金屬熱處理設(shè)備與產(chǎn)品質(zhì)量控制

靳紹準 韓淑華

【摘 要】材料、工藝、設(shè)備的嚴格檢查和調(diào)整熱處理是產(chǎn)品加工過程中的重要工序之一， 是保證和提高產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的有力手段。雙推盤式滲碳連續(xù)生產(chǎn)線，采用智能化自動控制，工藝介質(zhì)耗量小，便于操作；產(chǎn)量大、運行穩(wěn)定，適用于要求產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、大批量、連續(xù)生產(chǎn)的企業(yè)使用。

【關(guān)鍵詞】熱處理；自動控制；滲碳；熱電偶；產(chǎn)品質(zhì)量

【Abstract】The material ，process，equipment of the strict inspection and adjstment of hest treatment is one of the important processes during product processing，is a powerful means to ensure and improve the quality of products.The continuous production line of double push type carburizing，adopts the intelligent，automatic control ，process medium consumption is small，easy to operate；high yield，stable operation，applied to the requirements of the product quality is stable，high-volume，continuous production enterprises to use.

【Key Words】 Heat Treatment，Auto-control；Carburizing，Thermocouple；Product Quality

引言：

為保證金屬熱處理后材料或工件能達到所需的組織和性能而采取的措施，包括材料、工藝、設(shè)備的嚴格檢查和調(diào)整熱處理是產(chǎn)品加工過程中的重要工序之一，是保證和提高產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的有力手段。采取控制可靠的金屬熱處理設(shè)備同樣具有重要意義。愛協(xié)林熱處理設(shè)備在行業(yè)中處于領(lǐng)先地位，能有效的保證處理后的元件質(zhì)量性能。其中雙推盤式滲碳連續(xù)生產(chǎn)線，采用智能化自動控制，工藝介質(zhì)耗量小，便于操作；產(chǎn)量大、運行穩(wěn)定，適用于要求產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、大批量、連續(xù)生產(chǎn)的企業(yè)使用。

一推盤爐綜述

推盤爐生產(chǎn)線通過各個相對獨立的單元設(shè)備連接在一起，從而完成從卸料、上料、前清洗、預氧化、加熱、滲碳、降溫擴散、油淬、后清洗、回火等全部的生產(chǎn)過程，料盤在生產(chǎn)線中形成回字形循環(huán)移動。

1.1推盤爐的結(jié)構(gòu)組成框架

1.2推盤爐動作嚴格的自動控制，確保產(chǎn)品質(zhì)量

當工件自動由空冷升降臺降至人工操作的軌道后，由操作人員在輥臺上手動移動料盤，并將料盤上的工件裝入下道工序的料箱中，完成卸料工作。同時將待處理的工件，按工藝要求裝入空料盤內(nèi)并將其推入上料臺上料位置。二工位前清洗機分為堿液清洗、清水清洗兩個室，工件在每一個室內(nèi)均停留一個周期的時間，料盤的移動由安裝在清洗前后料臺上的推拉鏈機構(gòu)來完成。備料臺設(shè)有雙備料軌道，由操作人員按不同的層深要求推入規(guī)定的備料輥道中。在備料臺的各個位置處設(shè)有信號檢測點，使料盤進入跟蹤系統(tǒng)。

料盤從備料臺至預氧化爐由推鏈機構(gòu)推入預氧化爐進行分區(qū)加熱和控制，使用溫度范圍為350℃-l550℃。可根據(jù)工藝要求調(diào)整設(shè)定。完成預氧化的工件由推鏈機構(gòu)轉(zhuǎn)移到底進料升降臺上，底進料升降臺帶著料盤及工件上升到加熱室的軌道高度。底進料室是一個密封的爐室，爐內(nèi)大量廢氣通過該室的排放管排出。同時工件在該室停留一個周期的節(jié)拍時間進行換氣，使工件進入加熱室完全處在保護氣氛中。

由換氣室密封推鏈機構(gòu)將料盤轉(zhuǎn)移到加熱區(qū)的軌道上進行加熱，當工件加熱好后，由加熱區(qū)的電動推桿將料盤轉(zhuǎn)移到滲碳區(qū)中。加熱滲碳室為雙排結(jié)構(gòu)，爐內(nèi)料盤的移動由電動推桿驅(qū)動，通過設(shè)置不同軌道的推料比，從而完成相同爐氣下的不同層深的滲碳要求。同時還將信號反饋給料盤跟蹤系統(tǒng)。根據(jù)工藝要求，在加熱區(qū)、強滲區(qū)、高溫擴散區(qū)設(shè)有不同數(shù)量的料盤位，分區(qū)控溫和分區(qū)碳勢控制。加熱區(qū)、強滲區(qū)和擴散區(qū)各區(qū)之間設(shè)有縮頸墻，使氣氛的碳勢和溫度可調(diào)。

加熱滲碳室中料盤的步進由電動推桿來完成，并通過后限位檢測桿來控制其運動的距離，并將信號反饋給擴散室的側(cè)高溫推鏈，由高溫推鏈將料盤轉(zhuǎn)移至降溫擴散室。降溫擴散室內(nèi)的料盤位，料盤的移動由電動推桿來完成。設(shè)1區(qū)控溫和1區(qū)碳勢控制。同樣由后限位來控制料盤的距離，并將信號反饋給降溫擴散室的側(cè)高溫推鏈，在料盤跟蹤系統(tǒng)發(fā)出的指令下由側(cè)高溫推鏈轉(zhuǎn)移至油淬升降臺，從而完成油淬。

淬火槽設(shè)有兩組升降臺，通過油內(nèi)的轉(zhuǎn)移裝置，將料盤從淬火位置轉(zhuǎn)移至出料位置。在利用油密封出料升降臺提升出料時，無須任何點火系統(tǒng)來保護升降臺的打開。這樣既安全，同時又完全杜絕了爐氣的溢出。

通過式二聯(lián)單室清洗機分為堿液清洗、清水清洗和烘干。工件在每一個室內(nèi)均停留一個周期的時間，料盤等距離的移動由鏈驅(qū)動的推鏈機構(gòu)來完成。該推鏈機構(gòu)還負責將料盤推送至回火爐內(nèi)，回火爐為單排結(jié)構(gòu)，分區(qū)加熱和控制?；鼗馉t內(nèi)的料盤通過推鏈機構(gòu)推動前進，出料由推鏈機構(gòu)推出，并進行空冷。在空冷輥道上可連續(xù)存放四個料盤的位置，當四個料盤全部放滿后，升降臺自動下降，由操作人員將料盤移動至卸料輥臺，實施卸料操作。

回火溫度對金屬硬度質(zhì)量的影響很大，所以要通過穩(wěn)定可靠的自動化控溫儀表進行控制，以達到質(zhì)量控制。

1.3推盤爐安全操作

整個生產(chǎn)線除卸料和備料外，其余動作全部自動進行。整個生產(chǎn)線的機械動作均可手動。

生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)分三部份組成，即現(xiàn)場操作柜、程序控制系統(tǒng)、外電路控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場操作柜裝有操作控制屏，操作人員通過顯示屏了解設(shè)備所有的信息和設(shè)定相關(guān)的工藝參數(shù)，并進行打印。程序控制系統(tǒng)完成全部生產(chǎn)線的自動和手動運行功能。在電氣柜上裝有各區(qū)獨立的溫度、碳勢控制儀表。這些儀表均和計算機進行通訊，溫度、碳勢值可以在儀表上設(shè)定也可以在計算機上設(shè)定。

二、推盤式爐控制系統(tǒng)

2.1控制系統(tǒng)硬件配置

雙推盤式爐控制系統(tǒng)由操作臺（含操作屏）、PLC可編程序控制器、外電路控制系統(tǒng)三人部份組成一套完整的集散式控制模式。從而確保了生產(chǎn)線可靠的控制性。用戶通過操作屏可以查詢整個生產(chǎn)線的各種工藝參數(shù)；利用操作臺上操作屏和控制PC機顯示畫面便可操作及總覽全部設(shè)備的運行狀態(tài)。

2.2控制系統(tǒng)內(nèi)容

2.2.1控制PC機，安裝在控制室內(nèi)的機柜上，其配置為當前主流處理器，薄膜式操作鍵盤，另外還配有彩噴打印一臺供用戶隨時打印數(shù)據(jù)、圖表。

2.2.2控制PC機的軟件畫面分布有：

◇系統(tǒng)總纜；◇工藝參數(shù)；◇故障報警；◇數(shù)據(jù)記錄；◇過程參數(shù)；◇料盤跟蹤；◇離線仿真；◇口令管理；◇系統(tǒng)幫助；◇退出；

2.2.3畫面的功能，保證質(zhì)量數(shù)據(jù)的可靠性

系統(tǒng)總覽包括，按不同顏色區(qū)分的整條生產(chǎn)線平面布置圖，同時在每一部份分別顯示出相應(yīng)的工作方式、工步、基本位置狀態(tài)、溫度設(shè)定值、溫度過程值、碳勢設(shè)定值、碳勢過程值。另外在畫面的清晰位置處，顯示設(shè)定的周期時間和當前推盤周期的過程值其過程值的顯示采用倒計時式。

工藝參數(shù)的輸入包括以下內(nèi)容：零件名稱、工藝號、各種工藝參數(shù)（溫度、碳勢）和時間，另外通過該工藝參數(shù)的菜單可以方便的進行數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)刪除、數(shù)據(jù)打印、數(shù)據(jù)下載。

故障報警包括：顯示當前故障、顯示歷史故障、故障查詢（包括按時間和不同的等級進行查洵和打印當前和歷史的故障報警）。能將故障點的動作條件從觸摸屏上顯示出來以方便故障原因的診斷。

數(shù)據(jù)記錄通過左右移動光標尺可顯示光標尺處的數(shù)據(jù)，并能放人和縮小。從而幫助用戶選擇所需要查詢的數(shù)據(jù)曲線，可實時打印備份值，并能進行貯存。

過程參數(shù)能顯示各工藝參數(shù)的設(shè)定值，過程值、偏差及上下限。

料盤跟蹤：采用了基于特征的跟蹤算法，通過動作過程跟蹤，利用數(shù)據(jù)處理，匹配到每一個特征符號。在工藝流程圖中顯示每個料盤的位置號，通過輸入框，輸入料盤位置號后，可以查找、修改當前各個料盤的所有信息。（如入爐時間、出爐時間、裝載號、位置號、裝料種類、每盤裝料量、操作員、料盤標志等）可以按時間和按裝載號查詢并能打印料盤數(shù)據(jù)。為了便于產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集，通過料盤跟蹤系統(tǒng)，可以在雙方擬定的位置查出當料盤通過該檢測點位置時的工藝數(shù)據(jù)如溫度、碳勢等，并能將每個擬定位置處的數(shù)據(jù)點進行連線畫出。

操作控制臺帶有回火爐燒油煙和滲碳主爐燒炭黑提示與確認按鈕。

離線仿真：輸入工件要求達到的滲碳層深、材料合金元素、氣氛組份后，經(jīng)過仿真可以得到基本的理論推料周期和兩軌道的推料周期比、碳濃度分布曲線及相關(guān)數(shù)據(jù)。

口令管理：包括以下功能，高級用戶可進行權(quán)限設(shè)置、修改、刪除、查詢。普通用戶只能按高級用戶所給的權(quán)限執(zhí)行相應(yīng)的功能。

系統(tǒng)幫助：為用戶提供該軟件的操作和維護說明。

退出：只有超級用戶才有權(quán)限退出系統(tǒng)，終止程序的運行。

三、推盤爐的自動化控制系統(tǒng)對質(zhì)量的影響

PLC可編程序控制器和外電路組成調(diào)整用控制系統(tǒng)，安裝在主控柜內(nèi)。在柜體的面板上，對應(yīng)各控溫區(qū)、碳勢控制點設(shè)有獨立的儀表，既使是計算機系統(tǒng)故障也可以通過柜體面板上的儀表進行各種工藝參數(shù)的設(shè)置。因此，操作人員可以非常方便的進行操作，如溫度、碳勢的設(shè)定、查詢，各種工作狀態(tài)、記錄曲線的監(jiān)視，溫度、碳勢的控制。另外在主控柜的面板上還設(shè)有必要的電流、電壓表、指示燈及按鈕和開關(guān)。通過觀察三相電流表可提示當前的三相負載狀態(tài)。

使用變頻器結(jié)合PLC模塊及傳感器模塊，形成一個閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)淬火槽攪拌器運行，頻率根據(jù)負載大小，人為誤差因素被消除，達到高效節(jié)能的目的。節(jié)約能源消耗，有利于保護環(huán)境。

四、操作工誤操作對產(chǎn)品質(zhì)量的影響

4.1操作工誤操作對產(chǎn)品質(zhì)量的影響

操作上的失誤會大大影響熱處理的效果。鋼材發(fā)生混料，工藝規(guī)程遵守不嚴格，加熱設(shè)備的溫度不均勻，都會使熱處理質(zhì)量降低，甚至出現(xiàn)廢品。因而，控制熱處理質(zhì)量要從材料和設(shè)備檢查、工藝制訂和執(zhí)行、缺陷的預防和補救等方面著手。

4.2自動化系統(tǒng)實現(xiàn)生產(chǎn)中的誤操作控制方法

增加安全儀表控制系統(tǒng)，用于控制在系統(tǒng)關(guān)閉后立即達到安全狀態(tài)的過程，它超越了常規(guī)安全系統(tǒng)。它可以實現(xiàn)一組故障安全保障功能，當其中一個或多個自動化裝置發(fā)生故障時，該系統(tǒng)能夠保持安全功能不丟失。采用安全自動化儀表控制。

4.2.1增加故障報警包括：顯示當前故障、顯示歷史故障、故障查詢（包括按時間和不同的等級進行查洵和打印當前和歷史的故障報警）。能將故障點的動作條件從觸摸屏上顯示出來以方便故障原因的診斷。

4.2.2增加料盤跟蹤：在工藝流程圖中顯示每個料盤的位置號，通過輸入框，輸入料盤位置號后，可以查找、修改當前各個料盤的所有信息。為了便于產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集，通過料盤跟蹤系統(tǒng)，可以在雙方擬定的位置查出當料盤通過該檢測點位置時的I藝數(shù)據(jù)如溫度、碳勢等，并能將每個擬定位置處的數(shù)據(jù)點進行連線畫出。數(shù)據(jù)清晰，減少誤操作。

操作控制臺帶有回火爐燒油煙和滲碳主爐燒炭黑提示與確認按鈕。

五、結(jié)束語

熱處理工藝的重要環(huán)節(jié)是加熱和冷卻，加熱設(shè)備主要是各種加熱爐。其中保證熱處理質(zhì)量的關(guān)鍵是有效加熱區(qū)的爐溫均勻性。而推盤爐生產(chǎn)線正是由上料臺、前清洗機、預氧化爐、主爐、淬火槽、后清洗機、回火爐、風冷卸料臺組成，主要完成軸承、齒輪等表面的滲碳、滲氮熱處理設(shè)備，經(jīng)過熱處理以后，材料的化學成分分析、金相分析、硬度檢查和無損探傷等，都會有一定的改善，達到生產(chǎn)要求。在企業(yè)發(fā)展中有一定的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]謝民福、吳斌等，一種改進的跟蹤算法的研究和實現(xiàn)[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用.2012（12）.

[2]馬敏莉、袁國定，基于過程方法的統(tǒng)計過程控制技術(shù)應(yīng)用研究[J].制造業(yè)自動化.2009（7）.

[3]張洪民，故障安全控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用與研究[J].自動化儀表.2013（5）.

[4]楊雪，基于PLC與變頻器的節(jié)能控制系統(tǒng)應(yīng)用探討[J].制造業(yè)自動化.2013（9）.

[5]杜忠澤、李萍等，熱處理對高速鋼組織和性能的影響[J].金屬熱處理.2009（5）.