CN108714677B - 一种汽车铝合金轮毂的多工序锻造加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车铝合金轮毂的多工序锻造加热装置，包括隔热外壳、电阻丝加热圈、恒温加热机构和加热控制系统，所述隔热外壳的内壁上环形安装有电阻丝加热圈，所述电阻丝加热圈的表面上还固定安装有恒温加热机构，所述恒温加热机构的下部与加热控制系统相连接，所述加热控制系统的下部设置有下隔热层，所述下隔热层铺设在隔热外壳的下侧内壁上，加热模式采用非接触式加热方式，在加热过程中不易渗入杂质，设备可频繁开启、关停，工作容易，加热均匀，心表温差很小，可降低锻件废品率1.5％，所获得的锻件奥氏体晶粒细小，具有非常好的金相组织，感应加热坯料产生的氧化皮烧损率可控制在0.5％以下，使得锻件飞边少，可节约原材料5％左右。

Description

一种汽车铝合金轮毂的多工序锻造加热装置

技术领域

本发明涉及锻造加热装置领域，具体为一种汽车铝合金轮毂的多工序锻造加热装置。

背景技术

铝合金的锻造温度范围窄，而其导热系数大，其导热系数大约是钢的2倍。锻造时如果模具温度低，则坯料降温快，塑性降低，变形抗力增大，变形率低，变形过程中坯料易形成裂纹，所以铝合金一般采用等温锻造，即将铝合金坯料放在加热炉里加热，达到锻造温度后，将其快速放入保持一定温度的模具里成形，或者是将铝合金坯料放在模具里与模具一起放到炉子里加热，待加热到锻造温度后再放到压力机上去成形。

现有的锻造加热替代传统燃料加热是节能、节材、消除环境污染，减轻工人劳动强度，特别是提高锻件内在质量的一条有效途径，目前，中小功率的锻造加热炉由于制造简单，比较成熟，已在我国锻造行业得到了广泛应用。但大功率的锻造加热炉加热坯料质量大，传输系统复杂，加热温度均匀性、设备安全可靠性及系统的自动化程度要求高，设计制造方面具有一定难度，目前在锻造行业的应用还不多，而且现有用于汽车铝合金轮毂的多工序锻造加热装置，在加热锻过程中还存在以下不足之处：

例如，申请号为200710132396.5，专利名称为一种汽车铝合金轮毂的锻造方法的发明专利：

其采用本发明的模具结构，在模具出现磨损的情况下，仅需维修或更换磨损或损坏的部分，减少了模具维修费用。

但是，现有的汽车铝合金轮毂的多工序锻造加热装置存在以下缺陷：

(1)目前采用的热载体间接加热技术还存在着热载体升温速率慢、效率低、耗能高的问题，因此生产的连续性和规模性受到限制，也严重制约了汽车铝合金轮毂油的低能耗、规模化生产；

(2)目前汽车铝合金轮毂的多工序锻造加热装置，在对锻件进行加热的过程中，由于加热均匀度难以控制，容易导致锻件表面的金相组织被破坏，降低了汽车铝合金轮毂的生产效率。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种汽车铝合金轮毂的多工序锻造加热装置，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种汽车铝合金轮毂的多工序锻造加热装置，包括隔热外壳、电阻丝加热圈、恒温加热机构和加热控制系统，所述隔热外壳的内壁上环形安装有电阻丝加热圈，所述电阻丝加热圈的表面上还固定安装有恒温加热机构，所述恒温加热机构的下部与加热控制系统相连接，所述加热控制系统的下部设置有下隔热层，所述下隔热层铺设在隔热外壳的下侧内壁上。

进一步地，所述隔热外壳的上侧内壁上固定安装有上保温层，所述上保温层的上表面还固定安装有上隔热层，所述上保温层和上隔热层的垂直面上还贯穿连接有凹模，所述凹模的内壁上对称设置有两个热电偶，所述凹模的内壁上还固定安装有上凸模，所述上凸模的下部设置有下凸模，所述下凸模的下部轴向设置有顶杆，所述顶杆的下部与隔热外壳的内壁相连接。

进一步地，所述电阻丝加热圈的内部环形缠绕有多层设置的电阻丝，所述电阻丝外部设置有陶瓷圈，所述陶瓷圈的外壁上铺设有锡皮，所述陶瓷圈的右侧面上还通过内六角螺钉固定安装有固定销。

进一步地，所述恒温加热机构包括气缸固定座、横梁和纵梁，所述气缸固定座的下部与电阻丝加热圈外壁固定连接，所述气缸固定座的上部固定安装有纵梁，所述纵梁的垂直端固定安装有横梁，所述横梁的轴向垂直端固定安装有气缸，所述气缸的下部设置有加热机构。

进一步地，所述气缸固定座的外部还通过固定角件固定安装有基座，所述基座的下部轴向安装有光轴，所述光轴的下部设置有夹具。

进一步地，所述加热机构包括上传热板和下传热板，所述上传热板和下传热板之间设置有液路加热袋，所述液路加热袋的下部设置有加热基座，所述加热基座固定安装在下传热板的内壁上，所述加热基座的内壁上设置有管道卡槽，所述液路加热袋镶嵌在管道卡槽的内壁上，所述液路加热袋的传热端设置有红外温度传感器，所述红外温度传感器设置在下传热板的外壁上。

进一步地，所述加热机构的内部上还设置有热载体换热器，所述热载体换热器包括空心螺杆、A型挡板和B型挡板，所述空心螺杆的内部还轴向设置有空心轴，所述空心轴的中央处通过A型挡板与空心螺杆内壁贯通连接，所述空心轴的内壁上还贯通连接有B型挡板，所述空心螺杆的上部设置有排气管道，所述空心螺杆的下部设置有进气接口。

进一步地，所述加热控制系统的控制端与气缸相连接，所述加热控制系统的内部设置有磁性开关传感器，所述气缸的控制端通过磁性开关传感器连接有磁性开关，所述磁性开关串接有继电器，所述继电器的输出端连接有三位五通电磁阀，所述三位五通电磁阀的驱动端连接有空压机，所述空压机的驱动端连接有空压机马达。

进一步地，所述三位五通电磁阀的控制端通过气缸上行开关连接有直流电源。

进一步地，所述气缸的下部通过加热器开关连接有温度控制器，所述温度控制器的驱动端连接有固态继电器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的汽车铝合金轮毂的多工序锻造加热装置，加热模式采用非接触式加热方式，在加热过程中不易渗入杂质，设备可频繁开启、关停，工作容易，加热均匀，心表温差很小，可降低锻件废品率1.5％，所获得的锻件奥氏体晶粒细小，具有非常好的金相组织；

(2)本发明的汽车铝合金轮毂的多工序锻造加热装置，被加热坯料表面氧化、脱碳非常少，感应加热坯料产生的氧化皮烧损率可控制在0.5％以下；另一方面感应加热可使锻造模具寿命延长，资料表明，感应加热可使锻造模具寿命提高30％以上，感应加热由于氧化皮少，锻件飞边少，可节约原材料5％左右。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的电阻丝加热圈结构示意图；

图3为本发明的恒温加热机构结构示意图；

图4为本发明的气缸固定座结构示意图；

图5为本发明的加热机构结构示意图；

图6为本发明的热载体换热器结构示意图；

图7为本发明的加热控制系统结构示意图。

图中标号：

1-隔热外壳；2-电阻丝加热圈；3-恒温加热机构；4-凹模；5-加热控制系统；6-上隔热层；7-上凸模；8-热电偶；9-下凸模；10-顶杆；11-下隔热层；12-上保温层；

201-电阻丝；202-陶瓷圈；203-锡皮；204-固定销；205-内六角螺钉；

301-气缸固定座；302-纵梁；303-加热机构；304-横梁；305-气缸；306-光轴；307-基座；308-夹具；309-固定角件；

3031-下传热板；3032-上传热板；3033-管道卡槽；3034-液路加热袋；3035-加热基座；3036-红外温度传感器；3037-热载体换热器；

30371-空心螺杆；30372-空心轴；30373-A型挡板；30374-B型挡板；30375-排气管道；30376-进气接口；

501-磁性开关传感器；502-磁性开关；503-继电器；504-三位五通电磁阀；505-直流电源；506-空压机；507-空压机马达；508-温度控制器；509-固态继电器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图7所示，本发明提供了一种汽车铝合金轮毂的多工序锻造加热装置，包括隔热外壳1、电阻丝加热圈2、恒温加热机构3和加热控制系统5，所述隔热外壳1的内壁上环形安装有电阻丝加热圈2，所述电阻丝加热圈2的表面上还固定安装有恒温加热机构3，所述恒温加热机构3的下部与加热控制系统5相连接，所述加热控制系统5的下部设置有下隔热层11，所述下隔热层11铺设在隔热外壳1的下侧内壁上。

所述隔热外壳1的上侧内壁上固定安装有上保温层12，所述上保温层12的上表面还固定安装有上隔热层6，所述上保温层12和上隔热层6的垂直面上还贯穿连接有凹模4，所述凹模4的内壁上对称设置有两个热电偶8，所述凹模4的内壁上还固定安装有上凸模7，所述上凸模7的下部设置有下凸模9，所述下凸模9的下部轴向设置有顶杆10，所述顶杆10的下部与隔热外壳1的内壁相连接。

所述电阻丝加热圈2的内部环形缠绕有多层设置的电阻丝201，所述电阻丝201外部设置有陶瓷圈202，所述陶瓷圈202的外壁上铺设有锡皮203，所述陶瓷圈202的右侧面上还通过内六角螺钉205固定安装有固定销204。

本实施例中，电阻丝加热圈2的加热元件为电阻丝201，电阻丝201缠绕于中空的陶瓷圈202内，陶瓷圈202外用锡皮203包扎固定，内圈与模具贴紧，导热性能好，绝缘性稳定，拆卸方便，可调整其松紧度，电阻丝加热圈2接线端头有陶瓷固定孔，将接线前端裸露的金属丝插进陶瓷固定孔，再旋紧固定螺钉，为了进一步确保安全，需用绝缘胶布包扎接线处，加热装置为接触式加热，适用于加热圆柱体。

本实施例中，将凹模4的外壁与电阻丝加热圈2的内圈紧密贴合，电阻丝加热圈2的外围为硅酸铝纤维棉保温层，硅酸铝纤维棉外面为石棉板隔热层，凹模4的上表面也设计有硅酸铝纤维棉保温层，硅酸铝纤维棉保温层上面为石棉板隔热层，为防止热量向压力机传递，下凸模9和凹模4之间还设计有硅酸铝纤维棉保温层和石棉板隔热层，工作时，上凸模7和下凸模9之间及下凸模9与隔热外壳1之间均用石棉板隔热，确保隔热效果。

本实施例中，加热模式采用非接触式加热方式，在加热过程中不易渗入杂质，设备可频繁开启、关停，工作容易，加热均匀，心表温差很小，可降低锻件废品率1.5％，所获得的锻件奥氏体晶粒细小，具有非常好的金相组织。

所述恒温加热机构3包括气缸固定座301、横梁304和纵梁302，所述气缸固定座301的下部与电阻丝加热圈2外壁固定连接，所述气缸固定座301的上部固定安装有纵梁302，所述纵梁302的垂直端固定安装有横梁304，所述横梁304的轴向垂直端固定安装有气缸305，所述气缸305的下部设置有加热机构303，所述气缸固定座301的外部还通过固定角件309固定安装有基座307，所述基座307的下部轴向安装有光轴306，所述光轴306的下部设置有夹具308。

本实施例中，采用TPM-MAL20*300型驱动气缸305，通过驱动光轴306移动，利用夹具308可实现夹持加热机构303的上行和下行的动作。

所述加热机构303包括上传热板3032和下传热板3031，所述上传热板3032和下传热板3031之间设置有液路加热袋3034，所述液路加热袋3034的下部设置有加热基座3035，所述加热基座3035固定安装在下传热板3031的内壁上，所述加热基座3035的内壁上设置有管道卡槽3033，所述液路加热袋3034镶嵌在管道卡槽3033的内壁上，所述液路加热袋3034的传热端设置有红外温度传感器3036，所述红外温度传感器3036设置在下传热板3031的外壁上。

本实施例中，加热机构303与液路加热袋3034及其管路系统无接触，通过双层铝板热传导作用与加热袋和液体实现间接的热能传递。

本实施例中，加热机构303的感应加热是从金属内部即从金属的电流透入深度层开始加热，这样在很大程度上节省了热传导的时间，因此加热速度快，效率可达60％～70％，且被加热坯料表面氧化、脱碳非常少，感应加热坯料产生的氧化皮烧损率可控制在0.5％以下；另一方面感应加热可使锻造模具寿命延长，资料表明，感应加热可使锻造模具寿命提高30％以上，感应加热由于氧化皮少，锻件飞边少，可节约原材料5％左右。

本实施例中，加热机构303采用红外温度检测技术，通过红外光学聚焦而直接获取高精度的液体目标温度，使得加热装置出口端温度测量误差在±0.1℃范围内，不同于间接测温，通过经验公式算法来间接调节液体温度的情况，加热机构303以出口端管道内液体实际温度为对象，进行精确的调节控制，在流量相对恒定情况下恒温加热误差可稳定在±0.5℃以内，加热机构303内部由上传热板3032和下传热板3031组成的双面导热板与液路加热袋3034之间既可以高效的传热也可以散热，提高了热传递效率并减小系统热惯性，使液体加热过程和恒温过程稳定时间更短。

本实施例中，加热机构303的主要特点在于：第一：进一步增大了加热面积，提升效能；第二：采用PTC材料(正温度系数电阻)，其居里点温度被限制在45℃左右，各种异常情况发生时，均保证加热袋中的液体不会超出41℃，有效避免医疗风险；第三：热传导铝板与加热袋接触面积增大，既有利于热量传递给加热液体，也有利于液路通道异常阻断时，可快速的将液体热量散掉，降低热惯性。

所述加热机构303的内部上还设置有热载体换热器3037，所述热载体换热器3037包括空心螺杆30371、A型挡板30373和B型挡板30374，所述空心螺杆30371的内部还轴向设置有空心轴30372，所述空心轴30372的中央处通过A型挡板30373与空心螺杆30371内壁贯通连接，所述空心轴30372的内壁上还贯通连接有B型挡板30374，所述空心螺杆30371的上部设置有排气管道30375，所述空心螺杆30371的下部设置有进气接口30376。

本实施例中，热载体换热器3037由竖直管和内置挡板组成，整个加热器分布3个测温点，从上往下分布在600、1000、1400mm共3点；内置挡板是由3根外径为5mm的螺杆相连接，A型挡板30373、B型挡板30374的壁厚均为10mm，用一对M12的紧固螺钉固定在加热器内部，同时为了降低热量损失，提高换热效果，采用50mm厚的含锆陶瓷喷丝毯对加热器进行保温处理。

本实施例中，加热机构303产生的高温气体进入热载体换热器3037底部向上流动，与加热机构303内下落的固体热载体进行强制对流换热，同时内置A型挡板30373、B型挡板30374的存在改变了热载体流动速度的大小和方向，增加了固体热载体的换热时间，加热后的固体热载体从加热机构303底部排出进入恒温加热机构3。

所述加热控制系统5的控制端与气缸305相连接，所述加热控制系统5的内部设置有磁性开关传感器501，所述气缸305的控制端通过磁性开关传感器501连接有磁性开关502，所述磁性开关502串接有继电器503，所述继电器503的输出端连接有三位五通电磁阀504，所述三位五通电磁阀504的驱动端连接有空压机506，所述空压机506的驱动端连接有空压机马达507，所述三位五通电磁阀504的控制端通过气缸上行开关连接有直流电源505，所述气缸305的下部通过加热器开关510连接有温度控制器508，所述温度控制器508的驱动端连接有固态继电器509。

本实施例中，加热控制系统5包括气缸控制系统和加热机构温度控制系统，气缸控制系统采用双继电器503自锁控制，气缸下行开关控制气缸503活塞向下运动，当活塞到达磁性开关处，下行控制电路断开，限位滑块终止气缸动作；气缸上行开关控制气缸503活塞向上运动；加热机构303温度控制系统采用PID控制方法，温度控制器508型号OMWGACN7500，陶瓷加热器配备热电偶用来反馈加热温度给温度控制器，通过固态继电器509控制电路的通断。

本实施例中，整个加热控制系统5采用红外线陶瓷加热装置，能够有效解决汽车铝合金轮毂的多工序锻造加热装置中锻造工艺前预置件表面的加热问题，加热速率快，加热均匀性好，为提高预置件与铝合金轮毂制造件的界面黏结强度创造了有利条件。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种汽车铝合金轮毂的多工序锻造加热装置，包括隔热外壳（1）、电阻丝加热圈（2）、恒温加热机构（3）和加热控制系统（5），其特征在于：所述隔热外壳（1）的内壁上环形安装有电阻丝加热圈（2），所述电阻丝加热圈（2）的表面上还固定安装有恒温加热机构（3），所述恒温加热机构（3）的下部与加热控制系统（5）相连接，所述加热控制系统（5）的下部设置有下隔热层（11），所述下隔热层（11）铺设在隔热外壳（1）的下侧内壁上；

所述恒温加热机构（3）包括气缸固定座（301）、横梁（304）和纵梁（302），所述气缸固定座（301）的下部与电阻丝加热圈（2）外壁固定连接，所述气缸固定座（301）的上部固定安装有纵梁（302），所述纵梁（302）上固定安装有垂直于所述纵梁的横梁（304），所述横梁（304）上固定安装有垂直于所述横梁的气缸（305），所述气缸（305）的下部设置有加热机构（303），所述加热机构（303）包括上传热板（3032）和下传热板（3031），所述上传热板（3032）和下传热板（3031）之间设置有液路加热袋（3034），所述液路加热袋（3034）的下部设置有加热基座（3035），所述加热基座（3035）固定安装在下传热板（3031）的内壁上。

2.根据权利要求1所述的一种汽车铝合金轮毂的多工序锻造加热装置，其特征在于：所述隔热外壳（1）的上侧内壁上固定安装有上保温层（12），所述上保温层（12）的上表面还固定安装有上隔热层（6），所述上保温层（12）和上隔热层（6）中贯穿设置有凹模（4），所述凹模（4）垂直于所述上保温层（12）和上隔热层（6），所述凹模（4）的内壁上对称设置有两个热电偶（8），所述凹模（4）的内壁上还固定安装有上凸模（7），所述上凸模（7）的下部设置有下凸模（9），所述下凸模（9）的下部轴向设置有顶杆（10），所述顶杆（10）的下部与隔热外壳（1）的内壁相连接。

3.根据权利要求1所述的一种汽车铝合金轮毂的多工序锻造加热装置，其特征在于：所述电阻丝加热圈（2）的内部环形缠绕有多层设置的电阻丝（201），所述电阻丝（201）外部设置有陶瓷圈（202），所述陶瓷圈（202）的外壁上铺设有锡皮（203），所述陶瓷圈（202）的右侧面上还通过内六角螺钉（205）固定安装有固定销（204）。

4.根据权利要求1所述的一种汽车铝合金轮毂的多工序锻造加热装置，其特征在于：所述气缸固定座（301）的外部还通过固定角件（309）固定安装有基座（307），所述基座（307）的下部轴向安装有光轴（306），所述光轴（306）的下部设置有夹具（308）。

5.根据权利要求1所述的一种汽车铝合金轮毂的多工序锻造加热装置，其特征在于：所述加热基座（3035）的内壁上设置有管道卡槽（3033），所述液路加热袋（3034）镶嵌在管道卡槽（3033）的内壁上，所述液路加热袋（3034）的传热端设置有红外温度传感器（3036），所述红外温度传感器（3036）设置在下传热板（3031）的外壁上。

6.根据权利要求1所述的一种汽车铝合金轮毂的多工序锻造加热装置，其特征在于：所述加热机构（303）的内部上还设置有热载体换热器（3037），所述热载体换热器（3037）包括空心螺杆（30371）、A型挡板（30373）和B型挡板（30374），所述空心螺杆（30371）的内部还轴向设置有空心轴（30372），所述空心轴（30372）的中央处通过A型挡板（30373）与空心螺杆（30371）内壁贯通连接，所述空心轴（30372）的内壁上还贯通连接有B型挡板（30374），所述空心螺杆（30371）的上部设置有排气管道（30375），所述空心螺杆（30371）的下部设置有进气接口（30376）。

7.根据权利要求1所述的一种汽车铝合金轮毂的多工序锻造加热装置，其特征在于：所述加热控制系统（5）的控制端与气缸（305）相连接，所述加热控制系统（5）的内部设置有磁性开关传感器（501），所述气缸（305）的控制端通过磁性开关传感器（501）连接有磁性开关（502），所述磁性开关（502）串接有继电器（503），所述继电器（503）的输出端连接有三位五通电磁阀（504），所述三位五通电磁阀（504）的驱动端连接有空压机（506），所述空压机（506）的驱动端连接有空压机马达（507）。

8.根据权利要求7所述的一种汽车铝合金轮毂的多工序锻造加热装置，其特征在于：所述三位五通电磁阀（504）的控制端通过气缸上行开关连接有直流电源（505）。

9.根据权利要求1所述的一种汽车铝合金轮毂的多工序锻造加热装置，其特征在于：所述气缸（305）的下部通过加热器开关（510）连接有温度控制器（508），所述温度控制器（508）的驱动端连接有固态继电器（509）。

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