CN109489414A - 一种高铁刹车片连续气氛烧结炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高铁刹车片连续气氛烧结炉，包括炉体，炉体内部贯穿设置有输送通道，所述输送通道内沿输送方向依次设有进料区、脱胶区、烧结区、冷却区、出料区，共五个温区单元，脱胶区包括脱胶升温区、脱胶恒温区，烧结区包括烧结升温区、烧结恒温区，所述脱胶升温区、脱胶恒温区、烧结升温区、烧结恒温区内设置电感应加热线圈，借助电感应加热线圈对被烧结刹车片进行加热。本发明在炉体内设置多段电感应感应加热线圈进行加热或恒温处理，由于感应加热属于非接触的加热方式，仅在被加热体内部产热，因此不仅能够实现连续、快速的加热，还避免了相邻温区之间的温度相互影响，提高了温度控制精确度和烧结质量。

Description

一种高铁刹车片连续气氛烧结炉

技术领域

本发明涉及一种高铁刹车片连续气氛烧结炉，属于高速列车摩擦块制造技术领域。

背景技术

目前，铜基粉末冶金材料摩擦块多采用井式烧结炉进行烧结，样品经过冷压成型后置入炉中，在烧结过程中对样品再进行机械加压。其不足在于：受到单炉装件量的限制，生产效率低；烧结多组样品时存在重复升温降温过程，热能利用率低；不同批次产品质量稳定性差；机械加压方式难以保证样品各部分的受力均匀，样品内部密度不均匀，容易产生局部缺陷。

中国发明专利CN103394691，公开了一种连续脱脂、烧结、热锻或/和淬火方法及其装置，该一体炉至少具有依次连接的进料段、脱脂段、烧结段、位于所述一体炉出料端的冷却段，该现有技术可实现摩擦块的连续生产。

该技术中的烧结段为一个温度恒定的区间，其实施例中给出的烧结温度为1150℃，也即产品从脱脂段进入烧结段时就直接承受1150℃的温度，升温速度过快，容易导致样品发生膨胀开裂、翘曲、变形等缺陷，影响尺寸精度，不能满足粉末冶金摩擦块烧结工艺的要求。

专利CN206281334对此作出了改进，其在炉体内的输送通道内沿输送方向上设置了若干个温区单元，每个温区单元内设置独立的温控装置。通过此装置可以实现预设温度沿输送方向呈台阶式上升或下降，或不变的趋势，从而实现样品的升温、降温以及恒温的烧结工艺。

但该技术中的温区单元的温控系统存在缺陷，其给出的温控装置包括加热丝以及与加热丝电性连接的热电偶。加热丝对样品的加热属于对流和辐射加热，加热所需的时间较长，且相邻的温区单元的温度会彼此影响。该现有的加热方式决定了其生产过程中的温度非常难以精确控制。通常情况下，烧结刹车片时需要精确控制在预定温度的±5℃，而对加热丝/热电偶等热辐射加热方式来说，几乎无法做到，从而导致生产效率低、温度条件不稳定等问题。

发明内容

为提高摩擦块产品生产效率，降低能耗与成本，本发明提供了一种高铁刹车片连续气氛烧结炉。

本发明的技术方案如下：

一种高铁刹车片连续气氛烧结炉，包括炉体，炉体内部贯穿设置有输送通道，所述输送通道内沿输送方向依次设有进料区、脱胶区、烧结区、冷却区、出料区，共五个温区单元，脱胶区包括脱胶升温区、脱胶恒温区，烧结区包括烧结升温区、烧结恒温区，所述脱胶升温区、脱胶恒温区、烧结升温区、烧结恒温区内设置电感应加热线圈，借助电感应加热线圈对被烧结刹车片进行加热。

进一步地，所述脱胶升温区的温度沿其输送方向升高，所述脱胶恒温区的温度沿其输送方向不变。

进一步地，所述所述烧结升温区的温度沿其输送方向升高，所述烧结恒温区的温度沿其输送方向不变，所述冷却区的温度沿其输送方向降低。

进一步地，所述电感应加热线圈由多个子线圈串联、或并联、或串并联连接；优选地，电感应加热线圈内相邻导线之间以隔热材料隔开；优选地，所述冷却区设置多段冷却水循环装置。

进一步地，所述高铁刹车片连续气氛烧结炉还包括输送带，所述输送带沿所述输送通道移动，将被烧结刹车片输送依次经过进料区、脱胶区、烧结区、冷却区和出料区，所述输送带为耐高温绝缘材质制成。

进一步地，所述输送带采用耐高温陶瓷制成。

由于本发明采用电感应加热线圈对被烧结刹车片进行加热升温和烧结，电感应加热线圈的加热原理是基于法拉第发现的电磁感应现象，即交变的电流在导体中产生感应电流，从而导致导体(被烧结刹车片)发热，当被烧结刹车片电阻越大时，被烧结刹车片发热越快升温越迅速。

由于采用电感应加热线圈加热，因此是被烧结刹车片自体发热而不是辐射发热，故相对于电阻丝/热电偶的加热方式，本发明能减少不同温区之间的温度相互干扰的现象，有利于温度的精确控制，从而保证被烧结刹车片的烧结质量。为了进一步防止不同温区之间的热辐射相互干扰导致的温度控制不精确的问题，本发明进一步采用非导体、耐高温度传热性差的材料制作输送带，避免电感应加热线圈在加热被烧结刹车片的同时，输送带(如果是导体)也发热，而输送带的发热导致不同温区之间温度“相互干扰”，且更优选用传热较差的材质，也避免被烧结刹车片的温度因热传导而耗散。

进一步地，所述高铁刹车片连续气氛烧结炉还包括输送带纠偏装置、驱动装置、导向轮、电气控制装置和气氛控制装置；所述驱动装置置于进料区的下方，所述导向轮置于出料区末端的下方，所述输送带纠偏装置设置于进料区的入口处和出料区的出口处的输送带的两侧；所述气氛控制装置设置于进料区的两侧。

进一步地，所述高铁刹车片连续气氛烧结炉还包括一个温控系统，所述温控系统包含温度监测装置、数据处理装置和输入功率调节装置，所述输入功率调节装置、温度监测装置与所述数据处理装置信号连接，所述温度监测装置用于监测被烧结刹车片表面温度，所述数据处理装置将该监测结果与预存温度范围值进行比较，并根据比较结果控制输入功率调节装置向所述电感应加热线圈输入的即时功率。由此，实现对各温区温度的闭环智能控制，有力保证各温区温度的精确控制，为烧结出优质的刹车片提供高效保证。温度监测装置优选为非接触式测温的红外线测温仪。

进一步地，所述炉体的入口设置有入口闸门，炉体的出口设置有出口闸门，入口闸门和出口闸门的开合周期保持一致。

进一步地，所述高铁刹车片连续气氛烧结炉还包括图像识别系统，所述图像识别系统包括设于炉体上的图像获取装置和图像存储装置，所述图像获取装置按照预定时间间隔对所述炉体输送通道内被烧结刹车片拍摄图像，并将拍摄的图像传送到所述图像存在装置中进行存储。

由于本发明采用的是电感应加热线圈加热，因此各温区中气体的温度不会过高，炉体内外壁的温度也不会特别高，因而设置摄像头等图像获取装置(或温度监测装置)是较容易设置的。例如可在炉体上一个高清玻璃视窗，在该视窗上安装摄像头的图像获取装置，并按设定的时间间隔拍摄被烧结刹车片的图像，以供工作人员调取图像进行相关的观察和研究，不需要24h不间断观察。

进一步地，所述图像识别系统还包括图像处理装置和报警器，所述图像获取装置按照预定时间间隔对所述炉体输送通道内被烧结刹车片拍摄图像，并发送给所述图像处理装置，由所述图像处理装置比对拍摄的图像与预存的标准图像进行色差比对，如色差超过预存阈值，则所述图像处理装置控制所述报警器发出报警。

刹车片在被烧结过程中，颜色会不断发生变化，正常情况下会获得灰褐色的外观，异常情况下会出现灰黑色的外观。为此，通过设置图像获取装置和报警装置，以及色差比对的图像处理装置等，可以有助于帮助工作人员快速了解炉体内烧结的产品情况。

本发明还提供了根据上述连续气氛烧结炉实现的高铁刹车片烧结方法，所述方法为：将刹车片摩擦块样品置于连续气氛烧结炉的传送输送带上，样品在驱动装置的驱动下依次经过进料区、脱胶区、烧结区、冷却区、出料区，实现烧结过程，样品出炉温度＜70℃。

进一步地，所述方法中连续烧结炉输送带的运行速率为20-80mm/min，脱胶恒温区温度设为300-550℃，烧结恒温区温度设为780-1050℃，脱胶保温时间为30-120min，烧结保温时间为5-130min。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，本发明提供的高铁刹车片连续气氛烧结炉，与现有技术相比，具有以下优点：

(1)在同一设备上实现了粉末冶金摩擦块的脱胶、烧结、冷却等多道工序，连续性作业，提高了生产效率，降低能耗；降低劳动强度，缩短工艺流程，降低人力成本；提高了产品的质量稳定性；减小了设备的种类和数量，减小生产用地，降低了设备操作和维护的成本。

(2)本发明在炉体内设置多段电感应感应加热线圈进行加热或恒温处理，电感应加热是基于电磁感应加热原理制造出的加热控制器。电磁感应加热来源于法拉第发现的电磁感应现象，即交变的电流在导体中产生感应电流，从而导致导体发热。由于感应加热属于非接触的加热方式，仅在制品中产热，因此不仅能够实现连续、快速的加热，还避免了相邻温区之间的温度影响(热量辐射相互串区)，提高了生产效率以及热工制度的可靠性。本发明进一步改变传统输送网带通常为金属网带的现有技术，将输送带设为非导体、不传热和耐高温的材质制作而成，更进一步防止不同温区温度相互干扰，被烧结刹车片底面温度过低等温度不均匀的问题，从而实现烧结炉内各区温度的精确控制，为生产高质量的刹车片提供有力的生产保障。

附图说明

图1为实施例1高铁刹车片连续气氛烧结炉的结构示意图。

图2为实施例2中加热线圈的布置示意图。

图3为实施例2中子线圈的结构示意图。

[主要元件符号说明]

1.炉体，2.输送通道，3.机架，4.输送带，5.驱动装置，6.进料区，7.脱胶区，8.烧结区，9.冷却区，10.出料区，11.导向轮，12.气氛控制装置，13.入口闸门，14.出口闸门，15.温控装置，16.加热线圈，17.子线圈，18.被烧结件，701.脱胶升温区，702.脱胶恒温区，801.烧结升温区，802.烧结恒温区。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

实施例1

如图1所示，高铁刹车片连续气氛烧结炉，包括炉体1，炉体1内部贯穿设有输送通道2，炉体1安装再机架3上。

机架3上设有输送带4和驱动输送带4的驱动装置5，输送通道2内设置有若干个彼此连接的温区单元，每个温区单元内设置有独立设置温度的温控装置1，温控装置15用于控制其所对应的温区单元的温度；若干个彼此连接的温区单元沿其输送方向依次为进料区6、脱胶区7、烧结区8和冷却区9、出料区10；有的温区单元内还包含子单元，脱胶区7包括脱胶升温区701、脱胶恒温区702，烧结区8包括烧结升温区801、烧结恒温区802。

在本实施例中，脱胶升温区701的温度沿其输送方向升高，脱胶恒温区702的温度沿其输送方向不变。

同样的，烧结升温区801的温度沿其输送方向升高，烧结恒温区802的温度沿其输送方向不变

脱胶升温区701、脱胶恒温区702、烧结升温区801、烧结恒温区802内设置多段电感应加热线圈16，电感应加热线圈16由多个子线圈串联、或并联、或串并联连接；电感应加热线圈16内相邻导线之间以隔热材料隔开，防止电流热效应导致的线圈中导线之间互相影响；冷却区设置多段冷却水循环装置。

驱动装置5置于所述的进料区6的下方，导向轮11置于所述的出料区10的末端的下方，输送带纠偏装置(图中未示出)分别设置于进料区6的入口处和出料区10的出口处的输送带4的两侧。驱动装置5可根据需求调节输送带4的运行速度，从而控制样品的升温和保温时长。

其中输送带4采用耐高温的绝缘材质制成；优选地，所述输送带采用耐高温陶瓷制成。防止电感应加热线圈16工作时，对输送带4产生加热作用而导致不同温区温度相互干扰的问题。一般绝缘材质都有传热性差的特点，传热性更差的输送带4对被烧结刹车片底部接触面温度的影响也较少，有助于使被烧结刹车片内部温度保持均匀性。

气氛控制装置12置于炉体1中进料区6的两侧，气氛控制装置12用于控制输送通道2内的气氛，电气控制装置(图中未示出)用于控制整个烧结炉的电气运行。

炉体1的入口设置有入口闸门13，炉体1的出口设置有出口闸门14，入口闸门13和出口闸门14均预设开合周期，入口闸门13和出口闸门14的开合周期保持一致。

通过本实施例提供的连续气氛烧结炉，可以实现以下效果：

实现粉末冶金摩擦块的连续化烧结，提高生产效率；解决多批次烧结过程中反复升温降温造成的热能浪费，提高能源利用率；解决多次装炉、卸炉过程中劳动力的耗费，降低人力成本；保证不同批次产品生产条件的一致性，提高产品质量稳定性。

实施例2

如图2、图3所示，脱胶升温区701、脱胶恒温区702、烧结升温区801、烧结恒温区802内设置多段电感应加热线圈16，电感应加热线圈16由多个子线圈17串联、或并联、或串并联连接而成。

本实施例提供具体的加热方式，对制件的加热方式为中频(或高频)感应加热，其原理是利用电磁感应的方法使被加热的导体材料的内部产生电流，依靠这些涡流的能量达到加热目的。

特点在于：①该加热方式不要求外部热源，而是利用受热工件自身作为热源；②这个方法也不要求工件与能源即感应线圈接触；③根据加热对象不同，可以把线圈制作成不同的形状；④可以根据频率选择不同的加热深度，根据线圈耦合设计而得到精确的局部加热，以及很高的功率密度。

采用这种方法时，介质仅能通过对流或辐射的方式传导一小部分热量，若将制件放置在专用的隔热承载部件中，例如陶瓷舟、耐火舟，可进一步减弱热量传导。具体包括：

制件放置于耐火舟中依次经过进料区、脱胶区、烧结区、冷却区、出料区，实现烧结过程。

在烧结升温区，多段感应线圈按输送方向频率逐级提高，制件通过传送输送带经过该区域实现逐级加热。

实施例3

本实施例在实施例1的基础上，提供高铁刹车片的烧结方法。

具体的操作方法为：将刹车片摩擦块样品置于连续气氛烧结炉的传送输送带4上，摩擦块样品在驱动装置5的驱动下依次经过进料区6、脱胶区7、烧结区8和冷却区9、出料区10，实现烧结过程，样品出炉温度＜70℃。

烧结过程的具体参数控制为：调节连续烧结炉输送带4的运行速率为20-80mm/min，脱胶恒温区702温度设为300-550℃，烧结恒温区802温度设为780-1050℃，与之相对应的脱胶保温时间为30-120min，烧结保温时间为5-130min。

实施例4

本实施例4是在实施例1的基础上，使所述脱胶升温区、脱胶恒温区、烧结升温区、烧结恒温区内设置电感应加热线圈16等连接一个温控系统，所述温控系统包含温度监测装置、数据处理装置和输入功率调节装置，所述输入功率调节装置、温度监测装置与所述数据处理装置信号连接，所述温度监测装置用于监测被烧结刹车片表面温度，所述数据处理装置将该监测结果与预存温度范围值进行比较，并根据比较结果控制输入功率调节装置向所述电感应加热线圈输入的即时功率。优选地，温度监测装置为红外线测温仪。

由此，实现对各温区温度的闭环智能控制，有力保证各温区温度的精确控制，为烧结出优质的刹车片提供高效保证。通过闭环控制调节输入至电感应加热线圈16中交变电流的功率，可使被烧结刹车片的温度实现快速和准确的温度调整。

实施例5

本实施例5是在实施例1或实施例4的基础上，进一步设置图像识别系统，所述图像识别系统包括设于炉体上的图像获取装置、设于炉体外部的图像处理装置、图像存储装置和报警器。

其中，图像获取装置可为一个高清(高倍数)摄像头，其按照设定的时间间隔对炉体输送通道内被烧结刹车片进行拍摄图像，并将拍摄的图像传送到图像存在装置中进行存储起来，以供研究者翻阅查看。同时，图像处理装置也会调取这些存储的图像，将其与研究人员或工作人员预存的标准图像进行比对，如比对发现二者色差超过预存阈值范围，则控制报警器发出报警提示，以提示工作人员，炉体内出现了不良烧结产品。

以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高铁刹车片连续气氛烧结炉，包括炉体，炉体内部贯穿设置有输送通道，其特征在于，所述输送通道内沿输送方向依次设有进料区、脱胶区、烧结区、冷却区、出料区，共五个温区单元，脱胶区包括脱胶升温区、脱胶恒温区，烧结区包括烧结升温区、烧结恒温区，所述脱胶升温区、脱胶恒温区、烧结升温区、烧结恒温区内设置电感应加热线圈，借助电感应加热线圈对被烧结刹车片进行加热。

2.如权利要求1所述的高铁刹车片连续气氛烧结炉，其特征在于，所述脱胶升温区的温度沿其输送方向升高，所述脱胶恒温区的温度沿其输送方向不变。

3.如权利要求1所述的高铁刹车片连续气氛烧结炉，其特征在于，所述所述烧结升温区的温度沿其输送方向升高，所述烧结恒温区的温度沿其输送方向不变，所述冷却区的温度沿其输送方向降低。

4.如权利要求1至3任一项所述的高铁刹车片连续气氛烧结炉，其特征在于，所述电感应加热线圈由多个子线圈串联、或并联、或串并联连接；电感应加热线圈内相邻导线之间以隔热材料隔开；所述冷却区设置多段冷却水循环装置。

5.如权利要求4所述的高铁刹车片连续气氛烧结炉，其特征在于，所述高铁刹车片连续气氛烧结炉还包括输送带，所述输送带沿所述输送通道移动，将被烧结刹车片输送依次经过进料区、脱胶区、烧结区、冷却区和出料区，所述输送带为耐高温绝缘材质制成。

6.如权利要求5所述的高铁刹车片连续气氛烧结炉，其特征在于，所述输送带采用耐高温陶瓷制成。

7.如权利要求5或6所述的高铁刹车片连续气氛烧结炉，其特征在于，所述高铁刹车片连续气氛烧结炉还包括输送带纠偏装置、驱动装置、导向轮、电气控制装置和气氛控制装置；所述驱动装置置于进料区的下方，所述导向轮置于出料区末端的下方，所述输送带纠偏装置设置于进料区的入口处和出料区的出口处的输送带的两侧；所述气氛控制装置设置于进料区的两侧。

8.如权利要求1所述的高铁刹车片连续气氛烧结炉，其特征在于，所述高铁刹车片连续气氛烧结炉还包括一个温控系统，所述温控系统包含温度监测装置、数据处理装置和输入功率调节装置，所述输入功率调节装置、温度监测装置与所述数据处理装置信号连接，所述温度监测装置用于监测被烧结刹车片表面温度，所述数据处理装置将该监测结果与预存温度范围值进行比较，并根据比较结果控制输入功率调节装置向所述电感应加热线圈输入的即时功率。

9.如权利要求1所述的高铁刹车片连续气氛烧结炉，其特征在于，所述高铁刹车片连续气氛烧结炉还包括图像识别系统，所述图像识别系统包括设于炉体上的图像获取装置和图像存储装置，所述图像获取装置按照预定时间间隔对所述炉体输送通道内被烧结刹车片拍摄图像，并将拍摄的图像传送到所述图像存在装置中进行存储。

10.如权利要求9所述的高铁刹车片连续气氛烧结炉，其特征在于，所述图像识别系统还包括图像处理装置和报警器，所述图像获取装置按照预定时间间隔对所述炉体输送通道内被烧结刹车片拍摄图像，并发送给所述图像处理装置，由所述图像处理装置比对拍摄的图像与预存的标准图像进行色差比对，如色差超过预存阈值，则所述图像处理装置控制所述报警器发出报警。