CN109647954B - 一种电磁感应均匀加热平面薄钢板的工艺装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种电磁感应均匀加热平面薄钢板的工艺装置及方法，包括上电磁感应加热线圈、下电磁感应加热线圈、上模块板和下模块板，所述上电磁感应加热线圈以横纵方向间隔排列设置于上模块板表面，且上模块板表面两个上电磁感应加热线圈之间的空隙处设置有上支撑陶瓷螺钉，组成上加热模块板，所述下电磁感应加热线圈以横纵方向间隔排列设置于下模块板表面，且下模块板表面两个下电磁感应加热线圈之间的空隙处设置有下支撑陶瓷螺钉，组成下加热模块板，所述下加热模块板上的下电磁感应加热线圈与上加热模块板上的上电磁感应加热线圈相互交错排列后形成完整加热平面矩阵；本发明装置，结构简单、易于维修。相对于传统电阻炉加热本装置加热速度快、效率高。

Description

一种电磁感应均匀加热平面薄钢板的工艺装置及方法

技术领域

本发明属于材料热处理技术领域，具体涉及一种电磁感应均匀加热平面薄钢板的工艺装置及方法。

背景技术

随着世界环境和能源危机的加剧，节能减排已成为汽车制造业面对的首要难题。越来越多的汽车制造厂家开始重视应用高强度薄钢板实现汽车轻量化。热冲压是实现高强度钢板加工成形的有效技术。加热装置是热冲压工艺中重要部件之一。目前热冲压大多采用辊底式加热炉作为钢材加热设备，但这种设备受外界环境影响较多，耗能高，加热慢、操作危险。

电磁感应在工业中大多数是利用螺线管加热装置加热管材及线材，由于不能通过无限加大线圈尺寸的方法来增大集热面积，且薄钢板两侧在螺线管线圈中受涡流透入深度的影响，易相互抵消影响加热效率，所以无法实现利用螺线管加热大面积薄钢板。相关文献曾报道平面式电磁加热的研究，但仅为单一大平面线圈的加热装置，受电磁感应特有的“趋肤效应”和“边缘效应”影响，导致产生涡流分布不均，平面钢板受热不均匀，难以实现平面钢板的均匀加热。

发明内容

本发明的目的在于将小平面电磁感应线圈按相应标准规格加工后组合成大平面加热线圈矩阵，结合串并联电路和冷却水路控制，在高频交流电源驱动下，研制成一种可以满足平面薄钢板快速、均匀加热的电磁感应加热装置。在电源装置为15KW功率下，可在几十秒内实现厚度1mm左右的平面钢板均匀加热。通过本工艺装置及方法思路进一步拓展，在配置不同功率电源情况下，可实现任意形状和尺寸平面薄钢板在规定加热时间内均匀加热。

一种电磁感应均匀加热平面薄钢板的工艺装置，包括上电磁感应加热线圈、下电磁感应加热线圈、上模块板和下模块板，所述上电磁感应加热线圈以横纵方向间隔排列设置于上模块板表面，且上模块板表面两个上电磁感应加热线圈之间的空隙处设置有上支撑陶瓷螺钉，所述上电磁感应加热线圈、上模块板和上支撑陶瓷螺钉组成上加热模块板，所述下电磁感应加热线圈以横纵方向间隔排列设置于下模块板表面，且下模块板表面两个下电磁感应加热线圈之间的空隙处设置有下支撑陶瓷螺钉，所述下电磁感应加热线圈、下模块板和下支撑陶瓷螺钉组成下加热模块板，所述下加热模块板上的下电磁感应加热线圈与上加热模块板上的上电磁感应加热线圈相互交错排列后形成完整加热平面矩阵。

所述上电磁感应加热线圈和下电磁感应加热线圈均为小平面电磁感应加热线圈，上电磁感应加热线圈和下电磁感应加热线圈在平面内呈螺旋状，且每一个螺旋状的上电磁感应加热线圈和下电磁感应加热线圈均为一个感应加热的最小工作单元。

一种电磁感应均匀加热平面薄钢板的工艺装置，还包括加热控制系统、紧固螺栓和侧支撑板，两个侧支撑板上通过紧固螺栓固定安装有下加热模块板，下加热模块板上设置有钢板，钢板上表面设置有上加热模块板，所述钢板的下表面与下加热模块板上的下支撑陶瓷螺钉接触，钢板的上表面与上加热模块板上的支撑陶瓷螺钉接触，上加热模块板和下加热模块板均通过铜管、变径转接头和铜直角接头与水管接头一端相连，水管接头另一端与水源相连，所述加热控制系统包括加热控制器、上固态继电器和下固态继电器，所述加热控制器一端与高频电源相连，加热控制器另一端分别与上固态继电器和下固态继电器一端相连，所述上固态继电器另一端通过高频导线与上加热模块板铜直角接头相连，所述下固态继电器另一端通过高频导线与下加热模块板铜直角接头相连。

一种电磁感应均匀加热平面薄钢板的工艺方法，采用一种电磁感应均匀加热平面薄钢板的工艺装置，包括以下步骤：

步骤1，制作电磁感应加热线圈，先将紫铜管在电阻炉下退火处理，然后放入模具中缠绕成平面螺旋形线圈，且两端留出管脚，形成小平面电磁感应加热线圈；

步骤2，制作上加热模块板和下加热模块板，上模块板采用小平面上电磁感应加热线圈在环氧耐高温板上以矩阵形式排列，且在上模块板表面两个上电磁感应加热线圈之间安装上支撑陶瓷螺钉，组成上加热模块板；下模块板采用小平面下电磁感应加热线圈在环氧耐高温板上以矩阵形式排列，且在下模块板表面两个下电磁感应加热线圈之间安装下支撑陶瓷螺钉，组成下加热模块板；

步骤3，首先将制作好的下加热模块板通过紧固螺钉安装与两个侧支撑板之间，然后在下加热模块板上放置钢板，钢板下表面与下支撑陶瓷螺钉接触，在钢板的上方放置上加热模块板，上加热模块板的上支撑陶瓷螺钉与钢板上表面接触；其次将上加热模块板和下加热模块板通过铜管、变径转接头、铜直角接头和水管接头与水源相连；最后将上加热模块板上铜直角接头通过高频导线与上固态继电器相连，将下加热模块板上铜直角接头通过高频导线与下固态继电器相连，将上固态继电器和下固态继电器与加热控制器相连，加热控制器与高频电源相连；

步骤4，对钢板进行加热时，通过加热控制器设定上加热模块板加热时间和下加热模块板加热时间，并通过上固态继电器和下固态继电器进行自动切换控制上加热模块板和下加热模块板交替加热。

本发明的有益效果为：

1.本发明电磁感应均匀加热平面薄钢板的工艺装置优点在于钢板加热过程中受小平面盘式螺旋电磁感应加热线圈加热，小平面电磁感应加热线圈对应工件面积小，加热过程中热传导快，可保证小平面电磁感应加热线圈内工件受热均匀、升温速度快，最大程度上降低线圈的电磁感应“趋肤效应”和“边缘效应”影响。

2.利用上、下加热模块板上小平面电磁感应加热线圈交替互排的结构实现各加热模块板上小平面电磁感应加热线圈之间相互独立，避免了线圈通电后相互电磁干扰，造成加热不均。

3.通过加热控制器对两路PWM信号的周期和占空比进行自由调节，对加热炉高频大电流的固态继电器进行自动切换控制，实现对上、下加热模块板交替加热。利用上、下加热模块板分别独立加热，避免了上、下板线圈通电后相互电磁干扰，实现了对薄钢板的加热功能。

4.根据大平面薄钢板加热工件尺寸形状可制作相应的小平面电磁感应加热线圈，通过小平面电磁感应加热线圈的组合即可实现对任意形状和尺寸大平面薄钢板加热工件的快速、均匀加热。

5.本发明方法适用于热冲压工艺中加热工序，可使钢板工件升温迅速，在几十秒内即可升温至材料奥氏体化温度，起到细化材料晶粒，提高材料综合机械性能的作用。

6.本发明装置，简单、方便，易于维修。相对于传统电阻炉加热，本装置加热速度快、效率高、节约能源；相对于普通电磁感应加热，本装置加热均匀，适用于任意形状和尺寸，尤其是大尺寸平面钢板的加热。

附图说明

图1为本发明的工艺装置主视图；

图2为本发明的工艺装置A处放大图；

图3为本发明的工艺装置的上加热模块板主视图；

图4为本发明的工艺装置的下加热模块板主视图；

图5为本发明的工艺装置的侧支撑板主视图。

1-上电磁感应加热线圈，2-下电磁感应加热线圈，3-上模块板，4-下模块板，5-上支撑陶瓷螺钉，6-下支撑陶瓷螺钉，7-紧固螺钉，8-侧支撑板，9-铜管，10-水管接头，11-铜直角接头，12-变径转接头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1-图5所示，一种电磁感应均匀加热平面薄钢板的工艺装置，包括上电磁感应加热线圈1、下电磁感应加热线圈2、上模块板3和下模块板4，所述上电磁感应加热线圈1以横纵方向间隔排列设置于上模块板3表面，且上模块板3表面两个上电磁感应加热线圈1之间的空隙处设置有上支撑陶瓷螺钉5，所述上电磁感应加热线圈1、上模块板3和上支撑陶瓷螺钉5组成上加热模块板，所述下电磁感应加热线圈2以横纵方向间隔排列设置于下模块板4表面，且下模块板4表面两个下电磁感应加热线圈2之间的空隙处设置有下支撑陶瓷螺钉6，所述下电磁感应加热线圈2、下模块板4和下支撑陶瓷螺钉6组成下加热模块板，所述下加热模块板上的下电磁感应加热线圈2与上加热模块板上的上电磁感应加热线圈1相互交错排列后形成完整加热平面矩阵。

所述上电磁感应加热线圈1和下电磁感应加热线圈2为小平面电磁感应加热线圈，上电磁感应加热线圈1和下电磁感应加热线圈2在平面内呈螺旋状，且每一个螺旋状的上电磁感应加热线圈1和下电磁感应加热线圈2均为一个感应加热的最小工作单元。

一种电磁感应均匀加热平面薄钢板的工艺装置，还包括加热控制系统、紧固螺栓7和侧支撑板8，两个侧支撑板8上通过紧固螺栓7固定安装有下加热模块板，下加热模块板上设置有钢板，钢板上表面设置有上加热模块板，所述钢板的下表面与下加热模块板上的下支撑陶瓷螺钉6接触，钢板的上表面与上加热模块板上的上支撑陶瓷螺钉5接触，上加热模块板和下加热模块板均通过铜管9、变径转接头12和铜直角接头11与水管接头10一端相连，水管接头10另一端与水源相连，上加热模块板和下加热模块板均为两进两出设置，保证本发明装置整体的冷却效果，所述加热控制系统包括加热控制器、上固态继电器和下固态继电器，上固态继电器和下固态继电器均为500A/480VA大电流固态继电器，避免了上电磁感应加热线圈1、下电磁感应加热线圈2之间的相互干扰，实现了对钢板的加热功能，所述加热控制器一端与高频电源相连，采用SP-25K高频电源提供振荡频率30-80KHz的高频电流，加热控制器另一端分别与上固态继电器和下固态继电器一端相连，加热控制器通过对两路PWM信号的周期和占空比进行自由调节，用于切换加热炉高频大电流的上固态继电器和下固态继电器进行自动切换控制，所述上固态继电器另一端通过铜直角接头11与上加热模块板相连，所述下固态继电器另一端通过铜直角接头11与下加热模块板相连。

实施例1

本实施例中上模块板3和下模块板4采用3240环氧耐高温板，钢板选用1.2mm厚的B1500HS高强度钢板淬火为例。

一种电磁感应均匀加热平面薄钢板的工艺方法，采用一种电磁感应均匀加热平面薄钢板的工艺装置，包括以下步骤：

步骤1，先将紫铜管在电阻炉390摄氏度下退火处理，然后放入模具中缠绕成外径30mm的平面螺旋形线圈，且两端留出50mm长管脚形成小平面电磁感应加热线圈；

步骤2，制作上加热模块板和下加热模块板，上模块板3采用小平面上电磁感应加热线圈1按照工艺要求在3240环氧耐高温板上以矩阵形式排列，且在上模块板3表面两个上电磁感应加热线圈1之间安装上支撑陶瓷螺钉5，组成上加热模块板；下模块板4采用小平面下电磁感应加热线圈2按照工艺要求在3240环氧耐高温板上以矩阵形式排列，且在下模块板4表面两个下电磁感应加热线圈2之间安装下支撑陶瓷螺钉6，组成下加热模块板；

步骤3，首先将制作好的下加热模块板通过紧固螺钉7安装与两个侧支撑板8之间，然后在下加热模块板上放置B1500HS钢板，B1500HS钢板下表面与下支撑陶瓷螺钉6接触，在B1500HS钢板的上方放置上加热模块板，上加热模块板的上支撑陶瓷螺钉5与B1500HS钢板上表面接触；其次将上加热模块板和下加热模块板通过铜管9、变径转接头12、铜直角接头11和水管接头10与水源相连；最后将上加热模块板上铜直角接头11通过高频导线与上固态继电器相连，将下加热模块板上铜直角接头11通过高频导线与下固态继电器相连，将上固态继电器和下固态继电器与加热控制器相连，加热控制器与高频电源相连；

步骤4，对钢板进行加热时，通过加热控制器设定上加热模块板加热时间和下加热模块板加热时间，并通过上固态继电器和下固态继电器进行自动切换控制上加热模块板和下加热模块板交替加热。

利用本发明工艺装置对1.2mm厚B1500HS高强度钢板淬火时，在32秒内完成从室温到奥氏体化温度的升温过程，升温速度快、加热均匀、淬火后组织材料晶粒细小，显著提高了材料综合机械性能。

Claims (3)

1.一种电磁感应均匀加热平面薄钢板的装置，其特征在于，包括上电磁感应加热线圈、下电磁感应加热线圈、上模块板、下模块板、加热控制系统、紧固螺栓及侧支撑板，所述上电磁感应加热线圈以横纵方向间隔排列设置于上模块板表面，且上模块板表面两个上电磁感应加热线圈之间的空隙处设置有上支撑陶瓷螺钉，所述上电磁感应加热线圈、上模块板和上支撑陶瓷螺钉组成上加热模块板，所述下电磁感应加热线圈以横纵方向间隔排列设置于下模块板表面，且下模块板表面两个下电磁感应加热线圈之间的空隙处设置有下支撑陶瓷螺钉，所述下电磁感应加热线圈、下模块板和下支撑陶瓷螺钉组成下加热模块板，所述下加热模块板上的下电磁感应加热线圈与上加热模块板上的上电磁感应加热线圈相互交错排列后形成完整加热平面矩阵；两个侧支撑板上通过紧固螺栓固定安装有下加热模块板，下加热模块板上设置有钢板，钢板上表面设置有上加热模块板，所述钢板的下表面与下加热模块板上的下支撑陶瓷螺钉接触，钢板的上表面与上加热模块板上的支撑陶瓷螺钉接触，上加热模块板和下加热模块板均通过铜管、变径转接头和铜直角接头与水管接头一端相连，水管接头另一端与水源相连，所述加热控制系统包括加热控制器、上固态继电器和下固态继电器，所述加热控制器一端与高频电源相连，加热控制器另一端分别与上固态继电器和下固态继电器一端相连，所述上固态继电器另一端通过高频导线与上加热模块板铜直角接头相连，所述下固态继电器另一端通过高频导线与下加热模块板铜直角接头相连。

2.根据权利要求1所述的一种电磁感应均匀加热平面薄钢板的装置，其特征在于：所述上电磁感应加热线圈和下电磁感应加热线圈均为小平面电磁感应加热线圈，上电磁感应加热线圈和下电磁感应加热线圈在平面内呈螺旋状，且每一个螺旋状的上电磁感应加热线圈和下电磁感应加热线圈均为一个感应加热的最小工作单元。

3.一种电磁感应均匀加热平面薄钢板的工艺，采用权利要求1所述的一种电磁感应均匀加热平面薄钢板的装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，制作电磁感应加热线圈，先将紫铜管在电阻炉下退火处理，然后放入模具中缠绕成平面螺旋形线圈，且两端留出管脚，形成小平面电磁感应加热线圈；

步骤2，制作上加热模块板和下加热模块板，上模块板采用小平面上电磁感应加热线圈在环氧耐高温板上以矩阵形式排列，且在上模块板表面两个上电磁感应加热线圈之间安装上支撑陶瓷螺钉，组成上加热模块板；下模块板采用小平面下电磁感应加热线圈在环氧耐高温板上以矩阵形式排列，且在下模块板表面两个下电磁感应加热线圈之间安装下支撑陶瓷螺钉，组成下加热模块板；

步骤3，首先将制作好的下加热模块板通过紧固螺钉安装与两个侧支撑板之间，然后在下加热模块板上放置钢板，钢板下表面与下支撑陶瓷螺钉接触，在钢板的上方放置上加热模块板，上加热模块板的上支撑陶瓷螺钉与钢板上表面接触；其次将上加热模块板和下加热模块板通过铜管、变径转接头、铜直角接头和水管接头与水源相连；最后将上加热模块板上铜直角接头通过高频导线与上固态继电器相连，将下加热模块板上铜直角接头通过高频导线与下固态继电器相连，将上固态继电器和下固态继电器与加热控制器相连，加热控制器与高频电源相连；

步骤4，对钢板进行加热时，通过加热控制器设定上加热模块板加热时间和下加热模块板加热时间，并通过上固态继电器和下固态继电器进行自动切换控制上加热模块板和下加热模块板交替加热。

Images