靳紹準(zhǔn) 韓淑華

【摘 要】材料、工藝、設(shè)備的嚴(yán)格檢查和調(diào)整熱處理是產(chǎn)品加工過(guò)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(dòng)控制，工藝介質(zhì)耗量小，便于操作；產(chǎn)量大、運(yùn)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(dòng)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(dá)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(yán)格檢查和調(diào)整熱處理是產(chǎn)品加工過(guò)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(ài)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(dòng)控制，工藝介質(zhì)耗量小，便于操作；產(chǎn)量大、運(yùn)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(guò)各個(gè)相對(duì)獨(dú)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(yù)氧化、加熱、滲碳、降溫?cái)U(kuò)散、油淬、后清洗、回火等全部的生產(chǎn)過(guò)程，料盤在生產(chǎn)線中形成回字形循環(huán)移動(dòng)。

1.1推盤爐的結(jié)構(gòu)組成框架

1.2推盤爐動(dòng)作嚴(yán)格的自動(dòng)控制，確保產(chǎn)品質(zhì)量

當(dāng)工件自動(dòng)由空冷升降臺(tái)降至人工操作的軌道后，由操作人員在輥臺(tái)上手動(dòng)移動(dòng)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(shí)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(tái)上料位置。二工位前清洗機(jī)分為堿液清洗、清水清洗兩個(gè)室，工件在每一個(gè)室內(nèi)均停留一個(gè)周期的時(shí)間，料盤的移動(dòng)由安裝在清洗前后料臺(tái)上的推拉鏈機(jī)構(gòu)來(lái)完成。備料臺(tái)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(tái)的各個(gè)位置處設(shè)有信號(hào)檢測(cè)點(diǎn)，使料盤進(jìn)入跟蹤系統(tǒng)。

料盤從備料臺(tái)至預(yù)氧化爐由推鏈機(jī)構(gòu)推入預(yù)氧化爐進(jìn)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(yù)氧化的工件由推鏈機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移到底進(jìn)料升降臺(tái)上，底進(jìn)料升降臺(tái)帶著料盤及工件上升到加熱室的軌道高度。底進(jìn)料室是一個(gè)密封的爐室，爐內(nèi)大量廢氣通過(guò)該室的排放管排出。同時(shí)工件在該室停留一個(gè)周期的節(jié)拍時(shí)間進(jìn)行換氣，使工件進(jìn)入加熱室完全處在保護(hù)氣氛中。

由換氣室密封推鏈機(jī)構(gòu)將料盤轉(zhuǎn)移到加熱區(qū)的軌道上進(jìn)行加熱，當(dāng)工件加熱好后，由加熱區(qū)的電動(dòng)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(dòng)由電動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)，通過(guò)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(shí)還將信號(hào)反饋給料盤跟蹤系統(tǒng)。根據(jù)工藝要求，在加熱區(qū)、強(qiáng)滲區(qū)、高溫?cái)U(kuò)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(shì)控制。加熱區(qū)、強(qiáng)滲區(qū)和擴(kuò)散區(qū)各區(qū)之間設(shè)有縮頸墻，使氣氛的碳勢(shì)和溫度可調(diào)。

加熱滲碳室中料盤的步進(jìn)由電動(dòng)推桿來(lái)完成，并通過(guò)后限位檢測(cè)桿來(lái)控制其運(yùn)動(dòng)的距離，并將信號(hào)反饋給擴(kuò)散室的側(cè)高溫推鏈，由高溫推鏈將料盤轉(zhuǎn)移至降溫?cái)U(kuò)散室。降溫?cái)U(kuò)散室內(nèi)的料盤位，料盤的移動(dòng)由電動(dòng)推桿來(lái)完成。設(shè)1區(qū)控溫和1區(qū)碳勢(shì)控制。同樣由后限位來(lái)控制料盤的距離，并將信號(hào)反饋給降溫?cái)U(kuò)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(tái)，從而完成油淬。

淬火槽設(shè)有兩組升降臺(tái)，通過(guò)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(tái)提升出料時(shí)，無(wú)須任何點(diǎn)火系統(tǒng)來(lái)保護(hù)升降臺(tái)的打開。這樣既安全，同時(shí)又完全杜絕了爐氣的溢出。

通過(guò)式二聯(lián)單室清洗機(jī)分為堿液清洗、清水清洗和烘干。工件在每一個(gè)室內(nèi)均停留一個(gè)周期的時(shí)間，料盤等距離的移動(dòng)由鏈驅(qū)動(dòng)的推鏈機(jī)構(gòu)來(lái)完成。該推鏈機(jī)構(gòu)還負(fù)責(zé)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。回火爐內(nèi)的料盤通過(guò)推鏈機(jī)構(gòu)推動(dòng)前進(jìn)，出料由推鏈機(jī)構(gòu)推出，并進(jìn)行空冷。在空冷輥道上可連續(xù)存放四個(gè)料盤的位置，當(dāng)四個(gè)料盤全部放滿后，升降臺(tái)自動(dòng)下降，由操作人員將料盤移動(dòng)至卸料輥臺(tái)，實(shí)施卸料操作。

回火溫度對(duì)金屬硬度質(zhì)量的影響很大，所以要通過(guò)穩(wěn)定可靠的自動(dòng)化控溫儀表進(jìn)行控制，以達(dá)到質(zhì)量控制。

1.3推盤爐安全操作

整個(gè)生產(chǎn)線除卸料和備料外，其余動(dòng)作全部自動(dòng)進(jìn)行。整個(gè)生產(chǎn)線的機(jī)械動(dòng)作均可手動(dòng)。

生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)分三部份組成，即現(xiàn)場(chǎng)操作柜、程序控制系統(tǒng)、外電路控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)操作柜裝有操作控制屏，操作人員通過(guò)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(jìn)行打印。程序控制系統(tǒng)完成全部生產(chǎn)線的自動(dòng)和手動(dòng)運(yùn)行功能。在電氣柜上裝有各區(qū)獨(dú)立的溫度、碳勢(shì)控制儀表。這些儀表均和計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，溫度、碳勢(shì)值可以在儀表上設(shè)定也可以在計(jì)算機(jī)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(tái)（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(guò)操作屏可以查詢整個(gè)生產(chǎn)線的各種工藝參數(shù)；利用操作臺(tái)上操作屏和控制PC機(jī)顯示畫面便可操作及總覽全部設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

2.2控制系統(tǒng)內(nèi)容

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

2.2.2控制PC機(jī)的軟件畫面分布有：

◇系統(tǒng)總纜；◇工藝參數(shù)；◇故障報(bào)警；◇數(shù)據(jù)記錄；◇過(guò)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(shí)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(guò)程值、碳勢(shì)設(shè)定值、碳勢(shì)過(guò)程值。另外在畫面的清晰位置處，顯示設(shè)定的周期時(shí)間和當(dāng)前推盤周期的過(guò)程值其過(guò)程值的顯示采用倒計(jì)時(shí)式。

工藝參數(shù)的輸入包括以下內(nèi)容：零件名稱、工藝號(hào)、各種工藝參數(shù)（溫度、碳勢(shì)）和時(shí)間，另外通過(guò)該工藝參數(shù)的菜單可以方便的進(jìn)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(bào)警包括：顯示當(dāng)前故障、顯示歷史故障、故障查詢（包括按時(shí)間和不同的等級(jí)進(jìn)行查洵和打印當(dāng)前和歷史的故障報(bào)警）。能將故障點(diǎn)的動(dòng)作條件從觸摸屏上顯示出來(lái)以方便故障原因的診斷。

數(shù)據(jù)記錄通過(guò)左右移動(dòng)光標(biāo)尺可顯示光標(biāo)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(shí)時(shí)打印備份值，并能進(jìn)行貯存。

過(guò)程參數(shù)能顯示各工藝參數(shù)的設(shè)定值，過(guò)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(guò)動(dòng)作過(guò)程跟蹤，利用數(shù)據(jù)處理，匹配到每一個(gè)特征符號(hào)。在工藝流程圖中顯示每個(gè)料盤的位置號(hào)，通過(guò)輸入框，輸入料盤位置號(hào)后，可以查找、修改當(dāng)前各個(gè)料盤的所有信息。（如入爐時(shí)間、出爐時(shí)間、裝載號(hào)、位置號(hào)、裝料種類、每盤裝料量、操作員、料盤標(biāo)志等）可以按時(shí)間和按裝載號(hào)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(guò)料盤跟蹤系統(tǒng)，可以在雙方擬定的位置查出當(dāng)料盤通過(guò)該檢測(cè)點(diǎn)位置時(shí)的工藝數(shù)據(jù)如溫度、碳勢(shì)等，并能將每個(gè)擬定位置處的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行連線畫出。

操作控制臺(tái)帶有回火爐燒油煙和滲碳主爐燒炭黑提示與確認(rèn)按鈕。

離線仿真：輸入工件要求達(dá)到的滲碳層深、材料合金元素、氣氛組份后，經(jīng)過(guò)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(jí)用戶可進(jìn)行權(quán)限設(shè)置、修改、刪除、查詢。普通用戶只能按高級(jí)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(hù)說(shuō)明。

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

三、推盤爐的自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)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(duì)應(yīng)各控溫區(qū)、碳勢(shì)控制點(diǎn)設(shè)有獨(dú)立的儀表，既使是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)故障也可以通過(guò)柜體面板上的儀表進(jìn)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(jìn)行操作，如溫度、碳勢(shì)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(shì)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(guò)觀察三相電流表可提示當(dāng)前的三相負(fù)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(gè)閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)淬火槽攪拌器運(yùn)行，頻率根據(jù)負(fù)載大小，人為誤差因素被消除，達(dá)到高效節(jié)能的目的。節(jié)約能源消耗，有利于保護(hù)環(huán)境。

四、操作工誤操作對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

4.1操作工誤操作對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

操作上的失誤會(huì)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(yán)格，加熱設(shè)備的溫度不均勻，都會(huì)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(yù)防和補(bǔ)救等方面著手。

4.2自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)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(dá)到安全狀態(tài)的過(guò)程，它超越了常規(guī)安全系統(tǒng)。它可以實(shí)現(xiàn)一組故障安全保障功能，當(dāng)其中一個(gè)或多個(gè)自動(dòng)化裝置發(fā)生故障時(shí)，該系統(tǒng)能夠保持安全功能不丟失。采用安全自動(dòng)化儀表控制。

4.2.1增加故障報(bào)警包括：顯示當(dāng)前故障、顯示歷史故障、故障查詢（包括按時(shí)間和不同的等級(jí)進(jìn)行查洵和打印當(dāng)前和歷史的故障報(bào)警）。能將故障點(diǎn)的動(dòng)作條件從觸摸屏上顯示出來(lái)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(gè)料盤的位置號(hào)，通過(guò)輸入框，輸入料盤位置號(hào)后，可以查找、修改當(dāng)前各個(gè)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(guò)料盤跟蹤系統(tǒng)，可以在雙方擬定的位置查出當(dāng)料盤通過(guò)該檢測(cè)點(diǎn)位置時(shí)的I藝數(shù)據(jù)如溫度、碳勢(shì)等，并能將每個(gè)擬定位置處的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行連線畫出。數(shù)據(jù)清晰，減少誤操作。

操作控制臺(tái)帶有回火爐燒油煙和滲碳主爐燒炭黑提示與確認(rèn)按鈕。

五、結(jié)束語(yǔ)

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(tái)、前清洗機(jī)、預(yù)氧化爐、主爐、淬火槽、后清洗機(jī)、回火爐、風(fēng)冷卸料臺(tái)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(guò)熱處理以后，材料的化學(xué)成分分析、金相分析、硬度檢查和無(wú)損探傷等，都會(huì)有一定的改善，達(dá)到生產(chǎn)要求。在企業(yè)發(fā)展中有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]馬敏莉、袁國(guó)定，基于過(guò)程方法的統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制技術(shù)應(yīng)用研究[J].制造業(yè)自動(dòng)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(dòng)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(dòng)化.2013（9）.

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