专利名称：热塑性精成形氮气保护防氧化系统的制作方法
技术领域：
本发明属于现代先进制造技术的精密热加工领域，具体是涉及一种对于热塑性精成形生产过程氮气保护防氧化装置设施。
背景技术：
热塑性精密成形，在现代制造技术中占有重要的地位，在高温对于黑色金属而言，始锻温度为1200℃左右，终锻温度为800℃左右下氧化产生大量氧化皮，不仅浪费原材料、污染环境，而且严重影响成形件的尺寸精度、表面质量和模具使用寿命，为了防止高温氧化，国内外目前多用玻璃涂层保护，但是玻璃涂层可能凝固而压入工件表面，高温下涂层成分易与基体金属发生化学反应，这便影响工件的表面质量，而且涂层的涂敷和清除耗费人力较大，因此防止或减少高温氧化的装置设施就势在必行。
发明内容
本发明的目的是要提供一种既能在高温下减少氧化所造成的材料浪费，又能提高工件尺寸精度、表面质量和模具使用寿命的热塑性精成形氮气保护防氧化系统。
本发明的上述目的是这样实现的，结合
如下热塑性精成形氮气保护防氧化系统，由坯料净化装、氮气动态密封的无氧化中频感应加热、冷却装置和出料装置及单片机控制系统组成，氮气动态密封的无氧化中频感应加热装置由一次加热保护氮气室13和二次加热保护氮气室19组成，预成形装置16和精成型装置22分别置于一次加热保护氮气室13和二次加热保护氮气室19之后，冷却装置置于精成型装置22之后，液氮瓶1经总阀2和减压阀3后分为两路，一路与一次加热保护氮气室13和二次加热保护氮气室19的加热氮气动态密封前进气管10，18和后进气管14，20，以及冷却装置的.冷却通道氮气动态密封前进气管24、后进气管30相互连通；另一路与一次加热保护氮气室进气管46、二次加热保护氮气室进气管43，以及冷却通道保护室进气管41相互连通，在减压阀3与一次加热保护氮气室13的加热氮气动态密封前进气管10和一次加热保护氮气室进气管46之间的管路上分别依次装有电磁阀4，51、净化氮气装置5，48、调压阀8，47，在一次加热保护氮气室13的加热氮气动态密封前进气管10与加热氮气动态密封后进气管14之间的管路上设有氮气动态密封测压室11，其内装有压力传感器12，在冷却通道氮气动态密封前进气管24和冷却通道氮气动态密封后进气管30之间的管路上装有电磁阀29，在一次加热保护氮气室进气管46与二次加热保护氮气室进气管43之间，以及二次加热保护氮气室进气管43与冷却通道保护室进气管41之间的管路上分别设有保护氮气测压室44和电磁阀42，压力传感器45装在保护氮气测压室44中。
该系统是通过坯料除水、第一次无氧化加热、预成形、第二次无氧化加热、精成形、无氧化冷却和出料等工序，完成在氮气保护下的热塑性精成形。
本发明的有益效果是1.本发明是在高温状态下利用液氮防氧化保护系统进行塑性成形。
2.经过喷砂、带锯下料和除水无氧化的加热、冷却，可大幅度地减少氧化对工件的不良影响，提高了材料利用率，增加了工件几何尺寸精度和表面质量，延长了模具的使用寿命。
3.利用氮气动态密封装置并借助温度、压力控制系统，可使液氮的耗损量减到最小，工件的冷却效果最佳。
4.较好的解决了金属热加工中长期没有得到解决的氧化难题。
5.本发明的系统具有造价低，易于实施，而且对环境和操作工人无危害。
图1为热塑性精成形氮气保护防氧化系统图；图2为喷砂、下料、除水装置图；图3为无氧化中频感应加热装置图；图4为氮气动态密封结构图(图3的A向视图)；图5为压力、温度单片机控制的常用电路图。
图中1.液氮瓶2.总阀3.减压阀4.电磁阀5.净化氮气装置6.一次过滤膜7.二次过滤膜8.调压阀9.除水后的坯料10.一次加热氮气动态密封前进气管11.氮气动态密封测压室12.压力传感器13.一次加热保护氮气室14.一次加热氮气动态密封后进气管15.一次加热后的坯料16.预成形工序17.预成形后的工件18.二次加热氮气动态密封前进气管19.二次加热保护氮气室20.二次加热氮气动态密封后进气管21.二次加热后的工件22.精成形工序23.精成形后的工件24.冷却通道氮气动态密封前进气管25.氮气动态密封进气环26.氮气动态密封喷气小孔27.循环水套28.冷却通道保护氮气室29.电磁阀30.冷却通道氮气动态密封后进气管31.氮气动态密封进气环32.氮气动态密封喷气小孔33.滑料带34.中温冷却室35.密封门36.出料车37.热电耦38.循环水套出水管39.循环水泵40.循环水套进水管41.冷却通道保护氮气室进气管42.电磁阀43.二次加热保护氮气室进气管44.保护氮气测压室45.压力传感器46.一次加热保护氮气室进气管47.调压阀48.净化氮气装置49.二次过滤膜50.一次过滤膜51.电磁阀52.单片机控制系统53.棒料54.喷砂机55.带锯56.坯料57.除水装置58.陶瓷绝热筒59.温控仪60.电阻丝的电源线61.热电耦62.电阻丝63.传送带64.推料器65.抽气管66.抽气泵67.氮气动态密封喷气小孔68.氮气动态密封进气环69.陶瓷绝热筒70.加热炉感应圈71.氮气动态密封进气环72.氮气动态密封喷气小孔73.电热控制仪74.红外线测温头75.中频感应加热炉水冷线圈电源线76.中频感应加热炉水冷线圈电源线77.热电耦
具体实施例方式下面结合附图所示实施例，进一步说明本发明的具体内容及其工作过程参阅图1一种热塑性精成形氮气保护防氧化系统主要由坯料净化处理、氮气动态密封加热和冷却无氧化装置、中温冷却及控制系统组成喷砂、下料、除水后的坯料9进入一次加热保护氮气室13，经一次加热后的坯料15，再经预成形工序16，预成形后的工件17进入二次加热保护氮气室19，经二次加热后的工件21，经精成形工序22，精成形后的工件23进入冷却通道保护氮气室28，冷却至中温后进入中温冷却室34，最后由出料车36将工件输出。
一种氮气保护防氧化系统的总结构是液氮瓶1与总阀2连通，总阀2与减压阀3连通，减压阀3的连通管分成两路一路与电磁阀4连通，电磁阀4与净化氮气装置5连通，净化氮气装置5由一次过滤膜6和二次过滤膜7组成，净化氮气装置5与调压阀8连通，调压阀8与氮气动态密封测压室11连通，压力传感器12设在氮气动态密封测压室11中，氮气动态密封测压室11又分为两路，一路与一次加热氮气动态密封前进气管10连通，另一路与一次加热氮气动态密封后进气管14、二次加热氮气动态密封前进气管18、二次加热氮气动态密封后进气管20、冷却通道氮气动态密封前进气管24和电磁阀29连通，电磁阀29与冷却通道氮气动态密封后进气管30连通。
一路与电磁阀51连通，电磁阀51与净化氮气装置48连通，净化氮气装置48由一次过滤膜50和二次过滤膜49组成，净化氮气装置48与调压阀47连通，调压阀47与保护氮气测压室44连通，压力传感器45设在保护氮气测压室44中，保护氮气测压室44又分为两路，一路与一次加热保护氮气室进气管46连通，另一路分别与二次加热保护氮气室进气管43和电磁阀42连通，电磁阀42与冷却通道保护室进气管41连通；热电耦37设在冷却通道保护氮气室28的末端中，循环水泵39的进口端与循环水套27的出水管38连通，循环水泵39的出口端与循环水套27的进水管40连通；精成形后的工件23在冷却通道保护氮气室28中冷至中温后，经过滑料带33进入中温冷却室34中，随之落入出料车36中，出料车36通过密封门35输出。
参阅图2坯料净化装置由依次安装的喷砂机54、带锯55和除水装置57组成，棒料53经喷砂机54表面除锈后，再由带锯55锯成一定尺寸的坯料56，坯料56进入除水装置57后，经除水后的坯料9，由传送带63和推料器64送至一次加热保护氮气室13；除水装置57包括陶瓷绝热筒58、温控仪59、抽气泵66和热电耦61，加热元件装在陶瓷绝热筒58内，热电耦61的测温端插在除水装置57中，热电耦61的接线端和电阻丝62的电源线60与温控仪59相连，抽气管65的一端连通除水装置57，另一端与抽气泵66连通，除水装置57与一次加热保护氮气室13之间装有传送带63和推料器64。
所述的氮气动态密封无氧化一次加热装置和二次加热装置的结构完全相同，现结合附图3对一次加热装置说明如下
氮气动态密封的无氧化中频感应加热装置中的一次加热保护氮气室13和二次加热保护氮气室19结构相同，其中的一次加热保护氮气室13由氮气动态密封结构、保护氮气室、中频感应加热炉和电热控制仪组成，中频感应加热炉设在一次加热保护氮气室13内，一次加热保护氮气室13两端为氮气动态密封进气环68，71，氮气动态密封进气环68，71的内周分别设有倾斜均布的氮气动态密封喷气小孔67，72，一次加热氮气动态密封前进气管10和一次加热氮气动态密封后进气管14，分别与一次加热保护氮气室13两端氮气动态密封进气环68，71连通，可喷出氮气与一次加热保护氮气室13外流的氮气达到动态平衡，这就实现了氮气动态密封的目的；中频感应加热炉由陶瓷绝热筒69和其内的加热炉感应圈70组成，热电耦77的测温端插在中频感应加热炉中，红外线测温头74装在一次加热保护氮气室13后工件15的侧面，红外线测温头74、热电耦77、中频感应加热炉水冷线圈电源线75和76与电热控制仪73连接。
氮气动态密封测压室11分成两路一路分别与一次加热氮气动态密封前进气管10和调压阀8连通，一次加热氮气动态密封前进气管10连通氮气动态密封进气环68，氮气动态密封进气环68的内周设有倾斜均布的氮气动态密封喷气小孔67，能向一次加热保护氮气室13喷射氮气；另一路连通一次加热氮气动态密封后进气管14，一次加热氮气动态密封后进气管14连通氮气动态密封进气环71，氮气动态密封进气环71的内周设有倾斜均布的氮气动态密封喷气小孔72，能向一次加热保护氮气室13喷射氮气；压力传感器45设在保护氮气测压室44中，保护氮气测压室44分为两路一路与一次加热保护氮气室进气管46连通，另一路分别与二次加热保护氮气室进气管43和电磁阀42连通，电磁阀42通过冷却通道保护氮气室进气管41与冷却通道保护氮气室28连通；借助调压阀47和压力传感器45把保护氮气测压室44的气压设定在大于大气压的40～50％，然后借助调压阀8和压力传感器12把氮气动态密封测压室11的气压调到略大于保护氮气测压室44气压的10％左右，由氮气动态密封喷气小孔67和72喷出的氮气与一次加热保护氮气室13外流的氮气达到动态平衡，这就既实现了工件无氧化加热的目的，又使氮气的耗损量为最少；中频感应加热炉由陶瓷绝热筒69、加热炉感应圈70、热电耦77、红外线测温头74和电热控制仪73组成，热电耦77的测温端插在中频感应加热炉中，热电耦77、红外线测温头74的接线、中频感应加热炉水冷线圈电源线75、76与电热控制仪73连接。
参阅图1所述的氮气动态密封无氧化冷却装置由冷却通道保护氮气室28、循环水套27、热电耦37、循环水泵39、电磁阀29和42组成，冷却通道保护氮气室28的外侧为循环水套27，两端为氮气动态密封进气环25和31，其内周设有倾斜均布的氮气动态密封喷气小孔26，32，循环水泵39的进水口通过循环水套出水管38与循环水套27连通，循环水泵39的出水口通过循环水套进水管40与循环水套27连通；热电耦37是接在冷却通道保护氮气室28的末端，.冷却通道氮气动态密封前进气管24、后进气管30分别与冷却通道保护氮气室28两端的氮气动态密封进气环25，32连通，电磁阀29分为两路，一路分别经冷却通道氮气动态密封前进气管24和冷却通道氮气动态密封后进气管30通入氮气动态密封进气环25和31，电磁阀42经冷却通道保护氮气室进气管41通入冷却通道保护氮气室28，氮气动态密封进气环25和31的氮气由氮气动态密封喷气小孔26和32喷出氮气，与冷却通道保护氮气室28流出的氮气达到动态平衡，实现保护氮气冷却密封的目的；循环水泵39的进水口通过循环水套出水管38与循环水套27连通，循环水泵39的出水口通过循环水套进水管40与循环水套27连通；热电耦37是接在冷却通道保护氮气室28的末端。
所说的出料装置是由设在氮气动态密封无氧化冷却装置后端的滑料带33和与其相连的并设有密封门35的中温冷却室34以及出料车36组成，出料车36可经密封门35在中温冷却室34内进出，在冷却通道保护氮气室28中冷却至中温的工件，经滑料带进入中温冷却室34，同时落入出料车36中，并经密封门35输出。
所述的控制系统由温度、压力信号放大电路、A/D转换电路、执行元件的控制电路及单片机和工控机组成，控制系统的核心选用ATMEL公司的AT89C52单片机，A/D转换器件选用逐次比较型12位模/数转换器AD1674，单片机与工控机之间的通讯采用由MAX4851组成的RS-485通讯方式，单片机对执行器件的控制通过固态继电器SSR直接控制，由于AD1674只有一路模拟信号输入端，故选用模拟开关4051控制三路模拟信号，依次轮流输入AD1674，控制电路为常用电路，参阅图5所示；借助调压阀8和47控制动态密封和保护氮气的氮气流量，实现氮气压力的改变，压力传感器45与一次加热保护氮气室13、二次加热保护氮气室19和冷却通道保护氮气室28的压力相同，当压力传感器45的压力比大气压约高40％～50％、压力传感器12比压力传感器45的压力约高10％左右，一次加热保护氮气室13、二次加热保护氮气室19和冷却通道保护氮气室28中的坯料既能在氮气动态密封保护中无氧化加热，又可使氮气的耗损量最小；借助热电耦37的温度变化，实现控制循环水泵39的流量，达到控制冷却通道保护氮气室28对工件的冷却效果，可使工件在冷却通道保护氮气室28的出口端的温度保持在中温。
权利要求
1.一种热塑性精成形氮气保护防氧化系统，由坯料净化装、氮气动态密封的无氧化中频感应加热、冷却装置和出料装置及单片机控制系统组成，其特征在于所说的氮气动态密封的无氧化中频感应加热装置由一次加热保护氮气室(13)和二次加热保护氮气室(19)组成，预成形装置(16)和精成型装置(22)分别置于一次加热保护氮气室(13)和二次加热保护氮气室(19)之后，冷却装置置于精成型装置(22)之后，液氮瓶(1)经总阀(2)和减压阀(3)后分为两路，一路与一次加热保护氮气室(13)和二次加热保护氮气室(19)的加热氮气动态密封前进气管(10，18)和后进气管(14，20)，以及冷却装置的.冷却通道氮气动态密封前进气管(24)、后进气管(30)相互连通；另一路与一次加热保护氮气室进气管(46)、二次加热保护氮气室进气管(43)，以及冷却通道保护室进气管(41)相互连通，在减压阀(3)与一次加热保护氮气室(13)的加热氮气动态密封前进气管(10)和一次加热保护氮气室进气管(46)之间的管路上分别依次装有电磁阀(4，51)、净化氮气装置(5，48)、调压阀(8，47)，在一次加热保护氮气室(13)的加热氮气动态密封前进气管(10)与加热氮气动态密封后进气管(14)之间的管路上设有氮气动态密封测压室(11)，其内装有压力传感器(12)，在冷却通道氮气动态密封前进气管(24)和冷却通道氮气动态密封后进气管(30)之间的管路上装有电磁阀(29)，在一次加热保护氮气室进气管(46)与二次加热保护氮气室进气管(43)之间，以及二次加热保护氮气室进气管(43)与冷却通道保护室进气管(41)之间的管路上分别设有保护氮气测压室(44)和电磁阀(42)，压力传感器(45)装在保护氮气测压室(44)中。
2.根据权利要求1所述的一种热塑性精成形氮气保护防氧化系统，其特征在于所说的坯料净化装置由依次安装的喷砂机(54)、带锯(55)和除水装置(57)组成，除水装置(57)包括陶瓷绝热筒(58)、温控仪(59)、抽气泵(66)和热电耦(61)，加热元件装在陶瓷绝热筒(58)内，热电耦(61)的测温端插在除水装置(57)中，热电耦(61)的接线端和电阻丝(62)的电源线(60)与温控仪(59)相连，抽气管(65)的一端连通除水装置(57)，另一端与抽气泵(66)连通，除水装置(57)与一次加热保护氮气室(13)之间装有传送带(63)和推料器(64)。
3.根据权利要求1或2所述的一种热塑性精成形氮气保护防氧化系统，其特征在于所说的氮气动态密封的无氧化中频感应加热装置中的一次加热保护氮气室(13)和二次加热保护氮气室(19)结构相同，其中的一次加热保护氮气室(13)由氮气动态密封结构、保护氮气室、中频感应加热炉和电热控制仪组成，中频感应加热炉设在一次加热保护氮气室(13)内，一次加热保护氮气室(13)两端为氮气动态密封进气环(68，71)，氮气动态密封进气环(68，71)的内周分别设有倾斜均布的氮气动态密封喷气小孔(67，72)，一次加热氮气动态密封前进气管(10)和一次加热氮气动态密封后进气管(14)，分别与一次加热保护氮气室(13)两端氮气动态密封进气环(68，71)连通，中频感应加热炉由陶瓷绝热筒(69)和其内的加热炉感应圈70组成，热电耦(77)的测温端插在中频感应加热炉中，红外线测温头(74)装在一次加热保护氮气室(13)后工件(15)的侧面，红外线测温头(74)、热电耦(77)、中频感应加热炉水冷线圈电源线(75)和(76)与电热控制仪(73)连接。
4.根据权利要求1所述的一种热塑性精成形氮气保护防氧化系统，其特征在于所说的所述的氮气动态密封无氧化冷却装置由冷却通道保护氮气室(28)、循环水套(27)、热电耦(37)、循环水泵(39)、电磁阀(29)和(42)组成，冷却通道保护氮气室(28)的外侧为循环水套(27)，两端为氮气动态密封进气环(25)和(31)，其内周设有倾斜均布的氮气动态密封喷气小孔(26，32)，循环水泵(39)的进水口通过循环水套出水管(38)与循环水套(27)连通，循环水泵(39)的出水口通过循环水套进水管(40)与循环水套(27)连通；热电耦(37)是接在冷却通道保护氮气室(28)的末端。冷却通道氮气动态密封前进气管(24)、后进气管(30)分别与冷却通道保护氮气室(28)两端的氮气动态密封进气环(25，32)连通，
5.根据权利要求1所述的一种热塑性精成形氮气保护防氧化系统，其特征在于所说的出料装置是由设在氮气动态密封无氧化冷却装置后端的滑料带(33)和与其相连的并设有密封门(35)的中温冷却室(34)以及出料车(36)组成，出料车(36)可经密封门(35)在中温冷却室(34)内进出。
全文摘要
本发明属于现代先进制造技术的精密热加工领域，具体是涉及一种对于热塑性精成形生产过程氮气保护防氧化装置设施。该系统主要由坯料净化处理、氮气动态密封加热和冷却无氧化装置、中温冷却及控制系统组成。喷砂、下料、除水后的坯料进入一次加热保护氮气室，经一次加热后的坯料，再经预成形工序，预成形后的工件进入二次加热保护氮气室，经二次加热后的工件，经精成形工序，精成形后的工件进入冷却通道保护氮气室，冷却至中温后进入中温冷却室，最后由出料车将工件输出。主要解决了既能在高温下减少氧化所造成的材料浪费，又能提高工件尺寸精度、表面质量和模具使用寿命问题。
文档编号B21J1/06GK1593808SQ20041001099
公开日2005年3月16日 申请日期2004年7月16日 优先权日2004年7月16日
发明者宋玉泉, 马品奎, 管晓芳 申请人:吉林大学