等温锻上下模具全固态变频感应加热装置及加热方法 |
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| 申请号 | CN201510077610.6 | 申请日 | 2015-02-13 | 公开(公告)号 | CN104690204A | 公开(公告)日 | 2015-06-10 |
| 申请人 | 朱兴发; | 发明人 | 朱兴发; 李亚逸; 朱卫星; 丁富托; 黄森根; | ||||
| 摘要 | 本 发明 是一种φ900mm-φ2000mm等温锻上下模具全固态变频 感应加热 装置及加热方法，其结构包括油压机上模头、油压机立柱、等温锻上模具、上模具感应加热炉、等温锻下模具、下模具感应加热炉、油压机下拖板、1#全固态变频感应电源、2#全固态变频感应电源。优点：缩短φ900mm-φ2000mm等温锻模具加热时间为4-8小时、提高加热效率、节能潜效大、提高生产效率、模具加温均匀使用寿命长，提高产品 质量 、降低维修 费用 ，开发本装置具有非常明显的技术经济效益。 | ||||||
| 权利要求 | 1.φ900mm-φ2000mm等温锻上下模具全固态变频感应加热装置，其特征是包括油压机上模头（1）、油压机立柱（2）、等温锻上模具（3）、上模具感应加热炉（4）、等温锻下模具（5）、下模具感应加热炉（6）、油压机下拖板（7）、1#全固态变频感应电源（8）、2#全固态变频感应电源（9），其中油压机上模头（1）和油压机下拖板（7）分别固定在油压机立柱（2）内的上部和下部，下模具感应加热炉（6）安装在油压机下拖板（7）上并能随油压机下拖板（7）前后移动且拆卸方便，下模具感应加热炉（6）内装有等温锻下模具（5），上模具感应加热炉（4）吊装在油压机上模头（1）上且能上下移动，便于热怌料加装及等温锻后的锻压件取出，油压机上模头（1）上装有等温锻上模具（3），1#全固态变频感应电源（8）的电源输出端与上模具感应加热炉（4）的电源输入端相接，为上模具感应加热炉（4）加热，2#全固态变频感应电源（9）的电源输出端与下模具感应加热炉（6）的电源输入端相接，为下模具感应加热炉（6）加热。 |
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| 说明书全文 | 等温锻上下模具全固态变频感应加热装置及加热方法技术领域背景技术[0002] 等温锻造（Isothermal-forging）作为超塑性成型的一个分支是一种新兴的锻造工艺技术。它广泛应用于航天航空工业的航天器、飞机涡轮发动机等结构件及国防工业中关键零件的制造，可使得锻件达到接近零件的形状要求，减少材料消耗，降低加工周期、成本，该工艺结合热处理能获得综合力学性能最优化的等温锻件。 [0003] 零件加热时，与模具保持相同的温度直至锻造结束，这一特点，使模具激冷和材料的变型硬化的影响完全消除。等温锻造除了坯料应按规定进行加热外，还应对模具进行加热。对模具进行加热是等温锻造的一个非常重要的环节。 [0004] 随着航天航空工业的航天器、飞机涡轮发动机等结构件及国防工业中关键零件的大型化。φ900mm-φ2000mm等温锻模具加热的问题将会越来越突出。目前等温锻模具加热普遍采用电阻丝加热箱，对φ900mm-φ2000mm等温锻模具来讲加热时间将长达几十小时、能耗高、如生产过程中电阻丝断裂，无法热态抢修，模具加热会不均匀，对锻件质量、模具寿命、生产效率都有影响。电阻丝模具加热箱维修频率高、维修费用大，生产效率低下在φ900mm-φ2000mm模具加热上尤为突出。由此来看传统的电阻丝加热箱加热φ900mm-φ2000mm等温锻模具，已不能适应装备与生产发展的需求。 [0005] 开发一种φ900mm-φ2000mm等温锻上下模具全固态变频感应加热装置十分重要，开发过程中发现上下感应炉之间产生电磁场干扰，影响全固态变频感应加热装置的独立正常工作，碰到的开发难点归纳如下：1）上下模具分别调温调功率，然而上下感应炉之间将产生磁场干扰，使二台独立感应加热电源功率控制严重振荡等无法正常工作； 2）感应加热的集肤效应使等温锻模具尖端部位产生过熔损坏模具； 3）感应加热器漏磁场对油压机立柱产生涡流的防漏磁问题。 [0006] 上下感应炉之间将产生磁场干扰的主要原因，是与独立的上下模具全固态变频加热器逆变负载的电流、电压的相位差异、频率差异有很大关系。应用传统的交-直-交KK晶闸管并联逆变电路，很难解决此问题。 发明内容[0007] 本发明的目的旨在克服现有技术存在的上述不足，提出一种φ900mm-φ2000mm等温锻上下模具全固态变频感应加热装置及加热方法，可缩短φ900mm-φ2000mm等温锻模具加热时间、提高加热热效率和生产效率，具有模具加温均匀、产品质量高、模具寿命长、维修费用低等特点。 [0008] 本发明的技术解决方案：φ900mm-φ2000mm等温锻上下模具全固态变频感应加热装置，其结构包括油压机上模头、油压机立柱、等温锻上模具、上模具感应加热炉、等温锻下模具、下模具感应加热炉、油压机下拖板、1#全固态变频感应电源、2#全固态变频感应电源，其中油压机上模头和油压机下拖板分别固定在油压机立柱内的上部和下部，下模具感应加热炉安装在油压机下拖板上并能随油压机下拖板前后移动且拆卸方便，下模具感应加热炉内装有等温锻下模具，上模具感应加热炉吊装在油压机上模头上且能上下移动，便于热怌料加装及等温锻后的锻压件取出，油压机上模头上装有等温锻上模具，1#全固态变频感应电源的电源输出端与上模具感应加热炉的电源输入端相接，为上模具感应加热炉加热，2#全固态变频感应电源的电源输出端与下模具感应加热炉的电源输入端相接，为下模具感应加热炉加热。 [0009] 本发明的优点：可缩短φ900mm-φ2000mm等温锻模具加热时间为4-8小时、提高加热热效率、节能潜效大、提高生产效率、模具加温均匀使用寿命长，提高产品质量、降低维修费用，开发本装置具有非常明显的技术经济效益。附图说明 [0010] 附图1是一种φ900mm-φ2000mm等温锻上下模具全固态变频感应加热装置的结构示意图。 [0011] 图中的1是油压机上模头、2是油压机立柱、3是等温锻上模具、4是上模具感应加热炉、5是等温锻下模具、6是下模具感应加热炉、7是油压机下拖板、8是1#全固态变频感应电源、9是2#全固态变频感应电源。 具体实施方式[0012] 对照附图1，φ900mm-φ2000mm等温锻上下模具全固态变频感应加热装置，其结构包括油压机上模头1、油压机立柱2、等温锻上模具3、上模具感应加热炉4、等温锻下模具5、下模具感应加热炉6、油压机下拖板7、1#全固态变频感应电源8、2#全固态变频感应电源 9，其中油压机上模头1和油压机下拖板7分别固定在油压机立柱2内的上部和下部，下模具感应加热炉6安装在油压机下拖板7上并能随油压机下拖板7前后移动且拆卸方便，下模具感应加热炉6内装有等温锻下模具5，上模具感应加热炉4吊装在油压机上模头1上且能上下移动，便于热怌料加装及等温锻后的锻压件取出，油压机上模头1上装有等温锻上模具3，1#全固态变频感应电源8的电源输出端与上模具感应加热炉4的电源输入端相接，为上模具感应加热炉4加热，2#全固态变频感应电源9的电源输出端与下模具感应加热炉 6的电源输入端相接，为下模具感应加热炉6加热。 [0013] 所述1#全固态变频感应电源8和2#全固态变频感应电源9为2台IGBT变频电源受电源控制系统控制。其中1#全固态变频感应电源8和2#全固态变频感应电源9分别对等温锻上模具3和等温锻下模具5进行加热。 [0014] 电源控制系统采用全数字式集成控制，它由整流触发、电压控制、电流控制、功率调节、逆变触发与控制、系统保护等组成。整流触发采用全数字式计数移相方式，调节精度高，抗干扰能力强。电压电流采用双闭环PI调节控制模式，具有输出恒电压能力，保证感应炉端电压不随外界因素，如进线电压、负载阻抗等变化而变化，使设备运行更加平稳，功率调节范围10%——100%。设备具有过电压、过电流、缺相、负载短路、低水压、温度过高等保护功能。设备具有启停方便，调节控制灵活，使用维护简单、效率高、稳定性好等优点。由于选用IGPT变频线路，电源的启动成功率为100%，可以保证两台电源输出电压同频同相工作。 [0015] 所述上模具感应加热炉4和下模具感应加热炉6为感应加热炉的上下两部分，其中上模具感应加热炉4能按要求上下移动，下模具感应加热炉6能随油压机下拖板7前后移动且拆卸方便，上模具感应加热炉4和下模具感应加热炉6的中间发热体为耐温不锈钢，发热体外壁采用硅盐铝纤维保温，以提高发热体的使用寿命，上模具感应加热炉4和下模具感应加热炉6的感应圈按磁场强度的分布合理进行排列，保证模具均匀加热，感应线圈外侧装有磁轭，以防止漏磁场对油压机立柱等金属的加热，并提高加热炉的电效率。 [0016] 所述的上模具感应加热炉4、下模具感应加热炉6、等温锻上模具3和等温锻下模具5上各设置一个测温点，通过新型西门子PLC与工控机，根据工艺要求设置参数后，变频电源可自动控制加热温度与升温速度（包括压制过程）；发热体的测温精度≤±10 ºC，模具处稳态时控温精度≤±10 ºC；实现高精度智能数显，对加热温度可进行实时记录，趋势图可进行实时显示；具有参数的设置，存储，调用，修改，给定及故障记录、显示等功能；控制系统配有打印机，可打印相关画面、温度记录曲线，并留有扩展接口，便于和计算机联网；本系统与数显仪表控制系统相比，具有界面友好，控制灵活，可靠性高等优点。 [0017] 本发明在3000T油压机上应用调试，现场调试过程中，我们体会到要使感应加热装置正常工作与逆变槽路的感抗、容抗的调整有很大的关系。感应加热装置运行参数调试完成后，等温锻上、下模具按工艺要求4-8小时均匀加热至950℃保温二小时，等温锻上模具保温变频电压550V，等温锻下模具保温变频电压650V，等温锻上、下模具保温在950℃，误差±5℃。等温锻上、下模具加热均匀，感应器外壳手感温度低，等温锻上、下模具保温效果好，外壳无感应电，感应加热装置经26小时连续开机考验设备工作稳定可靠。压制过程中上感应器可带电保温上升，但考虑到安全因素，按原工艺断电加入等温工件，等温锻上、下模具温度下降约70℃左右，加入等温锻工件坯料后合上感应器，满功率升温几分钟等温锻模具温度升止950℃保温，远小于电阻丝加热器升温时间。试压几块工件，等温锻上、下模具感应加热装置完全符合等温锻压工艺要求。 [0018] φ900mm-φ2000mm等温锻上下模具全固态变频感应加热方法：包括如下步骤：1）移出油压机下拖板7，在油压机下拖板7上安装下模具感应加热炉6； 2）下模具感应加热炉6内安装好等温锻下模具5； 3）上模具感应加热炉4吊装在油压机上模头1上； 4）等温锻上模具3安装在油压机上模头1上； 5）升高油压机上模头1、等温锻上模具3及上模具感应加热炉4； 6）油压机下拖板7、等温锻下模具5、下模具感应加热炉6移位到油压机中心； 7）下降油压机上模头1、等温锻上模具3、上模具感应加热炉4使等温锻上模具3、等温锻下模具5及上模具感应加热炉4、下模具感应加热炉6对中心叠装成一体； 8）接通冷却水，上模具感应加热炉4接通1#全固态变频感应电源8，下模具感应加热炉6接通2#全固态变频感应电源9； 9）等温锻上模具3、等温锻下模具5加热温度到950℃保温2小时； 10）升高油压机上模头1、等温锻上模具3及上模具感应加热炉4； 11）加入加热好的等温锻工件坯料； 12）下降油压机上模头1、等温锻上模具3及上模具感应加热炉4，合上上模具感应加热炉4、下模具感应加热炉6及等温锻上模具3、等温锻下模具5； 13）1#全固态变频感应电源8、2#全固态变频感应电源9升功率，等温锻上模具3、等温锻下模具5及等温锻工件升温到950℃； 14）压制等温锻工件，整个过程周而复始。 |
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