專利名稱:電鐓氣門的控溫方法及其微電腦控溫裝置的制作方法
本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域：
:為采用電加熱鐓鍛技術(shù)，制造內(nèi)燃機(jī)進(jìn)排氣門及其它類似金屬另件的毛坯，對(duì)其工藝溫度進(jìn)行控制及采用相應(yīng)的裝置。
已有技術(shù)制造內(nèi)燃機(jī)進(jìn)排氣門毛坯，我國基本上采用電加熱鐓鍛成型技術(shù)。這種制造技術(shù)，在通電加熱鐓鍛過程中，對(duì)工藝溫度尚無有效的控制方法，工作各部位受熱溫度不均勻，不能隨鍛造比的變化，按最佳溫度狀態(tài)進(jìn)行鐓鍛，以致在生產(chǎn)過程中常易造成工件廢品，浪費(fèi)電能，影響工件內(nèi)在質(zhì)量。在使用中，由于氣門頸部晶粒組織粗大，機(jī)械強(qiáng)度低，壽命短，在反復(fù)沖擊下，易發(fā)生斷裂造成嚴(yán)重事故。
用這種電加熱鐓鍛成型技術(shù)制造氣門毛坯，對(duì)于工藝溫度不能有效地控制，關(guān)鍵是在電加熱鐓粗過程中對(duì)工作電壓和電源電壓沒有進(jìn)行有效地控制和調(diào)節(jié)。
加在電鐓氣門工件兩端的工作電壓是固定不變的，但在實(shí)際電鐓過程中，隨著工件的鐓粗其電阻發(fā)生變化，而電流隨工件電阻的變化也在變化。由于工作電壓不能適應(yīng)工藝要求相應(yīng)調(diào)整變化，造成開始鐓粗時(shí)，由于工件溫度低，氣門頭部易產(chǎn)生折痕;鐓鍛臨近結(jié)束時(shí)，(鐓至氣門頸部)，氣門頸部溫度過高，形成晶粒組織粗大，影響工件質(zhì)量。
電源電壓雖然根據(jù)不同批次的氣門材料和規(guī)格變化，可以調(diào)檔選擇，但調(diào)檔選擇后的電源電壓，由于電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定，一般波動(dòng)+10%左右，因而造成調(diào)檔選擇后的電源電壓也隨之波動(dòng)變化，引起氣門工件溫度的變化，影響工件質(zhì)量。
而在已有的技術(shù)中所采用的電鐓加熱鐓鍛氣門工件的裝置也是簡單的。電源部分，為一加熱變壓器，分八檔調(diào)壓。工作機(jī)部分主要由電阻加熱的電刷和液壓鐓頭兩部分組成。這種裝置不能對(duì)工藝溫度進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。
本發(fā)明針對(duì)上述問題，發(fā)明設(shè)計(jì)了電鐓氣門的控溫方法及其微電腦控溫裝置。
本發(fā)明的控溫方法是按照?qǐng)D1A，B，C鐓鍛氣門工件工藝的要求和按圖2所示的U與t關(guān)系曲線進(jìn)行工藝溫度的控制。在電鐓初始階段如圖1A，將設(shè)定的電壓提高20～30伏，以使氣門工件圖1A(4)和(5)之間的坯料很快升溫加熱到1000°～1200℃，施加在圖1A(4)和(6)的壓力將加熱的部分鐓粗，并在3秒鐘內(nèi)將電壓緩降至設(shè)定的恒定電壓。進(jìn)入電鐓中間階段如圖1B，恒壓電鐓，以使氣門頭部維持在1000℃到1200℃。電鐓最后階段如圖1C在每根氣門工件電鐓時(shí)間70%時(shí)再由設(shè)定值即恒壓值緩降40～60伏，使電鐓結(jié)束時(shí)氣門工件圖1C(1至2)頸部溫度比頭部圖1C(7)和(1)溫度低200℃～300℃，以保證電鐓結(jié)束時(shí)頭門工件頸部溫度保持在900℃～980℃從而獲得更好的金屬性能，以滿足氣門工件在摩擦壓力機(jī)上進(jìn)行鍛壓成型的工藝需要。
本發(fā)明的控溫方法是采用微電腦控制裝置來實(shí)現(xiàn)的。這是一種能按工藝實(shí)際需要的溫度來電鐓氣門工件成型的裝置。本裝置是一個(gè)由75千瓦雙向可控硅交流穩(wěn)壓器，數(shù)據(jù)檢測(cè)裝置，專用微型計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的接口電路，微型打印機(jī)等組成控溫裝置。
電鐓氣門的微電腦控溫裝置對(duì)信息的處理、指標(biāo)的計(jì)算及外部設(shè)備的控制都是靠軟件實(shí)現(xiàn)的，并與75千瓦交流穩(wěn)壓器配合。在電鐓機(jī)工作時(shí)間電源電壓的波動(dòng)采用穩(wěn)壓方法，通過反饋環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)。而電鐓機(jī)的工作電壓是通過數(shù)據(jù)檢出裝置取得氣門工件兩端的電流信號(hào)，這個(gè)信號(hào)是經(jīng)變換以保證信號(hào)的幅度不超過A/D轉(zhuǎn)換器的線性編碼范圍。A/D轉(zhuǎn)換器在微處理機(jī)控制下以50mS的時(shí)間間隔對(duì)四臺(tái)電鐓機(jī)按序分別抽樣量化，量化后的數(shù)字化信息存入內(nèi)存的一個(gè)緩沖區(qū)。為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理，四臺(tái)機(jī)共五路信息，都采用中斷方式，每路請(qǐng)求一次中斷，數(shù)據(jù)就加到各自的記錄區(qū)去。同時(shí)微處理機(jī)對(duì)處理后的數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行特征識(shí)別和波形分析，按圖2的特性曲線計(jì)算電功能指標(biāo)。D/A轉(zhuǎn)換器把數(shù)字化的指標(biāo)量轉(zhuǎn)換成模擬量，去控制調(diào)壓器，控制電鐓氣門工件兩端的電壓以滿足氣門工藝的控溫要求。
本裝置根據(jù)鐓鍛工藝溫度的要求，通過對(duì)工作電壓和電源電壓的控制和調(diào)節(jié)，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)在最佳溫度狀態(tài)下進(jìn)行鐓鍛。保證產(chǎn)品質(zhì)量，合理使用能源，使氣門工件的廢品率比已有技術(shù)降低90%，其氣門工件晶粒度提高1-2級(jí)，節(jié)電20%。
圖1A、B、C是電鐓氣門工藝流程圖。圖1A是氣門電鐓初始階段的形狀;圖1B是氣門電鐓中間階段的形狀;圖1C是氣門電鐓結(jié)束后的形狀。
圖2是U與t關(guān)系曲線。是按本發(fā)明控溫方法設(shè)計(jì)的工作電壓和電鐓時(shí)間的關(guān)系曲線。橫座標(biāo)為電鐓時(shí)間，縱座標(biāo)為電鐓工作電壓。(a)和(b)段曲線為電鐓初始階段，(b)和(c)段為電鐓中間階段，(c)和(d)段曲線為電鐓結(jié)束階段。
圖3是采用微電腦電鐓氣門工件的電壓，電流曲線。橫座標(biāo)表示電鐓時(shí)間，縱座標(biāo)表示電鐓電壓，電流值。每根氣門電鐓過程中從(B)點(diǎn)后按直線方程計(jì)算輸出量VSO，需識(shí)別(A)、(B)、(C)、(E)等特征點(diǎn)。它們的特征點(diǎn)是這樣識(shí)別的(B)點(diǎn)系電鐓電壓最大值，數(shù)據(jù)矩陣中表現(xiàn)為最大值元素。在一個(gè)周期內(nèi)沿(B)點(diǎn)向后搜索最小值其座標(biāo)為(E)點(diǎn)。(C)點(diǎn)的確定要依(B)、(E)間的時(shí)間而定，這是因不同規(guī)格的氣門時(shí)間不相同，因此每次開機(jī)電鐓了第一根氣門后，微處理機(jī)就存貯了(B)-(E)的時(shí)間參數(shù)，可依不同規(guī)格氣門設(shè)為定值。因此(C)點(diǎn)總是依賴前一周期而浮動(dòng)，這就很好地適應(yīng)了電鐓機(jī)里的參量。
圖4微電腦控溫裝置的電原理框架。本圖包括有Z-80CPU，CTC，PIO，RAM，EPROM組成的微型專用計(jì)算機(jī)(8)、微型打印機(jī)(7)、16通道模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路(11)和四通道數(shù)-模轉(zhuǎn)換電路(3)、電壓給定環(huán)節(jié)電路(1)、信號(hào)綜合電路(2)、阻容抗干擾電路(4)、電壓負(fù)反饋電路(5)、移相觸發(fā)脈沖電路(9)、信號(hào)放大電路、雙向可控硅調(diào)壓電路(12)和電鐓加熱變壓器(13)、傳感器電路(14)。
電鐓氣門的微電腦控溫裝置電原理框圖的工作是這樣的當(dāng)電源接通時(shí)，開始電鐓后調(diào)節(jié)給定電壓使(13)的輸入電壓一定，當(dāng)電源有某種波動(dòng)時(shí)，由電壓負(fù)反饋電路(5)將變化的信號(hào)反饋到電路(2)綜合，經(jīng)電路(4)和(6)濾波、放大后控制觸發(fā)脈沖的導(dǎo)通
，保持電路(12)輸出電壓恒定。即電源電壓波動(dòng)±10%時(shí)，輸出電壓變化±1%。從變壓器(13)初級(jí)由(14)中的電流互感器獲得電流信號(hào)并經(jīng)整流濾波變換成0-5V的直流電壓，由電路(11)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，存入(8)的一個(gè)緩沖區(qū)，計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字特征識(shí)別和數(shù)字濾波，按圖2的曲線計(jì)算處理，在電鐓開始時(shí)由設(shè)定電壓提高20-30伏，3秒鐘內(nèi)緩降至設(shè)定電壓見圖2(a)到(b)的曲線，在每根氣門電鐓時(shí)間70%時(shí)，從設(shè)定值開始緩降40-60伏，見圖2(C)到(d)的曲線。按照?qǐng)D2的特性曲線的規(guī)律由計(jì)算機(jī)算出的數(shù)字量經(jīng)電路(3)轉(zhuǎn)換成模擬量，通過電路(2)、(4)、(6)、(9)控制電路(12)改變其輸出電壓。
計(jì)算機(jī)每隔50mS進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集、計(jì)算和處理。
實(shí)施例的說明圖3是按本發(fā)明的控溫方法采用圖4微電腦控溫裝置來電鐓制造EQ-140進(jìn)氣門的實(shí)施例。坯料是40Cr9si2，φ10.2的園棒料。用微電腦電鐓氣門的控溫方法加工，電鐓時(shí)加熱坯料的電壓由微型專用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制，按圖2的電壓關(guān)系曲線給出電壓值，圖2(a)點(diǎn)是380伏(b)點(diǎn)和(C)點(diǎn)是350伏，(d)點(diǎn)是300伏。圖3中的電壓V是取自進(jìn)氣門工件兩端的電壓，并且由于電源回路中有電源內(nèi)阻(變壓器一次，二次側(cè))、導(dǎo)線、接觸電阻的存在以及進(jìn)氣門工件的電阻是變化的因此圖2和圖3的電壓關(guān)系曲線不同。
一根氣門的電鐓時(shí)間為22秒，再經(jīng)過摩擦壓力機(jī)鍛壓成EQ-140進(jìn)氣門毛坯。其晶粒組織為6級(jí)，并且頭部和頸部晶粒組織均勻。比已有技術(shù)提高1-2級(jí)。
權(quán)利要求
1.一種電鐓氣門的控溫方法，電鐓過程中，采用調(diào)節(jié)電壓控制加熱金屬坯料的溫度，其特征在于；電鐓開始時(shí)調(diào)電壓值高于設(shè)定電壓20-30伏，在3秒鐘內(nèi)緩降至設(shè)定電壓，隨后按設(shè)定電壓保持對(duì)金屬坯料恒壓加熱，溫度控制在1000℃到1200℃，在電鐓過程中進(jìn)行到每件毛坯電鐓時(shí)間70%時(shí)由設(shè)定電壓值緩降40-60伏，溫度控制在900℃-980℃整個(gè)電鐓過程控溫方式按工作電壓和電鐓時(shí)間的關(guān)系曲線進(jìn)行。
2.按照權(quán)項(xiàng)1所述的電鐓氣門控溫方法，其特征在于;穩(wěn)定輸入電壓即工作電壓，電壓穩(wěn)定性±1%，以保證控溫特性。
3.一種用于電鐓氣門控溫方法的設(shè)備，包括由加熱變壓器、電刷、鐓頭、液壓油缸、導(dǎo)線等組成的電鐓機(jī)，其特征在于，電鐓機(jī)加熱變壓器輸入端接有一個(gè)微電腦控溫裝置，該裝置可由下列各部分組成a、微型專用電子計(jì)算機(jī)，用于信息處理、指標(biāo)計(jì)算和外部設(shè)備控制。b、75千瓦雙向可控硅交流穩(wěn)壓器，用于穩(wěn)壓，調(diào)壓。c、數(shù)據(jù)檢測(cè)裝置圖4(14)，用于獲取電鐓機(jī)工作電流信號(hào)。d、微形打印機(jī)圖4(7)，用于記錄電鐓數(shù)量，時(shí)間，廢品數(shù)量。
4.按照權(quán)項(xiàng)3所述微電腦控溫裝置，其特征在于75千瓦雙向可控硅交流穩(wěn)壓器由下列電路組成電壓給定環(huán)節(jié)電路圖4(1)，信號(hào)綜合電路圖4(2)，阻容抗干擾電路圖4(4)，信號(hào)放大電路圖4(6)，移相觸發(fā)脈沖電路圖4(9)，雙向可控硅調(diào)壓電路圖4(12)，電壓負(fù)反饋電路圖4(5)。
5.按照權(quán)項(xiàng)3所述的微電腦控溫裝置，其特征在于微型專用電子計(jì)算機(jī)由下述部件組成，具有Z-80CPU、CTC、PIO、RAM、EPROM組成的微型專用計(jì)算機(jī)圖4(8)，16通道模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖4(11)，4通道數(shù)-模轉(zhuǎn)換電路圖4(3)。
專利摘要
電鐓氣門的控溫方法及其微電腦控溫裝置。整個(gè)電鐓過程控溫方式按工作電壓和電鐓時(shí)間的關(guān)系曲線進(jìn)行；電鐓開始調(diào)電壓值高于設(shè)定電壓；電鐓中間階段按設(shè)定電壓恒壓電鐓；電鐓最后階段緩降設(shè)定電壓。其控溫裝置是在電鐓機(jī)變壓器輸入端裝有一個(gè)由75千瓦雙向可控硅交流穩(wěn)壓器，數(shù)據(jù)檢測(cè)裝置，專用微型計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的接口電路，微型打印機(jī)等組成的微電腦控溫裝置。本發(fā)明可無級(jí)調(diào)節(jié)電鐓工作電壓使之穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)最佳溫度狀態(tài)下電鐓氣門工件成型，使工件晶粒度提高1—2級(jí)，氣門頸部和頭部晶粒組織均勻，廢品率降低90％，節(jié)電20％。
文檔編號(hào)G05F1/45GK85103464SQ85103464
公開日1986年2月10日 申請(qǐng)日期1985年5月11日
發(fā)明者陳仲平 申請(qǐng)人:江蘇省南通汽門廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan