一种大尺寸金属坯料的均匀加热装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种大尺寸金属坯料的均匀加热装置，属于金属材料加工技术领域。该装置主要由感应加热机构、风冷机构和坯料转运机构组成，感应加热机构为电磁感应加热线圈，电磁感应加热线圈呈立式放置；风冷机构为风冷线圈，风冷线圈安装于电磁感应加热线圈的外围，坯料转运机构用于运送金属坯料。本实用新型专利技术的装置适合大尺寸的金属坯料的快速均匀加热，可避免加热过程中晶粒的长大和粗化，防止加热后期坯料形成“象足”和运送转移过程中会发生坍塌，有利于坯料的转运、对接和成形。能够满足大尺寸金属坯料既需要加热迅速又要求温度均匀的要求，适用于金属材料的热成形，同时具有操作安全、结构紧凑、运行稳定、易于自动控制的优点。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于金属材料加工
，特别涉及到一种大尺寸金属坯料的均匀加热装置。
技术介绍
金属材料的加工成形技术主要有锻造、铸造以及新兴的半固态成形技术，金属坯料的均匀加热是金属坯料热成形过程的重要环节。控温不准和温度场不均匀都会对后续的成形过程、制件组织和性能造成较大影响。所以，金属坯料的加热要求坯料的加热温控精度很高，同时，还要求坯料的加热要具有一定的速度，防止加热过程中晶粒长大和粗化，加热时间不宜太长。同时为了满足工业化生产，加热完成的金属坯料要能够迅速转移和对接，尽可能减小温降和防止晶粒进一步长大。为了保证金属坯料的加热精度和加热速度，工业上采用的加热方式主要是电磁感应加热，并采用机械手将加热好的金属坯料快速装入模具内完成后续成形。有关金属坯料加热的装置和工艺方法方面的研究不少，包括北京有色金属研究总院半固态金属坯料二次加热立式装置(200820108866)和卧式装置(200810115679)，上海大学申请的一种铝合金半固态成形技术中的二次加热工艺(03115916)，该专利对多线圈间歇式分段感应加热工艺进行了研究和保护。但上述专利提及的加热坯料的尺寸和重量都较小，尤其是对半固态成形而言，坯料的重量一般不超过5kg。实际上大尺寸金属坯料的均匀加热控制对坯料组织稳定性以及工业化连续生产效率非常重要，大尺寸金属坯料在加热过程中加热精度的控制难度大，坯料内外、上下的温差不均匀，坯料表面加热不均匀，容易流汤，同时加热后期容易产生“象足”现象，对后续的坯料转运、对接和成形过程带来诸多问题。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种大尺寸金属坯料的均匀加热装置，本技术通过大量的前期研究，对感应加热器结构、风冷结构和加热工艺进行优化设计，实现了对大尺寸金属坯料的快速均匀性加热，效果十分明显。本技术的装置加热速率快，能够保证被加热大尺寸金属坯料内外温差小、温度场均匀、控温准确，金属坯料的转移与后续加工成形对接方便。为实现上述目的，本技术采取以下设计方案:一种大尺寸金属坯料的均匀加热装置，该装置主要由感应加热机构、风冷机构和坯料转运机构组成，感应加热机构为电磁感应加热线圈，电磁感应加热线圈呈立式放置；风冷机构为风冷线圈，风冷线圈安装于电磁感应加热线圈的外围，坯料转运机构用于运送金属坯料。所述的坯料转运机构位于电磁感应加热线圈的下方，主要包括气动驱动气缸，通过上下运动实现坯料的转运。所述的坯料转运机构 由气缸、绝缘棒、石棉垫片和坯料托板组成，气缸和坯料托板之间通过绝缘棒连接，石棉垫片放置于坯料托板上。所述的风冷机构由径向可移动风冷线圈、径向固定风冷线圈和轴向固定风冷线圈组成，各风冷线圈对坯料表面温度场进行控制。径向可移动风冷线圈安装于电磁感应加热线圈的中上部，可上下移动，径向固定风冷线圈安装于电磁感应加热线圈的下部，轴向固定风冷线圈安装于电磁感应加热线圈的底部。该装置的电磁感应加热线圈的电源可以选择可控硅电源或IGBT电源或其他电源，电源频率为200 1500Hz。电磁感应加热线圈的尺寸根据所需加热大尺寸金属坯料的尺寸决定，对于圆形的感应加热线圈而言，感应线圈内径为还料直径的1.1 1.5倍,感应线圈的高度为坯料高度的1.5 4倍。在径向固定风冷线圈与轴向固定风冷线圈之间还设置加热工作平台，其作用是用于安装和固定电磁感应加热线圈以及轴向固定风冷线圈。采用本技术的大尺寸金属坯料的均匀加热装置可对大尺寸金属坯料进行均匀加热。该加热方法，包括如下步骤:将金属坯料放置在垫有石棉垫片的坯料托板上，坯料转运机构将坯料推入电磁感应加热线圈中进行加热，加热的同时开启风冷机构；加热完成后，坯料转运机构将坯料移出电磁感应加热线圈，取出坯料，完成大尺寸金属坯料加热的全过程。大尺寸金属坯料的加热方式采用三段式加热工艺:高功率快速加热阶段、中功率温度平衡阶段和低功率均匀化阶段，可以根据坯料的尺寸调整三段式加热工艺。高功率快速加热阶段加热功率为30 50kW，加热时间3 5min ;中功率温度平衡阶段的加热功率为10 15kW，加热时间4 5min ;低功率温度平衡阶段的加热功率为6 8kW,加热时间3 4min。大尺寸坯料 加热的主要问题是加热的不均匀性，表面容易局部流汤，坯料底部容易产生“象足”现象，针对上述情况，本技术采用3套风冷线圈对坯料进行风冷处理。径向固定风冷线圈主要针对“象足”现象，对坯料的底部进行风冷处理。轴向固定风冷线圈加速坯料表面的空气流动，平衡坯料表面的温度场。径向可移动风冷线圈可对坯料表面局部区域进行风冷处理，防止流汤现象产生。坯料转运机构由气缸完成，为防止转运机构气缸被感应加热，在气缸上端装配绝缘棒，通过气缸的上下运动完成坯料的转运。本技术选用电磁感应加热，加热方式采用三段式加热工艺，如图4所示，包括:高功率快速加热阶段、中功率温度平衡阶段和低功率均匀化阶段，这种加热方式可使坯料的加热和温度场的分布更加均匀合理。本技术的优点是:1、与传统的电阻加热方式比较，本技术具有加热效率高，所需时间短，避免大尺寸坯料(大尺寸金属坯料的直径范围Φ 120 200mm，重量范围5 20kg)加热过程中的晶粒长大和粗化等。2、本技术采用的三段式加热工艺可使大尺寸坯料内外的温度差更小，坯料温度场的分布更加均匀，这对后续的转运和成形极为有利。3、本技术利用风冷线圈对坯料表面进行风冷处理，金属坯料表面温度迅速降低，避免了加热过程中坯料表面流汤和“象足5见象产生，适合大尺寸坯料的快速均匀加热。4、本技术采用单线圈多功率加热方法，不需要复杂的机械传动机构，设备结构简单紧凑，具有操作安全、运行稳定等优点。附图说明图1是本技术用大尺寸金属坯料均匀加热装置示意图。图2是本技术用大尺寸金属坯料均匀加热装置示意图的A-A方向示意图。图3是本技术用大尺寸金属坯料均匀加热装置坯料加热阶段示意图。图4是本技术用大尺寸金属坯料均匀加热装置进行三段式加热工艺示意图。主要附图标记:I径向可移动风冷线圈2电磁感应加热线圈3径向固定风冷线圈4加热工作平台5轴向固定风冷线圈6金属还料7石棉垫片8坯料托板9绝缘棒10气缸具体实施方式如图1-3所示为大尺寸金属坯料均匀加热装置，该装置主要由感应加热机构、坯料转运机构和风冷机构组成。感应加热 机构为单电磁感应加热线圈2，电磁感应加热线圈2呈立式放置；风冷机构为风冷线圈，风冷线圈安装于电磁感应加热线圈的外围，还料转运机构用于运送金属坯料6。坯料转运机构位于电磁感应加热线圈2的下方，主要包括气动驱动气缸，通过上下运动实现坯料的转运。坯料运载机构由气缸10完成，为防止转运机构气缸10被感应加热，在气缸10上端装配绝缘棒9，通过气缸10的上下运动完成坯料的转运。坯料转运机构具体由气缸10、绝缘棒9、石棉垫片7和坯料托板8组成，气缸10和坯料托板8之间通过绝缘棒9连接，石棉垫片7放置于坯料托板8上。风冷机构由径向可移动风冷线圈1、径向固定风冷线圈3和轴向固定风冷线圈5组成，各风冷线圈对坯料表面温度场进行控制。径向可移动风冷线圈I安装于电磁感应加热线圈2的上部，可上下移动，径向固定风冷线圈3安装于电磁感应加热线圈2的中下部，轴向固定风冷线圈5安装于电磁感应加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大尺寸金属坯料的均匀加热装置，其特征在于：主要由感应加热机构、风冷机构和坯料转运机构组成，感应加热机构为电磁感应加热线圈，电磁感应加热线圈呈立式放置；风冷机构为风冷线圈，风冷线圈安装于电磁感应加热线圈的外围，坯料转运机构用于运送金属坯料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李豹，张志峰，徐骏，刘建朝，刘国钧，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：实用新型
国别省市：