CN116000268A - 陶瓷颗粒增强金属基复合材料二次加热设备及其二次预热工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了陶瓷颗粒增强金属基复合材料二次加热设备，复合材料中设置镶嵌体；二次加热设备包括加热器、测温装置、温控表；镶嵌体镶嵌在加热型腔内；二次加热设备的控制系统设置PLC控制程序。本发明还公开了该加热设备的工艺方法。采用上述技术方案，其合理的预热工艺在保证镶嵌体预热充分、均匀的同时，避免过烧导致的砂型损毁；镶嵌体在达到足够的温度后进行二次复合，镶嵌体表面裂纹减少80％以上；预热工艺通过专用加热设备来实现自动控制，大大降低了操作难度、劳动强度，有效避免了各批次之间的预热误差，在保证工艺一致性的同时，确保了产品质量的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于金属耐磨材料制备工艺及设备的技术领域。更具体地，本发明涉及一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料二次加热设备。本发明还涉及该加热设备的二次预热工艺。
背景技术
随着社会的发展，机械行业、建材行业、电力系统等领域需求的金属材料不断更新换代，而单一材料的性能已经无法满足生产需要，开发一种复合材料成为了迫在眉睫的问题。
金属基陶瓷颗粒增强材料的研发使得金属材料耐磨性能得到极大提升，金属基陶瓷颗粒增强复合材料结合了陶瓷材料的良好耐磨性以及金属的韧性，产品的可加工性能优秀。
但由于多种材料相互复合时材料本身的热膨胀率存在较大的差别，复合过程中几种材料膨胀收缩不同步极易出现裂纹问题。
在现有技术中，陶瓷颗粒增强金属基复合材料存在二种成型工艺：一种采用耐磨陶瓷颗粒直接与金属基体复合成型；另一种采用耐磨陶瓷颗粒与金属基体复合成型后再和其他材质金属二次复合成型。
从目前来看，第二种方案技术较为成熟也较容易实现，很多国内、国外厂家均采用此种方案生产耐磨陶瓷产品，但此种方案除需解决陶瓷颗粒与镶嵌体复合外，还需考虑镶嵌体与基体金属的二次复合问题。
由于镶嵌体与基体金属液存在较大的温度差，浇注过程中极易导致镶嵌体表面出现裂纹，过多的裂纹会影响整体的使用寿命，所以很多公司在二次复合浇注前均对镶嵌体进行加热以减小两者之间的温度差，达到减少二次复合时减少产品表面裂纹的目的。
但是，现在多数耐磨复合陶瓷生产厂家使用氧气乙炔或使用热风机进行加热，氧气乙炔加热通常人工操作，温度无法精准控制，而且劳动强度大；而使用热风机加热温度较低，效果不明显。也有部分企业和研究机构考虑将二次复合砂箱整体放入热处理设备进行加热，但由于砂芯溃散、合箱等因素影响，较难实现工业化生产。
发明内容
本发明提供一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料二次加热设备，其目的是在保证镶嵌体预热充分、均匀的同时，避免过烧导致的砂型损毁。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明的陶瓷颗粒增强金属基复合材料二次加热设备，所述的复合材料中设置镶嵌体；其特征在于：所述的二次加热设备包括加热器、测温装置、温控表；所述的镶嵌体镶嵌在加热型腔内；所述的二次加热设备的控制系统设置PLC控制程序。
所述的加热器与镶嵌体之间的距离为20-100mm。
所述的测温装置为测温热电偶；所述的加热器、测温热电偶的数量为多个，并均匀地间隔布置在所述的加热型腔内。
所述的测温热电偶与加热器之间的距离为20-50mm。
为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的陶瓷颗粒增强金属基复合材料二次加热设备的二次预热工艺，其技术方法是：
所述的二次预热工艺包括二次加热设备设计、二次加热设备安装、加热程序设定以及加热过程监控。
所述的二次加热设备的控制系统预先设定好加热程序；启动二次加热设备后选择预选设定好的加热程序运行；加热器开始工作，对镶嵌体加热；测温热电偶检测加热型腔内各区域温度以及镶嵌体表面温度，并反馈为电信号；所述的PLC根据设定程序，启动或关闭不同区域内加热器。
所述的二次预热工艺的过程为：
步骤1、将预先浇注好的陶瓷复合镶嵌体按顺序布置在加热型腔内部；在加热型腔底部均匀铺设好保温材料；再在加热型腔分型面上均匀铺设一层保温材料；最后将加热设备安放在加热型腔内部；加热设备安装位置与镶嵌表面的间隙用保温材料封好；
步骤2、接通电源后运行10±0.5分钟时间；运行10±0.5分钟之后，使用红外测温枪检查加热型腔内的温度，判断加热器是否正常运行；如果判断为正常运行，关闭电源；
步骤3、根据产品浇注计划以及设定的程序运行时间，浇注二次复合前2-10h打开加热设备；此时加热设备开始运行预先设定好的程序；程序从室温开始运行；当加热型腔内检测温度低于程序设定要求温度时，加热器开始工作；当加热型腔内温度高于程序设定温度10℃以上时，加热器停止加热；
步骤4、加热完成后，将加热设备移动至指定摆放区域，将加热型腔内以及分型面位置的保温材料清理干净后，测量镶嵌体表面实际温度，检查加热型腔型砂质量情况；在均符合要求的情况下，即可进行下芯浇注作业。
在所述的镶嵌体加热升温过程中，在加热型腔处于不同的温度下，进行一定时间的保温。
所述的镶嵌体加热升温过程为：
a、加热型腔温度100℃以下时，升温速率为100-200℃/h；
b、加热型腔温度处于100-300℃阶段时，升温速率为150-200℃/h；
c、加热型腔温度处于300-400℃阶段时，升温速率为80-100℃/h；
d、加热型腔温度处于400-500℃阶段时，升温速率为30-80℃/h。
所述的镶嵌体加热升温过程中的保温过程为：
a、当升温达到100℃阶段时，其保温时间为0.5-1小时；
b、当升温达到300℃阶段时，其保温时间为1-2小时；
c、当升温达到400℃阶段时，其保温时间为1-2小时；
d、当升温达到500℃阶段时为最高温度，保温时间为1-5小时。
本发明采用上述技术方案，其合理的预热工艺在保证镶嵌体预热充分、均匀的同时，避免过烧导致的砂型损毁；镶嵌体在达到足够的温度后进行二次复合，镶嵌体表面裂纹减少80％以上；预热工艺通过专用加热设备来实现自动控制，大大降低了操作难度、劳动强度，有效避免了各批次之间的预热误差，在保证工艺一致性的同时，确保了产品质量的稳定性。
附图说明
附图所示内容简要说明如下：
图1为本发明的陶瓷复合材料镶嵌体结构示意图；
图2为本发明的二次加热设备的结构示意图；
图3为本发明的热处理台车的布置示意图；
图4为本发明的电气控制原理图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图2所示本发明的结构，为一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料二次加热设备，所述的复合材料中设置镶嵌体。
为了解决现有技术存在的问题并克服其缺陷，实现在保证镶嵌体预热充分、均匀的同时，避免过烧导致的砂型损毁的发明目的，本发明采取的技术方案为：
如图1至图3所示，本发明的陶瓷颗粒增强金属基复合材料二次加热设备，所述的二次加热设备包括加热器、测温装置、温控表；所述的镶嵌体镶嵌在加热型腔内；所述的二次加热设备的控制系统设置PLC控制程序。
如图2所示，本发明采用陶瓷颗粒增强金属基复合材料产品的二次复合预热工艺，并采用二次加热设备对图1所示镶嵌体进行预热，其完整的工艺过程包括二次加热设备设计、二次加热设备安装、加热程序设定以及加热过程监控。本发明可预先设定好加热温度曲线，通过二次加热设备精准控制加热速度，实时检测加热型腔内镶嵌体表面温度；并反馈为电信号；PLC根据设定程序，启动加热器或关闭加热器。
所述的加热设备根据产品的形状大小自主设计尺寸；所述的加热器与镶嵌体之间保证20-100mm距离。
所述的测温装置为测温热电偶；所述的加热器、测温热电偶的数量为多个，并均匀地间隔布置在所述的加热型腔内。
所述的测温热电偶与加热器之间的距离为20-50mm。
图3是图2中的热处理台车的超温后降温装置的布置方式。本发明的电气控制系统的原理如图4所示。
为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的陶瓷颗粒增强金属基复合材料二次加热设备的二次预热工艺，其技术方法是：
所述的二次预热工艺包括二次加热设备设计、二次加热设备安装、加热程序设定以及加热过程监控。
该预热工艺的具体内容是：
所述的二次加热设备的控制系统预先设定好加热程序；启动二次加热设备后选择预选设定好的加热程序运行；加热器开始工作，对镶嵌体加热；测温热电偶检测加热型腔内各区域温度以及镶嵌体表面温度，并反馈为电信号；所述的PLC根据设定程序，启动或关闭不同区域内加热器。
合理的预热工艺在保证镶嵌体预热充分的同时，避免过烧导致的砂型损毁；预热工艺通过专用加热设备来实现自动控制，大大降低了操作难度、劳动强度，有效避免了各批次之间的预热误差，保证工艺一致性的同时确保了产品质量的稳定性。
所述的二次预热工艺的过程为：
步骤1、将预先浇注好的陶瓷复合镶嵌体按顺序布置在加热型腔内部；在加热型腔底部均匀铺设好保温材料；再在加热型腔分型面上均匀铺设一层保温材料；最后将加热设备安放在加热型腔内部；加热设备安装位置与镶嵌表面的间隙用保温材料封好；
步骤2、接通电源后运行10±0.5分钟时间；运行10±0.5分钟之后，使用红外测温枪检查加热型腔内的温度，判断加热器是否正常运行；如果判断为正常运行，关闭电源(接通电源后运行10分钟左右时间)；
步骤3、根据产品浇注计划以及设定的程序运行时间，浇注二次复合前2-10h打开加热设备；此时加热设备开始运行预先设定好的程序；程序从室温开始运行；当加热型腔内检测温度低于程序设定要求温度时，加热器开始工作；当加热型腔内温度高于程序设定温度10℃以上时，加热器停止加热；
步骤4、加热完成后，将加热设备移动至指定摆放区域，将加热型腔内以及分型面位置的保温材料清理干净后，测量镶嵌体表面实际温度，检查加热型腔型砂质量情况；在均符合要求的情况下，即可进行下芯浇注作业。
在所述的镶嵌体加热升温过程中，在加热型腔处于不同的温度下，进行一定时间的保温。
所述的镶嵌体加热升温过程为：
a、加热型腔温度100℃以下时，升温速率为100-200℃/h；
b、加热型腔温度处于100-300℃阶段时，升温速率为150-200℃/h；
c、加热型腔温度处于300-400℃阶段时，升温速率为80-100℃/h；
d、加热型腔温度处于400-500℃阶段时，升温速率为30-80℃/h。
所述的镶嵌体加热升温过程中的保温过程为：
a、当升温达到100℃阶段时，其保温时间为0.5-1小时；
b、当升温达到300℃阶段时，其保温时间为1-2小时；
c、当升温达到400℃阶段时，其保温时间为1-2小时；
d、当升温达到500℃阶段时为最高温度，保温时间为1-5小时。
本发明的有益效果是：
采用合理的预热工艺在保证镶嵌体预热充分、均匀的同时避免过烧导致的砂型损毁，镶嵌体达到足够的温度后进行二次复合，镶嵌体表面裂纹减少80％以上。预热工艺通过专用加热设备来实现自动控制，大大降低了操作难度、劳动强度，有效避免了各批次之间的预热误差，在保证工艺一致性的同时，确保了产品质量的稳定性。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料二次加热设备，所述的复合材料中设置镶嵌体；其特征在于：所述的二次加热设备包括加热器、测温装置、温控表；所述的镶嵌体镶嵌在加热型腔内；所述的二次加热设备的控制系统设置PLC控制程序。
2.按照权利要求1所述的陶瓷颗粒增强金属基复合材料二次加热设备，其特征在于：所述的加热器与镶嵌体之间的距离为20-100mm。
3.按照权利要求1所述的陶瓷颗粒增强金属基复合材料二次加热设备，其特征在于：所述的测温装置为测温热电偶；所述的加热器、测温热电偶的数量为多个，并均匀地间隔布置在所述的加热型腔内。
4.按照权利要求3所述的陶瓷颗粒增强金属基复合材料二次加热设备，其特征在于：所述的测温热电偶与加热器之间的距离为20-50mm。
5.按照权利要求1至4中任意一项所述的陶瓷颗粒增强金属基复合材料二次加热设备的二次预热工艺，其特征在于：所述的二次预热工艺包括二次加热设备设计、二次加热设备安装、加热程序设定以及加热过程监控。
6.按照权利要求5所述的陶瓷颗粒增强金属基复合材料二次加热设备的二次预热工艺，其特征在于：所述的二次加热设备的控制系统预先设定好加热程序；启动二次加热设备后选择预选设定好的加热程序运行；加热器开始工作，对镶嵌体加热；测温热电偶检测加热型腔内各区域温度以及镶嵌体表面温度，并反馈为电信号；所述的PLC根据设定程序，启动或关闭不同区域内加热器。
7.按照权利要求5所述的陶瓷颗粒增强金属基复合材料二次加热设备的二次预热工艺，其特征在于：该方法的过程为：
步骤1、将预先浇注好的陶瓷复合镶嵌体按顺序布置在加热型腔内部；在加热型腔底部均匀铺设好保温材料；再在加热型腔分型面上均匀铺设一层保温材料；最后将加热设备安放在加热型腔内部；加热设备安装位置与镶嵌表面的间隙用保温材料封好；
步骤2、接通电源后运行10±0.5分钟时间；运行10±0.5分钟之后，使用红外测温枪检查加热型腔内的温度，判断加热器是否正常运行；如果判断为正常运行，关闭电源；
步骤3、根据产品浇注计划以及设定的程序运行时间，浇注二次复合前2-10h打开加热设备；此时加热设备开始运行预先设定好的程序；程序从室温开始运行；当加热型腔内检测温度低于程序设定要求温度时，加热器开始工作；当加热型腔内温度高于程序设定温度10℃以上时，加热器停止加热；
步骤4、加热完成后，将加热设备移动至指定摆放区域，将加热型腔内以及分型面位置的保温材料清理干净后，测量镶嵌体表面实际温度，检查加热型腔型砂质量情况；在均符合要求的情况下，即可进行下芯浇注作业。
8.按照权利要求6所述的陶瓷颗粒增强金属基复合材料二次加热设备的二次预热工艺，其特征在于：在所述的镶嵌体加热升温过程中，在加热型腔处于不同的温度下，进行一定时间的保温。
9.按照权利要求6所述的陶瓷颗粒增强金属基复合材料二次加热设备的二次预热工艺，其特征在于：所述的镶嵌体加热升温过程为：
a、加热型腔温度100℃以下时，升温速率为100-200℃/h；
b、加热型腔温度处于100-300℃阶段时，升温速率为150-200℃/h；
c、加热型腔温度处于300-400℃阶段时，升温速率为80-100℃/h；
d、加热型腔温度处于400-500℃阶段时，升温速率为30-80℃/h。
10.按照权利要求9所述的陶瓷颗粒增强金属基复合材料二次加热设备的二次预热工艺，其特征在于：所述的镶嵌体加热升温过程中的保温过程为：
a、当升温达到100℃阶段时，其保温时间为0.5-1小时；
b、当升温达到300℃阶段时，其保温时间为1-2小时；
c、当升温达到400℃阶段时，其保温时间为1-2小时；
d、当升温达到500℃阶段时为最高温度，保温时间为1-5小时。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117139767A (zh) * | 2023-10-27 | 2023-12-01 | 合肥先进封装陶瓷有限公司 | 一种陶瓷封壳体输送装置及其装配设备 |
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