CN109688651A - 一种不规则合金坯料加热装置及其加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种不规则合金坯料加热装置及其加热方法，所述加热装置包括：感应加热装置，用于为所述不规则合金坯料进行加热；感应加热供应电源，连接于所述感应加热装置以对所述感应加热装置进行供电；合金坯料旋转装置，位于所述感应加热装置的下方；所述加热方法通过分区的加热方式对合金坯料进行加热，再取出所述合金坯料移入所述成型模腔内。本发明所述加热装置结构简单能够对坯料温度进行精确的控制、氧化少，并能够防止加热过程中晶粒长大和粗华；所述加热方法应用方便，利于快速精确的工业化生产。

Description

一种不规则合金坯料加热装置及其加热方法

技术领域

本发明涉及金属材料加工技术领域，具体涉及一种不规则合金坯料加热装置及其加热方法。

背景技术

坯料均热是整个热变形过程中的重要环节之一，对后续的成形过程、保证制件质量、提高制件生产率等都有直接影响，实现快速、均匀、精确加热不但可满足工业化大生产的需要，也能够防止加热过程中晶粒长大和粗化，影响最终制件的组织和性能。根据所采用热源不同，加热方法主要包括火焰加热、电阻加热和感应加热等几种，火焰加热是利用燃料如柴油、煤气、天然气等燃烧产生的热能对金属坯料进行加热，燃料来源方便，炉子修造简单，加热费用低，对金属坯料的适用范围广，但劳动条件差，环境污染重，加热速度慢，加热质量难以精确控制是其主要问题，电阻加热和感应加热则是通过把电能转化为热能来加热金属坯料，其中，电阻加热虽然具有工作环境好，金属坯料尺寸、形状不受限等优点，但不足之处是加热速度慢，生产效率低，加热质量难以控制，不能满足大工业生产节拍的需求，相比而言，感应加热则由于具有加热速度快，坯料温度容易控制，氧化少，便于实现机械化、自动化等优点，在大工业生产中得到越来越广泛的应用，但是由于交变电磁场的趋肤效应，感应加热时电流密度沿坯料横截面呈现中心电流小，表层大的分布规律，通常适合加热形状规则的圆形坯料，对于不规则的异型坯料，往往需要通过设计专用感应器结构、增加电磁屏蔽器、降低电源频率等综合手段来实现均匀加热，使得感应器的尺寸范围窄、设计难度大、制造成本高、电能消耗较大。

例如，中国专利申请号为201210534961.1的中国发明专利公开了一种大尺寸金属坯料的均匀加热装置和方法，该装置主要包括感应加热机构、坯料转运机构和风冷机构三部分，其基本原理是采用立式放置的单个感应加热线圈来加热坯料，坯料的加热方式采用高功率快速加热、中功率温度平衡和低功率均匀化的三段式加热方法，主要依靠风冷线圈对坯料表面的温度场进行控制，达到均匀加热大尺寸金属坯料的目的，该方法虽然可以减小大尺寸坯料加热过程的内外温差，达到温度场均匀的效果，但是无法满足不规则异型金属坯料均匀加热以及工业化大生产快速、精确、易于自动控制的加热需求。

基于现有技术存在的如上技术问题，本发明提出一种不规则合金坯料加热装置及其加热方法。

发明内容

本发明提供一种不规则合金坯料加热装置及其加热方法，所述加热装置结构简单能够对坯料温度进行精确的控制、氧化少，并能够防止加热过程中晶粒长大和粗化；所述加热方法应用方便，利于快速精确的工业化生产。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种不规则合金坯料加热装置，包括：

感应加热装置，用于为所述不规则合金坯料进行加热；

感应加热供应电源，连接于所述感应加热装置以对所述感应加热装置进行供电；

合金坯料旋转装置，作为所述规则合金坯料的放置平台，并位于所述感应加热装置的下方；

所述感应加热装置包括装置架体、固定在所述装置架体上的升降装置、固定安装在所述升降装置的升降端的加热平台和固定安装在所述加热平台上的感应加热单元，其中，所述感应加热单元由感应线圈构成，所述感应加热供应电源连接于所述感应线圈，所述感应线圈为纺锤状或圆柱状。

进一步地，所述感应加热供应电源为可控硅电源或IGBG电源，其中，所述感应加热供应电源的电源功率为25-200kw、电流频率为2000-10000Hz。

进一步地，所述感应线圈为18mm*22mm的方形铜管绕制而成，所述方形铜管内盛装有冷却水。

进一步地，所述合金坯料旋转装置包括旋转驱动装置、合金坯料转动支架及合金坯料自转装置，所述合金坯料转动支架为星型结构，所述合金坯料转动支架的中心固定设置在所述旋转驱动装置的转动轴上，所述合金坯料自转装置固定设置在所述合金坯料转动支架的端点，所述合金坯料自转装置的转动轴上安装有合金坯料放置盘。

进一步地，所述感应加热单元设置有8-12个，其中，所述感应加热单元均匀排布在所述加热平台上。

进一步地，所述感应加热装置包括第一感应加热装置、第二感应加热装置、第三感应加热装置及第四感应加热装置，所述第一感应加热装置、所述第二感应加热装置、所述第三感应加热装置及所述第四感应加热装置均固定安装在所述加热平台上。

进一步地，所述第一感应加热装置的感应线圈为14匝，所述第二感应加热装置的感应线圈为12匝，所述第三感应加热装置的感应线圈为12匝，所述第四感应加热装置的感应线圈为8匝。

进一步地，所述感应加热单元设置有10个，10个所述感应加热单元排布在所述加热平台上，其中，第1-3个所述感应加热单元构成所述第一感应加热装置，第4-6个所述感应加热单元构成所述第二感应加热装置，第7-8个所述感应加热单元构成所述第三感应加热装置，第9-10个所述感应加热单元构成所述第四感应加热装置，所述第一感应加热装置的感应线圈为18匝，所述第二感应加热装置的感应线圈为12匝，所述第三感应加热装置的感应线圈为10匝，所述第四感应加热装置的感应线圈为8匝。

进一步地，所述合金坯料转动支架上安装有12个所述合金坯料自转装置及12个所述合金坯料放置盘，其中，第一合金坯料放置盘为放料盘，第二合金坯料放置盘、第三合金坯料放置盘、第四合金坯料放置盘、第五合金坯料放置盘、第六合金坯料放置盘、第七合金坯料放置盘、第八合金坯料放置盘、第九合金坯料放置盘、第十合金坯料放置盘和第十一合金坯料放置盘为加热盘，第十二合金坯料放置盘为取料盘。

本发明还提供一种应用不规则合金坯料加热装置进行加热的方法，包括如下步骤：

步骤1、将所述合金坯料放置到所述第一感应加热装置下的合金坯料放置盘，开启所述合金坯料旋转装置以驱动所述合金坯料转动支架转动，驱动所述合金坯料自转装置使所述合金坯料放置盘内的所述合金坯料进行自转；

步骤2、驱动所述升降装置，接通所述感应加热供应电源为所述感应加热单元进行供电，对所述第一感应加热装置下方的所述合金坯料进行加热；

步骤3、通过所述合金坯料旋转装置的转动将所述合金坯料转动至所述第二感应加热装置的下方，通过所述第二感应加热装置进行所述合金坯料的加热；

步骤4、通过所述合金坯料旋转装置的转动将所述合金坯料转动至所述第三感应加热装置的下方，通过所述第三感应加热装置对所述合金坯料进行加热；

步骤5、通过所述合金坯料旋转装置的转动将所述合金坯料转动至所述第四感应加热装置的下方，通过所述第四感应加热装置对所述合金坯料进行加热；

步骤6、取出所述合金坯料移入所述成型模腔内。

进一步地，步骤2、步骤3、步骤4、步骤5中的加热时间均为30秒。

与现有技术相比，本发明的优越效果在于：

本发明通过感应加热装置、感应加热供应电源和合金坯料旋转装置的配合设置，结合分区加热的方法，实现对合金坯料的快速均匀加热，有效的防止防止加热过程中晶粒长大和粗化。

附图说明

图1是本发明实施例1中不规则合金坯料加热装置的结构示意图；

图2是本发明实施例1中感应加热装置的结构示意图；

图3是本发明实施例1中感应线圈的结构示意图；

图4是本发明实施例2中的感应加热装置的结构示意图；

图5为本发明实施例2中的合金坯料放置盘的示意图。

附图说明如下：1-感应加热装置、11-装置架体、12-升降装置、101-第一感应加热装置、102-第二感应加热装置、103-第三感应加热装置、104-第四感应加热装置、121-加热平台、122-感应加热单元、2-合金坯料旋转装置、21-旋转驱动装置、22-合金坯料转动支架、23-合金坯料自转装置、231-合金坯料放置盘、2311-第一合金坯料放置盘2311、2312-第二合金坯料放置盘、2313-第三合金坯料放置盘、2314-第四合金坯料放置盘、2315-第五合金坯料放置盘、2316-第六合金坯料放置盘、2317-第七合金坯料放置盘、2318-第八合金坯料放置盘、2319-第九合金坯料放置盘、2320-第十合金坯料放置盘、2321-第十一合金坯料放置盘、2322-第十二合金坯料放置盘。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

如图1-3所示，一种不规则合金坯料加热装置，包括：

感应加热装置1，用于为所述不规则合金坯料进行加热；

感应加热供应电源，连接于所述感应加热装置1以对所述感应加热装置1进行供电；

合金坯料旋转装置2，作为所述不规则合金坯料的放置平台，并位于所述感应加热装置1的下方；

所述感应加热装置1包括装置架体11、固定在所述装置架体11上的升降装置12、固定安装在所述升降装置12的升降端的加热平台121和固定安装在所述加热平台121上的感应加热单元122，其中，所述感应加热单元122由感应线圈构成，所述感应加热供应电源连接于所述感应线圈，所述感应线圈为纺锤状。

在本实施例中，所述合金坯料旋转装置2也安装在所述装置架体11上。

在本实施例中，可采用常规的圆柱状的感应线圈替换纺锤状的感应线圈。

其中，所述升降装置12固定安装在所述装置架体11上，所述升降装置12由电机驱动滚柱丝杠实现升降，所述电机通过PLC进行控制。

在本实施例中，所述感应加热供应电源为可控硅电源或IGBG电源，其中，所述感应加热供应电源的电源功率为25-200kw、电流频率为2000-10000Hz。

在本实施例中，所述感应线圈为18mm*22mm的方形铜管绕制而成，所述方形铜管内盛装有冷却水。

所述合金坯料旋转装置2包括旋转驱动装置21、合金坯料转动支架22及合金坯料自转装置23，所述合金坯料转动支架22为星型结构，所述合金坯料转动支架22的中心固定设置在所述旋转驱动装置21的转动轴上，所述合金坯料自转装置23固定设置在所述合金坯料转动支架22的端点，所述合金坯料自转装置23的转动轴上安装有合金坯料放置盘231。

在本实施例中为了保证加热的均匀，所述旋转驱动装置21控制所述合金坯料转动支架22进行转动，所述合金坯料自转装置23驱动所述合金坯料放置盘231进行转动，即所述不规则合金坯料即进行自转也进行公转。

其中，所述旋转驱动装置21为调速电机，所述合金坯料自转装置23为伺服电机，所述调速电机和所述伺服电机通过PLC进行控制，作为本实施例的一种改进，所述调速电机和所述伺服电机上均装有变速器。

所述感应加热单元122设置有8个，8个所述感应加热单元122均匀排布在所述加热平台121上，其中，所述8个感应加热单元122构成四个感应加热装置，分别为第一感应加热装置101、第二感应加热装置102、第三感应加热装置103及第四感应加热装置104，所述第一感应加热装置101、所述第二感应加热装置102、所述第三感应加热装置103及所述第四感应加热装置104均固定安装在所述加热平台121上。

所述第一感应加热装置101的感应线圈为14匝，所述第一感应加热装置101为快速加热段，所述第二感应加热装置102的感应线圈为12匝，所述第二感应加热装置102为中速加热段，所述第三感应加热装置103的感应线圈为12匝，所述第三感应加热装置103也为中速加热段，所述第四感应加热装置的感应线圈为8匝，所述第四感应加热装置104为保温段。

在本实施例中，所述第一感应加热装置101、所述第二感应加热装置102、所述第三感应加热装置103及第四感应加热装置104均包括两个临近的感应线圈。

本发明所述应用不规则合金坯料加热装置进行加热的方法，包括如下步骤：

步骤1、将所述合金坯料放置到所述第一感应加热装置101下的合金坯料放置盘231，开启所述合金坯料旋转装置2以驱动所述合金坯料转动支架22转动，驱动所述合金坯料自转装置23使所述合金坯料放置盘231内的所述合金坯料进行自转；

步骤2、驱动所述升降装置12，接通所述感应加热供应电源为所述感应加热单元122进行供电，对所述第一感应加热装置101下方的所述合金坯料进行加热；

步骤3、通过所述合金坯料旋转装置2的转动将所述合金坯料转动至所述第二感应加热装置102的下方，通过所述第二感应加热装置102进行所述合金坯料的加热；

步骤4、通过所述合金坯料旋转装置2的转动将所述合金坯料转动至所述第三感应加热装置103的下方，通过所述第三感应加热装置103对所述合金坯料进行加热；

步骤5、通过所述合金坯料旋转装置2的转动将所述合金坯料转动至所述第四感应加热装置104的下方，通过所述第四感应加热装置104对所述合金坯料进行加热；

步骤6、取出所述合金坯料移入所述成型模腔内，在本实施例中，可以通过机械手进行合金坯料的夹取和移送。

步骤2、步骤3、步骤4、步骤5中的加热时间均为30秒。

在本实施例中，所述合金坯料为铝基合金材料，本实施例所述的不规则合金坯料加热装置亦同样适合于镁基合金、锌基合金、铜基合金、镍基合金、钴基合金、铁基合金和其他合金材料及其复合材料锻造坯料的加热。

实施例2

如图4-5所示，所述感应加热单元122设置有10个，10个所述感应加热单元122排布在所述加热平台121上，其中，第1-3个所述感应加热单元122构成所述第一感应加热装置101，第4-6个所述感应加热单元122构成所述第二感应加热装置102，第7-8个所述感应加热单元122构成所述第三感应加热装置103，第9-10个所述感应加热单元122构成所述第四感应加热装置104，所述第一感应加热装置101的感应线圈为18匝，所述第二感应加热装置102的感应线圈为12匝，所述第三感应加热装置103的感应线圈为10匝，所述第四感应加热装置104的感应线圈为8匝。

所述合金坯料转动支架22上安装有12个所述合金坯料自转装置23及12个所述合金坯料放置盘231，其中，第一合金坯料放置盘2311为放料盘，第二合金坯料放置盘2312、第三合金坯料放置盘2313、第四合金坯料放置盘2314、第五合金坯料放置盘2315、第六合金坯料放置盘2316、第七合金坯料放置盘2317、第八合金坯料放置盘2318、第九合金坯料放置盘2319、第十合金坯料放置盘2320和第十一合金坯料放置盘2322均为加热盘，第十二合金坯料放置盘2323为取料盘。

在本实施例中仅对所述感应加热单元122的设置数量和所述合金坯料放置盘231的设置数量进行限定。

本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书界定。

Claims (10)

1.一种不规则合金坯料加热装置，包括：

感应加热装置，用于为所述不规则合金坯料进行加热；

感应加热供应电源，连接于所述感应加热装置以对所述感应加热装置进行供电；

合金坯料旋转装置，作为所述规则合金坯料的放置平台，并位于所述感应加热装置的下方；

其特征在于，所述感应加热装置包括装置架体、固定在所述装置架体上的升降装置、固定安装在所述升降装置的升降端的加热平台和固定安装在所述加热平台上的感应加热单元，其中，所述感应加热单元由感应线圈构成，所述感应加热供应电源连接于所述感应线圈，所述感应线圈为纺锤状。

2.根据权利要求1所述的不规则合金坯料加热装置，其特征在于，所述感应加热供应电源为可控硅电源或IGBG电源，其中，所述感应加热供应电源的电源功率为25-200kw、电流频率为2000-10000Hz。

3.根据权利要求1所述的不规则合金坯料加热装置，其特征在于，所述感应线圈为18mm*22mm的方形铜管绕制而成，所述方形铜管内盛装有冷却水。

4.根据权利要求1所述的不规则合金坯料加热装置，其特征在于，合金坯料转动支架及合金坯料自转装置，所述合金坯料转动支架为星型结构，所述合金坯料转动支架的中心固定设置在所述旋转驱动装置的转动轴上，所述合金坯料自转装置固定设置在所述合金坯料转动支架的端点，所述合金坯料自转装置的转动轴上安装有合金坯料放置盘。

5.根据权利要求1所述的不规则合金坯料加热装置，其特征在于，所述感应加热单元设置有8-12个，其中，所述感应加热单元均匀排布在所述加热平台上。

6.根据权利要求1所述的不规则合金坯料加热装置，其特征在于，所述感应加热装置包括第一感应加热装置、第二感应加热装置、第三感应加热装置及第四感应加热装置，所述第一感应加热装置、所述第二感应加热装置、所述第三感应加热装置及所述第四感应加热装置均固定安装在所述加热平台上。

7.根据权利要求6所述的不规则合金坯料加热装置，其特征在于，所述第一感应加热装置的感应线圈为14匝，所述第二感应加热装置的感应线圈为12匝，所述第三感应加热装置的感应线圈为12匝，所述第四感应加热装置的感应线圈为8匝。

8.根据权利要求7所述的不规则合金坯料加热装置，其特征在于，所述感应加热单元设置有10个，10个所述感应加热单元排布在所述加热平台上，其中，第1-3个所述感应加热单元构成所述第一感应加热装置，第4-6个所述感应加热单元构成所述第二感应加热装置，第7-8个所述感应加热单元构成所述第三感应加热装置，第9-10个所述感应加热单元构成所述第四感应加热装置，所述第一感应加热装置的感应线圈为18匝，所述第二感应加热装置的感应线圈为12匝，所述第三感应加热装置的感应线圈为10匝，所述第四感应加热装置的感应线圈为8匝。

9.根据权利要求8所述的不规则合金坯料加热装置，其特征在于，所述合金坯料转动支架上安装有12个所述合金坯料自转装置及12个所述合金坯料放置盘，其中，第一合金坯料放置盘为放料盘，第二合金坯料放置盘、第三合金坯料放置盘、第四合金坯料放置盘为、第五合金坯料放置盘、第六合金坯料放置盘、第七合金坯料放置盘、第八合金坯料放置盘、第九合金坯料放置盘、第十合金坯料放置盘和第十一合金坯料放置盘为加热盘，第十二合金坯料放置盘为取料盘。

10.一种应用不规则合金坯料加热装置进行加热的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、将所述合金坯料放置到所述第一感应加热装置下的合金坯料放置盘，开启所述合金坯料旋转装置以驱动所述合金坯料转动支架转动，驱动所述合金坯料自转装置使所述合金坯料放置盘内的所述合金坯料进行自转；

步骤2、驱动所述升降装置，接通所述感应加热供应电源为所述感应加热单元进行供电，对所述第一感应加热装置下方的所述合金坯料进行加热；

步骤3、通过所述合金坯料旋转装置的转动将所述合金坯料转动至所述第二感应加热装置的下方，通过所述第二感应加热装置进行所述合金坯料的加热；

步骤4、通过所述合金坯料旋转装置的转动将所述合金坯料转动至所述第三感应加热装置的下方，通过所述第三感应加热装置对所述合金坯料进行加热；

步骤5、通过所述合金坯料旋转装置的转动将所述合金坯料转动至所述第四感应加热装置的下方，通过所述第四感应加热装置对所述合金坯料进行加热；

步骤6、取出所述合金坯料移入成型模腔内。