鋁合金加工技術(shù)設(shè)備上可控硅的控制措施

摘 要：我國鋁合金加工技術(shù)和西方發(fā)達國家相比，加工技術(shù)起步相對較晚，然而發(fā)展的速度卻非?？?，也取得了很多舉世矚目的成就，在某些方面，我國的鋁合金加工技術(shù)已經(jīng)達到了世界先進水平。國家加大鋁加工產(chǎn)業(yè)的資金投入，推動鋁加工技術(shù)的快速發(fā)展。在近幾年的發(fā)展中，中國鋁合金工業(yè)繼續(xù)向前發(fā)展，同時也為建造業(yè)提供了大量的新材料。本文主要對鋁合金加工設(shè)備上的可控硅的控制進行分析，以期為我國鋁合金加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進步提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：鋁合金；加工設(shè)備；可控硅；控制

中圖分類號：TG506 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）29-0280-02

前 言

可控硅，是可控硅整流元件的簡稱，是一種具有三個PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導體器件，亦稱為晶閘管。具有體積小、結(jié)構(gòu)相對簡單、功能強等特點，是比較常用的半導體器件之一。該器件被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備和電子產(chǎn)品中，多用來作可控整流、逆變、變頻、調(diào)壓、無觸點開關(guān)等。近幾年，國家越來越重視鋁合金加工技術(shù)，不斷加大鋁合金加工產(chǎn)業(yè)的投入力度，我國的鋁型材行業(yè)快速發(fā)展。新產(chǎn)品、新用途和新工藝的鋁型材不斷涌現(xiàn)，大大的推動了國家的科技進步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。鋁合金具有很好的塑性，便于塑性加工，在建筑行業(yè)中應(yīng)用得非常廣泛。與此同時，鋁合金還有過熱敏感性，在加工過程中需要控制好加熱的溫度，而可控硅具有控制溫度的作用，還可以有效的控制切削力，避免生產(chǎn)事故的發(fā)生，提高鋁合金加工的生產(chǎn)效率，提升鋁合金加工企業(yè)的的生產(chǎn)效率。

1 鋁合金加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

鋁合金材料具有強度好、比重小、導熱性能好和耐腐蝕的優(yōu)點，被廣泛用于建筑工程、道路交通、航空航天和機械電子等領(lǐng)域，對促進國民經(jīng)濟的快速增長具有不可替代的作用。鋁合金在金屬材料的應(yīng)用中僅次于鋼鐵排名第二，鋁合金是當前經(jīng)濟建設(shè)中的重要材料，人們的生活與國家科技發(fā)展離不開鋁合金，其在生產(chǎn)生活中扮演著越來越重要的角色。隨著鋁合金的社會需求量不斷增加，鋁合金加工技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，當前的鋁合金加工技術(shù)具有以下發(fā)展特點：

1.1 現(xiàn)代化管理

現(xiàn)階段，我國的鋁合金加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭非常好。為了適應(yīng)市場的變化和社會發(fā)展，鋁加工企業(yè)對鋁合金加工生產(chǎn)的過程進行調(diào)整，對產(chǎn)品生產(chǎn)過程進行自動化和現(xiàn)代化管理，制定科學的管理機制，提升加工產(chǎn)品的質(zhì)量。重視科技創(chuàng)新與信息開發(fā)，提高產(chǎn)品的科技含量，提升鋁合金加工生產(chǎn)的效率。

1.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整

鋁加工企業(yè)重視工具和模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計與材料選擇，不斷改進鋁加工工藝、熱處理工藝和表面處理工藝等，促進鋁合金加工產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整。針對市場上的那些傳統(tǒng)的、低檔次的產(chǎn)品，必須逐漸將其淘汰，新型的高科技產(chǎn)品快速占據(jù)市場，滿足人們的物質(zhì)需求和文化需求，提升人們生活、工作質(zhì)量，促進社會的發(fā)展和進步。

1.3 節(jié)能技術(shù)不斷更新

現(xiàn)階段，我國一貫堅持可持續(xù)發(fā)展思路，堅持科學、合理的利用資源，在發(fā)展工業(yè)的同時，也要注意節(jié)能減排，控制工業(yè)發(fā)展對環(huán)境產(chǎn)生的影響?；诂F(xiàn)階段的發(fā)展趨勢，我們必須不斷創(chuàng)新鋁合金加工技術(shù)，逐漸朝精簡連續(xù)、節(jié)能降耗和高效高速的方向發(fā)展，實現(xiàn)資源的永續(xù)利用。

1.4 工藝裝備更新快

目前，我國的鋁合金加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢非常好，鋁合金的加工工藝設(shè)備更新?lián)Q代的時間比較快，在信息時代下，鋁合金的加工設(shè)備開始往大型化、精密化、自動化和緊湊化的方向發(fā)展。為了促進工業(yè)行業(yè)的快速發(fā)展，必須采取科學的措施，加快鋁合金加工設(shè)備的升級，提升鋁合金加工企業(yè)的生產(chǎn)效率，促進社會的進步和發(fā)展。采取科學的措施，有效的控制鋁合金加工設(shè)備上可控硅的含量，延長鋁合金加工設(shè)備的使用壽命，提升鋁合金加工設(shè)備的工作效率。

2 可控硅溫度控制器的組成和工作原理

溫度控制器的可控硅輸出的是信號，包括電流信號以及電壓信號兩種形式。通過對電壓、電流以及功率的精準調(diào)控，溫度控制器能夠?qū)囟冗M行精確控制。并且能夠運用其發(fā)達的數(shù)字控制算法，進而優(yōu)化電能的使用效率，起到節(jié)約電能的作用。具體來講，熱電偶溫度測量與控制收集的輸出信號調(diào)節(jié)器通過比例-積分-微分來測出溫度測量0～10mA和4～20mA控制觸發(fā)器來調(diào)節(jié)晶閘管傳導角板的規(guī)模，進而調(diào)控加熱設(shè)備，使電阻爐能夠在固定的溫度下保持主電路的大小。主要的循環(huán)包括可控硅、急速保險絲的過流保護、過壓維護處鋼筋混凝土以及加熱零件等部分。

2.1 溫度檢測與PID（比例-積分-微分）調(diào)節(jié)器的構(gòu)成

作為一種由曲線形、延遲與慣量非常大的常用工業(yè)調(diào)控體，工業(yè)電阻爐被大量的運用于實驗室的樣本以及元件的加熱與冷卻之中。它可以依據(jù)溫度與精度的條件來選用種類多樣的PID（比例-積分-微分）調(diào)節(jié)器，進而達到調(diào)節(jié)溫度的目的。通常情況下，對溫度的調(diào)控可以不用電阻爐，而是直接選用調(diào)穩(wěn)壓器PID來控制溫度，進而導出0～10mA直流信號?？煽毓枋且环N輸入式的電壓調(diào)節(jié)器，它可以改變傳輸?shù)囊暯沁M而轉(zhuǎn)變輸出功率的大小，以追求用最低的投資換取設(shè)備操作流程的簡易化與維修的便捷化，從而追求鋁合金作業(yè)過程有效運轉(zhuǎn)的目標。

系統(tǒng)軟件起始化配置實現(xiàn)驅(qū)動程序的安裝以及板軟件安裝程序；在熱電偶、溫度設(shè)定以及程序的參考的基礎(chǔ)上，熱電偶毫伏值表可以轉(zhuǎn)化為由指定的曲線溫度范圍作為數(shù)字PID（比例-積分-微分）傳達偏置來對比的范圍值。鑒于純推遲電阻爐的特性，數(shù)字PID（比例-積分-微分）調(diào)控算法設(shè)計系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)需要相當于延遲的時間被控純部件的純延遲時間的純慣性的一階滯后。但是，更復雜的PID調(diào)節(jié)參變量，為了滿足過程溫度與精度穩(wěn)定性需要，應(yīng)該選用二維模糊調(diào)節(jié)器來完善軟件設(shè)計，以期調(diào)試工作的順利進行。

2.2 觸發(fā)電路

總的來說，可控硅觸發(fā)電路應(yīng)該做到以下幾點：①要保證觸發(fā)脈沖寬度的可靠傳導，而且要保持較高的嚴重度；②不能高于電壓、電流以及功率的可靠觸發(fā)器；③要有較高的抗干擾能力，穩(wěn)定的溫度適應(yīng)性。

3 完善可控硅控制問題的具體措施

切削力以及加工參數(shù)對可控硅有很大的影響，進而降低設(shè)備的使用周期，影響工作效益，本研究試綜合鋁合金生產(chǎn)活動中的影響因素，提供可行的改善辦法，為提高工作效益，保障鋁合金生產(chǎn)的正常運作，進而有效提高鋁合金市場的發(fā)展步伐，具體可以采取幾下措施：加工參數(shù)的合理選擇，殘余應(yīng)力的有效控制，加工零件的正確應(yīng)用。

3.1 選擇合適的加工參數(shù)

加工參數(shù)依賴于切割質(zhì)量，無論鋁合金生產(chǎn)過程中機床以及道具多么高端，都需要有較好的切割技術(shù)。若缺乏較好的切割工藝，生產(chǎn)過程仍然會有各種難題的出現(xiàn)。因此，鋁合金的生產(chǎn)過程中要重視切割工藝的質(zhì)量，要在處理程序與加工要素的指導下，合理選擇數(shù)控程序，進而保障切割質(zhì)量以及整個生產(chǎn)活動的良好效益。

3.2 有效控制以及減少殘余應(yīng)力（Residual Stress）

工件熱加工處理之后由于外力以及不均勻的溫度環(huán)境下剩余在物理內(nèi)部自相平衡的內(nèi)應(yīng)力，對工件的形狀，尺寸以及性能都有著很大的影響。若應(yīng)力超過材料的接受強度，會導致工件的變形，超過材料的強度極限時導致工件開裂，所以要盡量避免和消除殘余應(yīng)力。也可以通過控制應(yīng)力進而使之合理分布，以期提高工件的機械性能?？梢圆扇∫韵麓胧┙鉀Q應(yīng)力的消極影響，變害為利：①應(yīng)該元件材質(zhì)自身是否具備優(yōu)良的籠罩元件，這樣就能夠降低應(yīng)力的不利影響。②在進行切割的時候，可以通過切掉元件來達到對稱的效果，以達到有效排除元件在處理時產(chǎn)生的應(yīng)力，進而保障設(shè)備較長的使用周期以及運轉(zhuǎn)效率。

3.3 選擇恰當?shù)臋C械加工零件

由于材質(zhì)、零件形狀、生產(chǎn)條件以及切削液的性能等因素的影響，鋁合金零件加工時很容易變形，主要包括毛坯內(nèi)應(yīng)力導致的變形，切削力以及切削熱導致的變形和夾緊力導致的變形。因此對鋁進行加工時，若能夠根據(jù)合適的零件對中心的圓環(huán)做剪切處理，就能夠使機械的零件處理保持很好的剛度。而且，對于固定裝置的挑選也應(yīng)慎重，通過固定機械底部的真空夾持器來減少部件變形。在選擇飛機外殼以及其它銑削加工的機械外殼材料時，通常以靈活的多點支持零件為主，從而提高鋁合金的加工效率。

4 結(jié) 語

綜上所述，基于我國市場經(jīng)濟體制改革的大背景，大多數(shù)企業(yè)都順利實現(xiàn)了轉(zhuǎn)型升級。大部分企業(yè)都逐漸利用先進的設(shè)備和技術(shù)，促進了鋁合金加工企業(yè)的快速發(fā)展和進步。在我國，鋁產(chǎn)業(yè)最開始主要是電解鋁的冶煉，逐漸發(fā)展成為鋁產(chǎn)品的深加工，鋁合金加工產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展越來越大。在經(jīng)濟發(fā)展的過程中，國家對工業(yè)生產(chǎn)提出了節(jié)能、環(huán)保、高效、安全的新要求，使用先進的技術(shù)達到節(jié)能減排的目標。我國的鋁合金加工行業(yè)面臨著新一輪的改革，鋁作為一種可再生能源，是一種綜合性選擇的最佳材料之一，再生節(jié)能效果好。通過控制鋁合金加工設(shè)備上可控硅，可以有效的提升鋁合金加工設(shè)備的工作效率，確保加工設(shè)備的安全運行，有效的提升了鋁合金加工企業(yè)的生產(chǎn)效率。

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收稿日期：2018-9-4

作者簡介：唐秀茂（1975-），男，工程師，本科，從事生產(chǎn)設(shè)備主管、機械設(shè)計、生產(chǎn)安全工作。