图。

图中标记：

1、设备平台；2、真空装置；3、淬火工艺辅助装置；4、控制系统；5、压力监测装置；6、真空管及法兰密封装置；7、高频感应加热装置；8、温度监测装置；9、供气装置；10、混合气体配送装置；11、洗气装置；12、真空管支架及导轨微调装置；13、冷却循环水系统；61、法兰盘；62、真空管；63、电磁阀；71、感应线圈；72、高频机；81、高透玻璃测温口；82、红外线测温仪；83、定位微调支架；101、混气罐；102、气体输送管；103、压力表；104、减压阀；105、气体瓶阀门；121、支架；122、直线导轨；123、底板。

具体实施方式：

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的电磁感应真空快速渗碳自动化设备具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

参见图1至图3，一种电磁感应真空快速渗碳自动化设备，包括设备平台1、真空装置2、淬火工艺辅助装置3、控制系统4、真空管及法兰密封装置6、高频感应加热装置7，真空管及法兰密封装置6、淬火工艺辅助装置3设于设备平台1上，其中：所述真空管及法兰密封装置6与真空装置2、洗气装置11以及混合气体配送装置10相连，真空管及法兰密封装置6上还设有高频感应加热装置7；混合气体配送装置10一端与真空管及法兰密封装置6相连，另一端与供气装置9相连；温度监测装置8位于真空管及法兰密封装置6一侧，通过其中的高透玻璃测温口81和红外线测温仪82实现对工件表面温度非接触监测；压力监测装置5安装于真空管及法兰密封装置6上；控制系统4与真空装置2、压力监测装置5、真空管及法兰密封装置6、高频感应加热装置7、温度监测装置8、供气装置9、混合气体配送装置10、洗气装置11相连。

上述电磁感应真空快速渗碳自动化设备，其中：所述真空管及法兰密封装置6包括法兰盘61、真空管62、电磁阀63，法兰盘61、电磁阀63位于真空管6两端，真空装置2、洗气装置11以及混合气体配送装置10与电磁阀63相连。

上述电磁感应真空快速渗碳自动化设备，其中：所述高频感应加热装置7包括感应线圈71、高频机72，高频机72位于设备平台1上，感应线圈71位于真空管62中部的外圆周面上。

上述电磁感应真空快速渗碳自动化设备，其中：所述温度监测装置8包括高透玻璃测温口81、红外线测温仪82、定位微调支架83，高透玻璃测温口81位于真空管62端部，红外线测温仪82位于高透玻璃测温口81处并固定于定位微调支架83上，定位微调支架83固定于设备平台1上。

上述电磁感应真空快速渗碳自动化设备，其中：还包括真空管支架及导轨微调装置12，该装置包括不锈钢支架121、直线导轨122、底板123，底板123固定于设备平台1上，直线导轨122固定于底板123上，不锈钢支架121位于直线导轨122上、真空管及法兰密封装置6位于不锈钢支架121上；

还包括对高频感应加热装置7进行冷却的冷却循环水系统13。

使用时，当工件放入真空管62内，首先通过触摸屏及PLC控制系统4控制混合气体配送装置10从供气装置9对预定渗碳介质种类和比例进行配送至混合气体配送装置10的混气罐，配送完毕后，此时混气罐内为已经配好的渗碳混合气体作为渗碳处理的渗碳介质脉冲；然后通过触摸屏及PLC控制系统4启动真空装置2和洗气装置11对真空管及法兰密封装置6进行检漏、洗气、抽真空，保证其真空无氧环境；当压力监测装置5检测真空管及法兰密封装置6达到真空度要求后控制电磁阀63关闭所有二通法兰口，同时启动高频感应加热装置7对真空管中的工件进行加热，并启动冷却循环水系统13对高频感应加热装置7进行冷却，防止高频机72过热；采用温度监测装置8同心对准工件表面对工件的表面温度进行监测，并将温度信号反馈给控制系统4，控制系统4通过控制高频感应加热装置7实现预定渗碳温度脉冲PID闭环控制，此时的温度作为渗碳处理的渗碳温度脉冲；当到达预定的渗碳温度脉冲时，将信号反馈给控制系统4，控制系统4控制先前配送好的渗碳介质脉冲按预定压力进入真空管及法兰密封装置6，并采用压力监测装置5对真空管及法兰密封装置6中的气体压力信号进行监测并反馈给控制系统，当压力信号到达预定值，控制系统控制关闭混合气体配送装置10，此时预定压力值作为渗碳处理的渗碳压力脉冲。在渗碳过程中可以对渗碳介质脉冲、渗碳温度脉冲、渗碳压力脉冲进行监测和自动控制。当工件渗碳处理结束后，触摸屏及PLC控制系统4控制真空装置排除废气，并通过温度监测装置8和高频感应加热装置7将工件按预定淬火温度进行保温，最后通过淬火工艺辅助装置3实现渗碳工件的淬火处理。

通过混合气体配送装置10及控制系统4能实现对不同种类渗碳气体按照不同比例进行精确配送和在线控制。具体工作方式如下：混合气体配送装置10由配气罐、压力表、流量阀、电磁阀及气体输送管等组成，一端连接供气装置9，通过触摸屏及PLC控制系统4控制流量阀参数和流量时间来控制供气装置9的源气体通入混气罐的流量，实现混合气体不同比例的配送操作；另一端连接真空管及法兰密封装置6，通过控制电磁阀63实现混合渗碳介质通入真空管及法兰密封装置6。

由红外线测温仪82、定位微调支架83以及高透玻璃测温口81构成温度检测装置8，置于真空管及法兰密封装置6右侧位置，同心对准工件中心，实现对工件表面温度非接触监测。其中，高透玻璃测温口81安装方式为：在真空管及法兰密封装置6的右侧法兰盖61钻直径约30mm的通孔，采用直径约为50mm、厚度为5mm的高透玻璃同心密封配合，以便红外线测温仪82通过高透玻璃测温口81对准工件表面，实现温度的实时监测。温度监测装置8将监测信号反馈给控制系统4，控制系统4对信号进行分析处理并自动控制高频感应加热装置7的频率大小实现感应线圈71对石英真空管62内工件的升温与保温。

通过在真空管及法兰密封装置6上安装压力监测装置5，实现对渗碳过程中真空度和渗碳介质气体压强的实时监测，并将信号反馈给控制系统4，控制系统4将其信号进行分析处理和自动控制与电磁阀63连接的真空装置62、洗气装置11以及混合气体配送装置10，实现渗碳过程渗碳压力脉冲的自动控制。

由淬火箱、淬火油以及辅助夹持工具组成淬火工艺辅助装置3，安装于真空管及法兰密封装置6左侧。当工件渗碳处理后，并由压力监测装置5和温度监测装置8及控制系统4实现大气压下保温一段时间取出，对工件进行淬火。

触摸屏及PLC控制系统4对高频感应加热装置7、混合气体配送装置10、真空管及法兰密封装置6、真空管支架及导轨微调装置12、真空装置2、淬火工艺辅助装置3、压力监测装置5、温度监测装置8、供气装置9、洗气装置11；冷却循环水系统13进行自动化控制，实现电磁感应真空渗碳工艺自动化过程。其中，触摸屏及PLC控制系统4对真空感应快速渗碳的渗碳介质（混合气体比例）脉冲、渗碳压力脉冲和渗碳温度脉冲等工艺参数精确控制的具体功能如下：触摸屏及PLC控制系统4通过对压力监测装置5反馈的压力信号进行分析处理，控制真空装置2、洗气装置11、真空管及法兰密封装置6与之连接的电磁阀63对渗碳环境进行抽真空、检漏、洗气等操作；触摸屏及PLC控制系统4通过对混合气体配送装置反馈的信号进行分析处理，控制混合气体配送装置10的流量阀以及真空管及法兰密封装置6的电磁阀63实现混合渗碳介质脉冲的气体种类、比例参数的配送操作；触摸屏及PLC控制系统4通过对温度监测装置8的传递信号进行分析处理，并控制高频感应加热装置7，实现渗碳温度、保温温度以及淬火温度的PID闭环控制。

本发明的主要装置及能如下：Ⅰ.高频感应加热装置7包括高频机72、感应线圈71，提供热源；Ⅱ.混合气体配送装置10包括混气罐101、气体输送管102、压力表103、减压阀104、气体瓶阀门105及流量阀，按渗碳工艺需求，为其自动配置和输送不同种类以及不同比例的混合气体作为工艺渗碳介质；Ⅲ.真空管及法兰密封装置6包括石英真空管62、法兰盖、密封橡胶圈、三通法兰盘61、电磁阀63，主要为渗碳工艺提供预定压力或真空、防止氧化的密封环境；Ⅳ.真空管支架及导轨微调装置12包括不锈钢支架121、直线导轨122、底板123，根据感应线圈71产生的温度场位置，通过直线导轨122机构横向微调真空管62寻求最佳工件加热位置；Ⅴ.真空装置2包括真空泵、气体输送管，通过电磁阀63与真空管及法兰密封装置6相连，提供真空环境的动力源和排除废气的动力源；Ⅵ.触摸屏及PLC控制系统4包括PLC控制器及控制柜、触摸屏：主要分析和监测传感器的温度、压力模拟量信号以及控制数字量实现不同工艺自动化；Ⅶ.淬火工艺辅助装置3包括淬火箱、淬火油以及辅助夹持工具，工件渗碳结束使其快速淬火的辅助装置；Ⅷ.压力监测装置5对真空管及法兰密封装置6的密封性、真空度进行检测以及对渗碳介质气体压强进行监测及自动控制；Ⅸ.温度监测装置8对加热工件进行渗碳温度、淬火温度、保温温度进行实时监测和自动控制；Ⅹ.供气装置9包括供气柜、减压阀、气体瓶阀门、甲烷气瓶、乙炔气瓶、气体输送管，储存甲烷、乙炔等渗碳介质的源气体；Ⅺ.洗气装置包括高纯氩气瓶、气体瓶阀门、气体输送管，排除渗氮环境存在的杂质气体，保证渗碳环境绝对无氧；Ⅻ.冷却循环水系统包括水泵、水箱、水管，为高频机72散热，防止内部过热烧坏。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种电磁感应真空快速渗碳自动化设备，包括设备平台（1）、真空装置（2）、淬火工艺辅助装置（3）、控制系统（4）、真空管及法兰密封装置（6）、高频感应加热装置（7），真空管及法兰密封装置（6）、淬火工艺辅助装置（3）设于设备平台（1）上，其特征在于：所述真空管及法兰密封装置（6）与真空装置（2）、洗气装置（11）以及混合气体配送装置（10）相连，真空管及法兰密封装置（6）上还设有高频感应加热装置（7）；混合气体配送装置（10）一端与真空管及法兰密封装置（6）相连，另一端与供气装置（9）相连；温度监测装置（8）位于真空管及法兰密封装置（6）一侧，通过其中的高透玻璃测温口（81）和红外线测温仪（82）实现对工件表面温度非接触监测；压力监测装置（5）安装于真空管及法兰密封装置（6）上；控制系统（4）与真空装置（2）、压力监测装置（5）、真空管及三通法兰密封装置（6）、高频感应加热装置（7）、温度监测装置（8）、供气装置（9）、混合气体配送装置（10）、洗气装置（11）相连。

2.如权利要求1所述的电磁感应真空快速渗碳自动化设备，其特征在于：所述真空管及法兰密封装置（6）包括法兰盘（61）、真空管（62）、电磁阀（63），法兰盘（61）、电磁阀（63）位于真空管（62）两端，真空装置（2）、洗气装置（11）以及混合气体配送装置（10）与电磁阀（63）相连。

3.如权利要求1所述的电磁感应真空快速渗碳自动化设备，其特征在于：所述混合气体配送装置（10）包括混气罐（101）、气体输送管（102）、压力表（103）、减压阀（104）、气体瓶阀门（105）、流量阀。

4.如权利要求1所述的电磁感应真空快速渗碳自动化设备，其特征在于：所述高频感应加热装置（7）包括感应线圈（71）、高频机（72），高频机（72）位于设备平台（1）上，感应线圈（71）位于真空管（62）中部的外圆周面上。

5.如权利要求1所述的电磁感应真空快速渗碳自动化设备，其特征在于：所述温度监测装置（8）包括高透玻璃测温口（81）、红外线测温仪（82）、定位微调支架（83），高透玻璃测温口（81）位于真空管（62）端部，红外线测温仪（82）位于高透玻璃测温口（81）处并固定于定位微调支架（83）上，定位微调支架（83）固定于设备平台（1）上。

6.如权利要求1至5中任一项所述的电磁感应真空快速渗碳自动化设备，其特征在于：还包括真空管支架及导轨微调装置（12），该装置包括支架（121）、直线导轨（122）、底板（123），底板（123）固定于设备平台（1）上，直线导轨（122）固定于底板（123）上，支架（121）位于直线导轨（122）上、真空管及法兰密封装置（6）位于支架（121）上。

7.如权利要求6所述的电磁感应真空快速渗碳自动化设备，其特征在于：还包括对高频感应加热装置（7）进行冷却的冷却循环水系统（13）。